车载道路障碍物检测系统的制作方法

本发明涉及障碍物测量技术领域，特别是涉及一种车载道路障碍物检测系统。

背景技术：

公路交通事业的迅猛发展，带来巨大经济效益的同时，也大大提高了交通安全管理的要求。目前，公路交通事故频有发生，尤其是在雾天能见度低，驾驶员难以全面了解路况和车距，反应时间收到干扰，在发生突发状况时不能及时采取有效的处理措施，因此雾天车辆追尾、碰撞等事故发生率一直居高不下。目前，汽车上障碍安全系统大多基于激光测距和图像处理技术，这些技术在晴朗天气应用良好，但是在雾天这种空气中有大量水分的恶劣天气，光衰减快，因此基于光的测量技术应用受限，无法为汽车安全行驶提供保障。采用超声波测距可避免光的衰减造成物体位置测量不准确的问题。但是，现有的超声波测距技术无法准确获得物体的位置。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种车载道路障碍物检测系统，以解决现有技术的超声波测距技术无法准确获得障碍物的位置的问题。

本发明的技术方案提供一种车载道路障碍物检测系统，用于检测车头前方的障碍物，所述系统包括：第一超声波测距模块、第二超声波测距模块和数据处理模块；所述第一超声波测距模块和所述第二超声波测距模块间隔第三距离设置在所述车头的两侧，使所述第一超声波测距模块、所述第二超声波测距模块和所述障碍物构成三角形；所述第一超声波测距模块用于发射和接收超声波以测量所述第一超声波测距模块距所述障碍物的第一距离；所述第二超声波测距模块用于发射和接收超声波以测量所述第二超声波测距模块距所述障碍物的第二距离；所述数据处理模块分别与所述第一超声波测距模块、所述第二超声波测距模块电连接，用于根据所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离，得到所述车头与所述障碍物的距离。

进一步，所述车头与所述障碍物的距离其中，AC为所述第一距离，BC为所述第二距离，AB为所述第三距离。

进一步，所述数据处理模块用于以所述第一超声波测距模块和所述第二超声波距模块的中轴线为基准，比较所述第一距离和所述第二距离；其中，若所述第一距离比所述第二距离短，则所述障碍物位于所述中轴线的第一方向；若所述第一距离比所述第二距离长，则所述障碍物位于所述中轴线的第二方向；若所述第一距离与所述第二距离相等，则所述障碍物位于所述中轴线上。

进一步，若所述障碍物位于所述中轴线的第一方向，则所述数据处理模块获得所述障碍物偏离所述中轴线的角度若所述障碍物位于所述中轴线的第二方向，则所述数据处理模块获得所述障碍物偏离所述中轴线的角度其中，α为所述障碍物偏离所述中轴线的角度，AC为所述第一距离，BC为所述第二距离，AB为所述第三距离。

进一步，所述第一超声波测距模块和所述第二超声波测距模块的波束角的角度均为1～2°。

进一步，还包括：第一摆动模块和第二摆动模块，所述第一摆动模块和所述第二摆动模块分别设置在所述车头的两侧；所述第一摆动模块上设置所述第一超声波测距模块，可带动所述第一超声波测距模块摆动；所述第二摆动模块上设置所述第二超声波测距模块，可带动所述第二超声波测距模块摆动。

进一步，还包括：摆动控制模块，所述摆动控制模块分别与所述第一摆动模块和所述第二摆动模块电连接，用于控制所述第一摆动模块和所述第二摆动模块的摆动角度。

进一步：所述摆动控制模块控制所述第一摆动模块和所述第二摆动模块的摆动角度随车速的增大而增大。

进一步，还包括：开关模块，所述开关模块用于开启所述系统。

进一步，还包括：能见度检测模块，所述能见度检测模块与所述开关模块电连接，所述能见度检测模块用于若检测到能见度小于第一阈值，则控制所述开关模块开启所述系统。

这样，本发明实施例中，使两个超声波测距模块和障碍物构成三角形，通过两个超声波测距模块测量各自到障碍物的距离，再配合两个超声波测距模块之间的距离，建立数学模型运算可得到车头到障碍物的准确距离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例的车载道路障碍物检测系统的结构框图；

图2是本发明第一实施例的车载道路障碍物检测系统进行检测时第一超声波测距模块、第二超声波测距模块及障碍物的位置关系示意图；

图3是本发明第一实施例的第一超声波测距模块、第二超声波测距模块及障碍物的位置关系的等效三角形的示意图一；

图4是本发明第一实施例的第一超声波测距模块、第二超声波测距模块及障碍物的位置关系的等效三角形的示意图二；

图5是本发明第二实施例的车载道路障碍物检测系统的结构框图；

图6是本发明第二实施例的车载道路障碍物检测系统的第一摆动模块带动第一超声波测距模块摆动的示意图；

图7是本发明第二实施例的车载道路障碍物检测系统的第一摆动模块和第二摆动模块的摆动角度较大的示意图；

图8是本发明第二实施例的车载道路障碍物检测系统的第一摆动模块和第二摆动模块的摆动角度较小的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

本发明第一实施例公开了一种车载道路障碍物检测系统。该系统用于检测车头前方的障碍物。

如图1所示，该系统包括：第一超声波测距模块101、第二超声波测距模块102和数据处理模块103。

其中，第一超声波测距模块101和第二超声波测距模块102间隔第三距离设置在车头的两侧，使第一超声波测距模块101、第二超声波测距模块102和障碍物构成三角形。如图2所示，障碍物201的具体位置可能在以测量点为圆点、测量距离为半径的圆弧上，而通过第一超声波测量模块101发射的超声波的圆弧和第二超声波测量模块102发射的超声波的圆弧的交点可以定位出障碍物201，因而第一超声波测距模块101、第二超声波测距模块102和障碍物201三点可构成三角形。如图3或4所示，为根据第一超声波测距模块101、第二超声波测距模块102和障碍物的位置得到的等效三角形。其中，A等效第一超声波测距模块101，B等效第二超声波测距模块102，C等效障碍物，则第一超声波测距模块101距障碍物的第一距离为AC，第二超声波测距模块102距障碍物的第二距离为BC，第一超声波测距模块101距第二超声波测距模块102的第三距离为AB。

具体的，第一超声波测距模块101用于发射和接收超声波以测量第一超声波测距模块101距障碍物的第一距离AC。第一超声波测距模块101发射超声波，超声波在遇到障碍物后会反射回第一超声波测距模块101。第一超声波测距模块在接收到反射回的超声波后，可根据超声波的传输速率v以及第一超声波测距模块101发射超声波到接收超声波之间的时间t₁得到第一距离。由于超声波的传输速率很快，因此，可忽略车辆行进产生的距离，该第一距离AC＝v·t₁/2。

具体的，第二超声波测距模块102用于发射和接收超声波以测量第二超声波测距模块102距障碍物的第二距离BC。第二超声波测距模块102发射超声波到接收超声波之间的时间t₂，同理，该第二距离BC＝v·t₂/2。

采用第一超声波测距模块101和第二超声波测距模块102，与传统的光学测量方法相比，超声波的衰减更慢，传播性能更加优越，因而更有利于在雾天这种空气中含有大量的水分的情况下，准确获得车头与障碍物的距离。

具体的，数据处理模块103分别与第一超声波测距模块101、第二超声波测距模块102电连接，用于根据第一距离AC、第二距离BC和第三距离AB，得到车头与障碍物的距离。其中，第三距离AB通过获取第一超声波测距模块101和第二超声波测距模块102之间的安装距离得到。

因此，通过上述的模块设计，可利用第一距离AC、第二距离BC和第三距离AB，最终得到车头与障碍物的准确的距离。

具体的，如图3或4所示，设∠ACB为θ，则在ΔABC中,根据余弦定理得到：

AC²+BC²-2×AC×BC×cosθ＝AB²。

则

由于同一三角形面积相等，因此，根据两种计算三角形面积的方法，可以得到如下的等式关系：

根据上述的等式关系，最终可通过如下的数学模型计算得到车头与障碍物的距离：

其中，CD为车头与障碍物的距离。

因此，通过上述的数学模型可得到车头与障碍物的准确距离。

在一优选的实施例中，为了进一步得到该障碍物的位置，数据处理模块103用于以第一超声波测距模块101和第二超声波距模块102的中轴线DF为基准，比较第一距离和第二距离。根据第一距离和第二距离的距离的长短，可以进一步确定障碍物位于中轴线的哪个方向，具体如下：

(1)如图3所示，若第一距离AC比第二距离BC短，则表明障碍物位于中轴线的第一方向。本发明所述的第一方向为相对于中轴线偏向第一超声波测距模块101的方向。

(2)如图4所示，若第一距离AC比第二距离BC长，则表明障碍物位于中轴线的第二方向。本发明所述的第二方向为相对于中轴线偏向第二超声波测距模块102的方向。

(3)若第一距离AC与第二距离BC相等，则障碍物位于中轴线上。

在一优选的实施例中，数据处理模块103还可以采用以下的方式进一步得到该障碍物的准确位置，具体如下：

(1)若障碍物位于中轴线的第一方向，则数据处理模块103获得障碍物偏离中轴线的角度α。

如图3所示，

DF＝AF-AD＝AB/2-AD。

利用得到则

又已知

则

其中，α为障碍物偏离中轴线的角度。

(2)若障碍物位于中轴线的第二方向，则数据处理模块103获得障碍物偏离中轴线的角度α。

如图4所示，

DF＝AD-AF＝AD-AB/2。

利用得到则

又已知

则

其中，α为障碍物偏离中轴线的角度。

因此，数据处理模块103通过上述的数学模型，可进一步得到该障碍物偏离中轴线的角度，从而结合得到的位于中轴线的方向及车头与障碍物的距离，可以获得该障碍物的准确位置。

综上，本发明第一实施例的车载道路障碍物检测系统通过采用两个超声波测距模块，与障碍物形成三角形，从而可利用三角形的特性，构建数学模型，不仅能够获得车头与障碍物的准确距离，还能获得障碍物位于两个超声波测距模块的中轴线的哪一方向上，并获得该障碍物偏离中轴线的角度，从而可得到该障碍物的准确位置，能够提醒驾驶员及时避开该障碍物；此外，采用超声波测距模块，利用超声波的衰减更慢，传播性能更加优越的特性，不仅可在正常气候条件下，准确获得障碍物的位置，更有利于在雾天这种空气中含有大量的水分的情况下，准确获得障碍物的位置。

第二实施例

本发明第二实施例公开了一种车载道路障碍物检测系统。该系统用于检测车头前方的障碍。如图5所示，该第二实施例的系统包括：第一超声波测距模块501、第二超声波测距模块502和数据处理模块503。上述的模块与第一实施例的相同的模块功能相同，在此不再赘述。

此外，该第二实施例的第一超声波测距模块501和第二超声波测距模块502的波束角的角度均为1～2°。

采用窄波束角的超声波测距模块，信号方向性好，衰减慢，超声波信号测量距离远，因此，可以检测到距离较远的障碍物，可为驾驶员提供充足的时间避开该障碍物。

优选的，该系统还包括：第一摆动模块504和第二摆动模块505。第一摆动模块504和第二摆动模块505分别设置在车头的两侧。如图6所示，以第一超声波测距模块501和第一摆动模块504为例，其中a表示摆动前发射的超声波，b表示摆动后发射的超声波。

其中，第一摆动模块504上设置第一超声波测距模块501，可带动第一超声波测距模块501摆动。第二摆动模块505上设置第二超声波测距模块502，可带动第二超声波测距模块502摆动。

第一超声波测距模块501和第二超声波测距模块502发出的超声波呈一定的张角，超声波覆盖面是一个扇形。由于第一超声波测距模块501和第二超声波测距模块502的波束角的角度较窄，无法覆盖张角大的测量区域。因此，为了扩大测量区域，设置第一摆动模块504和第二摆动模块505用于分别带动第一超声波测距模块501和第二超声波测距模块502在测量范围中来回摆动，从而能对测量范围进行充分覆盖，不会错失车辆前方的障碍物，从而提高了安全性。

优选的，该系统还包括：摆动控制模块506。摆动控制模块506与第一摆动模块501和第二摆动模块502电连接，用于控制第一摆动模块501和第二摆动模块502的摆动角度。

具体的，摆动控制模块506控制第一摆动模块501和第二摆动模块502的摆动角度随车速的增大而增大。

根据当前行驶车速对两个超声波测距模块的测量角度进行控制。如图7所示，车速越大，车辆刹车的制动距离越大，系统需要测量的距离和范围也越大，此时摆动控制模块506控制安装在车头511上的第一摆动模块501和第二摆动模块502的摆动角增大；反之，如图8所示，车速小的时候，系统测量的合适的距离和范围也需要减小，此时摆动控制模块506控制安装在车头511上的第一摆动模块501和第二摆动模块502的摆动角减小。

优选的，该系统还包括：开关模块507。开关模块507用于开启系统。具体的，驾驶员可根据需求自行判断是否需要开启系统，从而手动通过开关模块507开启系统。例如，能见度低时，驾驶员认为仅通过自己的肉眼判断容易发生事故时，可手动通过开关模块507开启系统。

此外，该系统还包括：能见度检测模块508。能见度检测模块508与开关模块507电连接。能见度检测模块508用于若检测到能见度小于第一阈值，则控制开关模块507开启系统。该第一阈值可由驾驶员预先设定。

通过该能见度检测模块508，可在能见度较低时，使开关模块507自动开启系统，以辅助驾驶员检测障碍物，提高驾驶的安全性。

优选的，该系统还包括：语音报警模块509。语音报警模块509与数据处理模块503电连接，用于当数据处理模块503获得的车头与障碍物的距离小于第二阈值时通过语音报警。

该第二阈值可由驾驶员根据自己的驾驶水平预先设定。通过该语音报警模块509，在车头与障碍物的距离小于安全距离时，报警提示驾驶员。

优选的，该系统还包括：显示模块510。显示模块510与数据处理模块503电连接，用于显示数据处理模块503得到的车头与障碍物的距离、障碍物的相对于中轴线的方向和偏离中轴线的角度。

通过该显示模块510，可显示数据处理模块503处理的数据，使驾驶员更直观地获得相应的数据。

更优选的，该显示模块510可将上述的数据投影在车辆的挡风玻璃上显示，从而方便驾驶员查看。

更优选的，显示模块510还用于根据数据处理模块503获得的车头与障碍物的不同距离，以不同颜色显示车头与障碍物的距离。例如，距离越小，则颜色越深。通过颜色区分车头距障碍物距离的远近，可以有效地警示驾驶员。

综上，本发明第二实施例的车载道路障碍物检测系统除了可以准确测量车头与障碍物的准确距离，获得障碍物位于两个超声波测距模块的中轴线的哪一方向上，并获得该障碍物偏离中轴线的角度，还能同时满足测量距离远和测量范围大的需求；可根据车速控制摆动两摆动模块的摆动角度，以便及时检测到障碍物，提高驾驶的安全性；还可根据能见度情况，在能见度较低时，自动开启系统，以辅助驾驶员检测障碍物，进一步提高驾驶的安全性。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。