趙潔

摘要：安全、智能的駕駛體驗(yàn)是目前無人駕駛或者自動駕駛的發(fā)展目標(biāo)。本文設(shè)計了一款新型的智能化汽車輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先實(shí)現(xiàn)了汽車的自動避障輔助自動控制系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與避障計算機(jī)集成，為駕駛員提供預(yù)警和引導(dǎo)，避免事故的發(fā)生，且該系統(tǒng)運(yùn)作過程中，驅(qū)動程序仍然能夠訪問通信設(shè)備和多媒體設(shè)備，而不干擾主動駕駛過程。其次基于人因工程學(xué)，所有的警告和引導(dǎo)信息以及從車內(nèi)傳感器獲取的數(shù)據(jù)將被發(fā)送到駕駛員的主計算機(jī)上，并顯示在前擋風(fēng)玻璃下方的平視顯示器上，實(shí)現(xiàn)智能、安全的駕駛體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：智能汽車;自動駕駛;平視顯示器;系統(tǒng)設(shè)計;自動控制

中圖分類號：F407.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(kuò)大和發(fā)展，由于一些人為原因和車輛設(shè)計原因等造成的交通安全事故越來越受到廣泛的關(guān)注，特別地，針對人為因素造成的交通事故，往往是因?yàn)樵陂_車前酗酒和疲勞駕駛等因素造成的，很多研究關(guān)注于此[1，2]。此外，由于車輛原因造成的事故，主要是因?yàn)橹苿庸收?、車輛老化、發(fā)動機(jī)維修不當(dāng)?shù)?。鑒于此，為了解決這些存在的問題，就需要設(shè)計一個智能化的汽車輔助系統(tǒng)來提高駕駛員的駕駛安全[3-5]。在1994年提出的人因工程學(xué)的概念可能有助于理解各主體功能需求分析和人機(jī)界面設(shè)計的相互作用[6]。人因工程學(xué)將效用定義為系統(tǒng)滿足用戶需求的程度。因此，功能需求分析的結(jié)果，即汽車平視顯示屏功能的規(guī)范，直接影響到駕駛員感知的系統(tǒng)效用。

1? 新型智能汽車平視顯示屏輔助駕駛系統(tǒng)設(shè)計

目前，智能化汽車是一個全新的智能化系統(tǒng)概念，依托智能化自動控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的乘車體驗(yàn)。功能是駕駛員了解車輛狀況和周圍環(huán)境的主要信息來源。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與避障計算機(jī)集成，為駕駛員提供預(yù)警和引導(dǎo)，以避免事故的發(fā)生。基于人因工程學(xué)，所有的警告和引導(dǎo)信息以及從車內(nèi)傳感器獲取的數(shù)據(jù)將被發(fā)送到駕駛員的主計算機(jī)上，并顯示在前擋風(fēng)玻璃下方的平視顯示器上。本系統(tǒng)的特點(diǎn)在于該輔助自動系統(tǒng)運(yùn)作過程中，驅(qū)動程序仍然能夠訪問通信設(shè)備和多媒體設(shè)備，而不干擾主動駕駛過程。智能車硬件系統(tǒng)總體框架智能車的硬件系統(tǒng)包括控制器、電源電路單元，輸入設(shè)置，電磁信號放大電路、速度檢測、動力系統(tǒng)，串行通信模塊。根據(jù)上述功能模塊的硬件系統(tǒng)可分為汽車動力能源部分，信息采集部分，信息處理部分，實(shí)時控制和輸入和輸出部分，一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。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(tǒng)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(tǒng)通過感應(yīng)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(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對汽車的實(shí)時控制。本文采用單片機(jī)MC8S13XSl38對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，控制伺服機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向和驅(qū)動動力裝置，控制車輛安全運(yùn)行。

針對所搭載的新型智能汽車平視顯示屏輔助駕駛系統(tǒng)，其伺服系統(tǒng)的功能或任務(wù)為：從用戶界面面板發(fā)出的命令信號進(jìn)入伺服的“定位控制器”。定位控制器是存儲各種作業(yè)或任務(wù)信息的設(shè)備。它已被編程激活電機(jī)/負(fù)載，即改變速度/位置。信號然后進(jìn)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(dāng)?shù)乃剑瑢?shí)際上導(dǎo)致運(yùn)動的伺服電機(jī)/負(fù)載。這些低功率信號必須被放大：需要更高的電壓水平旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)。它還提供集成電路運(yùn)行所需的任何低電平電壓。當(dāng)功率被施加到伺服電機(jī)上，負(fù)載開始移動，速度和位置改變。例如，假設(shè)命令信號以1200轉(zhuǎn)/分驅(qū)動負(fù)載。由于某種原因，它實(shí)際上是以1000轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)。反饋信號會通知控制器速度是1000轉(zhuǎn)/分?？刂破魅缓蟊容^1200轉(zhuǎn)/分的命令信號（設(shè)置的速度）和1000轉(zhuǎn)/分的反饋信號（實(shí)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(jī)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(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與測試

目前，本文對于智能汽車系統(tǒng)的要求包括：駕駛員和車輛之間的聯(lián)動;多個車輛之間的聯(lián)動;汽車與導(dǎo)航GPS、交通信息網(wǎng)等之間的聯(lián)動;本文研究的目的是設(shè)計和實(shí)現(xiàn)智能交通系統(tǒng)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(tǒng)。實(shí)施步驟如圖2所示。

智能化輔助駕駛自動控制系統(tǒng)和平視顯示器的實(shí)現(xiàn)由硬件實(shí)現(xiàn)和軟件實(shí)現(xiàn)兩部分組成。

其中，智能化輔助駕駛自動控制系統(tǒng)是在以下環(huán)境下開發(fā)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(jī)、以MC8S13XSl38作為伺服電機(jī)控制器的微控制器系統(tǒng)。

基于人因工程學(xué)，可用性被定義為一個質(zhì)量屬性，用來評估用戶界面的易用性。因此，系統(tǒng)的可用性主要是由屏幕級界面設(shè)計產(chǎn)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(tǒng)的整體效用。前人的研究已經(jīng)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(chuàng)造新的駕駛體驗(yàn)。功能需求分析為界面設(shè)計設(shè)定了目標(biāo)，而界面設(shè)計在受到人因工程學(xué)和人機(jī)交互的影響，會限制可實(shí)現(xiàn)的平視顯示屏功能的范圍。此外，功能需求分析和界面設(shè)計都受到設(shè)計輸入的影響，包括駕駛員的特征、駕駛?cè)蝿?wù)、環(huán)境和可用的車輛技術(shù)。

汽車平視顯示屏與傳統(tǒng)的頭向下顯示相比，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，汽車平視顯示屏可能的功能范圍正在擴(kuò)大。結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，物聯(lián)網(wǎng)和自主控制等技術(shù)，平視顯示屏減少了司機(jī)的走神。來自世界各地的研究團(tuán)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(nèi)，汽車平視顯示屏距離焦平面更遠(yuǎn)，可以避免駕駛員分心并減少工作量。其先進(jìn)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(xué)設(shè)計的平視顯示器是由許多參數(shù)組成的：車輛速度;發(fā)動機(jī)溫度;引擎速度;燃料容量;行人和車輛警告;避障引導(dǎo)。

本文基于人因工程學(xué)設(shè)計的平視顯示器特點(diǎn)是：如圖3所示，圖像從液晶監(jiān)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(jī)傾斜。伺服電機(jī)由MC8S13XSl38控制。電機(jī)伺服最大扭矩9.7kg/cm。伺服電機(jī)安裝在木架上，用螺栓固定在兩側(cè)。用戶可以通過點(diǎn)擊框右側(cè)的按鈕來傾斜亞克力屏幕。行人與車輛預(yù)警系統(tǒng)是在駕駛員主計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)智能車前方有行人或車輛時，該系統(tǒng)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(biāo)后，向駕駛員發(fā)出警告。警告將顯示在顯示器上。駕駛員的主計算機(jī)還會提示駕駛員左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)或剎車以避免碰撞。

為了進(jìn)一步了解該研究所提出新型系統(tǒng)的穩(wěn)定性，搭載該系統(tǒng)的模擬器被進(jìn)行了測試，模擬器車輛參數(shù)將生成隨機(jī)數(shù)來模擬汽車的狀態(tài)，如車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)溫度、燃料容量等。經(jīng)過測試，該系統(tǒng)運(yùn)行正常。該系統(tǒng)可以通過以太網(wǎng)將指令發(fā)送到驅(qū)動主機(jī)，驅(qū)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(fā)動機(jī)溫度、引擎速度、燃料容量、行人和車輛警告、避障引導(dǎo)也能顯示在平視屏幕之上。

3? 結(jié)論

綜上所述，本文設(shè)計了一款新型的智能化汽車輔助系統(tǒng)來提高駕駛員的駕駛安全，該系統(tǒng)首先包含了汽車的自動避障輔助自動控制系統(tǒng)，且該輔助自動系統(tǒng)運(yùn)作過程中，驅(qū)動程序仍然能夠訪問通信設(shè)備和多媒體設(shè)備，而不干擾主動駕駛過程。其次，基于人因工程學(xué)，所有的警告和引導(dǎo)信息以及從車內(nèi)傳感器獲取的數(shù)據(jù)將被發(fā)送到駕駛員的主計算機(jī)上，并顯示在前擋風(fēng)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(shù)以及避障信息。以最大程度保證舒適度的同時，實(shí)現(xiàn)智能、安全的駕駛體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉媛媛.智能汽車天然具備數(shù)字化、智能化屬性[N].中國經(jīng)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(wěn)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(jī)獨(dú)立驅(qū)動電動汽車軌跡跟蹤與橫擺穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制研究[J].汽車工程，2020，42（11）：1513-1521.

[4]鄭曰文，王玨，嚴(yán)程，王翔.基于多源信息融合的車輛避障系統(tǒng)[J].科技與創(chuàng)新，2020（21）：31-32.

[5]李文亮，周煒，宋毅，張祿，張金玲.智能汽車測試工況與用戶工況關(guān)聯(lián)評價模型[J].公路交通科技，2020，37（08）：144-148.

[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(zhuǎn)向控制[J]. Science China Information Sciences，2020，63（9）.