一種小型車載車輛安全綜合檢測系統技術方案

為了克服現有車載檢測系統檢測數據量有限，檢測信號同步性差，無法實現車輛系統整體狀態檢測和車輛系統整體性能評估的技術缺陷，本發明專利技術提出了一種小型車載車輛安全綜合檢測系統，該系統以FPGA為核心處理器，結合外部車載傳感器和A/D轉換芯片，對車輛行駛狀態以及行駛環境進行綜合檢測，利用采集的GPS時間數據發出同步脈沖控制車載傳感器進行數據的采樣，保證各車載傳感器檢測信號的時間同步，該系統不需要計算機或DSP、ARM等核心處理單元，解決了現有車載檢測系統檢測數據量有限，檢測信號同步性差，無法實現車輛系統整體狀態檢測和車輛系統整體性能評估的技術問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種小型車載車輛安全綜合檢測系統，屬于工業測控技術，交通車輛行駛安全

技術介紹
行駛車輛系統性能的綜合檢測是判斷車輛運行狀態，進行車輛行駛安全評價的基本要求；車輛系統的轉向性能，行駛速度，車身姿態，車廂內部環境以及行駛的道路狀況是導致車輛整體性能下降，誘發交通事故最直接的因素；特別的，對于復雜環境山區道路，坡度大，彎道多，路面平整度差，車輛行駛時，會產生大幅度振動，轉向性能也會隨之變差，直接會導致車輛側滑或發生翻車事故，對人類的生命財產安全造成巨大威脅；綜合檢測車輛行駛的轉向參數、側滑位移、行駛速度、車身姿態、道路狀況、車廂內部環境是實現車輛系統整體性能檢測，進行車輛系統整體安全評估的基本條件。現有的車輛行駛狀態檢測通常采用車載總線或結合外部車載傳感器進行檢測，也有采用車載圖像傳感器對車輛的行駛路況進行檢測的方式；基于車載總線的車輛行駛檢測方式利用與車載總線相連的車載計算機或外部處理器讀取與車載總線相連的車輛內部傳感器數據，需要對總線的信息進行解碼和篩選，才能獲取感興趣的車輛內部傳感器數據；采用車載傳感器的車輛行駛狀態檢測通常使用GPS檢測車輛的行駛速度和行駛路徑，也有結合速度傳感器測速，三軸陀螺儀測軌跡方向等對車輛行駛狀態進行更全面的檢測；車載圖像傳感器檢測方式，使用與車體固定的攝像機獲取車輛前方或后方的道路以及障礙物圖像信息，結合車載計算機或其他硬件處理器平臺對車輛行駛路況圖像進行處理，以檢測道路邊界和障礙物等信息。專利“倪明選.智能交通系統信息采集器[P].中國CN201927175U”公開了一種智能交通系統信息采集器，其車載傳感系統包括三維加速度傳感器模塊、距離傳感模塊及GPS模塊，三軸加速度傳感模塊，實時采集三軸方向的加速度值，檢測緊急剎車以及車輛振動情況，距離傳感模塊，實時采集該智能交通系統信息采集器與前方的物體距離，GPS模塊，實時顯示該智能交通信息采集器所處位置經緯度信息，采用STM32F103型號的ARM處理器作為控制模塊；專利“王飛躍，王知學，艾云峰.一種車載嵌入式系統[P].中國200510116714.X”公開了一種車載嵌入式系統，包括通過車載總線連接的車載嵌入式平臺、車載顯示器、車載無線通信單元、GPS接收儀、車載式數字圖像信息獲取單元以及電子地圖數據庫，可以將車輛的行駛環境狀況、自身故障等信息告知給駕駛員，并可實現車輛和家庭內家電控制系統的遠程數據交互和控制互動功能。現有的車載檢測系統通過結合外部車載傳感器，擴展了檢測系統的功能，添加了部分檢測信息，但是要實現車輛安全的綜合檢測，現有車載檢測系統存在檢測數據量有限，檢測信號同步性差，無法實現車輛系統整體狀態檢測和車輛系統整體性能評估的技術問題。
技術實現思路
為了克服現有車載檢測系統檢測數據量有限，檢測信號同步性差，無法實現車輛系統整體狀態檢測和車輛系統整體性能評估的技術缺陷，本專利技術提供了一種小型車載車輛安全綜合檢測系統，該系統以FPGA為核心處理器，結合外部車載傳感器和A/D轉換芯片，對車輛行駛狀態以及行駛環境進行綜合檢測，利用采集的GPS時間數據發出同步脈沖控制車載傳感器進行數據的采樣，保證各車載傳感器檢測信號的時間同步，該系統不需要計算機或DSP、ARM等核心處理單元，解決了現有車載檢測系統檢測數據量有限，檢測信號同步性差，無法實現車輛系統整體狀態檢測和車輛系統整體性能評估的技術問題。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案一種小型車載車輛安全綜合檢測系統，具有以下特點(I)車載車輛綜合檢測系統以FPGA為核心，傳感器系統可以實現車輛方向盤轉角、前輪轉角、道路邊界位置、后方車距、車輪側滑位移、行車路徑、車速、航向角、車輛行駛姿態、行車高度以及車廂內部噪聲、座椅振動情況的綜合檢測，并能根據車廂內部噪聲、振動環境的檢測情況進行車廂舒適度評價，還可以結合方向盤、車輪轉角、車身姿態以及道路的邊界位置利用與車輛轉向系相固定的力矩電機進行車輛的轉向控制，避免由于駕駛員操作失誤引起的車輛不安全狀況，通過利用采集的GPS時間數據發出同步脈沖控制車載傳感器進行數據的采樣，保證了各車載傳感器檢測信號的時間同步，實現車輛系統整體狀態和車輛行駛的整體性能的綜合評估；(2)方向盤轉角檢測單元使用機械軸套連接旋轉變壓器與方向盤，機械軸套與轉向柱之間機械連接，保證旋轉變壓器轉子與方向盤同軸轉動，通過軸角轉換芯片將旋轉變壓器采集的模擬量數字化，FPGA通過對該數字量進行采集和解算得到車輛行駛過程中的方向盤轉角；(3)多路圖像檢測單元采用在車輛上添加多路CXD圖像傳感器，FPGA配置視頻解碼芯片，采集多路車載數字圖像，采用圖像檢測的處理方法對采集的數字圖像進行處理，檢測車輛行駛過程中的左、右前輪轉角、車輪側滑位移，前方車道標線參數，以及后方車距等信息；(4)車廂內部環境檢測及評估單元采用在車廂內部固定傳聲器，主駕座椅上固定三軸加速度傳感器，結合A/D轉換芯片將傳感器的模擬量轉換為數字量，FPGA通過采集獲得車廂內部噪聲和座椅振動的數字量，根據該數字量可以分析和估計乘客在車廂噪聲環境下的煩躁程度，以及駕駛員座椅的舒適程度，實現車廂內部環境的整體評估；(5)車輪側滑位移檢測單元使用多路圖像檢測聯合車輪側滑位移檢測輪套進行車輪側滑位移的綜合檢測，車輪側滑位移的檢測結果l=a Xlifflage+(l-a) Xlsensor其中I為最終檢測的車輪側滑位移，Iifflage為視頻圖像檢測的車輪側滑位移，Isensor為車輪側滑位移檢測輪套檢測的輪側滑位移，anin< a=f(x) < I為圖像檢測加權因子，Cinin >0.01為a的最小取值，X為圖像檢測清晰度參數，f(x)為根據實際車輛反復實驗確定以圖像清晰度為自變量的圖像檢測加權因子函數，當圖像檢測清晰可辨時f (x)=l，當圖像檢測不可辨時f (X)=O. 01，f(x)確定過程為通過不同圖像檢測清晰度實驗獲取參數X下的圖像位移量及車輛實際位移量，再通過曲線擬合和辨識方法確定f (X);(6)車輛行駛姿態綜合檢測和轉向控制單元采用GPS、IMU和高度儀，結合多路A/D轉換芯片對車輛行駛路徑、車速、航向角、軸向角速率以及行車高度進行綜合檢測，聯合多路圖像檢測單元的數據綜合控制與車輛轉向系相固定的力矩電機，實現車輛轉向的自動控制，車輛的轉向控制設計了控制模式切換按鍵，駕駛員可以通過按鍵切換人工/自主車輛轉向控制的方式。本專利技術的有益效果是采用圖像和傳感器相聯合的車輪側滑位移檢測方法可以避免單一檢測方法的檢測誤差，保證車輪側滑位移檢測結果的可靠性，為車輛側滑、側翻等不安全現象的綜合評估提供依據；以FPGA為核心處理器，結合外部車載傳感器和A/D轉換芯片，對車輛行駛狀態以及行駛環境進行綜合檢測，利用采集的GPS時間數據發出同步脈沖控制車載傳感器進行數據的采樣，保證各車載傳感器檢測信號的時間同步，該車載車輛安全綜合檢測系統不需要計算機或DSP、ARM等核心處理單元，解決了現有車載車輛檢測系統檢測數據量有限，檢測信號同步性差，無法實現車輛系統整體狀態檢測和車輛系統整體性能評估的技術問題。下面結合附圖和實施例對本專利技術作詳細說明。附圖說明圖1為本專利技術車載車輛安全綜合檢測系統的總本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種小型車載車輛安全綜合檢測系統，具有以下特點：(1)車載車輛綜合檢測系統以FPGA為核心，傳感器系統可以實現車輛方向盤轉角、前輪轉角、道路邊界位置、后方車距、車輪側滑位移、行車路徑、車速、航向角、車輛行駛姿態、行車高度以及車廂內部噪聲、座椅振動情況的綜合檢測，并能根據車廂內部噪聲、振動環境的檢測情況進行車廂舒適度評價，還可以結合方向盤、車輪轉角、車身姿態以及道路的邊界位置利用與車輛轉向系相固定的力矩電機進行車輛的轉向控制，避免由于駕駛員操作失誤引起的車輛不安全狀況，通過利用采集的GPS時間數據發出同步脈沖控制車載傳感器進行數據的采樣，保證了各車載傳感器檢測信號的時間同步，實現車輛系統整體狀態和車輛行駛的整體性能的綜合評估；(2)方向盤轉角檢測單元使用機械軸套連接旋轉變壓器與方向盤，機械軸套與轉向柱之間機械連接，保證旋轉變壓器轉子與方向盤同軸轉動，通過軸角轉換芯片將旋轉變壓器采集的模擬量數字化，FPGA通過對該數字量進行采集和解算得到車輛行駛過程中的方向盤轉角；(3)多路圖像檢測單元采用在車輛上添加多路CCD圖像傳感器，FPGA配置視頻解碼芯片，采集多路車載數字圖像，采用圖像檢測的處理方法對采集的數字圖像進行處理，檢測車輛行駛過程中的左、右前輪轉角、車輪側滑位移，前方車道標線參數，以及后方車距等信息；(4)車廂內部環境檢測及評估單元采用在車廂內部固定傳聲器，主駕座椅上固定三軸加速度傳感器，結合A/D轉換芯片將傳感器的模擬量轉換為數字量，FPGA通過采集獲得車廂內部噪聲和座椅振動的數字量，根據該數字量可以分析和估計乘客在車廂噪聲環境下的煩躁程度，以及駕駛員座椅的舒適程度，實現車廂內部環境的整體評估；(5)車輪側滑位移檢測單元使用多路圖像檢測聯合車輪側滑位移檢測輪套進行車輪側滑位移的綜合檢測，車輪側滑位移的檢測結果：l=α×limage+(1?α)×lsensor其中l為最終檢測的車輪側滑位移，limage為視頻圖像檢測的車輪側滑位移，lsensor為車輪側滑位移檢測輪套檢測的輪側滑位移，αnin≤α=f(x)≤1為圖像檢測加權因子，αnin≥0.01為α的最小取值，x為圖像檢測清晰度參數，f(x)為根據實際車輛反復實驗確定以圖像清晰度為自變量的圖像檢測加權因子函數，當圖像檢測清晰可辨時f(x)=1，當圖像檢測不可辨時f(x)=0.01，f(x)確定過程為通過不同圖像檢測清晰度實驗獲取參數x下的圖像位移量及車輛實際位移量，再通過曲線擬合和辨識方法確定f(x)；(6)車輛行駛姿態綜合檢測和轉向控制單元采用GPS、IMU和高度儀，結合多路A/D轉 換芯片對車輛行駛路徑、車速、航向角、軸向角速率以及行車高度進行綜合檢測，聯合多路圖像檢測單元的數據綜合控制與車輛轉向系相固定的力矩電機，實現車輛轉向的自動控制，車輛的轉向控制設計了控制模式切換按鍵，駕駛員可以通過按鍵切換人工/自主車輛轉向控制的方式。...

【技術特征摘要】
1.一種小型車載車輛安全綜合檢測系統，具有以下特點:(1)車載車輛綜合檢測系統以FPGA為核心，傳感器系統可以實現車輛方向盤轉角、前輪轉角、道路邊界位置、后方車距、車輪側滑位移、行車路徑、車速、航向角、車輛行駛姿態、行車高度以及車廂內部噪聲、座椅振動情況的綜合檢測，并能根據車廂內部噪聲、振動環境的檢測情況進行車廂舒適度評價，還可以結合方向盤、車輪轉角、車身姿態以及道路的邊界位置利用與車輛轉向系相固定的力矩電機進行車輛的轉向控制，避免由于駕駛員操作失誤引起的車輛不安全狀況，通過利用采集的GPS時間數據發出同步脈沖控制車載傳感器進行數據的采樣，保證了各車載傳感器檢測信號的時間同步，實現車輛系統整體狀態和車輛行駛的整體性能的綜合評估；(2)方向盤轉角檢測單元使用機械軸套連接旋轉變壓器與方向盤，機械軸套與轉向柱之間機械連接，保證旋轉變壓器轉子與方向盤同軸轉動，通過軸角轉換芯片將旋轉變壓器采集的模擬量數字化，FPGA通過對該數字量進行采集和解算得到車輛行駛過程中的方向盤轉角；(3)多路圖像檢測單元采用在車輛上添加多路CCD圖像傳感器，FPGA配置視頻解碼芯片，采集多路車載數字圖像，采用圖像檢測的處理方法對采集的數字圖像進行處理，檢測車輛行駛過程中的左、右前輪轉角、車輪側滑位移，前方車道標線參數，以及后方車距等信息；(4)車廂內部環境檢測及評估單元采用在車廂內部固定傳聲器，主駕座椅上固定三軸加速度傳感器，結合A/D轉換芯片將傳感...

【專利技術屬性】
技術研發人員：史忠科，王萌，舒甜李龍，
申請(專利權)人：西安費斯達自動化工程有限公司，
類型：發明
國別省市：