本實用新型涉及一種檢測障礙物位置和高度的系統(tǒng)，特別涉及一種使用倒車?yán)走_(dá)檢測障礙物位置和高度的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，汽車的智能化已經(jīng)成為大勢所趨，倒車?yán)走_(dá)的出現(xiàn)解決了駕駛員在倒車過程中因視野死角或者視野模糊區(qū)的存在而導(dǎo)致的刮車、碰撞等問題。倒車?yán)走_(dá)能夠在駕駛員視野的死角處，通過聲音、圖像、文字等形式為駕駛員提供車后方障礙物信息以及報警服務(wù)，使得駕駛員對車后方障礙物的情況了解得更加清楚。對駕駛員起步、倒車、泊車等環(huán)節(jié)起到很大幫助，進一步提高駕駛安全性。

但是現(xiàn)在市場上的傳統(tǒng)倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，其顯示界面一般如圖1所示，僅能為駕駛員提供模糊的車后方障礙物方向信息，即左、左中、右中和右方向，駕駛員不能獲取障礙物的準(zhǔn)確位置信息；此外，位于車后輪中間方向的路面低矮突起或者小型障礙物如易拉罐、可樂瓶等低于車輛最小離地間隙的雜物并不會影響正常倒車，但是同樣會引起傳統(tǒng)倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的冗余報警，影響駕駛員正常操作車輛。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了解決傳統(tǒng)倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)在使用過程中存在的嚴(yán)重不足而提供的一種使用倒車?yán)走_(dá)檢測障礙物位置和高度的系統(tǒng)。

本實用新型提供的使用倒車?yán)走_(dá)檢測障礙物位置和高度的系統(tǒng)包括有倒車傳感器、主控制器、第一組倒車?yán)走_(dá)、第二組倒車?yán)走_(dá)、顯示屏和蜂鳴器，其中倒車傳感器、第一組倒車?yán)走_(dá)和第二組倒車?yán)走_(dá)分別與主控制器相連接，主控制器還與顯示屏和蜂鳴器相連接，倒車傳感器設(shè)在車輛倒車檔位上，第一組倒車?yán)走_(dá)和第二組倒車?yán)走_(dá)設(shè)在車輛后部，顯示屏和蜂鳴器設(shè)在駕駛室內(nèi)駕駛位處的儀表盤上。

第一組倒車?yán)走_(dá)包括第一雷達(dá)、第二雷達(dá)、第三雷達(dá)和第四雷達(dá)，第一雷達(dá)、第二雷達(dá)、第三雷達(dá)和第四雷達(dá)位于汽車尾部上方呈水平均勻分布，第二組倒車?yán)走_(dá)包括第二雷達(dá)、第三雷達(dá)、第五雷達(dá)、第六雷達(dá)和第七雷達(dá)，其中第五雷達(dá)、第六雷達(dá)和第七雷達(dá)位于汽車尾部下方呈水平均勻分布，并且在豎直方向上，分別位于第一組倒車?yán)走_(dá)相鄰兩雷達(dá)中間。

顯示屏將車后方障礙物的位置信息通過極坐標(biāo)系的形式展示給駕駛員，極坐標(biāo)系的中心點為汽車尾部邊緣的中心；障礙物的方向角度和距離、低矮障礙物和危險標(biāo)志信息通過文字、數(shù)字以及圖形的方式展示在顯示屏上。

第一雷達(dá)、第二雷達(dá)、第三雷達(dá)、第四雷達(dá)、第五雷達(dá)、第六雷達(dá)和第七雷達(dá)為超聲波雷達(dá)傳感器，具有發(fā)射和接收兩種模式。

本實用新型提供的檢測車后方障礙物位置和高度的方法，其方法如下所述：

步驟一、主控制器檢測到倒車傳感器發(fā)來的倒擋信號后，開始執(zhí)行第一組倒車?yán)走_(dá)檢測障礙物位置程序，當(dāng)主控制器開始執(zhí)行檢測障礙物位置程序后，第一組倒車?yán)走_(dá)中的第一雷達(dá)、第二雷達(dá)、第三雷達(dá)和第四雷達(dá)分為四個小組循環(huán)進行三角形測距工作，第一小組：第一雷達(dá)發(fā)射，第一雷達(dá)和第二雷達(dá)接收；第二小組：第二雷達(dá)發(fā)射，第二雷達(dá)和第三雷達(dá)接收；第三小組：第三雷達(dá)發(fā)射，第三雷達(dá)和第四雷達(dá)接收；第四小組：第四雷達(dá)發(fā)射，第三雷達(dá)和第四雷達(dá)接收，每個小組探測并解算出來三角形的高即為障礙物距離車尾的距離dis，三角形的一個底角角度θ₁通過進一步解算可以得到障礙物在極坐標(biāo)系下的角度θ，在一個位置檢測循環(huán)內(nèi)，當(dāng)相鄰小組都檢測障礙物時，比較兩次障礙物的位置角度θ以及距離dis,若近似，則認(rèn)為是檢測到同一個障礙物，取兩次位置角度θ以及距離dis的平均值作為該障礙物的位置信息，否則認(rèn)為檢測到不同的障礙物，分別在顯示屏上顯示相關(guān)信息；

步驟二、一個檢測障礙物位置循環(huán)后，當(dāng)距離dis小于安全距離dis_safe時，判斷障礙物是否位于兩后輪中間方向，如果不是，主控制器控制蜂鳴器工作并且點亮顯示屏右下方的危險標(biāo)志并閃爍，向駕駛員發(fā)出報警信息；如果是，則開始執(zhí)行第二組倒車?yán)走_(dá)檢測障礙物高度程序，此時第二組倒車?yán)走_(dá)中的第二雷達(dá)、第三雷達(dá)、第五雷達(dá)、第六雷達(dá)和第七雷達(dá)分為兩小組進行三角錐測高工作，第一小組：第二雷達(dá)發(fā)射，第二雷達(dá)、第五雷達(dá)和第六雷達(dá)接收；第二小組：第三雷達(dá)發(fā)射，第三雷達(dá)、第六雷達(dá)和第七雷達(dá)接收，通過每個小組探測并解算的三角錐結(jié)合倒車?yán)走_(dá)的距地高度可以得到障礙物的高度h，當(dāng)h小于車輛最小離地間隙h_min時，認(rèn)為障礙物不會影響正常倒車，顯示屏在極坐標(biāo)系下顯示低矮障礙物位置信息，并且不報警，當(dāng)h≥h_min時，正常報警，當(dāng)兩個小組都檢測到障礙物時，直接取最大高度與h_min比較。

本實用新型的有益效果：

本實用新型提供的使用倒車?yán)走_(dá)檢測障礙物位置和高度的系統(tǒng)一方面在于為駕駛員提供車后方障礙物的具體位置信息，包括具體的方向和距離信息，并在障礙物將會妨礙倒車時，通過顯示屏以及蜂鳴器發(fā)出報警信息；另一方面，避免道路中間出現(xiàn)的高度低于車輛最小離地間隙，不會影響正常倒車的路面低矮凸起或小型障礙物而引起的冗余報警。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)顯示界面圖。

圖2是本實用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型系統(tǒng)工作流程圖。

圖4是本實用新型倒車?yán)走_(dá)空間布置示意圖。

圖5是本實用新型顯示屏界面圖。

圖6是第一組倒車?yán)走_(dá)三角形測距原理示意圖。

圖7是第二組倒車?yán)走_(dá)三角錐測高原理示意圖a。

圖8是第二組倒車?yán)走_(dá)三角錐測高原理示意圖b。

1、倒車傳感器 2、主控制器 3、第一組倒車?yán)走_(dá) 4、第二組倒車?yán)走_(dá)

5、顯示屏 6、蜂鳴器 11、第一雷達(dá) 12、第二雷達(dá) 13、第三雷達(dá)

14、第四雷達(dá) 15、第五雷達(dá) 16、第六雷達(dá) 17、第七雷達(dá)。

具體實施方式

請參閱圖2、圖3、圖4和圖5所示：

本實用新型提供的使用倒車?yán)走_(dá)檢測障礙物位置和高度的系統(tǒng)包括有倒車傳感器1、主控制器2、第一組倒車?yán)走_(dá)3、第二組倒車?yán)走_(dá)4、顯示屏5和蜂鳴器6，其中倒車傳感器1、第一組倒車?yán)走_(dá)3和第二組倒車?yán)走_(dá)4分別與主控制器2相連接，主控制器2還與顯示屏5和蜂鳴器6相連接，倒車傳感器1設(shè)在車輛倒車檔位上，第一組倒車?yán)走_(dá)3和第二組倒車?yán)走_(dá)4設(shè)在車輛后部，顯示屏5和蜂鳴器6設(shè)在駕駛室內(nèi)駕駛位處的儀表盤上。

第一組倒車?yán)走_(dá)3包括第一雷達(dá)11、第二雷達(dá)12、第三雷達(dá)13和第四雷達(dá)14，第一雷達(dá)11、第二雷達(dá)12、第三雷達(dá)13和第四雷達(dá)14位于汽車尾部上方呈水平均勻分布，第二組倒車?yán)走_(dá)4包括第二雷達(dá)12、第三雷達(dá)13、第五雷達(dá)15、第六雷達(dá)16和第七雷達(dá)17，其中第五雷達(dá)15、第六雷達(dá)16和第七雷達(dá)17位于汽車尾部下方呈水平均勻分布，并且在豎直方向上，分別位于第一組倒車?yán)走_(dá)3相鄰兩雷達(dá)中間。

顯示屏5將車后方障礙物的位置信息通過極坐標(biāo)系的形式展示給駕駛員，極坐標(biāo)系的中心點為汽車尾部邊緣的中心；障礙物的方向角度和距離、低矮障礙物和危險標(biāo)志信息通過文字、數(shù)字以及圖形的方式展示在顯示屏5上。

第一雷達(dá)11、第二雷達(dá)12、第三雷達(dá)13、第四雷達(dá)14、第五雷達(dá)15、第六雷達(dá)16和第七雷達(dá)17為超聲波雷達(dá)傳感器，具有發(fā)射和接收兩種模式。

本實用新型提供的檢測車后方障礙物位置和高度的方法，其方法如下所述：

步驟一、主控制器2檢測到倒車傳感器1發(fā)來的倒擋信號后，開始執(zhí)行第一組倒車?yán)走_(dá)3檢測障礙物位置程序，當(dāng)主控制器2開始執(zhí)行檢測障礙物位置程序后，第一組倒車?yán)走_(dá)3中的第一雷達(dá)11、第二雷達(dá)12、第三雷達(dá)13和第四雷達(dá)14分為四個小組循環(huán)進行三角形測距工作，第一小組：第一雷達(dá)11發(fā)射，第一雷達(dá)11和第二雷達(dá)12接收；第二小組：第二雷達(dá)12發(fā)射，第二雷達(dá)12和第三雷達(dá)13接收；第三小組：第三雷達(dá)13發(fā)射，第三雷達(dá)13和第四雷達(dá)14接收；第四小組：第四雷達(dá)14發(fā)射，第三雷達(dá)13和第四雷達(dá)14接收，每個小組探測并解算出來三角形的高即為障礙物距離車尾的距離dis，三角形的一個底角角度θ₁通過進一步解算可以得到障礙物在極坐標(biāo)系下的角度θ，在一個位置檢測循環(huán)內(nèi)，當(dāng)相鄰小組都檢測障礙物時，比較兩次障礙物的位置角度θ以及距離dis,若近似，則認(rèn)為是檢測到同一個障礙物，取兩次位置角度θ以及距離dis的平均值作為該障礙物的位置信息，否則認(rèn)為檢測到不同的障礙物，分別在顯示屏上顯示相關(guān)信息；

步驟二、一個檢測障礙物位置循環(huán)后，當(dāng)距離dis小于安全距離dis_safe時，判斷障礙物是否位于兩后輪中間方向，如果不是，主控制器2控制蜂鳴器6工作并且點亮顯示屏右下方的危險標(biāo)志并閃爍，向駕駛員發(fā)出報警信息；如果是，則開始執(zhí)行第二組倒車?yán)走_(dá)4檢測障礙物高度程序，此時第二組倒車?yán)走_(dá)4中的第二雷達(dá)12、第三雷達(dá)13、第五雷達(dá)15、第六雷達(dá)16和第七雷達(dá)17分為兩小組進行三角錐測高工作，第一小組：第二雷達(dá)12發(fā)射，第二雷達(dá)12、第五雷達(dá)15和第六雷達(dá)16接收；第二小組：第三雷達(dá)13發(fā)射，第三雷達(dá)13、第六雷達(dá)16和第七雷達(dá)17接收，通過每個小組探測并解算的三角錐結(jié)合倒車?yán)走_(dá)的距地高度可以得到障礙物的高度h，當(dāng)h小于車輛最小離地間隙h_min時，認(rèn)為障礙物不會影響正常倒車，顯示屏5在極坐標(biāo)系下顯示低矮障礙物位置信息，并且不報警，當(dāng)h≥h_min時，正常報警，當(dāng)兩個小組都檢測到障礙物時，直接取最大高度與h_min比較。

具體實施方式如下所述：

本實用新型的顯示屏5界面如圖5所示，車后方障礙物的方向信息通過極坐標(biāo)系的形式展示給駕駛員，極坐標(biāo)系的中心點為汽車尾部邊緣的中心；極坐標(biāo)系下障礙物的方向角度和距離信息，在右側(cè)以數(shù)字和文字的形式顯示；低矮障礙物用短圓柱表示，其他障礙物以長圓柱表示在極坐標(biāo)系下；當(dāng)系統(tǒng)判斷需要報警時，顯示屏5右下角的危險標(biāo)志被點亮并閃爍，配合蜂鳴器6工作給駕駛員以警示。

主控制器2開始執(zhí)行檢測障礙物位置程序后，第一組倒車?yán)走_(dá)3中的第一雷達(dá)11、第二雷達(dá)12、第三雷達(dá)13和第四雷達(dá)14分為四小組循環(huán)進行三角形測距工作，現(xiàn)以第一小組為例說明檢測車后方障礙物方向θ和距離dis的原理：

如圖6所示，已知第一雷達(dá)11和第二雷達(dá)12之間的距離L₁以及第一雷達(dá)11到極坐標(biāo)系中心點O的距離L₂，第一小組為第一雷達(dá)11發(fā)射，第一雷達(dá)11和第二雷達(dá)12接收，可測到障礙物距離第一雷達(dá)11、第二雷達(dá)12的距離d₁、d₂，使用海倫公式先求得三角形ABC的面積S:

進一步使用三角形面積公式可得障礙物到車尾的距離dis:

接著多次使用余弦定理可求得障礙物的方位角θ：

其他三個小組檢測車后方障礙物位置原理與上述第一小組相同，在一個位置檢測循環(huán)內(nèi)，若相鄰小組都檢測障礙物，比較兩次障礙物的位置角度θ以及距離dis,若近似，則認(rèn)為是檢測到同一個障礙物，取兩次位置角度θ以及距離dis的平均值作為該障礙物的位置信息，否則認(rèn)為檢測到不同的障礙物。

在一個檢測障礙物位置循環(huán)后，主控制器通過判斷檢測到的障礙物方向角度θ是否在90°±30°范圍內(nèi)，來判斷障礙物是否位于兩后輪中間方向，如果是且距離dis小于安全距離dis_safe，則開始執(zhí)行檢測障礙物高度程序，第二組倒車?yán)走_(dá)4分為兩個小組進行三角錐測高工作，現(xiàn)以第一小組為例說明檢測車后方障礙物方向高度h原理：

如圖7所示，已知第二雷達(dá)12和第五雷達(dá)15、第二雷達(dá)12和第六雷達(dá)16、第五雷達(dá)15和第六雷達(dá)16之間的距離分別是L₃，L₄，L₅，第五雷達(dá)15的距地高度h₁，第一小組為第二雷達(dá)12發(fā)射，第二雷達(dá)12、第五雷達(dá)15和第六雷達(dá)16接收，可測到障礙物距離第二雷達(dá)12、第五雷達(dá)15和第六雷達(dá)16的距離分別是d₃、d₄、d₅，將倒車?yán)走_(dá)與障礙物之間的幾何關(guān)系添加部分輔助線可以表示為圖8，G為AC中點，結(jié)合根據(jù)已知條件，容易求得BG、DG長度，在三角形BFD中，設(shè)GF、DF長度分別為x、y，可得下式：

x²+y²＝DG² (2)

用(1)式減去(2)式可得：

解得x即GF：

最后可得障礙物的高度h：

h＝h₁-x

圖7和圖8僅僅是測高程序的一種情況，但是因為障礙物和三個雷達(dá)在空間幾何中能且只能構(gòu)成一個三角錐，且三角錐的六條棱長都已知，所以理論上該三棱錐的所有幾何關(guān)系都可以解得，又因為雷達(dá)的距地高度已知，所以對于障礙物在其他位置的情況下，同樣可以求得障礙物的高度。