一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警装置及其方法
【专利摘要】一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警的装置及其方法，包括：传感器单元、动作单元、数据处理单元、决策单元和执行单元。所述传感器单元指安装在车头的上一个脉冲激光雷达传感器，用于采集车辆前方的环境信息；所述动作单元包括步进电机和旋转平台，步进电机精确控制旋转平台的转动方向和角度；所述数据处理单元实时处理脉冲信号，通过计算把时间参数转换为距离参数；所述决策单元将数据处理单元计算得到的距离参数与预先设定的安全距离作对比，做出决策；所述执行单元根据决策单元所得结果确定下一步所要执行动作。本发明能有效地提高自动泊车车位的探测精度，并能有效地降低追尾事故的发生概率。
【专利说明】一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于汽车控制领域，涉及自动泊车和主动安全技术，尤其涉及一种集成自动泊车车位探测和行车主动安全的装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着经济水平的发展和人民生活水平的不断提高，汽车拥有量不断增加，可利用的泊车空间越来越少，公路交通事故数量也愈发增多，泊车难题和公路交通安全越来越受到人们关注。自动泊车系统的出现解决日益困扰车主的泊车难题，此外，国内外在安全车距预警系统方面开展了相当多有益的探索，并在技术方面取得了一些突破。
[0003]泊车位探测是自动泊车系统的最基本环节，精确的车位识别方法在自动泊车中是十分必要的，精确的车位识别直接影响泊车过程能否顺利进行。
[0004]实时监测前车运动状态是安全车距预警的前提，对前方车辆的精确探测能够在潜在的追尾事故发生前给驾驶员以预警，使驾驶员能及时做出正确处理，有效避免此类交通事故的发生。
[0005]现有自动泊车车位的探测技术和行车车距测量技术多采用超声波探测技术、红外线探测技术以及计算机视觉技术等，其中超声波探测技术应用最为广泛。超声波探测器虽然价格低廉但在应用上存在着一些不足，一是超声波探测器的安装对空间密封性的要求高，不能有大容量的空气流动；二是超声波的散射、反射问题比较严重，自动泊车时在汽车的前后端圆角处存在接收不到回波的现象；三是超声波测量距离较短不能满足高速行驶时的安全车距预警要求；此外，超声波以空气作为传输介质，空气的温度和相对湿度会影响其探测灵敏度且对车辆姿态误差较为敏感。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术存在的不足，本发明提出一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警的装置。脉冲激光雷达传感器定向性好、准确性高，在车辆上具有多元性应用。在自动泊车时，脉冲激光雷达传感器能根据寻库过程中扫描获得的车辆周围环境，从中提取出车辆周围的环境信息，并识别出可利用的泊车位；在正常行车时，脉冲激光雷达传感器能实时监测前车运动状态，并在得出存在安全隐患时及时对驾驶者发出蜂鸣预警。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0008]一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警装置，包括:动作单元、传感器单元、数据处理单元、决策单元、执行单元；所述动作单元连接传感器单元，所述传感器单元连接数据处理单元，所述数据处理单元连接决策单元，所述决策单元连接执行单元:所述传感器单元包括一个脉冲激光雷达传感器，用于采集车辆前方的环境信息；所述动作单元包括步进电机和旋转平台，所述步进电机用于精确控制旋转平台的转动方向和角度；所述数据处理单元用于实时处理脉冲信号，通过计算把时间参数转换为距离参数；所述决策单元用于将数据处理单元计算得到的距离参数与预先设定的安全距离作对比，做出决策；所述执行单元用于根据决策单元所得结果确定下一步所要执行动作；
[0009]进一步，所述脉冲激光雷达传感器包括激光脉冲发射器、激光接收器、信号处理器、和脉冲计数器四部分；所述脉冲激光雷达传感器选用LMS211，安装在汽车进气格栅中间位置并固定在所述旋转平台上。
[0010]进一步,所述步进电机选用Lichuan的LC57HS843型号电机。
[0011 ] 进一步，所述数据处理单元和决策单元使用英飞凌XC2365微控制器，通过USIC通道进行通信。
[0012]进一步，所述步进电机一侧轴端连接旋转平台的一端，所述旋转平台的另一端连接脉冲激光雷达传感器，所述脉冲激光雷达传感器的接口连接英飞凌XC2365微控制器。
[0013]一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警的方法，包括以下步骤:
[0014]自动泊车时:
[0015]a，驾驶员启动自动泊车系统，当车速低于10km/h并且右(左)转向灯开启时，自动泊车系统开始寻库；
[0016]b，动作单元根据监测到的转向灯方向信号控制步进电机以预先设定的转动速度驱动旋转平台向右(左)转动40° ;
[0017]C，安装在旋转平台上的脉冲激光雷达传感器探测车前右(左)侧的环境信息；
[0018]d，数据处理单元实时处理脉冲激光雷达传感器传输过来的脉冲时间和脉冲数目，通过计算把时间参数转换为距离参数，即目标车位的纵向距离H ‘ ；
[0019]e，决策单元将数据处理单元计算得到的目标车位纵向距离H ‘与预先设定的安全泊车最小纵向距离H作对比，决策该纵向距离H ‘是否符合安全泊车要求；
[0020]f,执行单元根据决策单元所得结果确定下一步所要执行的动作；
[0021]正常行车时:
[0022]A，步进电机不工作，旋转平台处于中间位置，脉冲激光雷达传感器探测前方车辆的运动状态；
[0023]B，数据处理单元实时处理脉冲激光雷达传感器传输过来的脉冲时间和脉冲数目，通过计算把时间参数转换为距离参数，即两车间距离L'；
[0024]C，决策单元将数据处理单元计算得到的两车间距离L'与此车速下安全行车距离L作对比，决策该车距L'是否符合安全行车要求；
[0025]D，执行单元根据决策单元所得结果确定下一步所要执行的动作。
[0026]进一步，所述步骤d的脉冲激光雷达传感器的激光脉冲发射器发射激光脉冲，通过发射天线发射到激光雷达前面的空间并记录脉冲时间；激光接收器接收遇到障碍反射至接收天线的激光脉冲；信号处理器对激光脉冲整形并放大，产生一个终止脉冲信号；脉冲计数器监测到终止脉冲信号后停止计算，得到整个激光脉冲运行时间内的脉冲激光器产生的脉冲数目。
[0027]进一步，所述步骤f中确定下一步所要执行的动作，若决策单元所得结果为该纵向距离H ‘符合安全泊车要求，满足H H，则下一步执行泊车路径规划；若决策单元所得结果为该纵向距离H ‘不符合安全泊车要求，满足H ‘< H，则继续寻找可用泊车位。
[0028]进一步，所述步骤D的过程为:若决策单元所得结果为该车距L'符合安全行车要求，即L' ^ L，则无任何动作；若决策单元所得结果为该车距L'不符合安全行车要求，即L' < L，则立即对驾驶者发出蜂鸣预警。
[0029]与现有的方案相比，本发明具有以下技术效果:
[0030]1.本发明所述装置中一个脉冲激光雷达传感器即替代了多个超声波传感器和测距传感器的作用，实现了一种传感器在车辆上的多元性应用。
[0031]2.本发明所述装置中脉冲激光雷达传感器具有定向性好、探测距离远、探测精度高且探测灵敏度不易受到环境的影响等优势。
[0032]3.本发明所述装置结构简单，脉冲激光雷达传感器通过旋转平台安装在进气格栅中间位置，不需车身另外开孔，安装方便，通用性强。
[0033]4.本发明将自动泊车车位探测系统和行车主动安全系统集成为一体，节约了车载资源，降低了汽车成本，利于该装置的推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是本发明优选实施例的结构图。
[0035]图2是本发明优选实施例的工作流程图。
[0036]图3是本发明中脉冲激光雷达传感器在车辆上的布置示意图。
[0037]图4是本发明中脉冲激光雷达传感器在旋转平台上的安装示意图。
[0038]图5是本发明中脉冲激光雷达传感器的工作原理图。
[0039]图6是本发明中自动泊车车位探测方法演示图。
[0040]图7是本发明中正常行车安全车距预警流程图。
【具体实施方式】
[0041]以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。需要指出的是，下面仅以一种最优化的技术方案对本发明的技术方案以及设计原理进行详细阐述。
[0042]如图1、2所示,包括:传感器单元、动作单元、数据处理单元、决策单元和执行单元。所述传感器单元指安装在车头的上一个脉冲激光雷达传感器，用于采集车辆前方的环境信息；所述动作单元包括步进电机和旋转平台，利用步进电机精确控制旋转平台转动方向和角度；所述数据处理单元实时处理脉冲信号，通过计算把时间参数转换为距离参数；所述决策单元将数据处理单元计算得到的距离参数与预先设定的安全距离作对比，做出决策；所述执行单元根据决策单元所得结果确定下一步所要执行动作。
[0043]本实施例中选用LMS211型脉冲激光雷达传感器,该传感器扫描区域为100°?180°，探测距离为80m，外型尺寸为352*266*236mm3。动作单元中步进电机，品牌:Lichuan，型号LC57HS843，额定转速:500 (rpm);数据处理单元和决策单元使用英飞凌XC2365，通过USIC通道进行通信。
[0044]图3是本发明中脉冲激光雷达传感器在车辆上的布置方案。图4是本发明中脉冲激光雷达传感器在旋转平台上的安装图。如图所示，本发明在只车头上安装了一个脉冲激光雷达传感器，一个小的旋转平台安装在进气格栅中间位置，脉冲激光雷达传感器固定安装在该旋转平台上。步进电机通过齿轮与旋转平台连接，精确控制旋转角度。
[0045]如图4所示，所述步进电机一侧轴端连接旋转平台的一端，所述旋转平台的另一端连接脉冲激光雷达传感器。
[0046]图5是本发明中脉冲激光雷达传感器的工作原理框图。如图所示，本发明所述脉冲激光雷达传感器，包括激光脉冲发射器、激光接收器、信号处理器、和脉冲计数器四部分。激光脉冲发射器发射激光脉冲，通过发射天线发射到激光雷达前面的空间并记录脉冲时间；激光接收器接收遇到障碍反射至接收天线的激光脉冲；信号处理器对激光脉冲整形并放大，产生一个终止脉冲信号；脉冲计数器监测到终止脉冲信号后停止计算，得到整个激光脉冲运行时间内的脉冲激光器产生的脉冲数目。所述脉冲激光雷达传感器具有多元性功用，在自动泊车时能够精确探测泊车位，在正常行车时起安全车距预警的作用。
[0047]图6是本发明中自动泊车车位探测流程图。如图所示，自动泊车时，开启右转向灯(或不开转向灯)，步进电机以预先设定的转动速度驱动旋转平台向右转动40°，脉冲激光雷达传感器对右侧停放的车辆进行探测，当脉冲激光雷达传感器信号发生突变时，开始计算与前车的距离，当脉冲激光雷达传感器信号再次发生突变时，即可得出目标车位纵向距离H ‘，决策单元将目标车位纵向距离H ‘与预先设定的安全泊车最小纵向距离H作对比，决策该纵向距离H‘是否符合安全泊车要求，再由执行单元确定将要执行的下一步为泊车路径规划还是继续寻找可用泊车位。
[0048]图7是本发明中正常行车安全车距预警流程图。如图所示，在正常行车时，步进电机不工作，旋转平台处于中间位置，脉冲激光雷达传感器实时监测前车运动状态，决策单元将数据处理单元计算得到的两车间距离L'与此车速下安全行车距离L作对比，决策该车距L'是否符合安全行车要求，再由执行单元确定将要执行的下一步为无动作还是立即对驾驶者发出蜂鸣预警。
[0049]本发明提出一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警的方法，该方法包括以下步骤:
[0050]自动泊车时:
[0051]第一步，驾驶员启动自动泊车系统，当车速低于10km/h并且右(左)转向灯开启时，自动泊车系统开始寻库；
[0052]第二步，动作单元根据监测到的转向灯方向信号控制步进电机以预先设定的转动速度驱动旋转平台向右(左)转动40° ;
[0053]第三步，安装在旋转平台上的脉冲激光雷达传感器探测车前右(左)侧的环境信息；
[0054]第四步，数据处理单元实时处理脉冲激光雷达传感器传输过来的脉冲时间和脉冲数目，通过计算把时间参数转换为距离参数，即目标车位的纵向距离H ‘ ；
[0055]第五步，决策单元将数据处理单元计算得到的目标车位纵向距离H‘与预先设定的安全泊车最小纵向距离H作对比，决策该纵向距离H ‘是否符合安全泊车要求；
[0056]第六步，执行单元根据决策单元所得结果确定下一步所要执行的动作，若决策单元所得结果为该纵向距离H ‘符合安全泊车要求，即H H，则下一步执行泊车路径规划；若决策单元所得结果为该纵向距离H ‘不符合安全泊车要求，即H ‘< H，则继续寻找可用泊车位。
[0057]正常行车时:
[0058]第一步，步进电机不工作，旋转平台处于中间位置，脉冲激光雷达传感器探测前方车辆的运动状态；
[0059]第二步，数据处理单元实时处理脉冲激光雷达传感器传输过来的脉冲时间和脉冲数目，通过计算把时间参数转换为距离参数，即两车间距离L'；
[0060]第三步，决策单元将数据处理单元计算得到的两车间距离L'与此车速下安全行车距离L作对比，决策该车距L'是否符合安全行车要求；
[0061]第四步，执行单元根据决策单元所得结果确定下一步所要执行的动作，若决策单元所得结果为该车距L'符合安全行车要求，即L' 3L，则无任何动作；若决策单元所得结果为该车距L'不符合安全行车要求，即L' < L，则立即对驾驶者发出蜂鸣预警。
[0062]上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警装置，其特征在于，包括:动作单元、传感器单元、数据处理单元、决策单元、执行单元；所述动作单元连接传感器单元，所述传感器单元连接数据处理单元，所述数据处理单元连接决策单元，所述决策单元连接执行单元； 所述传感器单元包括一个脉冲激光雷达传感器，用于采集车辆前方的环境信息； 所述动作单元包括步进电机和旋转平台，所述步进电机用于精确控制旋转平台的转动方向和角度； 所述数据处理单元用于实时处理脉冲信号，通过计算把时间参数转换为距离参数； 所述决策单元用于将数据处理单元计算得到的距离参数与预先设定的安全距离作对t:匕,做出决策； 所述执行单元用于根据决策单元所得结果确定下一步所要执行动作。
2.根据权利要求书I所述的一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警装置，其特征在于，所述脉冲激光雷达传感器包括激光脉冲发射器、激光接收器、信号处理器、和脉冲计数器四部分；所述脉冲激光雷达传感器选用LMS211，安装在汽车进气格栅中间位置并固定在所述旋转平台上。
3.根据权利要求书I所述的一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警装置，其特征在于，所述步进电机选用Lichuan的LC57HS843型号电机。
4.根据权利要求书I所述的一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警装置，其特征在于，所述数据处理单元和决策单元使用英飞凌XC2365微控制器，通过USIC通道进行通信。
5.根据权利要求书I所述的一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警装置，其特征在于，所述步进电机一侧轴端连接旋转平台的一端，所述旋转平台的另一端连接脉冲激光雷达传感器，所述脉冲激光雷达传感器的接口连接英飞凌XC2365微控制器。
6.一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警的方法，其特征在于，包括以下步骤: 自动泊车时: a，驾驶员启动自动泊车系统，当车速低于10km/h并且右(左)转向灯开启时，自动泊车系统开始寻库； b，动作单元根据监测到的转向灯方向信号控制步进电机以预先设定的转动速度驱动旋转平台向右(左)转动40° ; c，安装在旋转平台上的脉冲激光雷达传感器探测车前右(左)侧的环境信息； d,数据处理单元实时处理脉冲激光雷达传感器传输过来的脉冲时间和脉冲数目，通过计算把时间参数转换为距离参数，即目标车位的纵向距离H ‘ ； e,决策单元将数据处理单元计算得到的目标车位纵向距离H‘与预先设定的安全泊车最小纵向距离H作对比，决策该纵向距离H ‘是否符合安全泊车要求； f，执行单元根据决策单元所得结果确定下一步所要执行的动作； 正常行车时: A，步进电机不工作，旋转平台处于中间位置，脉冲激光雷达传感器探测前方车辆的运动状态； B,数据处理单元实时处理脉冲激光雷达传感器传输过来的脉冲时间和脉冲数目，通过计算把时间参数转换为距离参数，即两车间距离L'； C，决策单元将数据处理单元计算得到的两车间距离L'与此车速下安全行车距离L作对比，决策该车距L'是否符合安全行车要求； D，执行单元根据决策单元所得结果确定下一步所要执行的动作。
7.根据权利要求书6所述的一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警的方法，其特征在于，所述步骤d的脉冲激光雷达传感器的激光脉冲发射器发射激光脉冲，通过发射天线发射到激光雷达前面的空间并记录脉冲时间；激光接收器接收遇到障碍反射至接收天线的激光脉冲；信号处理器对激光脉冲整形并放大，产生一个终止脉冲信号；脉冲计数器监测到终止脉冲信号后停止计算，得到整个激光脉冲运行时间内的脉冲激光器产生的脉冲数目。
8.根据权利要求书6所述的一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警的方法，其特征在于，所述步骤f中确定下一步所要执行的动作，若决策单元所得结果为该纵向距离H ‘符合安全泊车要求，满足H H，则下一步执行泊车路径规划；若决策单元所得结果为该纵向距离H ‘不符合安全泊车要求，满足H ‘< H，则继续寻找可用泊车位。
9.根据权利要求书6所述的一种集成自动泊车车位探测和行车安全车距预警的方法，其特征在于，所述步骤D的过程为:若决策单元所得结果为该车距L'符合安全行车要求，即L' 3L，则无任何动作；若决策单元所得结果为该车距L'不符合安全行车要求，即L'< L，则立即对驾驶者发出蜂鸣预警。
【文档编号】B60W50/14GK104228830SQ201410441494
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】李傲雪, 江浩斌, 李臣旭, 马世典 申请人:江苏大学