科学家提出了防止眩光的新方法,可有效提高驾驶员的安全性!

   电工小二        

汽车工业正在不断发展,试图改善驾驶员,乘客和行人的安全。使用现代技术,可以识别并减少由雨,雪,雾或强光等天气灾害引起的危险。本文提出了一种使用现有技术的防眩光解决方案,该技术已经可以在高端汽车中找到,例如驾驶员的眼睛跟踪系统,光强度传感器或平视显示器。除了现有的元件外,还需要一个阳光跟踪传感器来检测太阳光在挡风玻璃表面上具有最大强度的点。知道驾驶员的位置和挡风玻璃上的阳光强度高的点,就可以在挡风玻璃上形成暗点,以减少眩光造成的不适。根据光的强度并考虑交通安全法律,该点的透明度可以在某些限制之间变化。因此,眩光造成的危险将减少,看不见交通标志或突然转弯的风险将大大降低。


相关论文以题为“A Novel Approach against Sun Glare to Enhance Driver Safety”发表在《Applied Sciences》上。


科学家提出了防止眩光的新方法,可有效提高驾驶员的安全性!


汽车领域取得了显着的技术进步,在过去几年中,舒适性,安全性,可靠性和生产成本等所有领域均得到了改善。当前的论文将着重于改善恶劣天气条件下的交通安全。通常会考虑气象现象,例如雪,大风,雾或大雨,其他论文也提出了解决此类问题的方法。本文提出的实验结果表明,该方法提高了所有交通参与者的安全性。


被忽略的气象现象就是眩光。根据一天中的不同时间,眩光可能由多种原因引起。在夜间,车辆的前照灯来自相反的方向可能会造成眩光。通过改进用于制造前照灯的技术以及参与开发更好产品的大公司,可以解决此问题。因此,使用LED和激光技术,结合自动调光技术和适当的色温,可以减少前照灯造成的眩光。在白天,阳光会造成眩光,使驾驶员暂时失明,从而增加发生事故的风险。


本文的目的是提出一种适用于车辆的防眩光系统,旨在利用车辆中现有的元素来提高交通安全。实际的技术,如眼球跟踪系统,HUD和光强度传感器被使用。唯一添加的传感器是一个太阳跟踪装置。折衷之处是,如果增加了太阳跟踪传感器,传统的太阳遮阳板就可以去掉,因此,平衡了生产成本。本文以提出的思想为基础,重点讨论了该思想的实用方面,触及了实现细节,并给出了由太阳直接照射引起眩光的情况下的仿真结果。此外,只有太阳光线通过挡风玻璃被考虑,但提出的原则可以应用于侧窗以及。由于成本限制,无法实现可用于汽车的真实原型,因此所有的结果都是通过MATLAB仿真得到的。


整个遮阳系统的组成部分在图1a中以图形方式简要介绍。太阳跟踪传感器和相机提供的数据用于确定挡风玻璃上黑点的位置。光斑的不透明度可以根据光强传感器提供的信息来确定。数据流也用箭头突出显示。所有使用过的组件都很小;因此,它们可以很容易地放在汽车里。从生产成本的角度来看,市场上的传感器和摄像机并不是那么昂贵,因为传统的遮阳板不再有真正的用途,可以被移除。从硬件的角度来看,只有太阳跟踪传感器和HUD将被展示,因为这两个是提出的硬件结构的主要组成部分。对于其他组件,研究人员将不指明具体的硬件,但研究人员将介绍理论方面、原则和可能的实现,以便使整个sunshade系统工作。


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图1.(a)数字遮阳系统的图形概述。(b)数字遮阳系统框图。


图1b是描述闭环反馈系统及其主要部件的框图。输入变量、功能相关性以及如何创建黑点中心的新位置也将突出显示。该系统的拟议周期为1秒,因此,传感器将每秒测量太阳的位置和光强度。所提供的信息,以及预先定义的限制,将作为计算黑点中心的相位的输入变量。确定了新点后,如果超过1厘米的阈值,就要决定移动整个挡风玻璃上较暗的区域。也就是说,如果前一个中心和新中心之间的距离超过了定义的阈值,新的指令将会生成并提供给司机,考虑到预先定义的黑暗区域的形状和大小。从这一点上,指示将被转发到智能玻璃和数字遮阳将被创建。最有可能的是,区域的中心将是最暗的,透明度将增加到限制。之前计算的坐标将作为反馈,只要需要数字遮阳板,整个过程就会重复。


硬件结构


在下面的小节中,研究人员将介绍一些市场上现有的硬件组件,它们可以用来实现系统的硬件部分。


提议的太阳能跟踪传感器是由太阳能MEMS技术,并在图2突出显示。


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图2.ISS-DX传感器。


ISS-D60传感器具有以下主要特性,简要介绍在表1中。


表1.ISS-D60特性。


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SS-DX传感器可用于多种应用,如太阳跟踪系统、定日器、使用光源的高度控制或导航系统。该传感器可用于为微型行星漫游者设计的导航系统。


平视显示器在过去几年发展了很多,这是一个大汽车公司投资的领域。接下来,研究人员将介绍一系列可使用的替代方案。在这些解决方案中,研究人员可以提到智能玻璃,这是一种可以通过施加电压、热量或光源来控制不透明度的玻璃。这样一来,玻璃就从透明变为半透明,结果就阻挡了部分波长的光。在CES2016和CES2017上,大陆汽车公司展示了这款基于光传感器的产品,它可以精确地在太阳照射的位置上色(图3)。


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图3.智能玻璃的概念。


Lumineq制造了另一项非凡的技术:内嵌玻璃显示器,非常适合这种应用。该显示器提供80%的透明度分段显示和70%的透明度矩阵和360度的观察角度。该产品以超可靠,对冲击、振动和极端天气有更大的耐受性来销售。此外,类型、大小、形状和插入显示的位置都是完全可定制的。图4给出了一个玻璃内显示的示例。


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图4.在玻璃显示的概念。


Alticast公司展示了一款用于汽车信息、HUD和驾驶自动化的透明柔性显示器。演示使用LG制作的TFD(图5)。


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图5.聪明的挡风玻璃的概念。


研究结果


图6给出了仿真流程图。用户必须在单独的文件中配置输入数据,然后才能运行模拟。为了可读性,为每个用例创建了一个模拟文件。加载数据进入仿真后,根据太阳跟踪传感器提供的数据,计算S点坐标。施加一些限制,比如D和S之间的距离,或者S必须在挡风玻璃的另一边,而D必须在挡风玻璃的另一边,这样就可以得到太阳的位置。这一步主要用于数据可视化。这样就可以绘制出DS线用户可以提供太阳位置(角度x和角度y)或驾驶员眼睛坐标D (xD, yD, zD)的输入向量。在对所有输入数据进行处理并得到所有交点后,对结果进行绘图,以提供良好的数据可视化。


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图6.模拟流程图。


太阳S和驾驶员D被认为是不动点。如图7所示,得到了一个交点I。因此,黑点的中心就在那里。DS和ID之间的线标为紫色,平面标为蓝色,交点I标为绿色的十字。


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图7.测试场景1-sun (S)和驾驶员的眼睛(D)是固定点。


对于下一个测试场景,将驱动程序视为一个固定点,而太阳是可移动的。限制点的兴趣只在挡风玻璃的顶部应用。这种限制的实际用途是,在某些情况下,整个挡风玻璃没有覆盖HUD。因此,感兴趣的点只是那些在展示区域内的。在图8中可以看到仿真结果。


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图8.测试场景2-S是一个移动点,而D是一个不动点。


结论


在本文中,研究人员对防眩光系统的适用性和优点进行了研究。为了验证该系统的可用性,还利用MATLAB进行了多个测试场景的模拟。考虑到过去几年在HUD领域取得的进展,这似乎只需要几年时间,这样一个系统就能实现,而且生产成本低到足以为驱动程序和制造商带来利益。事实上,与现代汽车的其他部件相比,传统的遮阳板已经过时了,它对驾驶员安全的贡献不如数字遮阳板大。


研究人员所提出的项目可以从硬件部分开始在不同的层次上进行改进。对于这样的项目,提议的太阳跟踪传感器是大过资格的,因为低精度、分辨率和精度的传感器仍然可以工作。这样,费用就会减少。从成本的角度来看,一项改进是移除太阳跟踪传感器,并尝试仅通过处理图像来获取所需的所有信息。


该项目的优点在于,它使用并结合了来自不同领域的大量知识,以提出一个工作产品,该产品将提高所有交通参与者的安全。实验证明了本文所采用的思想、算法和原理的价值和适用性。所提出的研究为那些开发防眩光系统的人提供了一个起点,并提供了对这个主题的良好理解。除了工业效益外,本文还可以用于教学活动,让学生了解如何运用理论知识来解决现实问题。


论文链接:https://www.mdpi.com/2076-3417/10/9/3032/htm



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