一种车辆后视镜用自动控制器及其设计方法

1.本发明属于驾驶安全技术领域，具体涉及一种车辆后视镜用自动控制器及其设计方法。


背景技术：

2.随着社会经济水平的不断提升，城市的汽车保有量也在不断提高。汽车方便了人们的出行，但也会造成各种各样的汽车安全事故等问题。其中，为了降低车辆行驶过程中的安全风险，各种辅助驾驶和自动驾驶等技术也在不断发展和进步。
3.在车辆行驶过程中，驾驶人员保持端坐而不回头的情况，可以有效掌握的视野约为车辆前侧共200
°
左右的周向范围。为了扩大驾驶人员的视野，所有车辆上都设置有左、右后视镜和中央后视镜。通过使用后视镜可以增加约60
°
左右的可视范围，因此驾驶员在车内最多可以观察到车身周围260
°
范围内的物体，这仍然存在约100
°
的视觉盲区。驾驶人员无法获取车辆盲区范围内的交通实况，这会给车辆的安全驾驶带来隐患。
4.目前，解决驾驶人员视觉盲区的方法主要有两种，一种是加装广角后视镜来开阔后视镜的视野。但是，这种方法的实际使用效果因人而异，并没有有效消除机动车行驶中的盲区。另外一种方式是在盲区范围内增加雷达、传感器等设备，对盲区范围内物体进行感知和预警，增加的这类系统通常称为车辆盲区预警系统。车辆盲区预警系统可以对盲区存在的危险进行了预警，并向驾驶人员发出警报信号，但这只是额外的通过其它信号代替驾驶人员进行检测，并没有从根本上消除驾驶员的行驶盲区，驾驶人员仍然无法观察到高风险的视觉盲区范围内的交通状况。尤其是在车辆转弯过程中，驾驶人员完全无法观察到a柱和b柱遮挡区域的交通状况。
5.通过对后视镜进行动态调节，可以在驾驶过程中缩小驾驶人员的盲区范围；提高车辆的行驶安全性。但是，调整后视镜翻转角度过程中，如何保证既能缩小盲区，又不会对驾驶人员的正常驾驶过程造成干扰，仍然是本领域技术人员亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

6.为了解决现有车辆的后视镜组件无法根据车辆行驶状态进行动态调节，进而导致转弯过程车尾出容易形成盲区，存在安全风险的问题。本发明提供了一种车辆后视镜用自动控制器及其设计方法。
7.本发明采用以下技术方案实现：
8.一种车辆后视镜用自动控制器，该自动控制器用于在车辆使用状态下，对车辆后视镜的翻转状态进行自动控制，该自动控制器的控制逻辑如下：
9.(1)在车辆熄火状态下，将两侧后视镜均折叠至与车身贴合的状态。
10.(2)在车辆启动状态下，当车辆转向侧的前轮转角α小于等于一个预设的前轮安全转角αs时，保持车辆两侧后视镜均处于由驾驶员根据自身驾驶状态预先设定的初始状态。
11.(3)在车辆启动状态下，当车辆转向侧的前轮转角α大于一个预设的安全转角αs时，以一个动态更新的随动角度θ作为后视镜的水平翻转角，对车辆转向侧的后视镜进行动态调节。
12.其中，随动角度θ与车辆参数及行驶状态之间满足下式：
13.i)左转弯状态：
[0014][0015]
ii)右转弯状态：
[0016][0017]
上式中，l表示车辆的轴距；w
lf
表示左后视镜可视区域前端宽度；w
lb
左后视镜可视区域后端宽度；w
rf
表示右后视镜可视区区域前端宽度；w
rb
表示右后视镜可视区后端宽度；|ap|表示危险截距，危险截距是一个用于表征车辆在转弯过程中后车轮是否会对后视镜可视区域造成干扰的变量的临界值；rb表示车辆转向侧的后轮转弯半径。
[0018]
作为本发明进一步地改进，车辆转向侧的前轮安全转角αs是一个根据车辆状态参数确定的专家经验值；其表达式如下：
[0019][0020]
其中，s
α
表示一个根据专家经验确定的安全系数，且s
α
＜1。
[0021]
作为本发明进一步地改进，自动控制器包括：初始状态记录单元、转弯状态获取单元、随动角度生成单元，以及翻转控制单元。
[0022]
其中，初始状态记录单元用于记录驾驶人员根据自身驾驶状态调整的左右后视镜的水平翻转角度和竖直翻转角度。
[0023]
转弯状态获取单元用于获取车辆的当前转弯状态，包括转弯方向以及转向侧的前轮转角。
[0024]
随动角度生成单元用于根据车辆的当前转弯状态计算出车辆转向侧的随动角度。
[0025]
翻转控制单元用于：(1)在车辆行驶状态下判断车辆转向侧的前轮转角是否小于等于一个预设的前轮安全转角：是则向执行单元下达指令，保持双侧后视镜均为驾驶人员预设的水平翻转角度和竖直翻转角度。否则向执行单元下达指令，根据随动角度生成单元计算出的随动角度对车辆转向侧的后视镜的水平翻转角度进行动态调整。(2)在车辆熄火
后，向执行单元下达指令，将双侧后视镜均调节至折叠状态。
[0026]
本发明还包括一种自动控制器的设计方法，该方法用于设计如前述的车辆后视镜用自动控制器，该设计方法包括如下步骤：
[0027]
s01：根据车辆的参数信息建立车辆的运动学模型。
[0028]
s02；基于运动学模型确定车辆两侧的可视区域和盲区的位置分布。
[0029]
s03：根据运动学模型中可视区域和盲区的位置分布确定车辆的盲区特征值。盲区特征值包括：左后视镜可视区域前端宽度w
lf
，左后视镜可视区域后端宽度w
lb
，右后视镜可视区前端宽度w
rf
，右后视镜可视区后端宽度w
rb
。
[0030]
s04：基于车辆的运动学模型，确定转弯状态下车辆的前轮转角与盲区特征值之间的函数关系。
[0031]
s05：基于运动学模型和盲区的位置分布分析出车辆转弯状态下的运动轨迹与盲区发生干涉时的临界条件，进而确定无需对转向侧后视镜进行调整的车辆前轮转角的安全范围。
[0032]
s06：分析车辆转弯状态下，转向侧后视镜的水平翻转角度与盲区分布状态的关联关系。进而计算出可使得车辆轨迹不与盲区发生干涉时的转弯侧后视镜的水平翻转角度，即所需的随动角度。
[0033]
s07：在车辆行驶过程中，当车辆前轮转角未超过安全范围时，不对车辆后视镜进行调整；当车辆前轮转角超过安全范围时，根据所述随动角度对车辆转向侧后视镜的水平翻转角度进行动态调整。
[0034]
作为本发明进一步地改进，步骤s01中，车辆的参数信息包括：车辆的前轮距wf、车辆的后轮距wb、轮胎的断面高度h、轮毂直径r、轮胎的断面宽度r，以及车辆的轴距l。
[0035]
建立的运动学模型中，以四个车轮的中心围合的矩形区域作为车身的边界，其中，车辆的左前轮中心为a，右前轮中心为b，左后轮中心为c，右后轮中心为d。
[0036]
作为本发明进一步地改进，步骤s02中，可视区域和盲区的确定过程如下：
[0037]
(1)假设车辆位于车道中间，以驾驶人员在车辆中的座椅位置为基准，确定驾驶人员可以观察到的车辆周围区域。
[0038]
(2)考虑驾驶车辆的轴距，将车道内部与车辆轴距长度等长的车辆两侧驾驶人员可以通过后视镜观测到的区域定义为可视区域，将车道内部与车辆轴距长度等长的车辆两侧驾驶人员无法通过后视镜观测到的区域定义为盲区。
[0039]
(3)在建立的运动学模型中，以e点表示左后视镜可视区域与左后视镜盲区在前端的分界点，f点表示左后视镜可视区域与左后视镜盲区在后端的分界点，g点表示左后视镜盲区前端与最近的车道边线的交点，h点表示左后视镜盲区后端与最近的车道边线的交点；则梯形区域aefc表示汽车左后视镜的可视区域，梯形区域eghf表示左后视镜的盲区。
[0040]
(4)以i点表示右后视镜可视区域与右后视镜盲区在前端的分界点，j点表示右后视镜可视区域与右后视镜盲区在后端的分界点，n表示右后视镜盲区前端与最近的车道边线的交点，m表示右后视镜盲区后端与最近的车道边线的交点；则梯形区域bijd表示汽车右后视镜的可视区域，梯形区域ijmn表示右后视镜的盲区。
[0041]
作为本发明进一步地改进，步骤s03中，考虑到左后视镜可视区域的前端ae和左后视镜盲区的前端eg均与车辆前轮轴ab共线，左后视镜可视区域的后端cf和左后视镜盲区的
后端fh均与车辆后轮轴cd共线；右后视镜可视区域的前端bi和右后视镜盲区的前端in均与车辆前轮轴ab共线，右后视镜可视区域的后端dj和右后视镜盲区的后端jm均与车辆后轮轴cd共线；因此根据确定的盲区的边界可以分别计算出：左后视镜可视区域前端宽度w
lf
，左后视镜可视区域后端宽度w
lb
，右后视镜可视区前端宽度w
rf
，以及右后视镜可视区后端宽度w
rb
。
[0042]
作为本发明进一步地改进，步骤s04中，在车辆左转弯状态下，车辆两前轮的转角和后轮的转弯半径之间具有如下关系：
[0043][0044]
考虑车辆运动过程的对称性，在车辆右转弯状态下，车辆两前轮的转角和后轮的转弯半径之间具有如下关系：
[0045][0046]
上式中，α表示左前轮转弯角度，β表示右前轮转弯角度；r
lb
表示车辆左后轮转弯半径；r
rb
表示车辆右后轮转弯半径。
[0047]
作为本发明进一步地改进，步骤s05中，车辆转向侧的前轮安全转角αs的确定方法如下：
[0048]
(1)当车辆前轮转弯角度增大后，相应各轮的转弯半径变小，因此，根据建立的运动学模型可知，在左转弯过程中，当r
lb
＜|of|时，左后车轮即会与左后视镜盲区发生干涉；
[0049]
(2)结合上步骤可知，当r
lb
＝|of|时，车辆转向侧的前轮转弯角度α是后视镜不需要调整的转弯临界角度，记为α0，而转弯角度α0对应的后轮的转弯半径r
lb
为转弯临界半径，记为r
lb0
；
[0050]
(3)由此可知，车辆后轮左转弯临界半径r
lb0
的计算公式如下：
[0051][0052]
考虑车辆转向过程的运动状态具有对称性，因此车辆后轮右转弯临界半径r
rb0
的计算公式如下：
[0053][0054]
(4)根据车辆后轮的的转弯临界半径，可以进一步计算出车辆的临界转弯角度α0：
[0055]
左转弯时，临界转弯半径α0的计算公式如下：
[0056][0057]
右转弯时，临界转弯半径α0的计算公式如下：
[0058][0059]
(5)为了降低行驶风险，需要在车辆转弯过程尚未达到临界安全状态时，使得主动
安全措施响应，因而在转弯临界半径和临界转弯角度前增加安全系数，得到车辆的安全转角αs或安全转弯半径r
bs
；计算公式如下：
[0060]
αs＝s
α
*α0[0061][0062]
上式中，sr和s
α
分别为根据专家经验设定的后轮转弯半径和前轮转角的安全系数；其中，sr＞1，s
α
＜1。
[0063]
作为本发明进一步地改进，步骤s06中，随动角度的计算过程如下：
[0064]
(1)车辆转弯过程中，当前轮转角大于安全转角αs时，对应侧的后轮的转弯半径也小于安全转弯半径r
bs
；因此，相应后轮转弯过程会经过相应侧的后视镜的盲区，且与相应的后视镜的盲区前端相交，转弯对应侧的前轮中心与交点p的距离记为危险截距|ap|；
[0065]
(2)根据车辆的运动学模型可知，在车辆左转弯时，危险截距|ap|的计算公式如下：
[0066][0067]
相应地，在车辆右转弯时，危险截距的计算公式如下：
[0068][0069]
(3)在车辆后轮经过盲区的状态下，通过旋转相应侧的后视镜可以使得后视镜的可视区域经过交点p，进而使得车辆转弯造成的盲区范围缩小；此时后视镜旋转的角度记为随动角度θ；随动角度θ与车辆的盲区特征值之间满足下式：
[0070]
当车辆左转弯时：
[0071][0072]
当车辆右转弯时，
[0073][0074]
(4)根据已知的危险截距|ap|和车辆的盲区特征值，求解上步骤的等式，可以得到所需的当前转弯状态下车辆转向侧的后视镜的随动角度θ。
[0075]
本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：
[0076]
本发明中的车辆后视镜用自动控制器不仅可以按照常规的控制逻辑对左右后视镜进行折叠；还可以在车辆转弯过程中，根据转弯角度的变化对转向侧的后视镜进行动态调整。进而保证在大转角条件下，驾驶人员依然可以观察到车辆后轮处的实时状态，进而缩小驾驶人员的盲区，提高车辆在转弯状态下的安全性。
[0077]
本发明提供的自动控制器根据车辆运动的规格以及状态参数设计，在方案设计过程中综合考虑了与车辆运动状态以及盲区变化有关的变量；进而得到车辆后视镜在不同条件下的最佳翻转角度。该翻转角度可以随着车辆的实时转角而动态调整，达到消除车辆转向侧后方盲区的效果，并且不会对驾驶人员的正常驾驶造成干扰。
附图说明
[0078]
图1为本发明实施例1中提供的一种车辆后视镜用自动控制器的控制逻辑示意图。
[0079]
图2为本发明实施例1中提供的一种车辆后视镜用自动控制器的模块示意图。
[0080]
图3为本发明实施例2中一种车辆后视镜用自动控制器的设计方法的步骤流程图。
[0081]
图4为本发明实施例2中建立的车辆后视镜盲区分布图。
[0082]
图5为本发明实施例2中建立车辆左转弯状态下的运动学模型。
[0083]
图6为本发明实施例2中车辆转角较小时的，车辆的运动轨迹和盲区分布未发生重叠时的位置示意图。
[0084]
图7为本发明实施例2中车辆转角较大时，车辆的运动轨迹和盲区分布发生重叠时的位置示意图。
[0085]
图8为本发明实施例2在随动角度计算过程中，后视镜在不同角度下实现的有效观测区域和车辆盲区范围的位置叠加图。
[0086]
图9为本发明实施例3中一种车辆后视镜的随动控制方法的步骤流程图。
[0087]
图10为本发明实施例3的一种车辆后视镜的随动控制方法在应用过程的其中一种处理过程的逻辑框图。
[0088]
图11为本发明实施例3中的一种车辆后视镜的随动控制方法在应用过程的另外一种处理过程的逻辑框图。
具体实施方式
[0089]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0090]
实施例1
[0091]
本实施例提供一种车辆后视镜用自动控制器，该自动控制器用于在车辆使用状态下，对车辆后视镜的翻转状态进行自动控制。如图1所示，该自动控制器的控制逻辑如下：
[0092]
(1)在车辆熄火状态下，将两侧后视镜均折叠至与车身贴合的状态。
[0093]
(2)在车辆启动状态下，当车辆转向侧的前轮转角α小于等于一个预设的前轮安全转角αs时，保持车辆两侧后视镜均处于由驾驶员根据自身驾驶状态预先设定的初始状态。
[0094]
(3)在车辆启动状态下，当车辆转向侧的前轮转角α大于一个预设的安全转角αs时，以一个动态更新的随动角度θ作为后视镜的水平翻转角，对车辆转向侧的后视镜进行动态调节。
[0095]
其中，随动角度θ与车辆参数及行驶状态之间满足下式：
[0096]
i)左转弯状态：
[0097]
[0098]
ii)右转弯状态：
[0099][0100]
上式中，l表示车辆的轴距；w
lf
表示左后视镜可视区域前端宽度；w
lb
左后视镜可视区域后端宽度；w
rf
表示右后视镜可视区区域前端宽度；w
rb
表示右后视镜可视区后端宽度；|ap|表示危险截距，危险截距是一个用于表征车辆在转弯过程中后车轮是否会对后视镜可视区域造成干扰的变量的临界值；rb表示车辆转向侧的后轮转弯半径。
[0101]
本实施例中，车辆转向侧的前轮安全转角αs是一个根据车辆状态参数确定的专家经验值；其表达式如下：
[0102][0103]
其中，s
α
表示一个根据专家经验确定的安全系数，且s
α
＜1。
[0104]
基于以上的控制逻辑，如图2所示，本实施例中的自动控制器包括：初始状态记录单元、转弯状态获取单元、随动角度生成单元，以及翻转控制单元。
[0105]
其中，初始状态记录单元用于记录驾驶人员根据自身驾驶状态调整的左右后视镜的水平翻转角度和竖直翻转角度。
[0106]
转弯状态获取单元用于获取车辆的当前转弯状态，包括转弯方向以及转向侧的前轮转角。
[0107]
随动角度生成单元用于根据车辆的当前转弯状态计算出车辆转向侧的随动角度。
[0108]
翻转控制单元用于：(1)在车辆行驶状态下判断车辆转向侧的前轮转角是否小于等于一个预设的前轮安全转角：是则向执行单元下达指令，保持双侧后视镜均为驾驶人员预设的水平翻转角度和竖直翻转角度。否则向执行单元下达指令，根据随动角度生成单元计算出的随动角度对车辆转向侧的后视镜的水平翻转角度进行动态调整。(2)在车辆熄火后，向执行单元下达指令，将双侧后视镜均调节至折叠状态。
[0109]
本实施例提供的车辆后视镜用自动控制器在使用过程中的大致过程如下：在熄火状态下，车辆的左右后视镜均处于折叠状态，进而可以降低车辆两侧的占用空间，同时提醒驾驶人员车辆已熄火。
[0110]
当用户启动车辆后，左右后视镜同时进行横向翻转和纵向翻转，将车辆的后视镜调整至驾驶人员最佳的观察角度状态。此状态为后视镜的常规状态，常规状态由驾驶人员手动调节设置。车辆在每次启动后都会自动调整至上次人工调整后的翻转状态。
[0111]
在车辆的行驶过程中，自动控制器还会判断车辆前轮的实时转角是否大于一个预设的安全转角。当车辆转角过大，且大于预设的安全转角时，说明车辆此时的后轮会进入盲区，因此需要对后视镜进行调整，具体的调整策略包括自动控制器自动计算当前转弯状态
对应的随动角度，然后将转向侧的后视镜调整为随动角度的状态。当车辆的转弯结束，车辆转角小于安全转角后，转向侧的后视镜又会恢复至常规状态。
[0112]
当驾驶人员的驾驶过程结束，车辆熄火后，自动控制器又会重新将车辆两侧的后视镜均折叠起来。
[0113]
本实施的自动控制器与常规后视镜的控制器相比，仅在车辆的实时转角过大时，根据车辆转角对转向侧的后视镜的翻转角进行动态调整，因此该过程基本不会影响驾驶人员的注意力，且可以有效缩小驾驶人员的盲区，提高车辆的安全性。
[0114]
实施例2
[0115]
本实施例提供的一种自动控制器的设计方法，该方法用于设计如实施例1中的车辆后视镜用自动控制器，如图3所示，该设计方法包括如下步骤：
[0116]
s01：根据车辆的参数信息建立车辆的运动学模型。
[0117]
车辆的参数信息包括：车辆的前轮距wf、车辆的后轮距wb、轮胎的断面高度h、轮毂直径r、轮胎的断面宽度r，以及车辆的轴距l。
[0118]
建立的运动学模型中，以四个车轮的中心围合的矩形区域作为车身的边界，其中，车辆的左前轮中心为a，右前轮中心为b，左后轮中心为c，右后轮中心为d。
[0119]
s02；基于运动学模型确定车辆两侧的可视区域和盲区的位置分布。
[0120]
本实施例中，可视区域和盲区的确定过程如下：
[0121]
s021：假设车辆位于车道中间，以驾驶人员在车辆中的座椅位置为基准，确定驾驶人员可以观察到的车辆周围区域。
[0122]
s022：考虑驾驶车辆的轴距，将车道内部与车辆轴距长度等长的车辆两侧驾驶人员可以通过后视镜观测到的区域定义为可视区域，将车道内部与车辆轴距长度等长的车辆两侧驾驶人员无法通过后视镜观测到的区域定义为盲区。
[0123]
s023：在建立的运动学模型中，以e点表示左后视镜可视区域与左后视镜盲区在前端的分界点，f点表示左后视镜可视区域与左后视镜盲区在后端的分界点，g点表示左后视镜盲区前端与最近的车道边线的交点，h点表示左后视镜盲区后端与最近的车道边线的交点；则梯形区域aefc表示汽车左后视镜的可视区域，梯形区域eghf表示左后视镜的盲区。
[0124]
s024：以i点表示右后视镜可视区域与右后视镜盲区在前端的分界点，j点表示右后视镜可视区域与右后视镜盲区在后端的分界点，n表示右后视镜盲区前端与最近的车道边线的交点，m表示右后视镜盲区后端与最近的车道边线的交点；则梯形区域bijd表示汽车右后视镜的可视区域，梯形区域ijmn表示右后视镜的盲区。
[0125]
s03：根据运动学模型中可视区域和盲区的位置分布确定车辆的盲区特征值。盲区特征值包括：左后视镜可视区域前端宽度w
lf
，左后视镜可视区域后端宽度w
lb
，右后视镜可视区前端宽度w
rf
，右后视镜可视区后端宽度w
rb
。
[0126]
考虑到左后视镜可视区域的前端ae和左后视镜盲区的前端eg均与车辆前轮轴ab共线，左后视镜可视区域的后端cf和左后视镜盲区的后端fh均与车辆后轮轴cd共线；右后视镜可视区域的前端bi和右后视镜盲区的前端in均与车辆前轮轴ab共线，右后视镜可视区域的后端dj和右后视镜盲区的后端jm均与车辆后轮轴cd共线；在一个车辆的规格尺寸确定后，盲区特征值也唯一确定。
[0127]
因此，根据确定的盲区的边界可以分别计算出：左后视镜可视区域前端宽度w
lf
，左
后视镜可视区域后端宽度w
lb
，右后视镜可视区前端宽度w
rf
，以及右后视镜可视区后端宽度w
rb
。
[0128]
s04：基于车辆的运动学模型，确定转弯状态下车辆的前轮转角与盲区特征值之间的函数关系。
[0129]
在车辆左转弯状态下，车辆两前轮的转角和后轮的转弯半径之间具有如下关系：
[0130][0131]
考虑车辆运动过程的对称性，在车辆右转弯状态下，车辆两前轮的转角和后轮的转弯半径之间具有如下关系：
[0132][0133]
上式中，α表示左前轮转弯角度，β表示右前轮转弯角度；r
lb
表示车辆左后轮转弯半径；r
rb
表示车辆右后轮转弯半径。
[0134]
s05：基于运动学模型和盲区的位置分布分析出车辆转弯状态下的运动轨迹与盲区发生干涉时的临界条件，进而确定无需对转向侧后视镜进行调整的车辆前轮转角的安全范围。
[0135]
本实施例中，车辆转向侧的前轮安全转角αs的确定方法如下：
[0136]
s051：当车辆前轮转弯角度增大后，相应各轮的转弯半径变小，因此，根据建立的运动学模型可知，在左转弯过程中，当r
lb
＜|of|时，左后车轮即会与左后视镜盲区发生干涉；
[0137]
s052：结合上步骤可知，当r
lb
＝|of|时，车辆转向侧的前轮转弯角度α是后视镜不需要调整的转弯临界角度，记为α0，而转弯角度α0对应的后轮的转弯半径r
lb
为转弯临界半径，记为r
lb0
；
[0138]
s053：由此可知，车辆后轮左转弯临界半径r
lb0
的计算公式如下：
[0139][0140]
考虑车辆转向过程的运动状态具有对称性，因此车辆后轮右转弯临界半径r
rb0
的计算公式如下：
[0141][0142]
s054：根据车辆后轮的的转弯临界半径，可以进一步计算出车辆的临界转弯角度α0：
[0143]
左转弯时，临界转弯半径α0的计算公式如下：
[0144][0145]
右转弯时，临界转弯半径α0的计算公式如下：
[0146][0147]
s055：为了降低行驶风险，需要在车辆转弯过程尚未达到临界安全状态时，使得主动安全措施响应，因而在转弯临界半径和临界转弯角度前增加安全系数，得到车辆的安全转角αs或安全转弯半径r
bs
；计算公式如下：
[0148]
αs＝s
α
*α0[0149][0150]
上式中，sr和s
α
分别为根据专家经验设定的后轮转弯半径和前轮转角的安全系数；
[0151]
其中，sr＞1，s
α
＜1。
[0152]
s06：分析车辆转弯状态下，转向侧后视镜的水平翻转角度与盲区分布状态的关联关系。进而计算出可使得车辆轨迹不与盲区发生干涉时的转弯侧后视镜的水平翻转角度，即所需的随动角度。
[0153]
本实施例中，随动角度θ的计算过程如下：
[0154]
s061：车辆转弯过程中，当前轮转角大于安全转角αs时，对应侧的后轮的转弯半径也小于安全转弯半径r
bs
；因此，相应后轮转弯过程会经过相应侧的后视镜的盲区，且与相应的后视镜的盲区前端相交，转弯对应侧的前轮中心与交点p的距离记为危险截距|ap|；
[0155]
s062：根据车辆的运动学模型可知，在车辆左转弯时，危险截距|ap|的计算公式如下：
[0156][0157]
相应地，在车辆右转弯时，危险截距的计算公式如下：
[0158][0159]
s063：在车辆后轮经过盲区的状态下，通过旋转相应侧的后视镜可以使得后视镜的可视区域经过交点p，进而使得车辆转弯造成的盲区范围缩小；此时后视镜旋转的角度记为随动角度θ；随动角度θ与车辆的盲区特征值之间满足下式：
[0160]
当车辆左转弯时：
[0161][0162]
当车辆右转弯时，
[0163][0164]
s064：根据已知的危险截距|ap|和车辆的盲区特征值，求解上步骤的等式，可以得到所需的当前转弯状态下车辆转向侧的后视镜的随动角度θ。
[0165]
s07：在车辆行驶过程中，当车辆前轮转角未超过安全范围时，不对车辆后视镜进行调整；当车辆前轮转角超过安全范围时，根据所述随动角度对车辆转向侧后视镜的水平翻转角度进行动态调整。
[0166]
为了使得本实施例中的设计过程更加清清晰，以下结合附图对该设计过程进行详细阐释：
[0167]
一、确定车辆的盲区分布
[0168]
针对一个处于行驶状态的车辆，建立如图4所示的车辆后视镜盲区范围的模型。在图4中，假定a表示左前轮中心，b表示右前轮中心，c表示左后轮中心，d表示右后轮中心。e表示左后视镜可视区域与左后视镜盲区在前端的分界点，f表示左后视镜可视区域与左后视镜盲区在后端的分界点，g表示左后视镜盲区前端与最近的车道边线的交点，h表示左后视镜盲区后端与最近的车道边线的交点。
[0169]
图中梯形的围合区域aefc则表示汽车左后视镜的可视区域；而梯形围合区域eghf表示左后视镜盲区。其中，左后视镜可视区域的前端ae和左后视镜盲区的前端eg均与车辆前轮轴ab共线，左后视镜可视区域的后端cf和左后视镜盲区的后端fh均与车辆后轮轴cd共线。
[0170]
相应地，车辆右后视镜可视区和右后视镜盲区与左后视镜分布类似，i表示右后视镜可视区域与右后视镜盲区在前端的分界点，j表示右后视镜可视区域与右后视镜盲区在后端的分界点，n表示右后视镜盲区前端与最近的车道边线的交点，m表示右后视镜盲区后端与最近的车道边线的交点。
[0171]
图中梯形围合区域bijd则表示汽车右后视镜可视区域；而梯形围合区域ijmn表示右后视镜盲区。其中，右后视镜可视区域的前端bi和右后视镜盲区的前端in均与车辆前轮轴ab共线，右后视镜可视区域的后端dj和右后视镜盲区的后端jm均与车辆后轮轴cd共线。
[0172]
结合上述分析可以看到，在获取车辆的型号、规格和参数等信息之后，可以实际测量或标定出车辆的左后视镜可视区域前端宽度，左后视镜可视区域后端宽度，右后视镜可视区前端宽度，右后视镜可视区后端宽度。
[0173]
在本实施例中，为了便于分析和标注，用w
lf
表示后视镜可视区域前端宽度，w
lb
表示后视镜可视区域后端宽度，w
rf
表示右后视镜可视区前端宽度，w
rb
表示右后视镜可视区后端宽度。此外，使用wb表示车辆的后轮距，l表示车辆的轴距。
[0174]
二、建立车辆的运动学模型
[0175]
在一个车辆上，可以根据车辆两前轮的转角和各轮的转弯半径确定车辆在转弯状态下的运动模型。考虑到车辆在左转弯和右转弯状态下的运动模型具有对称性，因此为了避免重复，以下仅以左转弯为例进行说明。
[0176]
车辆左转弯的运动学模型简化如图5所示，在图5中，车辆左转弯状态的的转弯圆心为o点，α表示左前轮转弯角度，β表示右前轮转弯角度，r
lb
表示车辆左后轮转弯半径，r
lf
表示车辆左前轮转弯半径，r
rf
表示车辆右前轮转弯半径。
[0177]
因此可以得到，车辆前轮转角和各轮的转弯半径之间存在如下的函数关系：
[0178][0179]
即：可以上式表述车辆左转弯状态下的运动学模型，右转弯状态的运动学模型与左转弯的运动学模型具有对称性，以下不再赘述。
[0180]
三、确定车辆转弯状态下运动轨迹与盲区重叠时的临界条件
[0181]
1、车辆在转弯条件下，如果前轮的转弯角度较小，仍然可能是的车辆的后轮并不
经过后视镜的盲区。以下仍然结合左转弯为例进行说明。图6反映了车辆在左转弯时转角较小情况下的盲区分布和车辆运动轨迹示意图。根据图像可以发现，车辆的左后轮的运动轨迹并不经过左后视镜在固定转角状态下的盲区。即左后轮经过ae，此时并不需要对车辆的左后视镜进行适应性调整。
[0182]
2、当车辆转弯时的前轮转弯角度较大时，则有很大可能会出现车轮经过车辆的后视镜盲区的情况。具体的，图7反映了车辆在左转弯时转角较大情况下的盲区分布和车辆运动轨迹示意图。从图7中可以看到，此时，车辆的左后车轮经过了左后视镜的盲区，左后车轮与左后视镜盲区前端eg交于p点。因此，此时的驾驶状态存在安全隐患。驾驶员无法完整观察的车辆的整体状态，因此需要提前进行后视镜的角度调整，从而缩小车辆后方的视野盲区。
[0183]
3、结合以上分析可以看到，车辆轨迹和盲区范围是否发生重叠与车辆的转弯角度之间存在相关性。因此可以根据车辆的运动学模型确定二者在发生重叠时的临界状态。进而以该临界状态作为作出是否对车辆的后视镜进行调整的相关决策的依据。
[0184]
在本实施例中，结合图5-7，根据车辆的运动学模型可以发现，当车辆左前轮和右前轮的转弯角度α和β增大后，则各轮的转弯半径r
lb
和r
lf
同步缩小。且在当r
lb
＜|of|时，车辆在左转弯使得左后车轮即会与左后视镜盲区发生干涉。因此，可以将r
lb
＝|of|时的车辆转弯角度α作为后视镜是否需要进行调整的转弯临界角度，记为α0，而转弯角度α0对应的转弯半径r
lb
为转弯临界半径，记为r
lb0
。
[0185]
根据图4和图5可以确定，临界转弯半径r
lb0
的计算公式如下：
[0186][0187]
根据车辆的临界转弯半径r
lb0
，可以进一步计算得到车辆的临界转弯角度α0：
[0188][0189]
以上计算出的临界转弯半径和临界转弯角度为根据车辆基础参数建立的理论模型确定的理想值。为了降低应用过程的风险系数，本实施例为二者分别增加一个安全系数，进而提高车辆执行调整测量的灵敏度。增加的安全系数应当使得车辆的转弯角度略小于临界转弯角度或略大于临界转弯半径时即已经产生预警，确定车辆调整后视镜。而安全系数的具体数值由专家经验进行确定。
[0190]
具体地，本实施例中，在增加安全系数之后，得到车辆的安全转弯半径(以左转弯为例)和安全转弯角度分别如下：
[0191][0192]
其中，sr和s
α
分别为转弯半径和转弯角度对应的安全系数，二者的取值可以根据试验结果进行人工设定。
[0193]
四、确定车辆后视镜调整时的随动角度
[0194]
根据以上分析可以知道，车辆的实际转弯角度大于安全转弯角度时，或者车辆的实时转弯半径小于安全转弯半径时，应当对车辆的后视镜进行调整，使得驾驶人员的观察
视野发生变化，进而可以观察到车辆后轮对应的盲区范围内的状况。因此，实测的后视镜的转角可以认为和车辆的车轮转角或车轮转矩之间满足一个特定的函数关系。
[0195]
具体地，仍以车辆左转弯为例，当车辆左前轮转弯角度大于安全转弯角度时，左后轮转弯半径小于安全转弯半径，此时左后轮转弯过程中经过左后视镜盲区，与左后视镜盲区前端交于点p，为计算标注方便，记|ap|为危险截距。
[0196]
假定车辆左转弯时左前轮转弯角度为α1，且满足：α1＞αs，则根据下式可以计算出左后轮的转弯半径r
lb1
：
[0197][0198]
进一步计算得到危险截距|ap|：
[0199][0200]
以a点为圆心，旋转后视镜使得后视镜可视区经过p点的角度即是后视镜随动角度，记为θ。为了方便计算，也可以反向旋转p点使得p点在ef上。此时盲区范围和后视镜可视区域范围的分布关系如图8所示。结合图8可知，后视镜的随动角度θ和车辆的各轮转弯半径间满足如下的方程式：
[0201][0202]
因此，通过求解上式，可以计算出的后视镜的随动角度θ。
[0203]
相应地，可以得出，在右转弯条件下，后视镜的随动角度θ则可以通过求解下式得出：
[0204][0205]
右转弯状态下运动模型与左转弯类似，因此分析过程就不再进行赘述。
[0206]
综上所述，在整个车辆的运行过程中，当车辆实际转角大于安全转弯角度，或车辆的实际后转弯半径小于安全转弯半径时，则认为车辆存在盲区风险。此时，需要对车辆中转弯一侧的后视镜进行动态调整，后视镜调整时的随动角度通过求解相应的方程式得到。
[0207]
实施例3
[0208]
在以上实施例的基础上，本实施例进一步地提供一种车辆后视镜的随动控制方法，该方法用于在车辆驾驶过程对后视镜的角度进行自适应调节，进而缩小或消除车辆转弯时驾驶人员的视觉盲区。如图9所示，该随动控制方法包括如下步骤：
[0209]
s1：根据车辆的基础参数对车辆进行建模，进而确定车辆可视区域的范围，并生成车辆的盲区特征值。盲区特征值包括：左后视镜可视区域前端宽度w
lf
，左后视镜可视区域后端宽度w
lb
，右后视镜可视区前端宽度w
rf
，右后视镜可视区后端宽度w
rb
。
[0210]
s2：根据当前车辆的基础参数和盲区特征值计算出车辆的安全转弯半径r
bs
。车辆的安全转弯半径r
bs
计算公式如下：
[0211][0212]
其中，sr表示一个根据专家经验值确定的安全系数，且sr＞1。
[0213]
s3：获取车辆转弯方向以及车辆转弯方向一侧的前轮实时转弯角度α，进而计算出车辆转弯方向一侧的后轮转弯半径rb，以及车辆危险截距|ap|。
[0214]
步骤s3中，车辆向任意一侧转向时，转弯方向内侧对应的前轮的实时转弯角度α，则转弯方向内侧对应的后轮转弯半径rb的计算公式如下：
[0215][0216]
车辆的危险截距|ap|是一个用于表征车辆在转弯过程中后车轮是否会对后视镜可视区域造成干扰的变量的临界值。危险截距|ap|与车辆转弯方向内侧对应的后轮转弯半径rb有关，其计算公式如下：
[0217][0217][0218]
s4：根据车辆转弯方向一侧的后轮转弯半径rb和安全转弯半径r
bs
之间的关系作出如下判断：
[0219]
(1)当rb＞r
bs
时，则判断车辆当前转弯状态下不存在危险盲区，后视镜保持当前状态不调整。
[0220]
(2)当rb≤r
bs
时，则判断车辆当前转弯状态下存在危险盲区，需要根据车辆的实时转弯角度自适应调整车辆转弯方向一侧的后视镜。
[0221]
s5：当后视镜需要进行自适应调整时，则根据计算出的一个随动角度θ对车辆转弯方向一侧的后视镜转角进行动态调整。其中，随动角度θ的计算过程如下：
[0222]
(1)当车辆的当前转弯方向朝左时，则通过求解下式计算出随动角度θ：
[0223][0224]
(2)当车辆的当前转弯方向朝右时，则通过求解下式计算出随动角度θ：
[0225][0226]
上式中，l表示车辆的轴距。
[0227]
如图10所示，本实施提供的方法整体的处理逻辑在于：先根据车辆的基础信息计算出车辆的安全转弯半径，该安全转弯半径是用于评估是否需要进行后视镜翻转调节的临界条件。然后根据车辆的实时转弯方向和转角值，确定车辆当前状态下的实时转弯半径。接着根据车辆实时的后轮转弯半径和安全转弯半径之间的大小关系，确定是否需要对后视镜进行调整。当需要对后视镜进行调整时，则根据计算出的危险截距求解出后视镜的随动角度，然后根据随动角度对转向一侧的车辆的后视镜进行动态调节即可。
[0228]
此外，除了图10中的实现方式以外，本实施例还存在另外一个实现方式。例如，在本实施例的步骤s3中，考虑到车辆转弯方向一侧的前轮转动角度α和对应侧的后轮转弯半
径rb的关系如下：
[0229][0230]
则根据安全转弯半径r
bs
，可以计算出一个对应的前轮的安全转弯角度αs；前轮的安全转弯角度αs的计算公式如下：
[0231][0232]
其中，s
α
表示一个根据专家经验值确定的安全系数，且s
α
＜1。
[0233]
因此，当计算出车辆在当前转弯方向条件下的前轮安全转弯角度αs后；在步骤s4中，还可以根据车辆转弯方向一侧的前轮实时转弯角度α与对应的前轮的安全转弯角度αs之间的关系判断是否需要对后视镜需要进行自适应调整，判定策略如下：
[0234]
(1)当α＜αs时；则判断车辆当前转弯状态下不存在危险盲区，后视镜保持当前状态不调整。
[0235]
(2)当α≥αs时；则判断车辆当前转弯状态下存在危险盲区，需要根据车辆的实时转弯角度自适应调整车轮转弯方向一侧的后视镜。
[0236]
具体地，调整后的本实施例的第二种实现方式如图11中的逻辑框图所示。
[0237]
在本实施例中方法的原理在于，针对一个特定型号的车辆，其盲区范围是大致可以确定的，同时还可以确定车辆在转弯状态下的车辆状态，根据以上数据可以确定车辆在转弯状态下盲区范围的动态变化过程，进而确定车辆在不同状态下为了消除或缩小盲区范围而应当采用的后视镜的调整策略。
[0238]
实施例4
[0239]
本实施例提供一种车辆后视镜的随动控制装置，其包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行程序时实现如实施例3中的车辆后视镜的随动控制方法的步骤。
[0240]
该计算机设备可以是可以执行程序的智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、机架式服务器、刀片式服务器、塔式服务器或机柜式服务器(包括独立的服务器，或者多个服务器所组成的服务器集群)等。本实施例的计算机设备至少包括但不限于：可通过系统总线相互通信连接的存储器、处理器。
[0241]
本实施例中，存储器(即可读存储介质)包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、随机访问存储器(ram)、静态随机访问存储器(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，存储器可以是计算机设备的内部存储单元，例如该计算机设备的硬盘或内存。在另一些实施例中，存储器也可以是计算机设备的外部存储设备，例如该计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。当然，存储器还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，存储器通常用于存储安装于计算机设备的操作系统和各类应用软件等。此外，存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的
各类数据。
[0242]
处理器在一些实施例中可以是中央处理器(central processing unit，cpu)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器通常用于控制计算机设备的总体操作。本实施例中，处理器用于运行存储器中存储的程序代码或者处理数据，以实现前述实施例中的车辆后视镜的随动控制方法的处理过程，从而根据车辆转弯状态的特征信息，得到车辆后视镜的动态调整策略，并执行该策略。
[0243]
实施例5
[0244]
本发明还包括一种车辆，其包括后视镜组件和车辆转角传感器。所述车辆转角传感器用于实时采集车辆的转弯方向以及前轮转角。后视镜组件中采用了如实施例1中的自动控制器，进而实现根据车辆转角传感器采集的车辆的转向信号对反光镜的安装角度进行自适应调整策略。对驾驶人员的观察视野进行动态调节，消除驾驶人员的盲区。
[0245]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。