新型智能汽車平視顯示屏輔助駕駛系統設計

趙潔

摘要：安全、智能的駕駛體驗是目前無人駕駛或者自動駕駛的發展目標。本文設計了一款新型的智能化汽車輔助系統。該系統首先實現了汽車的自動避障輔助自動控制系統，通過以太網網絡與避障計算機集成，為駕駛員提供預警和引導，避免事故的發生，且該系統運作過程中，驅動程序仍然能夠訪問通信設備和多媒體設備，而不干擾主動駕駛過程。其次基于人因工程學，所有的警告和引導信息以及從車內傳感器獲取的數據將被發送到駕駛員的主計算機上，并顯示在前擋風玻璃下方的平視顯示器上，實現智能、安全的駕駛體驗。

關鍵詞：智能汽車;自動駕駛;平視顯示器;系統設計;自動控制

中圖分類號：F407.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）24-0218-02

0? 引言

隨著智慧化城市的不斷擴大和發展，由于一些人為原因和車輛設計原因等造成的交通安全事故越來越受到廣泛的關注，特別地，針對人為因素造成的交通事故，往往是因為在開車前酗酒和疲勞駕駛等因素造成的，很多研究關注于此[1，2]。此外，由于車輛原因造成的事故，主要是因為制動故障、車輛老化、發動機維修不當等。鑒于此，為了解決這些存在的問題，就需要設計一個智能化的汽車輔助系統來提高駕駛員的駕駛安全[3-5]。在1994年提出的人因工程學的概念可能有助于理解各主體功能需求分析和人機界面設計的相互作用[6]。人因工程學將效用定義為系統滿足用戶需求的程度。因此，功能需求分析的結果，即汽車平視顯示屏功能的規范，直接影響到駕駛員感知的系統效用。

1? 新型智能汽車平視顯示屏輔助駕駛系統設計

目前，智能化汽車是一個全新的智能化系統概念，依托智能化自動控制系統，以實現改進的乘車體驗。功能是駕駛員了解車輛狀況和周圍環境的主要信息來源。該系統通過以太網網絡與避障計算機集成，為駕駛員提供預警和引導，以避免事故的發生。基于人因工程學，所有的警告和引導信息以及從車內傳感器獲取的數據將被發送到駕駛員的主計算機上，并顯示在前擋風玻璃下方的平視顯示器上。本系統的特點在于該輔助自動系統運作過程中，驅動程序仍然能夠訪問通信設備和多媒體設備，而不干擾主動駕駛過程。智能車硬件系統總體框架智能車的硬件系統包括控制器、電源電路單元，輸入設置，電磁信號放大電路、速度檢測、動力系統，串行通信模塊。根據上述功能模塊的硬件系統可分為汽車動力能源部分，信息采集部分，信息處理部分，實時控制和輸入和輸出部分，一個閉環控制系統。圖1顯示了本文所提出的新型智能汽車平視顯示屏輔助駕駛系統的整體硬件。

智能汽車所搭載的新型智能汽車平視顯示屏輔助駕駛系統通過感應器采集道路信息，利用采集到的電磁信號線，識別道路狀況，通過對采集到的信號進行處理，實現對汽車的實時控制。本文采用單片機MC8S13XSl38對采集的數據進行處理，控制伺服機構轉向和驅動動力裝置，控制車輛安全運行。

針對所搭載的新型智能汽車平視顯示屏輔助駕駛系統，其伺服系統的功能或任務為：從用戶界面面板發出的命令信號進入伺服的“定位控制器”。定位控制器是存儲各種作業或任務信息的設備。它已被編程激活電機/負載，即改變速度/位置。信號然后進入伺服控制或“放大電路”部分。伺服控制采取這個低功率電平信號，并增加，或放大，功率上升到適當的水平，實際上導致運動的伺服電機/負載。這些低功率信號必須被放大：需要更高的電壓水平旋轉伺服電機。它還提供集成電路運行所需的任何低電平電壓。當功率被施加到伺服電機上，負載開始移動，速度和位置改變。例如，假設命令信號以1200轉/分驅動負載。由于某種原因，它實際上是以1000轉/分的速度旋轉。反饋信號會通知控制器速度是1000轉/分。控制器然后比較1200轉/分的命令信號（設置的速度）和1000轉/分的反饋信號（實際速度），并注意到這樣的誤差。然后控制器輸出一個信號給伺服電機施加更多的電壓來提高速度，直到反饋信號等于命令信號，即沒有誤差。

2? 新型智能汽車平視顯示屏輔助駕駛系統的實現與測試

目前，本文對于智能汽車系統的要求包括：駕駛員和車輛之間的聯動;多個車輛之間的聯動;汽車與導航GPS、交通信息網等之間的聯動;本文研究的目的是設計和實現智能交通系統中的適配與駕駛員的新型智能汽車平視顯示屏輔助駕駛系統。實施步驟如圖2所示。

智能化輔助駕駛自動控制系統和平視顯示器的實現由硬件實現和軟件實現兩部分組成。

其中，智能化輔助駕駛自動控制系統是在以下環境下開發的：

“Windows 10+Visual Studio 12+NET Framework 5+python”

硬件采用木制框架、液晶顯示器、4毫米厚的亞克力屏幕、伺服電機、以MC8S13XSl38作為伺服電機控制器的微控制器系統。

基于人因工程學，可用性被定義為一個質量屬性，用來評估用戶界面的易用性。因此，系統的可用性主要是由屏幕級界面設計產生的平視顯示屏界面決定的。效用和可用性共同決定了系統的整體效用。前人的研究已經描述了汽車外殼的有用性，可以提高駕駛性能和安全性，并創造新的駕駛體驗。功能需求分析為界面設計設定了目標，而界面設計在受到人因工程學和人機交互的影響，會限制可實現的平視顯示屏功能的范圍。此外，功能需求分析和界面設計都受到設計輸入的影響，包括駕駛員的特征、駕駛任務、環境和可用的車輛技術。

汽車平視顯示屏與傳統的頭向下顯示相比，隨著新技術的出現，汽車平視顯示屏可能的功能范圍正在擴大。結合增強現實，物聯網和自主控制等技術，平視顯示屏減少了司機的走神。來自世界各地的研究團隊提出了各種汽車平視顯示屏功能，包括顯示危險警告等。

在駕駛員的前視場內，汽車平視顯示屏距離焦平面更遠，可以避免駕駛員分心并減少工作量。其先進性在于提高汽車的駕駛性能。

如圖3所示，本文基于人因工程學設計的平視顯示器是由許多參數組成的：車輛速度;發動機溫度;引擎速度;燃料容量;行人和車輛警告;避障引導。

本文基于人因工程學設計的平視顯示器特點是：如圖3所示，圖像從液晶監視器反射到亞克力屏幕。為了有清晰的圖像反射，亞克力屏幕必須傾斜到45°。壓克力屏幕采用伺服電機傾斜。伺服電機由MC8S13XSl38控制。電機伺服最大扭矩9.7kg/cm。伺服電機安裝在木架上，用螺栓固定在兩側。用戶可以通過點擊框右側的按鈕來傾斜亞克力屏幕。行人與車輛預警系統是在駕駛員主計算機上實現的。當智能車前方有行人或車輛時，該系統會提醒駕駛員避免碰撞。

避障電腦將識別智能車前方的任何物體。該物體將被識別為車輛或行人。識別目標后，向駕駛員發出警告。警告將顯示在顯示器上。駕駛員的主計算機還會提示駕駛員左轉、右轉或剎車以避免碰撞。

為了進一步了解該研究所提出新型系統的穩定性，搭載該系統的模擬器被進行了測試，模擬器車輛參數將生成隨機數來模擬汽車的狀態，如車速、發動機轉速、發動機溫度、燃料容量等。經過測試，該系統運行正常。該系統可以通過以太網將指令發送到驅動主機，驅動主計已成功將警告和建議顯示到平視顯示器上。車輛速度、發動機溫度、引擎速度、燃料容量、行人和車輛警告、避障引導也能顯示在平視屏幕之上。

3? 結論

綜上所述，本文設計了一款新型的智能化汽車輔助系統來提高駕駛員的駕駛安全，該系統首先包含了汽車的自動避障輔助自動控制系統，且該輔助自動系統運作過程中，驅動程序仍然能夠訪問通信設備和多媒體設備，而不干擾主動駕駛過程。其次，基于人因工程學，所有的警告和引導信息以及從車內傳感器獲取的數據將被發送到駕駛員的主計算機上，并顯示在前擋風玻璃下方的平視顯示器上。也就是說，駕駛員可以通過該顯示器讀取車輛參數以及避障信息。以最大程度保證舒適度的同時，實現智能、安全的駕駛體驗。

參考文獻：

[1]劉媛媛.智能汽車天然具備數字化、智能化屬性[N].中國經營報，2020-11-30（T14）.

[2]谷先廣，孟科委，姚鑫鑫，汪洪波.基于組合聚類的智能汽車橫向穩定性判別方法[J].汽車工程，2020，42（11）：1497-1505.

[3]張雷，趙憲華，王震坡.四輪輪轂電機獨立驅動電動汽車軌跡跟蹤與橫擺穩定性協調控制研究[J].汽車工程，2020，42（11）：1513-1521.

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[6]Jun Liu，Hongyan Guo，Linhuan Song，Qikun Dai，Hong Chen.高自動化車輛的駕駛員-自動化共享轉向控制[J]. Science China Information Sciences，2020，63（9）.