阅读说明：本技术 一种基于渐开线的后视镜随动的算法 (Involute-based rearview mirror follow-up algorithm ) 是由 何友国 吴昊 杨仕杰 袁朝春 邵文彪 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于渐开线的后视镜随动的算法,解决转弯过程中汽车视野盲区变化的问题,采用渐开线算法得出汽车转弯过程中后视镜渐开式视野盲区边缘线运动速度,根据不同的转弯角度得出相应的后视镜调整角度,使得渐开式盲区边缘扩大时,左右外后视镜随动调节,使盲区调整到合适的大小。不同于根据方向盘转角传感器得出的转角数据将汽车转弯角度平均分成若干份进而线性调节后视镜转动角度的方法,本算法根据转弯时左右外后视镜渐开式盲区边缘线与路段相交的位置不同将外后视镜随动分成3部分,计算出渐开式盲区边缘线的变化长度,并根据变化长度非线性地调节后视镜转动角度,使盲区大小及对驾驶员的影响变化更加均匀,提高汽车转弯时的安全。(The invention discloses an involute-based rearview mirror follow-up algorithm, which solves the problem of change of a field of vision blind area of an automobile in the turning process, obtains the edge line movement speed of an involute type field of vision blind area of the rearview mirror in the turning process of the automobile by adopting the involute algorithm, and obtains corresponding rearview mirror adjusting angles according to different turning angles, so that when the edge of the involute type blind area is enlarged, left and right outer rearview mirrors are adjusted in a follow-up manner, and the blind area is adjusted to be a proper size. The algorithm divides the outer rearview mirror into 3 parts according to the intersection position difference of the edge line of the involute blind area of the left outer rearview mirror and the right outer rearview mirror and the road section during turning, calculates the change length of the edge line of the involute blind area, and adjusts the rotation angle of the rearview mirror in a nonlinear manner according to the change length, so that the size of the blind area and the influence on a driver are changed more uniformly, and the safety of the automobile during turning is improved.)

一种基于渐开线的后视镜随动的算法

技术领域

本发明涉及汽车安全领域，具体为一种基于渐开线的后视镜随动的算法。

背景技术

在车辆主动安全技术中，随动后视镜已经有一些较为成熟的方案。但目前已有方案甚至没有一个确定的算法，只是通过实验在某一种路况下的行驶状况测量出数据，建立表格来进行后视镜调整角度的对应，这种方案没有连续性，在后视镜角度调整过程中角度变化会呈现出明显的跳动。或者是不考虑路况直接通过方向盘转角传感器传出的转向角度数据通过A/D转换后输入单片机，结合事先编好的程序来控制电机的转速，进而达到后视镜角度调整的目的。这种方案程序的主动性较弱，在很多路况后视镜容易出现往错误方向偏转或者偏转角度不够的问题。

通过查阅资料，目前，在车辆转弯时采用基于渐开线的后视镜随动的算法尚未有相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于渐开线的后视镜随动的算法，解决转弯过程中汽车视野盲区变化的问题，本发明采用渐开线算法得出汽车转弯过程中后视镜渐开式视野盲区边缘线运动速度，根据不同的转弯角度对应得出相应的后视镜调整角度，使得渐开式盲区边缘扩大时，左右外后视镜随动调节，使盲区调整到合适的大小。不同于根据方向盘转角传感器得出的转角数据将汽车转弯角度平均分成若干份进而线性调节后视镜转动角度的方法，本算法根据转弯时左右外后视镜渐开式盲区边缘线与路段相交的位置不同将外后视镜随动分成3部分，经过计算出渐开式盲区边缘线与道路的交点变化的长度，并根据变化的长度来非线性地调节后视镜转动角度，使盲区大小及对驾驶员的影响变化更加均匀，提高了汽车转弯时的安全性。

本发明算法

1、本发明解决转弯过程中汽车视野盲区变化的问题，采用渐开线算法得出汽车转弯过程中后视镜渐开式视野盲区边缘线运动速度，根据不同的转弯角度得出相应的后视镜调整角度，使得渐开式盲区边缘扩大时，左右外后视镜随动调节，使盲区调整到合适的大小。

2、不同于根据方向盘转角传感器得出的转角数据将汽车转弯角度平均分成若干份进而线性调节后视镜转动角度的方法，本发明根据转弯时左右外后视镜渐开式盲区边缘线与路段相交的位置不同将外后视镜随动分成3部分，经过计算出渐开式盲区边缘线与道路的交点变化的长度，并根据变化的长度来非线性地调节后视镜转动角度，使盲区大小及对驾驶员的影响变化更加均匀，提高了汽车转弯时的安全性。

3、根据车辆在道路行驶中的位置不同，本发明采用离线测试的方法，确定渐开线随动算法中的调整系数k_n，并根据不同的情况设置不同的值，提高了建模的精度。

根据本算法设计的流程如下所示：

(1)、利用方向盘转角传感器和车速传感器得到方向盘转角数据和车速数据；

(2)、利用渐开线算法计算渐开线的边缘线与道路交点变化的长度；

(3)、先根据渐开线的边缘线与路段交点变化的长度作出车辆在0～45°转角内后视镜不作调整时渐开线的边缘线与路段的交点图。再将0～45°转角区间分为四段，作出使车辆在每段之间渐开线边缘线与路段交点长度变化连续的交点图与之对比来确定每段调整左右后视镜随动的角度；

(4)、在车辆与两侧车道线的不同相对距离下进行测试，以确定各种相对距离下的调整系数k_n。

本发明技术方案：

具体地，根据本发明算法的流程结合具体数值对本发明技术方案做如下进一步说明：

(1)、利用方向盘转角传感器和车速传感器得到方向盘转角数据和车速数据；

(2)、利用渐开线算法计算渐开线的边缘线与路段交点变化的长度；

(3)、先根据渐开线的边缘线与道路交点变化的长度作出车辆在0～45°转角内后视镜不作调整时渐开线的边缘线与路段的交点图。再将0～45°转角区间分为四段，作出使车辆在每段之间渐开线边缘线与路段交点长度变化连续的交点图与之对比(如图2所示)来确定每段调整左右后视镜随动的角度；

以一般乘用车左右外后视镜可提供各30°视野，外后视镜内外转动极限为内外各15°为条件。画出车辆在转过90°角度的路口时在各个位置后视镜视野盲区渐开线边缘线的情况。如图3所示。

首先，根据几何关系给出渐开式盲区边缘线与道路交点的长度变化距离ΔS_r、ΔS_l的算法：

其中，ΔS_r、ΔS_l：左、右渐开线盲区边缘线相对起始点移动的距离；

Rr、R_L：车辆外侧距离道路边缘长度；

v₁：车速；

t：车辆从0°开始行使经过的时间；

θ：车辆从0°位置驶过的转角(由方向盘转角得到，转化关系一般为10:1)；

k_n：调整系数

然后根据渐开线算法得出的渐开式盲区边缘线与路段交点变化长度来制定左右后视镜的偏转控制策略，如表1所示：

表1

在0～45°之间，由于外后视镜内外极限偏转角度是15度，外后视镜正常位置所提供的视野是左右各30度，当外后视镜偏转到极限位置15°时，加上本身具有的30°视野，视野范围可以提高到45度。由于后视镜所提供的视野范围是一定的，当外侧视野提高后，靠近车身的视野就会对应地减少，但因为15°的视野盲区是细小狭长的，在车辆后方很远处才会形成大到足以容下车辆的盲区，所以这段盲区在0～45度的转角内是可以忽略的。当车辆转弯到45°时，后视镜也偏转到极限位置，右侧外后视镜的渐开式盲区边缘线正好与右侧r1道路成水平关系，可以覆盖r1道路全部视野，左侧外后视镜的渐开式视野盲区边缘线正好与左侧r2道路成水平关系，可以提供l2道路大部分的视野，杜绝了左侧l2车道内有车辆处在外后视镜盲区内的现象。

在45°到60°之间，右侧外后视镜的渐开式盲区边缘线开始离开r1道路转到l1道路上，左侧外后视镜的渐开式盲区边缘线开始离开l2段转到l3段上，由于车辆处在路口中央，所以此段视野的增大部分仍然很重要，因此在此阶段，左右外后视镜均保持极限角度不变。

在60°到90°之间，车辆开始驶入右侧r2车道，右侧外后视镜视野开始受到路口障碍物阻挡，这时增大的视野面积已经没有必要反而会影响对后方道路情况的观察，所以右侧外后视镜开始匀速地转动到正常位置。由于在车辆转到45°时左侧外后视镜已经能够提供l2道路的安全视野，而随着车辆转动角度的进一步增大到60°时，后视镜可以提供l3道路的视野，这对驾驶员来说是没有必要的，所以在此阶段，左右后视镜均开始匀速地转动到正常位置。

由渐开线算法给出具体的0°到45°的偏转算法，将0～45°分为段，如表2所示：

表2

由上述表2表明汽车在0°到45°的转角下，左右后视镜的随动偏转情况具体如下：

①如果汽车转角在0～10°时，此时左后视镜匀速转动1°，右后视镜匀速转动2°；

②如果汽车转角在10～20°时，此时在①的基础上左后视镜再匀速转动2°，右后视镜再匀速转动3°；

③如果汽车转角在20～30°时，此时在②的基础上左后视镜再匀速转动3°，右后视镜再匀速转动4°；

④如果汽车转角在30～45°时，此时在③的基础上左后视镜再匀速转动9°，右后视镜再匀速转动6°；

(4)、对于ΔS_r：

在车辆与两侧车道线的不同相对距离下进行测试，以确定各种相对距离下的调整系数k_n。

当汽车处于车道正中间时k_n＝1。

当汽车处于两侧车道线的相对左侧时，通过调节调整系数k_n＝1～2(汽车处于车道最左侧时k_n＝2)，可以将右侧渐开式盲区边缘线与道路交点的距离变化增大，达到盲区边缘线与路段交点距离变化更为准确的目的。

当汽车处于两侧车道线的相对右侧时，通过调节调整系数k_n＝1～0(汽车处于车道最右侧时k_n＝0)，可以将右侧渐开式盲区边缘线与道路交点的距离变化减小，达到盲区边缘线与路段交点距离变化更为准确的目的。

对于ΔS_l：

当汽车处于车道正中间时k_n＝1。

当汽车处于两侧车道线的相对左侧时，通过调节调整系数k_n＝1～0.8(汽车处于车道最左侧时k_n＝0.8)，可以将左侧渐开式盲区边缘线与道路交点的距离变化减小，达到盲区边缘线与路段交点距离变化更为准确的目的。

当汽车处于两侧车道线的相对右侧时，通过调节调整系数k_n＝1～1.2(汽车处于车道最右侧时k_n＝1.2)，可以将左侧渐开式盲区边缘线与道路交点的变化距离增大，达到盲区边缘线与路段交点距离变化更为准确的目的。

本发明的有益效果：

为了使汽车在转弯的过程中视野盲区的变化对驾驶员的影响降低到最小程度，根据转弯时左右外后视镜渐开式盲区边缘线与路段相交的位置不同将外后视镜随动分成3部分，经过计算出渐开式盲区边缘线的变化的长度并根据长度变化趋势来非线性地调节后视镜转动角度，使盲区大小及对驾驶员的影响变化更加均匀。提高了汽车转弯时的安全性。

附图说明

图1为本发明本算法流程图。

图2为本发明算法调整后视镜角度渐开线盲区效果图。

图3为本发明算法车辆在道路转弯过程中的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

根据本算法设计的流程图如图1所示，根据图1所示流程，结合附图再做如下进一步说明：

(1)、利用方向盘转角传感器和车速传感器得到方向盘转角数据和车速数据；

(2)、利用渐开线算法计算渐开线的边缘线与路段交点变化的长度；

(3)、先根据渐开线的边缘线与道路交点变化的长度作出车辆在0～45°转角内后视镜不作调整时渐开线的边缘线与路段的交点图。再将0～45°转角区间分为四段，作出使车辆在每段之间渐开线边缘线与路段交点长度变化连续的交点图与之对比(如图2所示)来确定每段调整左右后视镜随动的角度。

以一般乘用车左右外后视镜可提供各30°视野，外后视镜内外转动极限为内外各15°为条件。画出车辆在转过90°角度的路口时在各个位置后视镜视野盲区渐开线边缘线的情况。如图3所示。

首先，根据几何关系给出渐开式盲区边缘线与道路交点的长度变化距离ΔS_r、ΔS_l的算法：

其中，ΔS_r、ΔS_l：左、右渐开线盲区边缘线相对起始点移动的距离；

Rr、R_L：车辆外侧距离道路边缘长度；

v₁：车速；

t：车辆从0°开始行使经过的时间；

θ：车辆从0°位置驶过的转角(由方向盘转角得到，转化关系一般为10:1)；

k_n：调整系数

然后根据渐开线算法得出的渐开式盲区边缘线长度变化趋势来制定左右后视镜的偏转控制策略，如表1所示：

表1

在0～45°之间，由于外后视镜内外极限偏转角度是15度，外后视镜正常位置所提供的视野是左右各30度，当外后视镜偏转到极限位置15°时，加上本身具有的30°视野，视野范围可以提高到45度。由于后视镜所提供的视野范围是一定的，当外侧视野提高后，靠近车身的视野就会对应地减少，但因为15°的视野盲区是细小狭长的，在车辆后方很远处才会形成大到足以容下车辆的盲区，所以这段盲区在0～45度的转角内是可以忽略的。当车辆转弯到45°时，后视镜也偏转到极限位置，右侧外后视镜的渐开式盲区边缘线正好与右侧r1道路成水平关系，可以覆盖r1道路全部视野，左侧外后视镜的渐开式视野盲区边缘线正好与左侧r2道路成水平关系，可以提供l2道路大部分的视野，杜绝了左侧l2车道内有车辆处在外后视镜盲区内的现象。

在45°到60°之间，右侧外后视镜的渐开式盲区边缘线开始离开r1道路转到l1道路上，左侧外后视镜的渐开式盲区边缘线开始离开l2段转到l3段上，由于车辆处在路口中央，所以此段视野的增大部分仍然很重要，因此在此阶段，左右外后视镜均保持极限角度不变。

在60°到90°之间，车辆开始驶入右侧r2车道，右侧外后视镜视野开始受到路口障碍物阻挡，这时增大的视野面积已经没有必要反而会影响对后方道路情况的观察，所以右侧外后视镜开始匀速地转动到正常位置。由于在车辆转到45°时左侧外后视镜已经能够提供l2道路的安全视野，而随着车辆转动角度的进一步增大到60°时，后视镜可以提供l3道路的视野，这对驾驶员来说是没有必要的，所以在此阶段，左右后视镜均开始匀速地转动到正常位置。

由渐开线算法给出具体的0°到45°的偏转算法，将0～45°分为段，如表2所示：

表2

(4)、对于ΔS_r：

在车辆与两侧车道线的不同相对距离下进行测试，以确定各种相对距离下的调整系数k_n。

当汽车处于车道正中间时k_n＝1。

当汽车处于两侧车道线的相对左侧时，通过调节调整系数k_n＝1～2(汽车处于车道最左侧时k_n＝2)，可以将右侧渐开式盲区边缘线与道路交点的距离变化增大，达到盲区边缘线与路段交点距离变化更为准确的目的。

当汽车处于两侧车道线的相对右侧时，通过调节调整系数k_n＝1～0(汽车处于车道最右侧时k_n＝0)，可以将右侧渐开式盲区边缘线与道路交点的距离变化减小，达到盲区边缘线与路段交点距离变化更为准确的目的。

对于ΔS_l：

当汽车处于车道正中间时k_n＝1。

当汽车处于两侧车道线的相对左侧时，通过调节调整系数k_n＝1～0.8(汽车处于车道最左侧时k_n＝0.8)，可以将左侧渐开式盲区边缘线与道路交点的距离变化减小，达到盲区边缘线与路段交点距离变化更为准确的目的。

当汽车处于两侧车道线的相对右侧时，通过调节调整系数k_n＝1～1.2(汽车处于车道最右侧时k_n＝1.2)，可以将左侧渐开式盲区边缘线与道路交点的变化距离增大，达到盲区边缘线与路段交点距离变化更为准确的目的。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技术所创的等效方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。