新型智能汽车平视显示屏辅助驾驶系统设计

赵洁

摘要：安全、智能的驾驶体验是目前无人驾驶或者自动驾驶的发展目标。本文设计了一款新型的智能化汽車辅助系统。该系统首先实现了汽车的自动避障辅助自动控制系统，通过以太网网络与避障计算机集成，为驾驶员提供预警和引导，避免事故的发生，且该系统运作过程中，驱动程序仍然能够访问通信设备和多媒体设备，而不干扰主动驾驶过程。其次基于人因工程学，所有的警告和引导信息以及从车内传感器获取的数据将被发送到驾驶员的主计算机上，并显示在前挡风玻璃下方的平视显示器上，实现智能、安全的驾驶体验。

关键词：智能汽车;自动驾驶;平视显示器;系统设计;自动控制

中图分类号：F407.4                                      文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2020）24-0218-02

0  引言

随着智慧化城市的不断扩大和发展，由于一些人为原因和车辆设计原因等造成的交通安全事故越来越受到广泛的关注，特别地，针对人为因素造成的交通事故，往往是因为在开车前酗酒和疲劳驾驶等因素造成的，很多研究关注于此[1，2]。此外，由于车辆原因造成的事故，主要是因为制动故障、车辆老化、发动机维修不当等。鉴于此，为了解决这些存在的问题，就需要设计一个智能化的汽车辅助系统来提高驾驶员的驾驶安全[3-5]。在1994年提出的人因工程学的概念可能有助于理解各主体功能需求分析和人机界面设计的相互作用[6]。人因工程学将效用定义为系统满足用户需求的程度。因此，功能需求分析的结果，即汽车平视显示屏功能的规范，直接影响到驾驶员感知的系统效用。

1  新型智能汽车平视显示屏辅助驾驶系统设计

目前，智能化汽车是一个全新的智能化系统概念，依托智能化自动控制系统，以实现改进的乘车体验。功能是驾驶员了解车辆状况和周围环境的主要信息来源。该系统通过以太网网络与避障计算机集成，为驾驶员提供预警和引导，以避免事故的发生。基于人因工程学，所有的警告和引导信息以及从车内传感器获取的数据将被发送到驾驶员的主计算机上，并显示在前挡风玻璃下方的平视显示器上。本系统的特点在于该辅助自动系统运作过程中，驱动程序仍然能够访问通信设备和多媒体设备，而不干扰主动驾驶过程。智能车硬件系统总体框架智能车的硬件系统包括控制器、电源电路单元，输入设置，电磁信号放大电路、速度检测、动力系统，串行通信模块。根据上述功能模块的硬件系统可分为汽车动力能源部分，信息采集部分，信息处理部分，实时控制和输入和输出部分，一个闭环控制系统。图1显示了本文所提出的新型智能汽车平视显示屏辅助驾驶系统的整体硬件。

智能汽车所搭载的新型智能汽车平视显示屏辅助驾驶系统通过感应器采集道路信息，利用采集到的电磁信号线，识别道路状况，通过对采集到的信号进行处理，实现对汽车的实时控制。本文采用单片机MC8S13XSl38对采集的数据进行处理，控制伺服机构转向和驱动动力装置，控制车辆安全运行。

针对所搭载的新型智能汽车平视显示屏辅助驾驶系统，其伺服系统的功能或任务为：从用户界面面板发出的命令信号进入伺服的“定位控制器”。定位控制器是存储各种作业或任务信息的设备。它已被编程激活电机/负载，即改变速度/位置。信号然后进入伺服控制或“放大电路”部分。伺服控制采取这个低功率电平信号，并增加，或放大，功率上升到适当的水平，实际上导致运动的伺服电机/负载。这些低功率信号必须被放大：需要更高的电压水平旋转伺服电机。它还提供集成电路运行所需的任何低电平电压。当功率被施加到伺服电机上，负载开始移动，速度和位置改变。例如，假设命令信号以1200转/分驱动负载。由于某种原因，它实际上是以1000转/分的速度旋转。反馈信号会通知控制器速度是1000转/分。控制器然后比较1200转/分的命令信号（设置的速度）和1000转/分的反馈信号（实际速度），并注意到这样的误差。然后控制器输出一个信号给伺服电机施加更多的电压来提高速度，直到反馈信号等于命令信号，即没有误差。

2  新型智能汽车平视显示屏辅助驾驶系统的实现与测试

目前，本文对于智能汽车系统的要求包括：驾驶员和车辆之间的联动;多个车辆之间的联动;汽车与导航GPS、交通信息网等之间的联动;本文研究的目的是设计和实现智能交通系统中的适配与驾驶员的新型智能汽车平视显示屏辅助驾驶系统。实施步骤如图2所示。

智能化辅助驾驶自动控制系统和平视显示器的实现由硬件实现和软件实现两部分组成。

其中，智能化辅助驾驶自动控制系统是在以下环境下开发的：

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

硬件采用木制框架、液晶显示器、4毫米厚的亚克力屏幕、伺服电机、以MC8S13XSl38作为伺服电机控制器的微控制器系统。

基于人因工程学，可用性被定义为一个质量属性，用来评估用户界面的易用性。因此，系统的可用性主要是由屏幕级界面设计产生的平视显示屏界面决定的。效用和可用性共同决定了系统的整体效用。前人的研究已经描述了汽车外壳的有用性，可以提高驾驶性能和安全性，并创造新的驾驶体验。功能需求分析为界面设计设定了目标，而界面设计在受到人因工程学和人机交互的影响，会限制可实现的平视显示屏功能的范围。此外，功能需求分析和界面设计都受到设计输入的影响，包括驾驶员的特征、驾驶任务、环境和可用的车辆技术。

汽车平视显示屏与传统的头向下显示相比，随着新技术的出现，汽车平视显示屏可能的功能范围正在扩大。结合增强现实，物联网和自主控制等技术，平视显示屏减少了司机的走神。来自世界各地的研究团队提出了各种汽车平视显示屏功能，包括显示危险警告等。

在驾驶员的前视场内，汽车平视显示屏距离焦平面更远，可以避免驾驶员分心并减少工作量。其先进性在于提高汽车的驾驶性能。

如图3所示，本文基于人因工程学设计的平视显示器是由许多参数组成的：车辆速度;发动机温度;引擎速度;燃料容量;行人和车辆警告;避障引导。

本文基于人因工程学设计的平视显示器特点是：如图3所示，图像从液晶监视器反射到亚克力屏幕。为了有清晰的图像反射，亚克力屏幕必须倾斜到45°。压克力屏幕采用伺服电机倾斜。伺服电机由MC8S13XSl38控制。电机伺服最大扭矩9.7kg/cm。伺服电机安装在木架上，用螺栓固定在两侧。用户可以通过点击框右侧的按钮来倾斜亚克力屏幕。行人与车辆预警系统是在驾驶员主计算机上实现的。当智能车前方有行人或车辆时，该系统会提醒驾驶员避免碰撞。

避障电脑将识别智能车前方的任何物体。该物体将被识别为车辆或行人。识别目标后，向驾驶员发出警告。警告将显示在显示器上。驾驶员的主计算机还会提示驾驶员左转、右转或刹车以避免碰撞。

为了进一步了解该研究所提出新型系统的稳定性，搭载该系统的模拟器被进行了测试，模拟器车辆参数将生成随机数来模拟汽车的状态，如车速、发动机转速、发动机温度、燃料容量等。经过测试，该系统运行正常。该系统可以通过以太网将指令发送到驱动主机，驱动主计已成功将警告和建议显示到平视显示器上。车辆速度、发动机温度、引擎速度、燃料容量、行人和车辆警告、避障引导也能显示在平视屏幕之上。

3  结论

综上所述，本文设计了一款新型的智能化汽车辅助系统来提高驾驶员的驾驶安全，该系统首先包含了汽车的自动避障辅助自动控制系统，且该辅助自动系统运作过程中，驱动程序仍然能够访问通信设备和多媒体设备，而不干扰主动驾驶过程。其次，基于人因工程学，所有的警告和引导信息以及从车内传感器获取的数据将被发送到驾驶员的主计算机上，并显示在前挡风玻璃下方的平视显示器上。也就是说，驾驶员可以通过该显示器读取车辆参数以及避障信息。以最大程度保证舒适度的同时，实现智能、安全的駕驶体验。

参考文献：

[1]刘媛媛.智能汽车天然具备数字化、智能化属性[N].中国经营报，2020-11-30（T14）.

[2]谷先广，孟科委，姚鑫鑫，汪洪波.基于组合聚类的智能汽车横向稳定性判别方法[J].汽车工程，2020，42（11）：1497-1505.

[3]张雷，赵宪华，王震坡.四轮轮毂电机独立驱动电动汽车轨迹跟踪与横摆稳定性协调控制研究[J].汽车工程，2020，42（11）：1513-1521.

[4]郑曰文，王珏，严程，王翔.基于多源信息融合的车辆避障系统[J].科技与创新，2020（21）：31-32.

[5]李文亮，周炜，宋毅，张禄，张金玲.智能汽车测试工况与用户工况关联评价模型[J].公路交通科技，2020，37（08）：144-148.

[6]Jun Liu，Hongyan Guo，Linhuan Song，Qikun Dai，Hong Chen.高自动化车辆的驾驶员-自动化共享转向控制[J]. Science China Information Sciences，2020，63（9）.