一種基于多傳感器的汽車感知系統(tǒng)及感知方法
【專利摘要】一種基于多傳感器的汽車感知系統(tǒng)及感知方法，汽車感知系統(tǒng)包括設(shè)置在汽車車身四個(gè)面的多個(gè)超聲波傳感器、微控制單元MCU，設(shè)置在汽車車頂?shù)乃穆匪欧鏅C(jī)和四路一維激光雷達(dá)；所述超聲波傳感器與微控制單元MCU通過I2C總線連接，四路伺服舵機(jī)和四路一維激光雷達(dá)與微控制單元MCU分別連接，伺服舵機(jī)通過轉(zhuǎn)軸和四路一維激光雷達(dá)連接。該系統(tǒng)通過結(jié)合超聲波傳感器和激光雷達(dá)二個(gè)優(yōu)先級(jí)別的傳感器，采用二級(jí)關(guān)系保證汽車行駛過程中最大限度保證檢測(cè)的實(shí)時(shí)性；通過本系統(tǒng)，無需使用三維激光掃描系統(tǒng)，具有成本低可靠性好的特點(diǎn)。
【專利說明】一種基于多傳感器的汽車感知系統(tǒng)及感知方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛工程領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多傳感器的汽車感知系統(tǒng)及感知方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的發(fā)展，交通安全問題越來越凸顯，傳統(tǒng)的汽車安全理念也在逐漸發(fā)生變化，傳統(tǒng)的安全理念很被動(dòng)比如安全帶、安全氣囊、保險(xiǎn)杠等多是些被動(dòng)的方法并不能有效解決交通事故的發(fā)生，隨著科技的進(jìn)步，汽車的安全被細(xì)化，目前汽車安全分為主動(dòng)安全、被動(dòng)安全兩種概念。被動(dòng)安全技術(shù)和主動(dòng)安全技術(shù)是保證汽車乘員安全的重要保障。過去，汽車安全設(shè)計(jì)主要考慮被動(dòng)安全系統(tǒng)，如設(shè)置安全帶、安全氣囊、保險(xiǎn)杠等?，F(xiàn)在汽車設(shè)計(jì)師們更多考慮的則是主動(dòng)安全設(shè)計(jì)，使汽車能夠主動(dòng)采取措施，避免事故的發(fā)生。在這種汽車上裝有汽車規(guī)避系統(tǒng)，包括裝在車身各部位的防撞雷達(dá)、多普勒雷達(dá)、紅外雷達(dá)等傳感器、盲點(diǎn)探測(cè)器等設(shè)施，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。在超車、倒車、換道、大霧、雨天等易發(fā)生危險(xiǎn)的情況下隨時(shí)以聲、光形式向駕駛員提供汽車周圍必要的信息，并可自動(dòng)采取措施，有效防止事故發(fā)生。
[0003]在主動(dòng)安全系統(tǒng)所采用的測(cè)距防撞傳感器中，超聲波測(cè)距傳感器具有低成本，高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，因此受到了廣大汽車車主的歡迎，在其用于汽車倒車輔助雷達(dá)的產(chǎn)品更是占據(jù)了汽車倒車?yán)走_(dá)的相當(dāng)大的一部份市場(chǎng)。另外，激光測(cè)距傳感器具有信號(hào)集中，測(cè)量距離遠(yuǎn)，測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，目前市場(chǎng)上的車載激光雷達(dá)是指載三維激光掃描儀，是一種移動(dòng)型三維激光掃描系統(tǒng)，是目前城市建模的最有效的工具之一。但是這種激光傳感器成本高，不具有推廣價(jià)值，本設(shè)計(jì)采用低成本的一維激光雷達(dá)，掃描頻率比較慢，但是通過和超聲波傳感器陣列和伺服舵機(jī)構(gòu)成二個(gè)優(yōu)先級(jí)的感知系統(tǒng)能很好避免其弊端。
[0004]這種設(shè)計(jì)需要根據(jù)車長、車寬和所能接受的測(cè)量盲區(qū)范圍，確定超聲波傳感器的個(gè)數(shù)，超聲波傳感器個(gè)數(shù)越多，盲區(qū)可以做得越小，超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)的近距離方位測(cè)量也會(huì)越精確，但是會(huì)使得超聲波陣列的檢測(cè)周期變長，并不利于障礙物的實(shí)時(shí)測(cè)量。采用測(cè)量盲區(qū)為30cm進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以很好地保證測(cè)量周期短和方位信息準(zhǔn)確；激光雷達(dá)選擇4路一維激光雷達(dá)，利用4路伺服舵機(jī)分別控制保證了每個(gè)激光雷達(dá)能夠測(cè)量0-90°范圍的任意角度的障礙物，通過舵機(jī)的PWM值反饋障礙物的角度信息，激光雷達(dá)測(cè)得值作為距離信息。
[0005]本設(shè)計(jì)技術(shù)的難點(diǎn)在于如何通過超聲波陣列確定障礙物的方位，在確定了 0-7米范圍內(nèi)的障礙物的大致方位后，激光傳感器才能最迅速的準(zhǔn)確的進(jìn)行定位和精確的測(cè)量；另外，如何將激光雷達(dá)和超聲波傳感器陣列實(shí)現(xiàn)方位融合，只有兩者方位完全一致，方能在最后顯示屏上準(zhǔn)確的顯示出障礙物的方位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于多傳感器的汽車感知系統(tǒng)及感知方法，能準(zhǔn)確顯示出汽車車身周邊障礙物的方位和距離。[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于多傳感器的汽車感知系統(tǒng)，其特征在于，包括設(shè)置在汽車車身四個(gè)面的多個(gè)超聲波傳感器、微控制單元MCU，設(shè)置在汽車車頂?shù)乃穆匪欧鏅C(jī)和四路一維激光雷達(dá)；所述超聲波傳感器與微控制單元MCU通過I2C總線連接，四路伺服舵機(jī)和四路一維激光雷達(dá)與微控制單元MCU分別連接，伺服舵機(jī)通過轉(zhuǎn)軸和四路一維激光雷達(dá)連接。
[0008]按上述方案，所述超聲波傳感器的設(shè)置條件為:兩個(gè)傳感器之間最小距離為
【權(quán)利要求】
1.一種基于多傳感器的汽車感知系統(tǒng)，其特征在于，包括設(shè)置在汽車車身四個(gè)面的多個(gè)超聲波傳感器、微控制單元MCU，設(shè)置在汽車車頂?shù)乃穆匪欧鏅C(jī)和四路一維激光雷達(dá)；所述超聲波傳感器與微控制單元MCU通過I2C總線連接，四路伺服舵機(jī)和四路一維激光雷達(dá)與微控制單元MCU分別連接，伺服舵機(jī)通過轉(zhuǎn)軸和四路一維激光雷達(dá)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車感知系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波傳感器的設(shè)置條件為:兩個(gè)傳感器之間最小距離為
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的汽車感知系統(tǒng)的感知方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)根據(jù)駕駛車型的體積和所能接受超聲波傳感器最小的檢測(cè)盲區(qū)確定設(shè)置在汽車車身四個(gè)面的超聲波傳感器的個(gè)數(shù)，并對(duì)超聲波傳感器進(jìn)行編號(hào)； (2)確定多個(gè)超聲波傳感器組成的超聲波傳感器陣列的輪詢檢測(cè)的控制策略和控制最小時(shí)間周期； (3)通過超聲波陣列所反饋的障礙物距離信息和傳感器編號(hào)確定障礙物所在的大致方位和距離； (4)微控制單元MCU根據(jù)接收的超聲波傳感器反饋的方位和距離信息進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果控制伺服舵機(jī) 控 制激光雷達(dá)進(jìn)行精確定位； (5)對(duì)激光雷達(dá)和超聲波傳感器陣列返回微控制單元MCU的信息進(jìn)行比較，若兩者方位和距離數(shù)據(jù)相符，則顯示掃描信息，否則，通過伺服舵機(jī)微調(diào)激光雷達(dá)掃描角度，轉(zhuǎn)入步驟⑷； (6)激光雷達(dá)在近距離定位完成后在各自O(shè)至90°的方位范圍內(nèi)進(jìn)行逐度掃描，獲取遠(yuǎn)距離障礙物定位信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的感知方法，其特征在于，所述步驟(2)中確定輪詢檢測(cè)的控制策略和控制最小時(shí)間周期的方法為: 以車體某一面?zhèn)鞲衅鱾€(gè)數(shù)為M計(jì)算，由于每個(gè)超聲波傳感器具有波束角Θ，在傳感器能測(cè)量的最大半徑L米的地方可能有X個(gè)傳感器的測(cè)量區(qū)域重疊，那么有M/X個(gè)傳感器發(fā)射和接收超聲波信號(hào)相互不影響，那么傳感器編號(hào)為I，X+1，2X+1……的傳感器可以同時(shí)工作；根據(jù)外界條件可以知道聲速為V，以最大測(cè)量距離可以算出一次測(cè)量周期時(shí)間長度不短于t=2* R/V=14/V, R為測(cè)距范圍，通常設(shè)為7米；那么車體這一面的傳感器全部完成一次發(fā)射和接收總時(shí)間周期為T=X*t=14X/V。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的感知方法，其特征在于，所述步驟(3)中確定障礙物所在的大致方位和距離的具體步驟為: 傳感器進(jìn)行車身周邊障礙物掃描，傳感器編號(hào)為η, η+1, η+2…n+m (m〈X)都得到一個(gè)測(cè)量距離，其中最小測(cè)量距離為Lsmin，則其距車身周邊距離為Lsmin，可以通過查表的方式確定此障礙物的方位，所述表的制定按照超聲波傳感器測(cè)量的某一距離和這一距離所覆蓋的范圍確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的感知方法，其特征在于，所述步驟(4)中MCU通過使用數(shù)字PID控制方式改變伺服舵機(jī)PWM的脈沖寬度比，使伺服舵機(jī)迅速精確的擺到相應(yīng)位置進(jìn)行測(cè)量，使用的數(shù)字PID算法:
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的感知方法，其特征在于，步驟(6)中所述近距離為距車身O至7米范圍，遠(yuǎn)距離為距車身7至60米范圍。
【文檔編號(hào)】G01S15/93GK103913748SQ201410080250
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】劉建國, 章輝, 李雪松, 賈波, 李希, 王光偉 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)