Study on Intelligent Control of Road Condition Perception
and Forward Collision Warning System
Abstract---This paper describes a road condition perception and forward collision warning system （PWS). It enhances the capability of road condition perception, and improves the drive-safety. Firstly the research background, development of intelligent vehicle and road condition perception technology are introduced. Then the structure of PWS is proposed. It consists of three levels: road condition perception level, decision-making level and execution level. The three subsystems of PWS, central control module, forward collision warning (FCW) system and adaptive front-lighting System（AFS), are researched respectively. According to the proposed structure, PWS experimental platform is built. Some road test has been performed on this platform, and the result indicates that PWS is effective to give collision warning and enhance vehicle illumination.
Keywords--- road condition perception, collision warning, AFS.
Ⅰ.INTRODUCTION
The research on intelligent vehicle and road condition perception technology started in the early 80s. Its original motivation is to apply in military field. Afterward, with the development of those technologies and improvements of peoples demand, more and more road condition perception technologies are used in public field. There are many famous research organizations work on this field[1][2], such as USA department of defense and DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency),CMU, UBM, Mobileye Company, and so on. Some productions of vehicle safety-assistance system are developed[3], such as AutoVue system (developed by Daimler-Chrysler and Iteris Company), AWS system (proposed by Mobileye company), STAR system (released by Toyota), etc.
In China, researches on intelligent vehicle and road condition perception technology began in 90s. Jilin University intelligent vehicle research team has developed several types of automatic vehicle, such as JLUN-4. Xian Jiaotong University proposed Springrobot intelligent vehicle test platform [4]. On the base of this platform, Institute of Artificial Intelligence and Robotics and the Chinese Academy of Sciences have collaborated to develop intelligent driver-assistance and safety warning systems for passenger vehicles, particularly GPS and vision-based systems. Tsinghua University, Department of computer science and technology and Department of automotive engineering have done a lot of works on road condition perception held. They focus on safety-assistance technology. Some achievements on lane-tracing and vehicle identify have been made, such as THASV-II safety-vehicle platform.
Now, although so many researches have been carried out, there still have some problems in the field of road condition perception technology:
- Poor applicability for the complex condition of road driving.
- Sensor technology for road condition information collecting still has to improve.
- Low integration degree of whole system.
To solve those problems, the technology in following aspects will be developed later:
- Complex road condition perception.
- Higher system integration degree.
- Lower prices safety-assistance system.
- Information share between intelligent vehicles and intelligent transportation systems.
- Communications and cooperation service between active-safe and passive-safe systems.
The road condition perception and forward collision warning system (PWS) discussed in this paper is integrated with AFS and safety warning systems. Its the one of the most important research fields in ITS. The main aim of this system is to enlarge held of driver vision, enhance the
capability of road condition perception and improve the drive-safety.
This article is organized as follows. In section II, the architecture of PWS is established which consist of three parts. In section III, the hardware frame of central control module is built. In section N, forward collision warning system is discussed, Time to Contact (TTC) method is used to trigger the warning. In section V, the adaptive front-lighting system is designed. Experiments and results will be presented in section VI. Section VII contains some conclusions.
Ⅱ.STRUCTURE OF PWS
The road condition perception and forward collision warning system improve the ability of vehicle to identify hazard situation in night or curved roads. Vehicle illumination and night visibility is enhanced greatly. At the same time, PWS also has network interface (CAN/LIN bus), the sensors information and warning signal can be shared with other systems on vehicle through network. Thereby the system integration degree is improved greatly.
PWS has three sub-systems: central control module, forward collision warning (FCW) system and adaptive front-lighting System (AFS). All of them are connected with CAN bus.
Central control module is used for system information collection and display, status switch and control. An infrared camera is also equipped on this module. When driving in night or bad weather, infrared camera offers infrared image through LCD. So the visible distance in night is enlarged, and this will make drivers have better view and visibility.
FCW system is charge for road condition information collection, situation identify and forward collision warning. The warning message will be transmitted to central control module by CAN for remind driver.
AFS enhance the visibility in night by changing the light distribution according to the road and the driving condition.
The structure of PWS is shown in figuer1
A hierarchical architecture is used in PWS. It has three levels: road condition perception lev
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
路状感知和前碰撞预警智能控制系统的研究
摘要——本文介绍一种路况的感知和前方碰撞警告系统（PWS）。它增强的道路状况的感知能力，并且提高了驱动安全性。首先研究的背景，智能车辆和道路状况感知技术的发展进行了介绍。然后PWS的结构的建议。它包括三个层次：路况的感知水平，决策水平和执行水平。 PWS的三个子系统，中央控制模块，前方碰撞预警（FCW）系统和自适应前照明系统（AFS），分别研究。根据所提出的结构，PWS实验平台构建。有些道路试验已在此平台上被执行，并且结果表明PWS是有效，得到碰撞预警和提高车辆的照明。
关键词——感知道路条件、碰撞预警、自适应前照灯系统
1.简介
智能车辆和道路状况的感知技术的研究起步于80年代初。其原始动机是军事领域应用。后来，随着这些技术和人的需求改进的发展，越来越多的道路状况感知技术用于在公共领域。有许多著名研究机构在这一领域的研究工作,如美国国防部和美国国防部高级研究计划局,国防高级研究计划局结算,UBM,Mobileye公司等等。产品的开发车辆safety-assistance系统,比如AutoVue系统(由戴姆勒-克莱斯勒和Iteris开发公司),AWS系统(Mobileye提出的公司),恒星系统(由丰田发布)等等。
在中国，研究智能车辆和道路状况感知技术始于90年代。吉林大学智能汽车的研究小组已经开发了几种类型的自动车辆，如JLUN-4。西安交通大学提出春天机器人车辆智能测试平台。在这个平台的基础上，人工智能与机器人和中国科学院研究所已经合作开发智能驾驶辅助和安全预警系统的客运车辆，尤其是GPS和基于视觉的系统。清华大学计算机科学与技术以及汽车工程系系已经做了很多召开路况感知的作品。他们专注于安全技术的援助。在车道跟踪和车辆的一些成果鉴定已作出，如THASV-II的安全车载平台。
现在,尽管很多研究已经开展,仍然有一些问题领域的道路状态感知技术:
- 适用性不佳的复杂条件道路驾驶
- 道路状况信息收集传感器技术仍有改善
- 整个系统的集成程度低
为了解决这些问题,将在稍后开发技术在以下方面:
- 感知复杂道路条件
- 系统集成程度更高
- 价格较低的安全辅助系统
- 智能汽车和智能交通系统之间的信息共享
- 沟通与合作主动安全和被动安全系统之间的服务
在本文中讨论的路况感知和前方碰撞警告系统（PWS）集成了AFS和安全预警系统。它在ITS中最重要的研究领域之一。该系统的主要目的是扩大举办驾驶员的视野，提高了道路状况的感知能力和完善的驱动器的安全。
这篇文章的组织结构如下。在第二节，PWS的架构建立了由三部分组成。在第三节中，中央控制模块的硬件框架构建。在第N，前方碰撞警告系统的讨论，接触时间（TTC）方法被用来触发警告。在第五节，自适应前照明系统的设计。实验和结果将提交第六节。第七节包含了一些结论。
2.PWS结构
路况感知和前方碰撞预警系统可以提高识别夜间或弯曲道路险情车辆的能力。汽车照明和夜间能见度大大增强。与此同时,规模也有网络接口(CAN/ LIN总线),传感器信息和警告信号可以通过网络共享与其他系统车辆。从而可以大大提高系统集成程度。
PWS有三个子系统：中央控制模块，前方碰撞预警（FCW）系统和自适应前照明系统（AFS）。所有这些都与CAN总线相连。
中央控制模块，用于系统信息的收集和显示，状态开关和控制。红外相机还配备该模块上。当在夜间或恶劣天气驾驶，红外摄像机通过LCD提供了红外图像。所以在夜间可视距离被放大，而这将使得驱动器具有更好的视野和可见度。
FCW系统是收费路况信息采集，情况识别和前方碰撞警告。该警告消息将通过可被发送到中央控制模块，用于提醒驾驶员。
AFS通过根据道路和该驱动条件改变光分布提高夜间的可见性。
PWS 图2-1所示的结构
路况的感知水平 决策层 执行层
红外摄像机
彩色电视摄影机
雷达
车速
近光灯开关信号
方向盘传感器
水平传感器
中央
控制模块
FCW
控制模块
AFS
控制模块
液晶显示器
音频和指示灯警告
辅助刹车和油门关闭
近光光轴自动调整
其它系统上的车辆
处理 CAN
视频
hellip;hellip;
CAN
CAN/LIN
图2-1 PWS的结构
用于PWS分层架构。它有三个层次:道路状况感知层面,决策层和执行层。
道路条件包括几个传感器感知水平,如彩色摄像机、红外摄像机和扫描激光雷达。系统获取道路状况信息和车辆状态通过这些传感器。
情况确定将在决策水平。如果车辆在危险判断碰撞检测算法,将触发警告。AFS运动学模型和控制策略也适用于这个级别,低梁轴位置将根据车辆状态。
执行由人机界面和低梁轴调整致动器单元。视频、音频和液晶用于警告。致动器单元收费低束光在垂直和水平轴移动。
通过合作三个子系统,PWS碰撞预警装置性能良好,光照增强和夜间能见度。子系统的详细信息将在以下部分。
3.中央控制模块
中央控制模块是负责用于系统控制，信息和视频显示。它与FCW和AFS通过CAN总线连接。两个子系统控制消息将发送到中央控制模块,并显示在液晶显示控制模块包括两个部分:DM355视频处理模块和接口控制模块。中央控制模块的硬件框架如下所示:
8英寸的TFT液晶
钮
红外CCD
按键输入
彩色CCD
视频输出
视频
处理
DM355
视频输入
视频放大器
和开关
视频A
中央控制模块
AFS
FCW
MCU
R5F21237
蜂鸣器和指示器
AMI
S30660
视频输出
处理视频
GPIO
GPIO
CAN
CAN
RX
TX
串行端口
图3-1中央控制模块的硬件框架
在图中，DM355包括视频处理前端和后端，串行口;接口模块包括视频放大器和开关，MCU，蜂鸣器和指示灯，AMIS30660。
DM355是一款基于达芬奇技术的数字媒体处理器。达芬奇处理器利用的TMS320C64x DSP内核的数字视频终端设备的广泛优化。该处理器TMS320DM355是由ARMS内核和视频处理子系统（VPSS）供电。 DM355和MCU与串行端口和视频，系统的信息和控制字节，必须显示发送到DM355模块相连。 DM355是处理视频处理和数据显示。
视频放大器和开关部分包括视频信号放大器和开关。这部分的输入信号是红外和彩色CCD的视频信号。根据MCU控制，部分将送他们一到DM355。通过在LCD上的按钮，驾驶员能够做出的选择的视频将显示在屏幕上。从DM355接收到的处理后的视频被发送到液晶用于显示。
在AMIS-30660 CAN收发器是一种控制器区域网络（CAN）协议控制器之间的接口。该收发器提供差动发送能力的总线和差分接收能力的CAN控制器。CAN报文形式FCW和AFS发送到MCU的系统控制和显示。当FCW触发报警时，蜂鸣器和指示器会提醒司机。
4.前碰撞预警系统
FCW系统显著有助于减少交通事故的数量和严重程度。该系统的主要功能是提供关于车辆，道路和周边环境的安全性和更好的驾驶适当刚刚在时间信息。提醒司机被动地当他的车辆在危险情况下通过利用声光信号报警。如果驾驶员没有采取报警后任何行动，FCW将关闭油门，并采取制动的行车安全。
在这个系统中的雷达和远见的信息裂变采用。视频处理身份前方车辆，足乘客和道路，以及雷达提供目标和主机车辆之间准确的距离和相对速度。通过他们的裂变，精度和系统的稳定性都大大增强。
A.FCW的固件配置
本文讨论的FCW系统由传感器，中央处理器和预警设备。辅助刹车和油门的功能关闭，不包括（这将在以后的研究中学习）。固件配置将如图4-1中所示进行。
FCW中央处理器（基于DM6446）
刹车信号
油门位置
辅助刹车与关闭油门
汽车网
车速
彩色摄像机
肖恩激光雷达
彩色视频
CAN
车辆空间速度
图4-1 FCW系统的固件配置
传感器包括彩色摄像头，并扫描激光雷达。速度，刹车和油门的信号是通过实验车提供。所有这些传感器的信息将被发送到FCW中央处理器。该模块负责探测危险情况，并作出决定，为司机推荐相应的行动。
通过使用一个单一的前锋彩色摄像机通常位于附近的后视镜，FCW系统检测并跟踪车辆前进的道路上。雷达提供了前方车辆距离和相对速度。该系统还检测道路边缘，并测量主车辆对道路的边界的距离。冲突检测应用在FCW系统的算法。它确定危险情况，如间向前和主车辆的距离过于接近，或自身车辆越过车道而不转弯的转弯灯。
FCW系统通过CAN总线连接到车辆网络的方法，该警告可以发送给中央控制模块。然后，中心模块通过蜂鸣器和指示器提醒驾驶员。它可以让驾驶员有时间来处理各类险情，并降低事故风险。
B.碰撞检测算法
有许多冲突检测算法已经被开发出来。在本文中，接触时间（TTC）方法被用于触发警告。
碰撞时间T能够被推导为：
（1）
其中，Dr是目标车辆的相对距离，Vr为相对速度。通过扫描激光雷达提供了其中的两个。
（2）
这里，Vr为目标车辆的速度; Vt是主车辆的速度。当0le;Vr，FCW系统处于安全状态。
当Te为大于一定阈值Tt的最低值时，FCW系统将考虑车辆是危险的条件下，并进入警告模式。这种阈值定义为：
（3）
是主观的距离，驾驶员处于危险之中。这个距离包括三个部分：
(4)
在上面的公式中，是当驱动程序获取的警告的反应距离; 是它拿着取出的相对速的距离; 是安全距离后，相对速度删除。
可以得到:
(5)
是司机的反应时间，通常是1-2秒。
有许多因素影响的值，如目前和相对车速，车辆的制动特性和路况。
可适应不同的驾驶风格。根据不同的驱动程序，它应该是不同的。
5.自适应前照灯系统
AFS是一种主动安全照明灯系统将提高能见度在晚上通过改变光分布根据道路和驾驶条件。在水平的车间，用前照灯的低光束具有与根据方向盘角度和车速其中旋转水平的能力;在垂直车间，低光束头灯，可根据车辆的梯度从水平传感器获取垂直旋转。由于移动大灯自动改变光的分布根据路况，低光束的范围将扩大在弯曲道路和岔路口。由于应用AFS的，驾驶的疲惫程度，有效地降低了。司机有更多的明确的说法在夜间驾驶时，然后他们有更多的时间来处理紧急情况。从而驱动安全性大大提高。
AFS包括三个部分：车辆传感器，AFS控制模块（AFSCM）和执行机构单位。 AFSCM管理所有的计算和控制任务;车辆传感器收集的车速信号时，方向盘角位，依此类推;致动器单元驱动前照灯光轴到目标位置。在下面的段落中，每个部分的进一步定义将给出。 AFS的结构如下所示：
AFS
控制器
垂直传动装置
近光
水平驱动器
车身
水平传感器
速度传感器
方向盘传感器
图5-1 AF
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[499740]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
