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車輛安全預(yù)警系統(tǒng)消除虛警、漏警的研究

文檔作者：余國(guó)亮連晉毅王飛龍文檔來源：太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月04日
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車輛安全預(yù)警系統(tǒng)消除虛警、漏警的研究
余國(guó)亮連晉毅王飛龍
太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 太原030024
摘要：針對(duì)目前車輛安全預(yù)警系統(tǒng)因價(jià)格高、系統(tǒng)復(fù)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(shí)別出障礙物是實(shí)警還是虛警的新模型，以排除虛警對(duì)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(zhuǎn)彎行駛，根據(jù)車輛當(dāng)前行駛狀況，都能夠提前預(yù)測(cè)車輛
即將行駛的運(yùn)動(dòng)軌跡線，從而使檢測(cè)到的不在軌跡線內(nèi)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(duì)圖像中障礙物進(jìn)行虛警、實(shí)警的模擬仿真識(shí)別和判斷，達(dá)到了預(yù)期要
求。
關(guān)鍵詞：主動(dòng)安全；CCD攝像；虛警；漏警；車輛轉(zhuǎn)彎；Matlab仿真
中圖分類號(hào)：U461．91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(yán)重，“安全駕駛，珍愛生命” 成為人們共同的
追求。同時(shí)，對(duì)汽車的安全性、智能性提出了
更高的要求。因此，主動(dòng)安全汽車、防碰
撞¨I3 安全預(yù)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(yuǎn)、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(yīng)用過程中，可靠性、魯棒
性及性價(jià)比不高，應(yīng)用范圍有限，虛警、漏警頻
繁，特別是在特殊路段，如車輛轉(zhuǎn)彎、遇到高架
橋和涵洞，虛警與實(shí)警不能很好地識(shí)別判定，嚴(yán)
重影響了其普及和推廣。
山西省自然基金項(xiàng)目(2008012006—3)
一56 —
1 雙CCD車輛安全預(yù)警系統(tǒng)及警類概述
1．1 雙CCD車輛安全預(yù)警系統(tǒng)綜述
車輛安全預(yù)警系統(tǒng)通過安裝在汽車內(nèi)的各種
傳感器以及車輛前面的雙CCD立體攝像頭，實(shí)時(shí)
捕捉識(shí)別前方目標(biāo)車輛或其他障礙物以及與汽車
間的相對(duì)距離及速度， 自動(dòng)檢測(cè)自行車速、加速
度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度及駕駛員制動(dòng)操作、
方向盤轉(zhuǎn)角等信息，對(duì)前方障礙物進(jìn)行識(shí)別和判
斷，依據(jù)安全距離模型實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前條件下的安
全距離。當(dāng)實(shí)際距離小于或等于安全距離，而駕
駛員還沒有制動(dòng)操作時(shí)，判斷為車輛進(jìn)入危險(xiǎn)狀
態(tài)，并以聲光報(bào)警信號(hào)提醒駕駛員采取安全措施。
如果此時(shí)駕駛員沒有來得及采取措施，而車輛的
相對(duì)距離小于最小安全距離時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉
節(jié)氣門，并自動(dòng)制動(dòng)，使車輛遠(yuǎn)離危險(xiǎn)狀態(tài)。
《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2013(7)
該系統(tǒng)主要包括圖像采集預(yù)處理模塊、障礙
物識(shí)別模塊、路況信息顯示模塊、聲光報(bào)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(shí)，車輛安全預(yù)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(shí)
的虛警、漏警和車輛轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的虛警、漏警。
1)車輛直線行駛時(shí)，主要捕捉道路兩側(cè)的障
礙物和車輛前方障礙物。道路兩側(cè)虛警障礙物有
車道圍欄、樹木、警示牌、標(biāo)識(shí)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(zhuǎn)彎時(shí)，或者行駛在盤山公路上、
隧道中時(shí)，攝像頭對(duì)山體、隧道內(nèi)壁、圍欄以及
相鄰車道上的車輛進(jìn)行短暫性、變化性的捕捉識(shí)
別，識(shí)別虛警并排除。
無論是哪種虛警，都應(yīng)該能輕松排除。但也
應(yīng)該預(yù)防虛警轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)警。無論是駕駛員為了檢
測(cè)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(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能
夠快速識(shí)別并預(yù)警，達(dá)到虛警到實(shí)警的轉(zhuǎn)變。
2 消除虛警、漏警的理論模型
2．1 車輛直線行駛時(shí)的安全預(yù)警系統(tǒng)模型
2．1．1 建模方法
由于車輛直線行駛或者轉(zhuǎn)彎行駛的判定標(biāo)準(zhǔn)
是靠轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角在某個(gè)臨界值
范圍內(nèi)時(shí)，車輛是直線行駛。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角大于
某個(gè)臨界值時(shí)，車輛是轉(zhuǎn)彎行駛。轉(zhuǎn)向盤在空轉(zhuǎn)
階段的角行程稱為轉(zhuǎn)向盤的自由行程，一般為6}0
=10?！?5 o_
， 根據(jù)不同車系車型該數(shù)值會(huì)有所變
化。通過轉(zhuǎn)向盤角度傳感器可以隨時(shí)得到轉(zhuǎn)向盤
的角度0，因此根據(jù)公式可以判斷車輛是直線行駛
還是轉(zhuǎn)彎行駛：當(dāng)l 0 J一0?！?時(shí)，車輛為直線行
駛；當(dāng)l 0l一0。t>0時(shí)，車輛為轉(zhuǎn)彎行駛。
首先建立直角坐標(biāo)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(biāo)系，如圖1所示。
文中各圖中，點(diǎn)劃線為車道線，虛線為車輛
捕捉識(shí)別的危險(xiǎn)區(qū)域(簡(jiǎn)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(nèi)的車輛，
《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2013 (7)
圖1 車輛直線行駛模型
為實(shí)警，且會(huì)對(duì)后面車輛構(gòu)成危險(xiǎn)。
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(guó)《公路工
程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，車道線寬度如表1。
表1 車道寬度
設(shè)計(jì)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(shí)為3
． 5)
從表1可知，我國(guó)公路車道線最窄為3．00 m，
即紅色區(qū)域?qū)挾炔荒艽笥?．00 m。根據(jù)實(shí)車測(cè)量
統(tǒng)計(jì)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(guó)家公路標(biāo)準(zhǔn)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(cè)刮擦，放寬安全余
量，紅色區(qū)域?qū)挾葢?yīng)該大于車寬 。另一方面，
駕駛員行駛時(shí)，基本上是將車輛控制在車道線以
內(nèi)。綜上所述，車輛紅色區(qū)域?qū)挾葹?．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(shù)進(jìn)行障礙物定位，
是模仿人類用雙眼來觀察客觀世界而產(chǎn)生距離遠(yuǎn)
近的原理。由于物距遠(yuǎn)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(jiǎn)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(fēng)玻璃處的雙CCD立體攝
像頭，按照?qǐng)D1建立的直角坐標(biāo)系，對(duì)前方車輛
等障礙物進(jìn)行捕捉定位識(shí)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(gè)
CCD和障礙物簡(jiǎn)化為3個(gè)點(diǎn)，3點(diǎn)確定一個(gè)平面，
故而是一個(gè)二維平面圖形。設(shè)A、B、C 的坐標(biāo)分
別為A(一 b— ，一 ，日( + z，一 ，C1( ，
y )，其中，物距為Y ，焦距為廠，2個(gè)CCD中心
間距為b，成像點(diǎn)偏移CCD中心的距離 、 和
夾角0 、0：分別如圖2所示。
根據(jù)三角形相似原理 可得
Y = b (1)
1+廠 1+ 2+
y ： (2)
X 1 + 2
根據(jù)幾何關(guān)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(biāo)為
c (一 +面b tan0 1， b )
2．1．3 虛警、實(shí)警的判定標(biāo)準(zhǔn)
前方障礙物在紅色區(qū)域內(nèi)時(shí)，為實(shí)警；障礙
物在紅色區(qū)域以外為虛警，應(yīng)該排除。故有以下
一SR 一
判定：
當(dāng)I x 1≤ 1一號(hào)+ 3W
時(shí)，有危險(xiǎn)，進(jìn)行安全距離判斷，確定是否需要
預(yù)警或剎車。
i> l一 + btanO1 l> ，
為虛警，車輛安全，重新探測(cè)。
車輛直線行駛時(shí)，根據(jù)以上判別方法，車輛
兩旁障礙物如樹木、圍欄、標(biāo)識(shí)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(jù)國(guó)家公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，車輛最高不可以超
過4．0 m (因一般高架橋的設(shè)計(jì)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(fēng)
玻璃處，根據(jù)其相對(duì)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(yù)防
漏警的預(yù)防，即所謂虛警變實(shí)警。根據(jù)上述
模型下的車輛安全預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)于任何障礙物，
無論過去是虛警還是實(shí)警，只要進(jìn)入車輛行駛的
紅色區(qū)域，距離達(dá)到安全預(yù)警范圍，系統(tǒng)都會(huì)自
動(dòng)報(bào)警，甚至自動(dòng)剎車。
2．2 車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的安全預(yù)警系統(tǒng)模型
2．2．1 建模方法
當(dāng)車輛的轉(zhuǎn)向盤角度傳感器檢測(cè)到轉(zhuǎn)向盤的
轉(zhuǎn)向角度值大于車輛轉(zhuǎn)向盤的自由行程角時(shí)，車
輛自動(dòng)進(jìn)入轉(zhuǎn)彎行駛狀態(tài)。以車輛為中心建立的
軸、 軸的直角坐標(biāo)系同圖1，不同的是該坐標(biāo)系
軸的方向是車輛轉(zhuǎn)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(shí)速度方向
相垂直。在車輛轉(zhuǎn)彎行駛的每個(gè)瞬態(tài)，可以把車
輛看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，其運(yùn)動(dòng)軌跡可以看作以R為圓
周半徑的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。因此，將 、 坐標(biāo)系
原點(diǎn)，沿著 軸正方向平移尺，建立 軸、y軸的
平面直角坐標(biāo)系，如圖3所示。
由圖3可知：坐標(biāo)系縱軸yl與l，軸平行，在
同一個(gè)平面內(nèi)，兩軸間的距離為尺，其中 為車輛
的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑。車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑
尺 = L (5)
《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2013(7)

由圖5和圖6可知，圖像中障礙物都能夠進(jìn)行
捕捉、識(shí)別。實(shí)警為存在危險(xiǎn)的障礙物，為紅色
捕捉邊框。虛警為干擾信號(hào)，為安全的綠色捕捉
邊框。對(duì)虛警、實(shí)警區(qū)分并對(duì)虛警進(jìn)行有效的排
除，達(dá)到了預(yù)期要求。
5 結(jié)論
本文提出的虛警、漏警理論模型為車輛安全
預(yù)警系統(tǒng)排除虛警、漏警，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、
魯棒性和智能性奠定了良好的基礎(chǔ)，從而使雙
CCD安全預(yù)警系統(tǒng)具有工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性
價(jià)比高等一系列優(yōu)勢(shì)，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(duì)圖像中障
礙物的捕捉、定位不夠穩(wěn)定，距離的測(cè)量等存在
誤差，這也是在今后的研究和實(shí)際應(yīng)用中要重點(diǎn)
解決的方向之一。
參考文獻(xiàn)
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作 者：余國(guó)亮
地 址：太原市萬柏林區(qū)窳流路66號(hào)研10級(jí)2班
郵 編：030024
收稿日期：2012—12—05
振動(dòng)輸送機(jī)振槽動(dòng)態(tài)響應(yīng)及影響因素研究
張?jiān)迫A李珊許亮劉冠玉
昆明理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院 昆明 650500
摘 要：簡(jiǎn)述了有限元模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析的基本理論，對(duì)煙絲生產(chǎn)線偏心連桿振動(dòng)輸送機(jī)振槽進(jìn)行模
態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，得到各階固有頻率和位移響應(yīng)，然后從結(jié)構(gòu)和材料方面研究了對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的影響。
為偏心連桿振動(dòng)輸送機(jī)振槽的設(shè)計(jì)提供了一種行之有效的研究方法。
關(guān)鍵詞：振動(dòng)輸送機(jī)；Ansys；模態(tài)分析；諧響應(yīng)分析；加強(qiáng)筋；厚度；材料
中圖分類號(hào)：TH234 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(dòng)輸送機(jī)(以下簡(jiǎn)稱振動(dòng)輸送機(jī))
《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2013(7)
機(jī)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要驅(qū)動(dòng)為彈性連桿式結(jié)構(gòu)，運(yùn)
行可靠，同時(shí)還具有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受力小、驅(qū)動(dòng)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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