車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)，系統(tǒng)設有總控制單元，超聲波雷達單元輸出探測信號至超聲波雷達控制器，所述超聲波雷達控制器通過CAN總線與總控制單元連接，所述總控制單元經(jīng)CAN總線連接毫米波雷達單元、視覺感知模塊；本發(fā)明的優(yōu)點在于系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)有傳感器技術并進行了整合，替代了昂貴的激光雷達，降低了智能車環(huán)境感知系統(tǒng)的成本。采用超聲波雷達實現(xiàn)近距離探測，克服了毫米波雷達近距離探測盲區(qū)和探測精度不高的問題。
【專利說明】
車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)及其控制方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及智能車技術領域，具體涉及一種低成本的智能車環(huán)境感知系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。
【背景技術】
[0002]目前車輛要實現(xiàn)智能輔助駕駛和自動駕駛，需要通過傳感器探測車輛周圍環(huán)境，常采用視覺傳感器、毫米波雷達傳感器和激光雷達傳感器。比如Google的智能車采用64線激光雷達實現(xiàn)360°檢測，再配合視覺傳感器實現(xiàn)對周圍環(huán)境的感知，成本高，難以實現(xiàn)量產(chǎn)。
[0003]目前中高檔車輛裝備有盲區(qū)檢測、變道輔助、360°全景、倒車雷達以及前方碰撞預警和自動緊急制動(Autonomous Emergency Braking,AEB)等主動安全技術，涉及的傳感器包括前視攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達等傳感器。但整體安裝成本較高，會增加車輛銷售價格。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是實現(xiàn)一種成本低、使用方便的車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)設有總控制單元，超聲波雷達單元輸出探測信號至超聲波雷達控制器，所述超聲波雷達控制器通過CAN總線與總控制單元連接，毫米波雷達單元將探測的目標信息通過CAN總線發(fā)送至所述總控制單元；
[0006]所述超聲波雷達單元包括設置在車輛前方和后方采集車輛前后障礙物距離信息的超聲波雷達，以及設置在車輛兩側(cè)采集車輛左右障礙物距離信息的超聲波雷達；
[0007]所述毫米波雷達單元包括設置在車輛前方兩側(cè)采集車輛左前方和右前方障礙物相對距離、速度和方位角度的毫米波雷達，設置在車輛后方兩側(cè)采集車輛左后方和右后方障礙物相對距離、速度和方位角度的毫米波雷達，以及設置在車輛前方采集車輛前方障礙物相對距離和速度的毫米波雷達。
[0008]車輛每側(cè)均設有兩組路沿雷達單元，且一組位于車頭，另一組位于車尾，所述路沿雷達單元輸出近距離障礙物信號至總控制單元，每組所述路沿雷達單元包括兩個上下布局固定的雷達傳感器，且每組路沿雷達單元的雷達傳感器間距小于5cm。
[0009]所述總控制單元經(jīng)CAN總線連接環(huán)境感知攝像頭，所述環(huán)境感知攝像頭安裝在車內(nèi)前部，采集車輛前方圖像信息。
[0010]所述總控制單元輸出信號至車內(nèi)的報警單元和顯示單元。
[0011]所述總控制單元輸出控制信號至車門鎖控制單元和車輛主動制動控制單元。
[0012]基于所述車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)的控制方法:
[0013]車輛啟動后，系統(tǒng)上電自檢；
[0014]總控制單元實時接收超聲波雷達單元的信號，并將前后方和兩側(cè)的障礙物距離信息顯示在顯示單元上，若障礙物距離小于設定的間距報警閾值，則通過報警單元報警。
[0015]總控制單元實時接收毫米波雷達單元的信號，若當前車速大于20km/s，且位于車輛正前方的毫米波雷達感應到前方障礙物的相對速度、距離數(shù)值均達到預設的主動制動閾值，則主動制動控制單元對車輛進行主動制動。
[0016]總控制單元實時接收毫米波雷達單元的信號，若車輛處于靜止狀態(tài)，且位于車輛前方兩側(cè)或后方兩側(cè)的毫米波雷達感應到存在障礙物的相對速度、距離、方位角度均達到預設的開門碰撞預警值，則控制車門鎖控制單元僅鎖止存在障礙物一側(cè)的車門，并在障礙物離開毫米波雷達單元檢測范圍設定時間后控制車門鎖控制單元解除車門鎖止狀態(tài)。
[0017]總控制單元實時接收路沿雷達單元的信號，所述路沿雷達單元設定探測范圍為1.5m，若車輛當前車速小于20km/s，且同側(cè)的兩組路沿雷達單元均探測到有障礙物，則在顯示單元上顯示每組路沿雷達單元的探測距離。
[0018]若路沿雷達單元同組的兩個雷達傳感器，探測的距離之差小于預設值，則顯示的探測距離為較小的一個雷達傳感器探測的距離；
[0019]若路沿雷達單元同組的兩個雷達傳感器，探測的距離之差大于等于預設值，則顯示的探測距離為s;
[0020]同組路沿雷達單元位于上方的雷達傳感器距離障礙物距離為Hl，位于下方的雷達傳感器距離障礙物距離為H2，兩個雷達傳感器的間距為H3，利用H1、H2和H3計算Hl與H3的夾角 α，則 s = Hl*sina。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點在于系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)有傳感器技術并進行了整合，替代了昂貴的激光雷達，降低了智能車環(huán)境感知系統(tǒng)的成本。采用超聲波雷達實現(xiàn)近距離探測，克服了毫米波雷達近距離探測盲區(qū)和探測精度不高的問題。
【附圖說明】
[0022]下面對本發(fā)明說明書中每幅附圖表達的內(nèi)容及圖中的標記作簡要說明:
[0023]圖1為車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)框圖；
[0024]圖2為車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)安裝示意圖；
[0025]上述圖中的標記均為:1、總控制單元;2、超聲波雷達單元;3、超聲波雷達控制器、
4、毫米波雷達單元;5、路沿雷達單元;6、環(huán)境感知攝像頭。
【具體實施方式】
[0026]本申請能夠綜合利用現(xiàn)有傳感器技術，替代激光雷達實現(xiàn)對車輛周圍環(huán)境的感知，實現(xiàn)輔助駕駛和自動駕駛，將會大大降低智能車技術成本，加快智能車產(chǎn)業(yè)化步伐。
[0027]如圖1所示，車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)包括總控制單元1、超聲波雷達單元2、超聲波雷達控制器3、毫米波雷達單元4、路沿雷達單元5和環(huán)境感知攝像頭6。
[0028]超聲波雷達單元2包括前方近距離目標檢測超聲波雷達，優(yōu)選設置兩個;車輛右側(cè)車道內(nèi)車輛檢測超聲波雷達，優(yōu)選一側(cè)設置四個，后方近距離目標檢測超聲波雷達，優(yōu)選設置兩個;車輛左側(cè)車道內(nèi)車輛檢測超聲波雷達，優(yōu)選一側(cè)設置四個;超聲波雷達單元2輸出探測信號至超聲波雷達控制器3，所述超聲波雷達控制器3通過CAN總線與總控制單元I連接。
[0029]毫米波雷達單元4包括前方防撞毫米波雷達，左右前方目標檢測毫米波雷達;左右后方目標檢測毫米波雷達，總控制單元I經(jīng)CAN總線連接毫米波雷達單元4。
[0030]前方防撞毫米波雷達用于實時檢測前方運動和靜止的目標的相對距離、速度和方位角度，進一步判斷車輛直行是否危險及其危險程度，以及是否采集預警或者制動干預。
[0031]前方左、右測雷達用于實時檢測車輛左前方和右前方區(qū)域內(nèi)的運動或者靜止的目標的相對距離、速度和方位角度，判斷如果前方可能發(fā)生碰撞風險的情況下，是否可以通過轉(zhuǎn)向朝相鄰車道變道。同時在車輛后方左右側(cè)后視雷達的配合下實現(xiàn)安全變道。
[0032]車輛后方左右側(cè)后視雷達用于檢測車輛正后方、左右側(cè)相鄰車道后方區(qū)域是否有接近車輛，輔助本車車輛安全變道、盲區(qū)危險目標識別預警以及車輛開門安全預警。
[0033]環(huán)境感知攝像頭6用于配合前方雷達進一步識別目標的類型，對目標的危險程度進一步進行判斷，給緊急避撞提供依據(jù)。雷達和視覺的信息融合能夠有效提高前方環(huán)境感知的準確性和有效性。
[0034]超聲波雷達用于檢測車輛左右前方和正前方5米內(nèi)的目標和本車的相對距離，彌補前方雷達近距離探測精度偏低的不足。提高距離探測的精度。
[0035]超聲波雷達用于檢測車輛左右相鄰車道內(nèi)的目標及其相對距離，用于檢測相鄰車道內(nèi)車況。
[0036]超聲波雷達用于檢測車輛左右側(cè)相鄰車道后方區(qū)域和正后方區(qū)域5米內(nèi)的目標，彌補后方雷達近距離探測精度偏低的不足，提高距離探測精度。
[0037]超聲波雷達控制器3用于采集12個超聲波雷達輸入信號并通過計算得到目標和雷達的相對距離。并通過雷達的安裝位置和車輛坐標系之間的關系計算出目標相對車輛的位置信息。
[0038]車輛每側(cè)均設有兩組路沿雷達單元5，且一組位于車頭，另一組位于車尾，設置在兩頭，可以避免障礙物對探測路沿探測造成干擾(如電線柱)，路沿雷達單元5輸出近距離障礙物信號至總控制單元I，同側(cè)的兩組路沿雷達單元5布置高度相同，此外，每組路沿雷達單元5包括兩個上下布局固定的雷達傳感器，且每組路沿雷達單元5的雷達傳感器間距小于5cm，固定是，同側(cè)兩組路沿雷達單元5位于上方的雷達傳感器布置高度相同，而同側(cè)兩組路沿雷達單元5位于下方的雷達傳感器布置高度也相同。通兩個傳感器，能個精準的測量出路沿與車輛的距離，方便駕駛員側(cè)方位停車。
[0039]為了能夠提高車輛智能控制的性能，總控制單元I輸出信號至車內(nèi)的報警單元和顯示單元，同時總控制單元I輸出控制信號至車門鎖控制單元和車輛主動制動控制單元，可以對車輛進行主動控制和報警。
[0040]基于上述車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)的控制方法:
[0041]車輛啟動后，系統(tǒng)上電自檢；
[0042]總控制單元I實時接收超聲波雷達單元2的信號，并將前后方和兩側(cè)的障礙物距離信息顯示在顯示單元上，若障礙物距離小于設定的間距報警閾值，則通過報警單元報警。通過此控制，能夠讓駕駛員實時了解車輛與周圍障礙物之間的間距，避免碰擦。
[0043]總控制單元I實時接收毫米波雷達單元4的信號，若當前車速大于20km/s(避免停車時主動制動的介入干預，影響停車)，且位于車輛正前方的毫米波雷達感應到前方障礙物的相對速度、距離數(shù)值均達到預設的主動制動閾值，則主動制動控制單元對車輛進行主動制動。
[0044]總控制單元I實時接收毫米波雷達單元4的信號，若車輛處于靜止狀態(tài)，且位于車輛前方兩側(cè)或后方兩側(cè)的毫米波雷達感應到存在障礙物的相對速度、距離、方位角度均達到預設的開門碰撞預警值，則控制車門鎖控制單元僅鎖止存在障礙物一側(cè)的車門，并在障礙物離開毫米波雷達單元4檢測范圍設定時間后控制車門鎖控制單元解除車門鎖止狀態(tài)，即延遲一段時間后解鎖，讓可能發(fā)生碰擦的障礙物有足夠的時間通過車輛。
[0045]總控制單元I實時接收路沿雷達單元5的信號，所述路沿雷達單元5設定探測范圍為1.5m，若車輛當前車速小于20km/s，且同側(cè)的兩組路沿雷達單元5均探測到有障礙物，則在顯示單元上顯示每組路沿雷達單元5的探測距離，限定路沿雷達單元5的探測距離能夠讓其僅探測到路沿，避免其他障礙物對駕駛員造成干擾，而對于路沿的探測，一般僅在停車時需要，因此在車速小于20km/s時啟動，因為探測距離有限，若同側(cè)的兩組路沿雷達單元5均探測到有障礙物，則車輛一側(cè)存在路沿或障礙物(其他車輛、墻、護欄等)，通過顯示前后兩組路沿雷達單元5的探測距離，能讓駕駛員了解到車輛是否擺正。
[0046]若路沿雷達單元5同組的兩個雷達傳感器，探測的距離之差小于預設值，則顯示的探測距離為較小的一個雷達傳感器探測的距離；預設值可以是同組兩個雷達傳感器的間距，若同組兩個雷達傳感器的差值較小或相同，則說明障礙物的高度接近或超過路沿雷達單元5的布置位置，因此顯示較小的一個雷達傳感器探測的距離，能夠較為精準的反應車輛與障礙物的相對間距。
[0047]若路沿雷達單元5同組的兩個雷達傳感器，探測的距離之差大于等于預設值，則顯示的探測距離為s;
[0048]同組路沿雷達單元5位于上方的雷達傳感器距離障礙物距離為Hl，位于下方的雷達傳感器距離障礙物距離為H2，兩個雷達傳感器的間距為H3，利用H1、H2和H3計算Hl (所在邊)與H3(所在邊)的夾角α，則s = Hl*sina。
[0049]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)設有總控制單元，超聲波雷達單元輸出探測信號至超聲波雷達控制器，所述超聲波雷達控制器通過CAN總線與總控制單元連接，毫米波雷達單元將探測的目標信息通過CAN總線發(fā)送至所述總控制單元； 所述超聲波雷達單元包括設置在車輛前方和后方采集車輛前后障礙物距離信息的超聲波雷達，以及設置在車輛兩側(cè)采集車輛左右障礙物距離信息的超聲波雷達； 所述毫米波雷達單元包括設置在車輛前方兩側(cè)采集車輛左前方和右前方障礙物相對距離、速度和方位角度的毫米波雷達，設置在車輛后方兩側(cè)采集車輛左后方和右后方障礙物相對距離、速度和方位角度的毫米波雷達，以及設置在車輛前方采集車輛前方障礙物相對距離和速度的毫米波雷達。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)，其特征在于:車輛每側(cè)均設有兩組路沿雷達單元，且一組位于車頭，另一組位于車尾，所述路沿雷達單元輸出近距離障礙物信號至總控制單元，每組所述路沿雷達單元包括兩個上下布局固定的雷達傳感器，且每組路沿雷達單元的雷達傳感器間距小于5cm。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)，其特征在于:所述總控制單元經(jīng)CAN總線連接環(huán)境感知攝像頭，所述環(huán)境感知攝像頭安裝在車內(nèi)前部，采集車輛前方圖像信息。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)，其特征在于:所述總控制單元輸出信號至車內(nèi)的報警單元、顯示單元或者車內(nèi)光環(huán)境氛圍燈。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)，其特征在于:所述總控制單元輸出控制信號至車門鎖控制單元和車輛主動制動控制單元。6.基于權(quán)利要求1-5中任一項所述車輛周圍環(huán)境感知系統(tǒng)的控制方法，其特征在于: 車輛啟動后，系統(tǒng)上電故障自檢； 總控制單元實時接收超聲波雷達單元的信號，并將前后方和兩側(cè)的障礙物距離信息顯示在顯示單元上，若障礙物距離小于設定的間距報警閾值，則通過報警單元報警。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于:總控制單元實時接收毫米波雷達單元的信號，若當前車速大于20km/s，且位于車輛正前方的毫米波雷達感應到前方障礙物的相對速度、距離數(shù)值均達到預設的主動制動閾值，則主動制動控制單元對車輛進行主動制動。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于:總控制單元實時接收毫米波雷達單元的信號，若車輛處于靜止狀態(tài)，且位于車輛前方兩側(cè)或后方兩側(cè)的毫米波雷達感應到存在障礙物的相對速度、距離、方位角度均達到預設的開門碰撞預警值，則控制車門鎖控制單元僅鎖止存在障礙物一側(cè)的車門，并在障礙物離開毫米波雷達單元檢測范圍設定時間后控制車門鎖控制單元解除車門鎖止狀態(tài)。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于:總控制單元實時接收路沿雷達單元的信號，所述路沿雷達單元設定探測范圍為1.5m，若車輛當前車速小于20km/s，且同側(cè)的兩組路沿雷達單元均探測到有障礙物，則在顯示單元上顯示每組路沿雷達單元的探測距離。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制方法，其特征在于: 若路沿雷達單元同組的兩個雷達傳感器，探測的距離之差小于預設值，則顯示的探測距離為較小的一個雷達傳感器探測的距離； 若路沿雷達單元同組的兩個雷達傳感器，探測的距離之差大于等于預設值，則顯示的探測距離為S; 同組路沿雷達單元位于上方的雷達傳感器距離障礙物距離為Hl，位于下方的雷達傳感器距離障礙物距離為H2，兩個雷達傳感器的間距為H3，利用H1、H2和H3計算Hl與H3的夾角α，貝丨Js = Hl*s i ηα。
【文檔編號】B60Q9/00GK106004659SQ201610626000
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月3日
【發(fā)明人】劉貴如, 盧桂馥, 汪軍, 劉志軍, 鄒姍, 周鳴爭, 郭夢圓, 章勤
【申請人】安徽工程大學