一种无人驾驶汽车的主动安全防护装置的制作方法

本实用新型涉及无人驾驶汽车技术领域，尤其涉及一种无人驾驶汽车的主动安全防护装置。

背景技术：

本实用新型所公开的一种无人驾驶汽车的主动安全防护装置，无人驾驶汽车的普及将带来一系列安全问题，本实用新型着重于减小无人驾驶汽车在交通行驶中的安全风险，本实用新型的无人驾驶汽车的安全保护装置，结合光电及智能化技术使无人驾驶汽车在行驶过程中能够自动检测潜在碰撞危险，及时发出警示，同时进行主动防护，这在社会应用中具有重大工程应用价值和社会价值。

技术实现要素：

本实用新型的目的是公开一种无人驾驶汽车的主动安全防护装置，以弥补现有技术存在的缺陷，提高无人驾驶汽车的安全性。本实用新型采用光学、机电、智能模块化组合结构，其核心在于快速、准确地测量出无人驾驶汽车与障碍物间的距离，并发出警示同时进行主动防护。

本实用新型的一种无人驾驶汽车的主动安全防护装置，其特征在于，包括主控模块、主动防护模块、显示模块、车速模块、电源模块、前右检测模块、前左检测模块；所述的主控模块包括输出端1、输出端2、输入端1、输入端2、输入端3；

所述主控模块，用于接收来自输入端1、输入端2、输入端3的信号并对信号进行运算处理，来自前右检测模块、前左检测模块的基准信号和对比信号进行时差转换成距离数值达到控制主动防护模块的作用；所述的主控模块的输出端1与主动防护模块连接，所述的主控模块的输出端2与显示模块连接，所述的主控模块的输入端1与前右检测模块连接，所述的主控模块的输入端2与前左检测模块连接，所述的主控模块的输入端3与车速模块连接，通过输出端1输出防护动作控制信号，通过输出端2输出实时路况信号；

所述的主动防护模块，由防护气囊和气体发生模块组成，用于接收到主控模块指令时使防护气囊充气膨胀，利用气囊的阻尼作用和气囊排气节流的阻尼作用来吸收碰撞产生的动能，防护气囊分别安装在无人驾驶汽车的前护杠的中间位置和后护杠的中间位置。

所述的显示模块，由电控玻璃和投影仪组成，用于显示主控模块输出的实时路况信号；

所述的车速模块，用于向主控模块提供实时车速数值；

所述的电源模块，用于向主控模块、主动防护模块、显示模块、车速模块、前右检测模块、前左检测模块提供12V直流电源供给；

所述的前右检测模块，用于检测车体与前方障碍物的距离，所述前右检测模块安装在无人驾驶汽车的车头右边转弯灯下方，前右检测模块距地面水平高度为32厘米；

所述的前左检测模块，用于检测车体与前方障碍物的距离，所述前左检测模块安装在无人驾驶汽车的车头左边转弯灯下方，前左检测模块距地面水平高度为32厘米。

所述的前右检测模块由30MHz脉冲发生模块、激光发射模块、光电接收模块、门控模块、信号调理模块组成；所述的前左检测模块由30MHz脉冲发生模块、激光发射模块、光电接收模块、门控模块、信号调理模块组成；

所述的30MHz脉冲发生模块与激光发射模块连接，30MHz脉冲发生模块用于产生30MHz频率的脉冲信号作为激光发射模块的输入信号源，同时将30MHz频率的脉冲信号经过输出端传输给主控模块作为基准信号；

所述的激光发射模块，用于对来自30MHz脉冲发生模块的30MHz频率的脉冲信号进行放大处理后向车前方发射；

所述的光电接收模块，用于接收来自车前方障碍物反射的30MHz频率的脉冲信号，光电接收模块与信号调理模块连接；

所述的门控模块，用于在信号调理模块输出的30MHz频率的脉冲信号时，对30MHz脉冲发生模块进行控制，产生特定编码，达到提高信号辨别度提高准确性的作用；

所述的信号调理模块，用于对光电接收模块接收到的30MHz频率的脉冲信号进行放大和调理，将放大调理后的30MHz频率的脉冲信号经过输出端传输到主控模块作为对比信号；

所述的信号调理模块由FET输入型集成电路AD8065、电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3、电阻器R4、电阻器R5、电阻器R6、电阻器R7、电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4、电容器C5、电容器C6组成；

所述电阻器R1的电阻值为49.9Ω、电阻器R2的电阻值为499Ω、电阻器R3的电阻值为499Ω、电阻器R4的电阻值为249Ω、电阻器R5的电阻值为1.11KΩ、电阻器R6的电阻值为19Ω、电阻器R7的电阻值为1.11KΩ、电容器C1的电容值为2.2pF、电容器C2的电容值为4.7uF、电容器C3的电容值为0.1uF、电容器C4的电容值为0.1uF、电容器C5的电容值为4.7uF、电容器C6的电容值为0.1uF；所述电容器C2和电容器C5采用钽电容；所述电容器C3及电容器C4引脚焊点与FET输入型集成电路AD8065的7引脚、4引脚的引脚焊点的距离小于1cm；所述激光发射模块发射调制频率为30MHz的激光脉冲信号；所述光电接收模块接收到激光时，激发出电子流，电子流经采样电阻器R2后，电流信号被转换成电压信号，该电压信号被送至AD8065进行放大，光电接收模块经电阻器R2串接至AD8065的2脚；所述电阻器R1为去耦电阻，一端接光电接收模块另一端接地；所述电容器C1和电阻器R3并联与AD8065的2脚、6脚连接成负反馈回路；所述电容器C2、电容器C3并联组成电源+VCC的去耦电路、电容器C4、电容器C5组成电源-Vcc去耦电路；所述电阻器R6为输出隔离电阻，电阻器R5和电阻器R7为输出分压电阻，电阻器R6与电阻器R5、电阻器R7串联接地；所述电阻器R7和电容器C6并联组成频率补偿电路；所述电阻器R6一端与AD8065的6脚连接另一端与门控模块连接。

本实用新型的原理如下：

本实用新型的一种无人驾驶汽车的主动安全防护装置，其特征在于，包括主控模块、主动防护模块、显示模块、车速模块、电源模块、前右检测模块、前左检测模块；所述的主控模块包括输出端1、输出端2、输入端1、输入端2、输入端3；

所述主控模块，用于接收来自输入端1、输入端2、输入端3的信号并对信号进行运算处理，来自前右检测模块、前左检测模块的基准信号和对比信号进行时差转换成距离数值达到控制主动防护模块的作用；所述的主控模块的输出端1与主动防护模块连接，所述的主控模块的输出端2与显示模块连接，所述的主控模块的输入端1与前右检测模块连接，所述的主控模块的输入端2与前左检测模块连接，所述的主控模块的输入端3与车速模块连接，通过输出端1输出防护动作控制信号，通过输出端2输出实时路况信号；

所述的主动防护模块，由防护气囊和气体发生模块组成，用于接收到主控模块指令时使防护气囊充气膨胀，利用气囊的阻尼作用和气囊排气节流的阻尼作用来吸收碰撞产生的动能，防护气囊分别安装在无人驾驶汽车的前护杠的中间位置和后护杠的中间位置。

所述的显示模块，由电控玻璃和投影仪组成，用于显示主控模块输出的实时路况信号；

所述的车速模块，用于向主控模块提供实时车速数值；

所述的电源模块，用于向主控模块、主动防护模块、显示模块、车速模块、前右检测模块、前左检测模块提供12V直流电源供给；

所述的前右检测模块，用于检测车体与前方障碍物的距离，所述前右检测模块安装在无人驾驶汽车的车头右边转弯灯下方，前右检测模块距地面水平高度为32厘米；

所述的前左检测模块，用于检测车体与前方障碍物的距离，所述前左检测模块安装在无人驾驶汽车的车头左边转弯灯下方，前左检测模块距地面水平高度为32厘米。

所述的前右检测模块由30MHz脉冲发生模块、激光发射模块、光电接收模块、门控模块、信号调理模块组成；所述的前左检测模块由30MHz脉冲发生模块、激光发射模块、光电接收模块、门控模块、信号调理模块组成；

所述的30MHz脉冲发生模块与激光发射模块连接，30MHz脉冲发生模块用于产生30MHz频率的脉冲信号作为激光发射模块的输入信号源，同时将30MHz频率的脉冲信号经过输出端传输给主控模块作为基准信号；

所述的激光发射模块，用于对来自30MHz脉冲发生模块的30MHz频率的脉冲信号进行放大处理后向车前方发射；

所述的光电接收模块，用于接收来自车前方障碍物反射的30MHz频率的脉冲信号，光电接收模块与信号调理模块连接；

所述的门控模块，用于在信号调理模块输出的30MHz频率的脉冲信号时，对30MHz脉冲发生模块进行控制，产生特定编码，达到提高信号辨别度提高准确性的作用；

所述的信号调理模块，用于对光电接收模块接收到的30MHz频率的脉冲信号进行放大和调理，将放大调理后的30MHz频率的脉冲信号经过输出端传输到主控模块作为对比信号；

激光发射模块发射的光脉冲遇到障碍物返回被光电接收模块所接收，其存在返回时间时差，主控模块将返回时间时差转换成距离数值，主控模块将距离数值、实时路况数值发送给显示模块，所述显示模块由电控玻璃和投影仪组成，距离数值、实时路况数值通过投影仪投射在电控玻璃上；

光脉冲返回时差转换成距离数值其关系为：返回时差为则距离Rt=ct/2,其中c为光速；

车速模块将实时车速数值发送给主控模块，当车速数值大于预定值且距离数值小于预定值时主控模块向主动防护模块发出防护动作控制信号，所述主动防护模块由防护气囊和气体发生模块组成，防护气囊是在无人驾驶汽车与障碍物出现碰撞可能之前，使气囊膨胀，利用气囊的阻尼作用和气囊排气节流的阻尼作用来吸收碰撞产生的动能，防护气囊安装在无人驾驶汽车的前护杠和后护杠的中间位置，主动防护模块接收到指令信号时，由驱动电路向防护模块中的气体发生模块送去启动信号，气体发生模块动作产生大量气体，经过滤并冷却后进入防护气囊使防护气囊膨胀展开进入防护状态，动作时间范围为25－35毫秒。

主控模块根据检测模块组件输出的距离数值和车速模块输出的车速数值，判断障碍物的运动状态和与本车碰撞的可能性，以决定本车是否安全，当进入预定范围时主控模块向主动防护模块发出指令信号；安全条件是：

其中R为两车间实际距离；W为临界安全距离，即最短安全距离；T为系统反应时间；最迟动作时间。

W和分别由下式确定：

W=

=

其中为本车速度；为本车与障碍物的相对速度；为障碍物减速度；为本车减速度。

各检测模块的测距、测速公式如下：

R=×

=

其中，c为光速；为最大调制频率；为调制波的重复频率；为正向调制时发射信号与接收信号的差频；为负向调制时发射信号与接收信号的差频；为发射波中心频率。

主控模块根据前右检测模块和前左检测模块输出的距离数值和车速模块输出的车速数值，完成实时检测、、，计算、R、W，并比较R与W，根据计算与比较的结果进行碰撞危险的判断，即完成安全判断，实现测量出无人驾驶汽车与障碍物间的距离，并发出警示及进行主动防护的目的。

本实用新型的有益效果如下： 本实用新型所公开的一种无人驾驶汽车的主动安全防护装置，包括主控模块、主动防护模块、显示模块、车速模块、电源模块、前右检测模块、前左检测模块；激光发射模块发射的光脉冲遇到障碍物返回被光电接收模块所接收，其存在返回时间时差，主控模块将返回时间时差转换成距离数值，主控模块将距离数值发送给显示模块，所述显示模块由电控玻璃和投影仪组成，距离数值通过投影仪投射在电控玻璃上；

光脉冲返回时差转换成距离数值其关系为：返回时差为 则距离Rt=ct/2,其中c为光速；

车速模块将实时车速数值发送给主控模块，当车速数值大于预定值且距离数值小于预定值时主控模块向主动防护模块发出指令信号，所述主动防护模块由防护气囊和气体发生模块组成，防护气囊是当无人驾驶汽车与障碍物出现碰撞可能前，使气囊膨胀，利用气囊的阻尼作用和气囊排气节流的阻尼作用来吸收碰撞产生的动能，防护气囊安装在无人驾驶汽车的前护杠和后护杠的中间位置，主动防护模块接收到指令信号时，由驱动电路向防护模块中的气体发生模块送去启动信号，气体发生模块动作产生大量气体，经过滤并冷却后进入防护气囊使防护气囊膨胀展开进入防护状态，动作时间范围为25－35毫秒。

本实用新型结合光电及智能化手段解决无人驾驶汽车在行驶过程中能够自动检测潜在碰撞危险，及时发出警示，同时进行主动防护，以保护无人驾驶汽车及车上乘员的安全，并以此实现无人驾驶汽车的主动安全防护装置的作用。

附图说明

图1 一种无人驾驶汽车的主动安全防护装置的结构示意图1

图2 一种无人驾驶汽车的主动安全防护装置的结构示意图2

图3 一种无人驾驶汽车的主动安全防护装置的结构示意图3

附图标记说明，图中：10.无人驾驶汽车、11. 防护气囊、12. 防护气囊、13.障碍物、41.电源模块、51.显示模块, 57.车速模块、59.主动防护模块、64.主控模块、71.前右检测模块、74.前左检测模块、81. 激光发射模块、82. 光电接收模块、83. 信号调理模块、84. 门控模块、85. 30MHz脉冲发生模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本实用新型的示例性实施例进行进一步详细的说明，并且在不冲突的情况下，本说明中的实施及实施例中的特征可以互相结合。

本实用新型提出了一种无人驾驶汽车的主动安全防护装置，下面进行说明。

如图所示，一种无人驾驶汽车的主动安全防护装置，其特征在于，包括主控模块64、主动防护模块59、显示模块51、车速模块57、电源模块41、前右检测模块71、前左检测模块74；所述的主控模块64包括输出端1、输出端2、输入端1、输入端2、输入端3；

所述主控模块64，用于接收来自输入端1、输入端2、输入端3的信号并对信号进行运算处理，来自前右检测模块71、前左检测模块74的基准信号和对比信号进行时差转换成距离数值达到控制主动防护模块59的作用；所述的主控模块64的输出端1与主动防护模块59连接，所述的主控模块64的输出端2与显示模块51连接，所述的主控模块64的输入端1与前右检测模块71连接，所述的主控模块64的输入端2与前左检测模块74连接，所述的主控模块64的输入端3与车速模块57连接，通过输出端1输出防护动作控制信号，通过输出端2输出实时路况信号；

所述的主动防护模块59，由防护气囊11和气体发生模块组成，用于接收到主控模块64指令时使防护气囊11充气膨胀，利用气囊的阻尼作用和气囊排气节流的阻尼作用来吸收碰撞产生的动能，防护气囊11分别安装在无人驾驶汽车10的前护杠的中间位置和后护杠的中间位置。

所述的显示模块51，由电控玻璃和投影仪组成，用于显示主控模块64输出的实时路况信号；

所述的车速模块57，用于向主控模块64提供实时车速数值；

所述的电源模块41，用于向主控模块64、主动防护模块59、显示模块51、车速模块57、前右检测模块71、前左检测模块74提供12V直流电源供给；

所述的前右检测模块71，用于检测车体与前方障碍物13的距离，所述前右检测模块71安装在无人驾驶汽车10的车头右边转弯灯下方，前右检测模块71距地面水平高度为32厘米；

所述的前左检测模块74，用于检测车体与前方障碍物13的距离，所述前左检测模块74安装在无人驾驶汽车10的车头左边转弯灯下方，前左检测模块74距地面水平高度为32厘米。

所述的前右检测模块71由30MHz脉冲发生模块85、激光发射模块81、光电接收模块82、门控模块84、信号调理模块83组成；所述的前左检测模块74由30MHz脉冲发生模块85、激光发射模块81、光电接收模块82、门控模块84、信号调理模块83组成；

所述的30MHz脉冲发生模块85，30MHz脉冲发生模块85与激光发射模块81连接，30MHz脉冲发生模块85用于产生30MHz频率的脉冲信号作为激光发射模块81的输入信号源，同时将30MHz频率的脉冲信号经过输出端传输给主控模块64作为基准信号；

所述的激光发射模块81，用于对来自30MHz脉冲发生模块85的30MHz频率的脉冲信号进行放大处理后向车前方发射；

所述的光电接收模块82，用于接收来自车前方障碍物13反射的30MHz频率的脉冲信号，光电接收模块82与信号调理模块83连接；

所述的门控模块84，用于在信号调理模块83输出的30MHz频率的脉冲信号时，对30MHz脉冲发生模块85进行控制，产生特定编码，达到提高信号辨别度提高准确性的作用；

所述的信号调理模块83，用于对光电接收模块82接收到的30MHz频率的脉冲信号进行放大和调理，将放大调理后的30MHz频率的脉冲信号经过输出端传输到主控模块64作为对比信号；

所述的信号调理模块83由FET输入型集成电路AD8065、电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3、电阻器R4、电阻器R5、电阻器R6、电阻器R7、电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4、电容器C5、电容器C6组成；

所述电阻器R1的电阻值为49.9Ω、电阻器R2的电阻值为499Ω、电阻器R3的电阻值为499Ω、电阻器R4的电阻值为249Ω、电阻器R5的电阻值为1.11KΩ、电阻器R6的电阻值为19Ω、电阻器R7的电阻值为1.11KΩ、电容器C1的电容值为2.2pF、电容器C2的电容值为4.7uF、电容器C3的电容值为0.1uF、电容器C4的电容值为0.1uF、电容器C5的电容值为4.7uF、电容器C6的电容值为0.1uF；所述电容器C2和电容器C5采用钽电容；所述电容器C3及电容器C4引脚焊点与FET输入型集成电路AD8065的7引脚、4引脚的引脚焊点的距离小于1cm；所述激光发射模块81发射调制频率为30MHz的激光脉冲信号；所述光电接收模块82接收到激光时，激发出电子流，电子流经采样电阻器R2后，电流信号被转换成电压信号，该电压信号被送至AD8065进行放大，光电接收模块82经电阻器R2串接至AD8065的2脚；所述电阻器R1为去耦电阻，一端接光电接收模块82另一端接地；所述电容器C1和电阻器R3并联与AD8065的2脚、6脚连接成负反馈回路；所述电容器C2、电容器C3并联组成电源+VCC的去耦电路、电容器C4、电容器C5组成电源-Vcc去耦电路；所述电阻器R6为输出隔离电阻，电阻器R5和电阻器R7为输出分压电阻，电阻器R6与电阻器R5、电阻器R7串联接地；所述电阻器R7和电容器C6并联组成频率补偿电路；所述电阻器R6一端与AD8065的6脚连接另一端与门控模块84连接。

工作时，激光发射模块81发射的光脉冲遇到障碍物13返回被光电接收模块82所接收，其存在返回时间时差，主控模块64将返回时间时差转换成距离数值，主控模块64将距离数值、实时路况数值发送给显示模块51，所述显示模块51由电控玻璃和投影仪组成，距离数值、实时路况数值通过投影仪投射在电控玻璃上；

光脉冲返回时差转换成距离数值其关系为：返回时差为 则距离Rt=ct/2,其中c为光速；

车速模块57将实时车速数值发送给主控模块64，当车速数值大于预定值且距离数值小于预定值时主控模块64向主动防护模块59发出防护动作控制信号，所述主动防护模块59由防护气囊11和气体发生模块组成，防护气囊11是在无人驾驶汽车10与障碍物13出现碰撞可能之前，使气囊膨胀，利用气囊的阻尼作用和气囊排气节流的阻尼作用来吸收碰撞产生的动能，防护气囊11安装在无人驾驶汽车10的前护杠和后护杠的中间位置，主动防护模块59接收到指令信号时，由驱动电路向防护模块中的气体发生模块送去启动信号，气体发生模块动作产生大量气体，经过滤并冷却后进入防护气囊11使防护气囊11膨胀展开进入防护状态，动作时间范围为25－35毫秒。

主控模块64根据检测模块组件输出的距离数值和车速模块57输出的车速数值，判断障碍物13的运动状态和与本车碰撞的可能性，以决定本车是否安全，当进入预定范围时主控模块64向主动防护模块59发出指令信号；安全条件是：

其中R为两车间实际距离；W为临界安全距离，即最短安全距离；T为系统反应时间；最迟动作时间。

W和分别由下式确定：

W=

=

其中为本车速度；为本车与障碍物13的相对速度；为障碍物13减速度；为本车减速度。

各检测模块的测距、测速公式如下：

R=×

=

其中，c为光速；为最大调制频率；为调制波的重复频率；为正向调制时发射信号与接收信号的差频；为负向调制时发射信号与接收信号的差频；为发射波中心频率。

主控模块64根据前右检测模块71和前左检测模块74输出的距离数值和车速模块57输出的车速数值，完成实时检测、、，计算、R、W，并比较R与W，根据计算与比较的结果进行碰撞危险的判断，即完成安全判断，实现测量出无人驾驶汽车10与障碍物13间的距离，并发出警示及进行主动防护的目的。

本实用新型结合光电及智能化手段解决无人驾驶汽车在行驶过程中能够自动检测潜在碰撞危险，及时发出警示，同时进行主动防护，以保护无人驾驶汽车及车上乘员的安全，并以此实现无人驾驶汽车的安全保护装置的作用，使无人驾驶汽车的使用体验和安全性可用性大大提高。