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車輛安全預警系統(tǒng)消除虛警、漏警的研究

文檔作者：余國亮連晉毅王飛龍文檔來源：太原科技大學機械工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月04日
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車輛安全預警系統(tǒng)消除虛警、漏警的研究
余國亮連晉毅王飛龍
太原科技大學機械工程學院 太原030024
摘要：針對目前車輛安全預警系統(tǒng)因價格高、系統(tǒng)復雜和虛警頻繁等難以普及推廣的現(xiàn)狀，提出一
種能夠快速智能地識別出障礙物是實警還是虛警的新模型，以排除虛警對系統(tǒng)的干擾。該模型利用雙CCD
立體攝像頭作為傳感器，無論車輛直線行駛還是轉彎行駛，根據車輛當前行駛狀況，都能夠提前預測車輛
即將行駛的運動軌跡線，從而使檢測到的不在軌跡線內的虛警障礙物得以排除，提高了系統(tǒng)的魯棒性、安
全性、智能性。通過Matlab對圖像中障礙物進行虛警、實警的模擬仿真識別和判斷，達到了預期要
求。
關鍵詞：主動安全；CCD攝像；虛警；漏警；車輛轉彎；Matlab仿真
中圖分類號：U461．91 文獻標識碼：A 文章編號：1001—0785(2013)07—0056—06
Abstract：Aiming at the current situation where it’S difficult to promote and widely use the existing vehicle safety
warning system due to its high price，complicated system，and frequent false—alarm，etc．，the paper puts forward a new
model which can rapidly and intelligently identify whether the barrier to be real—alarm or false-alarm ，to eliminate the inter—
ferenee of false—alarm to the system．With double CCD stereo camera as the sensor，the model can predict the motion trajectories
in advance that vehicle is about to run according to the vehicles’current driving situations，for either straight driving
or turning driving，SO that the detected false—alarm barriers beyond the motion traj’ectories can be eliminated，which can
improve the system robustness，safety and intelligence．Through simulated identification and judgment of real—alarm or false—
alarm for barriers in the image of Matlab，the expected requirement is reached．
Keywords：active safety；CCD shooting；false—alarm；leak—alarm ；vehicle turning；Matlab simulation
0 引言
由于近年來交通事故頻發(fā)，損失慘烈，后果
嚴重，“安全駕駛，珍愛生命” 成為人們共同的
追求。同時，對汽車的安全性、智能性提出了
更高的要求。因此，主動安全汽車、防碰
撞¨I3 安全預警系統(tǒng)層出不窮，沃爾沃、奔馳、
豐田、本田、富士重工、北京泰遠、以色列Mobileye
等，紛紛推出防碰撞智能安全樣車以及防
碰撞系統(tǒng)，受到人們的青睞。
但是，該系統(tǒng)在應用過程中，可靠性、魯棒
性及性價比不高，應用范圍有限，虛警、漏警頻
繁，特別是在特殊路段，如車輛轉彎、遇到高架
橋和涵洞，虛警與實警不能很好地識別判定，嚴
重影響了其普及和推廣。
山西省自然基金項目(2008012006—3)
一56 —
1 雙CCD車輛安全預警系統(tǒng)及警類概述
1．1 雙CCD車輛安全預警系統(tǒng)綜述
車輛安全預警系統(tǒng)通過安裝在汽車內的各種
傳感器以及車輛前面的雙CCD立體攝像頭，實時
捕捉識別前方目標車輛或其他障礙物以及與汽車
間的相對距離及速度， 自動檢測自行車速、加速
度、發(fā)動機轉速、節(jié)氣門開度及駕駛員制動操作、
方向盤轉角等信息，對前方障礙物進行識別和判
斷，依據安全距離模型實時計算當前條件下的安
全距離。當實際距離小于或等于安全距離，而駕
駛員還沒有制動操作時，判斷為車輛進入危險狀
態(tài)，并以聲光報警信號提醒駕駛員采取安全措施。
如果此時駕駛員沒有來得及采取措施，而車輛的
相對距離小于最小安全距離時，系統(tǒng)將自動關閉
節(jié)氣門，并自動制動，使車輛遠離危險狀態(tài)。
《起重運輸機械》 2013(7)
該系統(tǒng)主要包括圖像采集預處理模塊、障礙
物識別模塊、路況信息顯示模塊、聲光報警模塊
和緊急剎車模塊等。
1．2 常見的虛警、漏警分類
車輛正常行駛時，車輛安全預警系統(tǒng)常見的
虛警、漏警主要分為2種情況：車輛直線行駛時
的虛警、漏警和車輛轉彎行駛時的虛警、漏警。
1)車輛直線行駛時，主要捕捉道路兩側的障
礙物和車輛前方障礙物。道路兩側虛警障礙物有
車道圍欄、樹木、警示牌、標識牌等。車輛前方
虛警障礙物主要有高架橋、涵洞、山洞、相鄰車
道上的車輛。
2)車輛在轉彎時，或者行駛在盤山公路上、
隧道中時，攝像頭對山體、隧道內壁、圍欄以及
相鄰車道上的車輛進行短暫性、變化性的捕捉識
別，識別虛警并排除。
無論是哪種虛警，都應該能輕松排除。但也
應該預防虛警轉變?yōu)閷嵕?。無論是駕駛員為了檢
測車輛的靈敏性和智能性有意操作，還是無意間
的操作，使車輛向本虛警方向行駛時，系統(tǒng)應能
夠快速識別并預警，達到虛警到實警的轉變。
2 消除虛警、漏警的理論模型
2．1 車輛直線行駛時的安全預警系統(tǒng)模型
2．1．1 建模方法
由于車輛直線行駛或者轉彎行駛的判定標準
是靠轉向盤的轉角，當轉向盤轉角在某個臨界值
范圍內時，車輛是直線行駛。當轉向盤轉角大于
某個臨界值時，車輛是轉彎行駛。轉向盤在空轉
階段的角行程稱為轉向盤的自由行程，一般為6}0
=10。～15 o_
， 根據不同車系車型該數(shù)值會有所變
化。通過轉向盤角度傳感器可以隨時得到轉向盤
的角度0，因此根據公式可以判斷車輛是直線行駛
還是轉彎行駛：當l 0 J一0?！?時，車輛為直線行
駛；當l 0l一0。t>0時，車輛為轉彎行駛。
首先建立直角坐標系，以車輛前方與車頭相
切水平線為 軸，以車輛豎直中線為 建立直角
坐標系，如圖1所示。
文中各圖中，點劃線為車道線，虛線為車輛
捕捉識別的危險區(qū)域(簡稱紅色區(qū)域)，矩形表示
車輛。前方在紅色區(qū)域以外的車輛說明是安全的，
為虛警，需排除在外，而在紅色區(qū)域內的車輛，
《起重運輸機械》 2013 (7)
圖1 車輛直線行駛模型
為實警，且會對后面車輛構成危險。
從圖1中可以看出，紅色區(qū)域的寬度比車輛
寬，但小于或等于車道寬度。參照我國《公路工
程技術標準》，車道線寬度如表1。
表1 車道寬度
設計速度 120 100 80 60 40 30 20
／(km·h。。)
車道寬度／ 3．00(單車道
m 3．75 3．75 3．75 3．5 3．5 3．25 時為3
． 5)
從表1可知，我國公路車道線最窄為3．00 m，
即紅色區(qū)域寬度不能大于3．00 m。根據實車測量
統(tǒng)計和設計標準可得車輛的寬度如表2。
從表2可以知，一般轎車寬度在2．0 m以下。
國家公路標準規(guī)定，最大車寬不得超過2．55 m。
因此，為了防止車輛左右兩側刮擦，放寬安全余
量，紅色區(qū)域寬度應該大于車寬 。另一方面，
駕駛員行駛時，基本上是將車輛控制在車道線以
內。綜上所述，車輛紅色區(qū)域寬度為1．5 (小于
3 m)，特殊情況除外。
表2 車輛寬度
車型 小型 緊湊型 中型 SUV
車輛寬度／m 1．4～1．7 1．7～1．85 1．8～1．9 1．8～2．0
2．1．2 雙CCD攝像頭的障礙物定位原理
利用雙CCD立體攝像技術進行障礙物定位，
是模仿人類用雙眼來觀察客觀世界而產生距離遠
近的原理。由于物距遠大于透鏡焦距，因此，此
一57 —
模型可以用小孔成像原理代替透鏡成像?；陔p
CCD立體攝像頭的障礙物定位原理可以簡化為如
圖2所示的平面模型。
一 |
／
I
／Xi 、
圖2 CCD攝像頭障礙物定位模型
安裝在車輛前方擋風玻璃處的雙CCD立體攝
像頭，按照圖1建立的直角坐標系，對前方車輛
等障礙物進行捕捉定位識別。雖然CCD攝像頭拍
攝的是空間立體三維圖像，但是，可以把2個
CCD和障礙物簡化為3個點，3點確定一個平面，
故而是一個二維平面圖形。設A、B、C 的坐標分
別為A(一 b— ，一 ，日( + z，一 ，C1( ，
y )，其中，物距為Y ，焦距為廠，2個CCD中心
間距為b，成像點偏移CCD中心的距離 、 和
夾角0 、0：分別如圖2所示。
根據三角形相似原理 可得
Y = b (1)
1+廠 1+ 2+
y ： (2)
X 1 + 2
根據幾何關系， 1=ftan01， 2=ftanO2，帶入
式(2)可得
Y 0 (3)
= 一
6
+ —
btan
—
01
一5-十t—anO~+—tan02 (4)
因此，前方障礙物的坐標為
c (一 +面b tan0 1， b )
2．1．3 虛警、實警的判定標準
前方障礙物在紅色區(qū)域內時，為實警；障礙
物在紅色區(qū)域以外為虛警，應該排除。故有以下
一SR 一
判定：
當I x 1≤ 1一號+ 3W
時，有危險，進行安全距離判斷，確定是否需要
預警或剎車。
i> l一 + btanO1 l> ，
為虛警，車輛安全，重新探測。
車輛直線行駛時，根據以上判別方法，車輛
兩旁障礙物如樹木、圍欄、標識牌等虛警都可以
輕松被排除在車輛紅色區(qū)域外，以消除其干擾。
根據國家公路工程技術標準，車輛最高不可以超
過4．0 m (因一般高架橋的設計高度為4．2 m)。
CCD立體攝像頭的水平照射角度為50。一55。，垂
直照射角度約為30。，攝像頭可以定位前方障礙物
的懸空高度。CCD攝像頭一般安裝在汽車的擋風
玻璃處，根據其相對于CCD攝像頭的高度可以判
斷是車輛或高架橋等虛警。
2．1．4 漏警的預防
漏警的預防，即所謂虛警變實警。根據上述
模型下的車輛安全預警系統(tǒng)，對于任何障礙物，
無論過去是虛警還是實警，只要進入車輛行駛的
紅色區(qū)域，距離達到安全預警范圍，系統(tǒng)都會自
動報警，甚至自動剎車。
2．2 車輛轉彎時的安全預警系統(tǒng)模型
2．2．1 建模方法
當車輛的轉向盤角度傳感器檢測到轉向盤的
轉向角度值大于車輛轉向盤的自由行程角時，車
輛自動進入轉彎行駛狀態(tài)。以車輛為中心建立的
軸、 軸的直角坐標系同圖1，不同的是該坐標系
軸的方向是車輛轉彎行駛的向心力方向，其與車
輛的橫向加速度方向相同，與車輛瞬時速度方向
相垂直。在車輛轉彎行駛的每個瞬態(tài)，可以把車
輛看作一個質點，其運動軌跡可以看作以R為圓
周半徑的勻速圓周運動。因此，將 、 坐標系
原點，沿著 軸正方向平移尺，建立 軸、y軸的
平面直角坐標系，如圖3所示。
由圖3可知：坐標系縱軸yl與l，軸平行，在
同一個平面內，兩軸間的距離為尺，其中 為車輛
的實時轉彎半徑。車輛的最小轉彎半徑
尺 = L (5)
《起重運輸機械》 2013(7)

由圖5和圖6可知，圖像中障礙物都能夠進行
捕捉、識別。實警為存在危險的障礙物，為紅色
捕捉邊框。虛警為干擾信號，為安全的綠色捕捉
邊框。對虛警、實警區(qū)分并對虛警進行有效的排
除，達到了預期要求。
5 結論
本文提出的虛警、漏警理論模型為車輛安全
預警系統(tǒng)排除虛警、漏警，提高系統(tǒng)的實時性、
魯棒性和智能性奠定了良好的基礎，從而使雙
CCD安全預警系統(tǒng)具有工作可靠、結構簡單、性
價比高等一系列優(yōu)勢，更有利于其推廣和普及。
該系統(tǒng)在圖像模擬仿真過程中，對圖像中障
礙物的捕捉、定位不夠穩(wěn)定，距離的測量等存在
誤差，這也是在今后的研究和實際應用中要重點
解決的方向之一。
參考文獻
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[5]E1一Hakim S F，Pizzi N J，Westmore D B．The VCM auto—
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長春：吉林工業(yè)大學，2004．
[7]侯志祥，吳義虎，劉振聞，等．高速公路汽車追尾模
型[J]．交通運輸工程學報，2004，4 (4)：38，39．
作 者：余國亮
地 址：太原市萬柏林區(qū)窳流路66號研10級2班
郵 編：030024
收稿日期：2012—12—05
振動輸送機振槽動態(tài)響應及影響因素研究
張云華李珊許亮劉冠玉
昆明理工大學機電學院 昆明 650500
摘 要：簡述了有限元模態(tài)分析和諧響應分析的基本理論，對煙絲生產線偏心連桿振動輸送機振槽進行模
態(tài)分析和諧響應分析，得到各階固有頻率和位移響應，然后從結構和材料方面研究了對結構動態(tài)特性的影響。
為偏心連桿振動輸送機振槽的設計提供了一種行之有效的研究方法。
關鍵詞：振動輸送機；Ansys；模態(tài)分析；諧響應分析；加強筋；厚度；材料
中圖分類號：TH234 文獻標識碼：A 文章編號：1001—0785(2013)07—0061—04
Abstract：The paper describes the basic theory of finite element modal analysis and harmonic response analysis，with
the modal analysis and harm onic response analysis for vibration slot of eccentric link vibrating conveyor in tobacco produc·
tion line，in order to figure out the inherent frequency and displacement responses，and then the effect on the structural
dynamic characteristics is studied in the aspect of the structure and material in the paper，providing an effective research
method for the design of vibration slot of eccentric link vibrating conveye~
Keywords：vibrating conveyor；Ansys；modal analysis；harmonic response analysis；reinforcing rib； thickness；
material
0 引言
偏心連桿振動輸送機(以下簡稱振動輸送機)
《起重運輸機械》 2013(7)
機型結構簡單，主要驅動為彈性連桿式結構，運
行可靠，同時還具有傳動機構受力小、驅動功率
小、裝卸物料方便、制造成本低、適用范圍比較
一61 —

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