一种基于视觉的线控转向教学平台及其控制转向的方法与流程

1.本发明涉及汽车技术教学领域，具体为一种基于视觉的线控转向教学平台及其控制转向的方法。


背景技术：

2.传统汽车转向系统通过机械进行连接传递，汽车的转向是由驾驶员操纵转向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮来实现。而汽车线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制，给汽车转向特性的设计带来无限的空间。辅助驾驶已装备到众多汽车中，其中车道保持是其中一个重要组成部分，通过车辆对道路上视觉的感知判断，控制车辆转向并保持在车道当中。但如今的汽车转向教学系统大多数还停留在机械转向阶段，即使是采用了线控转向的教学系统，也没有提供车道保持的功能演示。
3.本发明针对现有技术的缺陷，采用线控转向来演示汽车的转向动作，还可通过摄像头采集视频道路，进行车道保持的演示，使教学系统功能更为多样，演示更为直观，令学员更容易掌握相关知识。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于视觉的线控转向教学平台，可采集视频道路并演示转向动作，包括控制台、屏幕和转向总成，其中：
5.控制台，所述控制台是转向教学平台的控制中心，连接各设备并控制其相关动作；
6.屏幕，所述屏幕与控制台相连接，为教学系统提供道路视频；
7.转向总成，所述转向总成与控制台相连接，接收控制台发来转向信号并演示相应转向动作。
8.优选地，进一步包括摄像头，其与控制台相连接，设置在控制台前方，模拟真实车辆上视频采集摄像头，采集模拟道路视频。
9.优选地，所述转向总成包括转向器、转向拉杆和转向轮，所述转向拉杆的一端连接转向器，其另一端连接转向轮，转向器、转向拉杆和转向轮与真实车辆转向部件一样。
10.优选地，所述转向总成进一步包括转向电机和转向传感器，转向电机设置在转向器上，并驱动转向器，转向传感器设置在转向拉杆和转向轮之间，测量转向轮的转向角度。
11.优选地，进一步包括usb转can模块，其设置在控制台和转向总成之间，将控制台指令转换成can总线信号发送给转向总成。
12.优选地，一种基于视觉控制转向的方法，包括以下步骤：
13.1)启动线控转向教学平台，调整摄像头角度；
14.2)控制台读取摄像头图像；
15.3)在控制台上设置左右车道线hsv值；
16.4)获取图像中车道线hsv值；
17.5)对图像中车道线hsv进行高通滤波；
18.6)进行逆透视变换；
19.7)对车道线像素动态跟踪；
20.8)计算转向系数，并将数据发往转向总成；
21.9)转向总成执行转向动作。
22.优选地，基于视觉控制转向的方法的步骤4)包括以下步骤：
23.41)保存摄像头采集图像；
24.42)对图像进行二值化处理；
25.43)从二值化处理数据中获取车道线hsv值；
26.44)与设置左右车道线hsv值进行比对。
27.优选地，基于视觉控制转向的方法的步骤8)包括以下步骤：
28.81)对车道线曲直数据(斜率)进行计算，得出转向系数；
29.82)对转向系数进行数据转换；
30.83)将数据发送至转向总成。
31.优选地，基于视觉控制转向的方法的步骤9)包括以下步骤：
32.91)转向系统接收控制台发来转向数据；
33.92)将转向数据转换成转向电机控制信号；
34.93)控制转向电机启停，带动转向轮转向工作；
35.94)转向传感器采集转向轮转向角度，并与转向数据进行对比，控制转向轮到达预设转向角度。
36.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
37.(1)本发明的基于视觉的线控转向教学平台，不采用机械连接转向结构，通过控制台用数字信号实现转向演示，可进行汽车线控转向的教学；
38.(2)本发明的基于视觉的线控转向教学平台，可对导入的视频模拟路面进行车道线识别，并将识别到的车道线数据转换为转向数据，通过线控转向实现车道保持的直观演示；
39.(3)本发明的基于视觉的线控转向教学平台，利用摄像头模拟真实车辆摄像头采集视频路面，更接近真实车辆行驶情况，展示原理和动作更为直观易懂。
附图说明
40.图1为本发明一种基于视觉的线控转向教学平台的系统示意图；
41.图2为本发明一种基于视觉的线控转向教学平台的部件示意图；
42.图3为本发明一种基于视觉的线控转向教学平台的转向总成电路示意图；
43.图4为本发明一种基于视觉的线控转向教学平台的工作流程示意图；
44.图5为本发明一种基于视觉的线控转向教学平台的逆透视变换示意图。
45.图中，1为控制台，2为屏幕，3为摄像头，5为转向总成，51为转向器， 52为转向拉杆，53为转向电机，54为转向轮，55为转向传感器，6为usb转 can模块，7为转向总成电路,71为转向主控电路71、72为电源管理电路、73 为电机驱动电路、74为角度传感器电路、75为can通讯电路。
具体实施方式
46.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.参照图1所示，一种基于视觉的线控转向教学平台，可采集视频道路并演示转向动作，包括控制台1、屏幕2和转向总成5，其中：
48.控制台1，所述控制台1是转向教学平台的控制中心，连接各设备并控制其相关动作。控制台1的主控芯片采用stm32f303rbt6芯片，用于运算和进行控制，通讯芯片采用tja1050t，用于接收发送数据给各外部设备。
49.屏幕2，所述屏幕2与控制台1相连接，为教学系统提供道路视频，可以让学员直观观测道路的变化及转向总成5随动做出的相应动作。
50.转向总成5，所述转向总成5与控制台1相连接，接收控制台1发来转向信号并演示相应转向动作。
51.参照图1、图2所示，屏幕2设置在控制台1上，使整个教学平台更为整洁一体。教学平台进一步包括摄像头3，其与控制台1相连接，并正对拍摄屏幕2，用于采集模拟道路视频，摄像头3通常采用单目摄像头，其模拟真实汽车上车道保持系统的视觉摄像头，采集屏幕2上模拟道路的视频，为转向总成5演示车道保持提供视觉信号，控制台1对摄像头3采集的道路视频进行车道线识别，判断车辆是否在车道内，并计算车辆保持在车道内所需转向角度，并发送给转向总成5执行转向动作，最终完成线控转向的控制过程，自动保持车辆在车道内。
52.所述转向总成5包括转向器51、转向拉杆52和转向轮54，所述转向拉杆52的一端连接转向器51，其另一端连接转向轮54，转向器51、转向拉杆 52和转向轮54与真实车辆转向部件一样，提高了教学平台的真实性，便于学员观察转向过程中各部件的运行情况。所述转向总成5进一步包括转向电机 53，其设置在转向器51上，并驱动转向器51，由于转向系统采用线控连接，转向电机53代替方向盘通过电力驱动转向器51，转向电机53也便于控制台 1对转向轮54的转向实施控制。所述转向总成5进一步包括转向传感器55，其设置在转向拉杆52和转向轮54之间，用于测量转向轮54的转动角度，并将转动角度数据发送给控制台1。
53.教学平台进一步包括usb转can模块6，其设置在控制台1和转向总成5 之间，将控制台1指令转换成汽车常用的can总线信号,并发送给转向总成5 执行。
54.参照图3所示，转向总成电路7包括转向主控电路71、电源管理电路72、电机驱动电路73、角度传感器电路74和can通讯电路75，转向主控电路71 与各电路相连接，电源管理电路72为转向主控电路71和电机驱动电路73提供电源，角度传感器电路74连接转向传感器55，将转向传感器55收集转向角度数值发送给转向主控电路71，并传送回控制台1，电机驱动电路73将转向主控电路71发来的转向信号转换成驱动转向电机53的电流，控制转向电机53的启停，can通讯电路75与usb转can模块6相连接，完成转向主控电路71与控制台1之间的通讯。
55.参照图4所示，本发明工作流程如下：
56.1)启动线控转向教学平台，调整摄像头角度，使摄像头正对屏幕，并能完整捕获屏
幕上播放的道路视频；
57.2)控制台读取摄像头所捕获图像，用来模拟真实车辆所捕获的道路图像；
58.3)在控制台上设置左右车道线hsv值，hsv(hue,saturation,value)是根据颜色的直观特性创建的一种颜色空间，这个模型中颜色的参数分别是：色调(h)，饱和度(s)，明度(v)，设置hsv指便于获取车道线的颜色特征；
59.4)获取图像中车道线hsv值；
60.41)保存摄像头采集图像；
61.42)对图像进行二值化处理，通过对彩色图像进行灰度化处理，把获取到的灰度图像进行二值化处理；二值化处理使图像中的数据量减少，从而凸显出车道线的轮廓，将其他不必要的元素剔除，只保留所需要的车道线的轮廓；
62.43)从二值化处理数据中获取车道线的获取车道线的颜色特征，从而产生车道线的hsv值；
63.44)与设置左右车道线hsv值进行比对。
64.5)对图像中车道线hsv进行高通滤波，对图像进行降噪处理，消除图像中的高斯噪声，提高对图像识别的准确度；
65.6)进行逆透视变换，控制台标记车道线边界，设置车道线在摄像头所拍摄的角度、距离等方位原因，造成不同方位所拍摄的车道线出现在图像中的位置、大小不同，故在此次标记车道线应该出现的位置，方便识别。同时摄像头与地面之间有一定倾斜角，而不是正投影方向，需要图像校正成正投影的形式，需要采用逆透视变换。
66.参照图5所示，逆透视变换过程将采集图像中出现几何变形的倾斜车道线，转换成正投影方向不变形的车道线，便于后面进行斜率计算。
67.7)对车道线像素动态跟踪，控制台获取车道线的色域，通过车道线像素动态追踪，将处理后的图像中的车道线分成若干个像素点，分析车道线每个像素出现在图像中的中心位置。
68.8)计算转向系数，并将数据发往转向总成；
69.81)根据车道线像素在图像中位置，进行车道线曲直数据(斜率)的计算，判断车辆是否在车道内，计算车辆回归车道中心所需要的转向系数；
70.82)对转向系数进行数据转换，将数据转换成为转向总成所通用的can 总线数据；
71.83)将数据发送至转向总成。
72.9)转向总成执行转向动作。
73.91)转向系统接收控制台发来转向数据；
74.92)将转向数据转换成转向电机控制信号；
75.93)控制转向电机启停，带动转向轮转向工作；
76.94)转向传感器采集转向轮转向角度，并与转向数据进行对比，控制转向轮到达预设转向角度，从而完成转向演示。
77.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。