一种基于多摄像头的轿车防碰撞装置及其控制方法与流程

本发明涉及车辆主动安全领域，更具体的是，本发明涉及一种基于多摄像头的轿车防碰撞装置及其控制方法。

背景技术：

随着经济社会的快速发展，汽车已经进入到每家每户，越来越多的生手司机驾驶汽车行驶在车道上，现有的被动安全装置已不能满足保护驾驶员、乘客、被撞物的安全，已不能将事故的风险和损失降到最低。

现在汽车上安全气囊已经成为了一种标配，它们主要布置在车体的内部，用于保护车内人员。外装安全气囊作为车外安全装置目前还没有在轿车上普及,而且不能够根据碰撞冲击的大小进行有效的调节，实用性低。

当前车辆环境感知主要通过激光雷达、超声波传感器、摄像头来完成，但激光雷达成本太高，超声波传感器探测距离有限精度较低，都不适合未来车辆的使用。随着机器视觉、模式识别、神经网络、深度学习等技术的快速发展，摄像头将在环境感知方面得到了广泛的应用，但目前还没有通过多摄像头的信息融合进而进行车辆的防碰撞控制，从而提高行驶的安全性。

早在十九世纪初英国科学家法拉第就发现了电磁感应现象，但目前还没人将电生磁技术改装成汽车防碰撞缓冲控制装置，不能在汽车发生较小碰撞时在不启用车外安全气囊的情况下起到减缓冲击力的作用，简化操作进而降低损失。

技术实现要素：

本发明的一个目的是设计开发了一种基于多摄像头的轿车防碰撞装置，在轿车前侧和左右两侧设置有弹性缓冲装置，避免传统小型碰撞都会弹出安全气囊，提高车辆碰撞性能。

本发明的另一个目的是设计开发了一种基于多摄像头的轿车防碰撞装置的控制方法，能够根据摄像头检测的周围环境和行车状况控制滑片电机移动距离进而控制弹性缓冲装置电路中电流的大小而控制橡胶块伸缩运动，减缓碰撞冲击力。

本发明提供的技术方案为：

一种基于多摄像头的轿车防碰撞装置，包括弹性缓冲装置，其均匀设置在轿车前侧和左右两侧，所述弹性缓冲装置包括：

电磁铁，其表面均匀缠绕有线圈；

圆柱弹簧，其设置在所述电磁铁两侧且另一端固定连接有金属块；

滑柱，其为中空结构且一端与所述电磁体固定连接；

套筒，其一端与所述金属块固定连接，另一端套入所述滑柱另一端且能够沿所述滑柱轴向运动；

橡胶块，其铰接设置在所述金属块上。

优选的是，所述滑柱另一端设置有滑头，其为活塞形状，所述滑头两端设置有圆环形垫圈，用于密封所述滑柱和套筒。

优选的是，还包括：

滑动电阻，其与所述电磁铁电连接；

滑片，其设置在所述滑动电阻上；

滑片电机，其与所述滑片连接，用于驱动所述滑片滑动而改变滑动电阻的电阻大小；

其中，初始状态时，所述滑片位于滑动电阻最大阻值的1/3处；滑动电阻为最大阻值时，所述圆柱弹簧无弹性形变。

优选的是，还包括：

通气孔，其设置在所述金属块上；

凹槽，其设置在与所述金属块接触的橡胶块一侧；

气囊，其设置所述凹槽内且一侧与所述金属块固定连接，所述气囊与通气孔连通；

气阀，其设置在与所述通气孔连通的气囊上，所述气阀与所述滑柱和套筒连通；

气泵，其设置在轿车中间处且与所述滑柱连通，用于为所述气囊提供气体；

电源，其与所述弹性缓冲装置电连接，用于为其提供电能。

优选的是，还包括多个摄像头，其分别设置在轿车前侧、左侧和右侧中间位置处；所述摄像头距离地面的高度一致；所述摄像头镜头方向与车身垂直且向下倾斜相同角度。

优选的是，还包括ecu系统，其与所述摄像头、气泵和弹性缓冲装置连接，用于接收所述摄像头的检测数据并控制所述气泵和弹性缓冲装置工作。

优选的是，所述轿车前侧、左侧和右侧分别均匀等距设置有三个弹性缓冲装置，每一侧设置的弹性缓冲装置之间并联。

相应地，本发明还提供一种基于多摄像头的轿车防碰撞装置的控制方法，包括：

轿车直线行驶，摄像头检测前方、左侧或右侧存在障碍物时，根据障碍物在连续两帧图片上的相对位置获得此时轿车行驶的相对速度υ：

当0≤υ＜6.94m/s时，气泵不工作，ecu系统根据摄像头的检测数据控制所述滑片电机向增大电阻方向移动的距离d为：

其中，d为划片电机向增大电阻方向移动的距离，d0为滑动电阻的总长度，rmax为滑动电阻的最大阻值，u为电源电压，n为线圈匝数，l0为初始状态时弹簧的长度，υ为轿车行驶的相对速度，h为轿车与障碍物的距离，ξ为校正系数，k为弹簧的劲度系数，μo为真空磁导率，s0为金属块与电磁铁相对一侧的面积；

间隔4s控制所述滑片电机向减小电阻方向移动距离d，往复上述动作直至轿车停车；

当υ≥6.94m/s时，所述弹性缓冲装置不工作，ecu系统控制气泵工作，位于同侧的气囊打开。

优选的是，

当摄像头检测障碍物为车辆或者固态静止物时，ξ＝0.8；

当摄像头检测障碍物为行人或者动物时，ξ＝1。

优选的是，

当0≤υ＜6.94m/s时：

摄像头检测障碍物位于一侧的一边弹性缓冲装置以外时，仅一边弹性缓冲装置工作；

摄像头检测障碍物位于一侧的一边弹性缓冲装置和中间弹性缓冲装置之间时，一边弹性缓冲装置和中间弹性缓冲装置同时工作；

摄像头检测障碍物位于一侧的另一边弹性缓冲装置以外时，仅另一边弹性缓冲装置工作；

摄像头检测障碍物位于一侧的另一边弹性缓冲装置和中间弹性缓冲装置之间时，另一边弹性缓冲装置和中间弹性缓冲装置同时工作；

当υ≥6.94m/s时：

摄像头检测障碍物位于一侧的一边弹性缓冲装置以外时，仅一边弹性缓冲装置上的气囊打开；

摄像头检测障碍物位于一侧的一边弹性缓冲装置和中间弹性缓冲装置之间时，一边弹性缓冲装置和中间弹性缓冲装置上的气囊同时打开；

摄像头检测障碍物位于一侧的另一边弹性缓冲装置以外时，仅另一边弹性缓冲装置上的气囊打开；

摄像头检测障碍物位于一侧的另一边弹性缓冲装置和中间弹性缓冲装置之间时，另一边弹性缓冲装置和中间弹性缓冲装置上的气囊同时打开。

本发明至少具备以下有益效果：

(1)本发明所述的基于多摄像头的轿车防碰撞装置，在轿车前侧和左右两侧设置有弹性缓冲装置，弹性缓冲装置内设置有气囊，当车辆行驶的相对速度低于一设定阈值时，弹性缓冲装置工作而气囊不工作；当车辆行驶的相对速度高于该设定阈值时，弹性缓冲装置不工作而气囊工作，避免传统小型碰撞都会弹出安全气囊，也提高了车辆碰撞性能。

(2)本发明所述的基于多摄像头的轿车防碰撞装置的控制方法，当车辆行驶的相对速度低于设定阈值时，气泵不工作，根据摄像头检测的周围环境和行车状况控制划片电机移动距离，控制滑动电阻的阻值大小，进而控制弹性缓冲装置电路中电流的大小而控制电磁铁的磁性大小，从而控制橡胶块伸缩运动，减缓了碰撞冲击力；当车辆行驶的相对速度高于该设定阈值时，弹性缓冲装置不工作，气囊打开，起到缓冲保护作用。

附图说明

图1为本发明所述基于多摄像头的轿车防碰撞装置的模块结构示意图。

图2为本发明所述轿车防碰撞装置的摄像头和弹性缓冲装置的布置示意图。

图3为本发明所述轿车防碰撞装置右侧弹性缓冲装置的电路图。

图4为本发明所述弹性缓冲装置的结构示意图。

图5为本发明所述轿车防碰撞装置的控制方法的控制流程图。

图6为本发明所述轿车防碰撞装置车辆相对行驶速度0≤υ＜6.94m/s时根据障碍物位置的控制流程图。

图7为本发明所述轿车防碰撞装置车辆相对行驶速度υ≥6.94m/s时根据障碍物位置的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明可以有许多不同的形式实施，而不应该理解为限于在此阐述的实施例，相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的。在附图中，为了清晰起见，会夸大结构和区域的尺寸和相对尺寸。

如图1-4所示，本发明提供一种基于多摄像头的轿车防碰撞装置，包括弹性缓冲装置100，其均匀设置在轿车200前侧和左右两侧，所述弹性缓冲装置100包括：电磁铁110，其表面均匀缠绕有线圈111；圆柱弹簧120，其设置在所述电磁铁110两侧且另一端固定连接有金属块130，本实施例中，所述圆柱弹簧120为铜质材料，避免受电磁铁110的吸引；滑柱140，其为中空结构且一端与所述电磁体110固定连接；套筒150，其一端与所述金属块130固定连接，另一端套入所述滑柱140另一端且能够沿所述滑柱140轴向运动，所述滑柱140另一端设置有滑头141，其为活塞形状，所述滑头141两端设置有圆环形垫圈(图中未示出)，用于密封所述滑柱140和套筒150，避免气泵420通过滑柱140和套筒150向气囊400中供气时漏气；在所述金属块130上铰接设置有橡胶块160，本实施例中，所述橡胶块160与金属块130采用铰链(包括上铰链和下铰链)连接。

本实施例中，还包括：滑动电阻300，其与所述电磁铁110电连接；滑片310，其设置在所述滑动电阻300上；滑片电机311，其与所述滑片310连接，用于驱动所述滑片310滑动而改变滑动电阻300的电阻大小；其中，初始状态时，所述滑片310位于滑动电阻300最大阻值的1/3处；滑动电阻300为最大阻值时，电路中电流最小，电磁铁110的磁力最小，所述圆柱弹簧120无弹性形变；减小滑动电阻300的阻值时，电路中电流增大，电磁铁110的磁力增大，金属块130带动橡胶块160压缩圆柱弹簧120靠近电磁铁110运动，增大滑动电阻300的阻值时，电路中电流减小，电磁铁110的磁力减小，金属块130带动橡胶块160在圆柱弹簧120的回复力作用下远离电磁铁110运动，所以通过改变滑动电阻300的大小可以改变电路中电流的大小，进而改变电磁铁110的磁力大小从而控制橡胶块160伸缩运动。

本实施例中，还包括：通气孔131，其设置在所述金属块130上；凹槽161，其设置在与所述金属块130接触的橡胶块160一侧；气囊400，其设置所述凹槽161内且一侧与所述金属块130固定连接，所述气囊400与通气孔131连通；气阀410，其设置在所述通气孔131处的气囊400上，所述气阀410与所述滑柱140和套筒150连通；气泵420，其设置在轿车200中间处且与所述滑柱140通过气管连通，用于为所述气囊400提供气体，所述气体为氮气；电源170，其与所述弹性缓冲装置100电连接，用于为其提供电能。

本实施例中，还包括多个摄像头510、520、530，其分别设置在轿车200前侧、左侧和右侧中间位置处；所述摄像头510、520、530距离地面的高度一致；所述摄像头510、520、530镜头方向与车身垂直且向下倾斜相同角度，优选向下倾斜30°。

本实施例中，所述轿车前侧、左侧和右侧分别均匀等距设置有三个弹性缓冲装置100a-i，每一侧设置的弹性缓冲装置之间并联，这样可以避免某个装置工作时通过改变电路中的电流大小从而改变另一个装置的工作状态，保证了各装置间工作的独立性和稳定性。

本实施例中，还包括ecu系统，其与所述摄像头、气泵和弹性缓冲装置通过can线连接，用于接收所述摄像头的检测数据并控制所述气泵和弹性缓冲装置工作。

本发明所述的基于多摄像头的轿车防碰撞装置，在轿车前侧和左右两侧设置有弹性缓冲装置，弹性缓冲装置内设置有气囊，当车辆行驶的相对速度低于一设定阈值时，弹性缓冲装置工作而气囊不工作；当车辆行驶的相对速度高于该设定阈值时，弹性缓冲装置不工作而气囊工作，避免传统小型碰撞都会弹出安全气囊，也提高了车辆碰撞性能。

如图5所示，本发明还提供一种基于多摄像头的轿车防碰撞装置的控制方法，包括：

轿车200直线行驶，摄像头510、520、530检测前方、左侧或右侧存在障碍物时，根据障碍物在连续两帧图片上的相对位置获得此时轿车200行驶的相对速度υ(当摄像头检测到存在障碍物时，图像处理模块会根据障碍物在连续两帧图片上的相对位置，计算位置差与时间的比值得到此时的相对车速)，(以图4为例)：

(1)当0≤υ＜6.94m/s时，气泵420不工作，ecu系统根据摄像头的检测数据控制所述滑片电机311向增大电阻方向移动(向左移动)的距离d为：

其中，d为划片电机向增大电阻方向移动的距离，d0为滑动电阻的总长度，rmax为滑动电阻的最大阻值，u为电源电压，n为线圈匝数，l0为初始状态时弹簧的长度，υ为轿车行驶的相对速度，h为轿车与障碍物的距离，ξ为校正系数，k为弹簧的劲度系数，μo为真空磁导率，s0为金属块与电磁铁相对一侧的面积；

间隔4s控制所述滑片电机311向减小电阻方向(向右移动)移动距离d，往复上述动作使橡胶块160进行伸缩运动(上下运动)直至轿车停车；

当摄像头检测障碍物为车辆或者固态静止物时，ξ＝0.8；

当摄像头检测障碍物为行人或者动物时，ξ＝1。

(2)当υ≥6.94m/s时，所述弹性缓冲装置100不工作，ecu系统控制气泵420工作，滑柱140内充满氮气，通过气阀410向气囊400内充气，布置在橡胶块160凹槽161内的气囊400迅速膨胀，将橡胶块160与金属块130上端连接的铰链推开，橡胶块160经过下铰链转动90°，气囊400弹出，从而起到缓冲保护作用。

另外，本实施例中，(以图2为例)，

当0≤υ＜6.94m/s时，如图6所示：

摄像头510检测障碍物位于右侧的弹性缓冲装置100-a以外(上边)时，仅弹性缓冲装置100-a工作；

摄像头510检测障碍物位于右侧的弹性缓冲装置100-a和100-b之间时，弹性缓冲装置100-a和100-b同时工作；

摄像头510检测障碍物位于右侧的弹性缓冲装置100-c以外(下边)时，仅弹性缓冲装置100-c工作；

摄像头510检测障碍物位于右侧的弹性缓冲装置100-b和100-c之间时，弹性缓冲装置100-b和100-c同时工作；

当υ≥6.94m/s时，如图7所示：

摄像头510检测障碍物位于右侧的弹性缓冲装置100-a以外(上边)时，仅弹性缓冲装置100-a上的气囊打开；

摄像头510检测障碍物位于右侧的弹性缓冲装置100-a和100-b之间时，弹性缓冲装置100-a和100-b上的气囊同时打开；

摄像头510检测障碍物位于右侧的弹性缓冲装置100-c以外(下边)时，仅弹性缓冲装置100-c上的气囊打开；

摄像头510检测障碍物位于右侧的弹性缓冲装置100-b和100-c之间时，弹性缓冲装置100-b和100-c上的气囊同时打开。

本发明所述的基于多摄像头的轿车防碰撞装置的控制方法，当车辆行驶的相对速度低于设定阈值时，气泵不工作，根据摄像头检测的周围环境和行车状况控制划片电机移动距离，控制滑动电阻的阻值大小，进而控制弹性缓冲装置电路中电流的大小而控制电磁铁的磁性大小，从而控制橡胶块伸缩运动，减缓了碰撞冲击力；当车辆行驶的相对速度高于该设定阈值时，弹性缓冲装置不工作，气囊打开，起到缓冲保护作用。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。