CN102963322B - 汽车行驶环境探测装置及其工作过程 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车行驶环境探测装置。包括雷达模块、摄像模块和中央控制单元，所述雷达模块用来形成仿真图像，摄像模块用来形成真实图像，所述中央控制单元用以处理所述仿真图像、真实图像并将其形成一工作图像输出。本发明提供了一种采用模块化设计理念、组合式控制方式、智能化控制手段的汽车行驶环境探测装置及其工作过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车行驶环境自动探测及辅助驾驶装置，具体的说是以汽车现有车辆主控单元、LIN总线、CAN总线、图像显示系统、传感器为基础，采用模块化设计理念、组合式控制方式、智能化控制手段，使得在极端气候条件及车辆操控人员有需求的情况下，运用现代科技发展成果为车辆驾驶提供更加全面、真实、及时的数据，降低车辆驾驶难度，甚至提供科学的自动驾驶方案。
背景技术
在车辆运行过程中，正确判定车辆所处的环境——包括障碍物距离、障碍物体积、障碍物运行速度，正确设定车辆运行数据——包括车辆合适移动的速度、方向，是车辆安全高效驾驶的前提。然而，由于处于特定的地理、气候环境以及驾驶人员的个人状态差异，车辆操控人员所产生的误操作很有可能会损伤车辆及其他人、财、物，甚至造成大型交通事故。所以雷达技术被运用到常规交通工具，激光测距被运用到军事车辆中，近距离图像技术也被用于车辆停泊支持。但是在各种情况下，将相关技术的发展成果及其组合用于车辆的安全、高效乃至智能驾驶，相关发明做的还不够。
发明内容
本发明针对上述缺陷，目的在于提供一种采用模块化设计理念、组合式控制方式、智能化控制手段的高科技车辆安全驾驶辅助支持系统。
为此本发明采用的技术方案是：本发明包括雷达模块、摄像模块和中央控制单元，所述雷达模块用来形成仿真图像，摄像模块用来形成真实图像，所述中央控制单元用以处理所述仿真图像、真实图像并将其形成一工作图像输出。
所述雷达模块：包括毫米波雷达前端及其回转角度控制系统，雷达信号发射器，回波采集整理及数字化处理模块，雷达电源模块；其中毫米波雷达前端由毫米波发射器、天线、波束切换模块、差分模块和中频接收模块组成。
所述摄像模块：包括具有能够实时反映路况的一个以上摄像头，及摄像模块工作控制模块，数据生成及传输模块。
所述中央控制单元：包括驱动电源、CAN总线、LIN总线、高速数字预处理模块、基于实时数字处理的控制单元，辅助接口及相关传感器，图像处理及显示系统。
所述雷达模块、摄像模块为单独控制。
本发明还包括有激光测距系统。
本发明按以下步骤进行：
1）在车辆操作人员启动车辆后，根据工作方式的选择及车辆实际配置情况，选通相关的系统，一般情况下，可选半自动运行模式，在半自动运行模式下，雷达系统和CCD摄像系统同时工作；在全自动运行模式下，雷达系统、CCD摄像系统和激光测距系统全部工作；
2）在工作状态下，各系统在收到开通信号后进行初始化操作，根据实时信号处理单元从车里主控单元所接受的指令，按照一定的状态，如雷达系统的发生功率、频率、转动速度及角度等开始工作，并将信号经有关装置传输到实时信号处理单元并进行运算；
3）在1）步骤中如启动雷达系统和CCD摄像系统所产生的仿真图形和CCD实时图像存在较大偏差，且当时处于不利地理、气候条件，用户可调整主摄像头的位置，将其安装在汽车顶部前端；
4）在3）步骤中，如车辆操控人员发现雷达系统和CCD摄像系统所产生的仿真图形和CCD实时图像存在较大偏差，且系统产生仿真图形不稳定，车辆又处于极端气候、地理条件，用户可选择启动激光测距系统，帮助系统提高决策能力；
5）循环1）-4）步骤。
所述雷达模块：发射功率、频率及回转角度受中央主控单元控制，其发射频率是与车辆运行速度有关的函数，功率W、频率F和旋转速度A1与车速V(t)有关，在一定的时间间隔后将重新调整。
所述摄像模块：在开通情况下，能够实时获得车辆行驶、停泊环境周围的各项数据，将原始图像数据直接反映在图像显示系统，同时又经高速实时处理形成数字信号，提交给软件仿真系统，经仿真软件合成为车辆运行环境仿真图像。
所述激光测距系统：能够感知车辆前方障碍物距离和大致截面面积，经高速实时处理形成数字信号，提交给软件仿真系统，经仿真软件合成为车辆运行环境仿真图像。
本发明的优点是：1）本发明利用功率、频率、转角可调的雷达检测系统和实时信号处理单元，以图像传感器和激光测速传感器为环境数据测试辅助手段，及时采集环境数据，通过软件技术和动画技术，生成车辆运行环境仿真数据，伴以图像传感器获得的实际数据，使车辆操控人员能够较充分地理解车辆运行环境；各种辅助传感器及毫米波雷达探测系统10、车载高速CCD摄像系统20、激光测距系统30能根据实际情况灵活选择，各部分都为单独控制，可根据实际情况灵活加以选用，保证在达到使用目的的同时尽可能降低能源的消耗，具有高效、节能的特点；2）本发明设置车辆运行环境探测系统，能实时检测车辆周围障碍物的具体状态，以帮助车辆操控人员自动或手动调整车辆行驶工作状态，针对性、目的性强，使各探测系统级传感器始终保持最佳工作状态，保证驾驶人员的充分掌握信息，确保安全驾驶；3）本发明将前端雷达系统的发射功率和频率与车辆的实时运行状态结合起来，并能够调整前端雷达的转角，从而获得较大范围内（0.5-120米）内障碍物的移动状况、大致体积，有效提高产车辆安全报警功能；4）本发明与车辆主控单元之间通过CAN总线联系，可以为车辆巡航驾驶提供更真实、全面的数据，对动力和制动系统的操作更科学、安全；5）本发明采用软件技术，简化电路设计，并将各传感器数据采集后纳入仿真系统，生成路况数据，车辆操控人员可通过实时图像、自己观察的路况和仿真动画等三个手段中一个以上手段对车辆进行驾驶，更加人性化、科学化；6）本发明进一步的以汽车现有图像、传感器、控制单元及总线为基础，采用模块化设计理念、组合式控制方式、智能化控制手段，不需对汽车现有结构做很大改动，具有极强的实用性和可操作性。
附图说明
图1为本发明运行原理示意图。
具体实施方式
1、毫米波雷达测量技术。毫米波雷达探测系统：包括毫米波雷达前端及其回转角度控制系统，雷达信号发射器，回波采集整理及数字化处理模块，雷达电源模块；毫米波雷达前端又由毫米波发射器、天线、波束切换模块、差分模块和中频接收模块等部分。雷达的功率W、频率F和旋转速度A1与车速V(t)有关，在一定的时间间隔后将重新调整。具有实时数字信号处理功能的中央控制单元输出控制指令，启动毫米波雷达，雷达电源模块通电；雷达系统初始化，毫米波雷达前端回转角度控制系统接受中央控制单元关于雷达前端转速、转角的指令，雷达信号发射器接受中央控制单元关于雷达工作功率、频率指令，相关系统工作，经波束切换及中频接收等步骤后获得各时点障碍物距离信号；
2、高速摄像CCD图像采集技术。车载高速CCD摄像系统包括具有能够实时反映路况的一个以上摄像头，及摄像模块工作控制模块，数据生成及传输模块。控制的工作，经将图像同时传输到高速数字预处理模块和图像显示单元；经仿真程序处理后形成车辆环境图像由具有实时数字信号处理功能的中央控制单元经图像显示模块送图像显示器；
3、激光测距技术。激光测距系统包括激光测距模块及其工作电源，激光测距通断控制系统，测量数据数字化处理模块。具有实时数据处理功能的中央控制单元将激光测距信号发送到激光测距通断控制模块，启动激光测距仪工作，获得测距信息传测量数据数字化处理模块，再经高速数字预处理模块传具有实时数据处理功能的中央控制单元，该技术在本发明用于在极端气候条件下辅助测量车辆周边障碍物情况；
4、实时数据采集及仿真显示技术。高速数字预处理模块将处理后的雷达、图像、激光测距获得的障碍物距离及现状等数据通过CAN 总线传输到具有实时数字信号处理功能的中央控制单元，经仿真程序处理后形成车辆环境图像送图像显示器，相关参数经CAN总线送车辆主控单元；
5、集中、自动控制技术。参见附图1：为了实现自动控制，本发明采用LIN总线和 CAN总线，将有关传感器、探测单元、车辆主控系统和动力系统、制动系统连接组网，充分利用所安装的传感器，根据车辆操控人员所选通的器件及驾驶模式，经实时数据采集、处理后形成控制策略供系统选用，形成仿真图像供车辆操控人员与实时图像比对，综合为协同驾驶方案，再经车辆主控单元和总线，将指令发送到各执行单元，并及时检测各单元工作状况，形成闭环控制，实现集中、自动控制。本发明可以模块化地植入现有车辆中央控制单元。
在一车辆上，已经装有汽车雷达、传感器和汽车控制主板，先利用之进行较完整的汽车行驶环境自动探测及辅助驾驶装置设计、运用。
由于采用LIN 总线技术和CAN 总线技术及模块化的探测与图像单元，各探测系统可以独立工作，也可以组合工作；图像显示系统反映摄像头传输回来的真实数据，也可以反映经科学运算后生成的动画图像。用户可以根据个人喜好，自由选择。自动控制系统会自动记忆上一次选择，如果用户不重新设定，下一次将按原方案自动执行。
应用举例：
方案一：路况较好，驾驶员可采用巡航模式，打开雷达和图像探测系统，系统进入巡航模式，前方有障碍物接近，系统根据路况许可，提醒驾驶员或自动调整速度与方向；
方案二：在暴风雪、强风沙、暴雨等情况下，或车辆内外温差较大情况下，三个探测系统可同时工作，并将摄像系统放置到车辆外部，尽可能多地感知车辆外部真实信息，帮助车辆操控人员选择合理的行驶方案；
方案三：驾驶员选择仅保留图像实时传输系统，肉眼判断环境状况，或连图像传感器都关闭，直接用肉眼观察，驾驶车辆。
本发明中毫米波雷达探测系统、车载高速CCD摄像系统及激光测距系统中各部分都为单独控制，可根据实际情况灵活加以选用，保证在达到使用目的的同时尽可能降低能源的消耗，具有节能的特点；
本发明设置的各探测系统，能实时检测车辆行驶环境的具体状态，并通过基于实时数字信号处理的中央控制单元2，对探测的数据进行实时分析、处理，通过特定的软件系统，形成路况图像实时传输数据和仿真数据并反映在图像显示单元中间；
本发明中，基于实时数字信号处理的中央控制单元所生成的相关信息可通过CAN总线传输给车辆主控单元（BCU）和交通信息互通平台，在巡航驾驶模式下，车辆主控单元（BCU）可据此可知车辆的动力系统和制动系统，使车辆行驶处于更加安全的工作状态；
本发明中，雷达的功率W、频率F、旋转速度A1和高速CCD摄像系统的回转速度A2与车速V(t)有关，在一定的时间间隔后将重新调整。。
本发明按以下步骤进行：
1）在车辆操作人员启动车辆后，根据工作方式的选择及车辆实际配置情况，选通相关的系统，一般情况下，可选半自动运行模式。在半自动运行模式下，雷达系统和CCD摄像系统同时工作；在全自动运行模式下，雷达系统、CCD摄像系统和激光测距系统全部工作；
2）在工作状态下，各系统在收到开通信号后进行初始化操作，根据实时信号处理单元从车里主控单元所接受的指令，按照一定的状态，如雷达系统的发生功率、频率、转动速度及角度等开始工作，并将信号经有关装置传输到实时信号处理单元并进行运算；
3）在1）步骤中如启动雷达系统和CCD摄像系统所产生的仿真图形和CCD实时图像存在较大偏差，且当时处于不利地理、气候条件，用户可调整主摄像头的位置，将其安装在汽车顶部前端；
4）在3）步骤中，如车辆操控人员发现雷达系统和CCD摄像系统所产生的仿真图形和CCD实时图像存在较大偏差，且系统产生仿真图形不稳定，车辆又处于极端气候、地理条件，用户可选择启动激光测距系统，帮助系统提高决策能力；
5）在步骤1）-4）中，用户可自动接收辅助信号系统所产生的信息，用于辅助驾驶；用户也可从交通信息交互平台获得信息，人工驾驶；用户也可以充分依赖雷达、摄像仪、激光测距仪中一个以上系统的信号输入，对车辆进行自动巡航驾驶，自动巡航驾驶可随时被手动操控所取代。
6）车辆启动和停车时，本系统可和车辆原有的雷达等辅助系统配合工作，所有信号可以反映在同一图像显示系统，也可以设置各至独立的图像显示系统；本系统所需要的图像显示系统具有同步显示原始图像和计算机处理后所生成的仿真动画图像的功能。
7）在较好的地理、气候条件下，用户可直接进入手动工作状态，相关传感器产生的信号会被反映到相关装置，但不能被作用到汽车的动力系统、制动系统。
循环1)-7)步骤。
Claims (1)
1.汽车行驶环境探测装置的工作过程，所述装置包括雷达模块、CCD摄像模块、激光测距模块和中央控制单元，所述雷达模块用来形成仿真图像，CCD摄像模块用来形成真实图像，所述中央控制单元用以处理所述仿真图像、真实图像并将其形成一工作图像输出，其特征在于，按以下步骤进行：
1）在车辆操作人员启动车辆后，根据工作方式的选择及车辆实际配置情况，选通相关的模块，一般情况下，可选半自动运行模式，在半自动运行模式下，雷达模块和CCD摄像模块同时工作；在全自动运行模式下，雷达模块、CCD摄像模块和激光测距模块全部工作；
2）在工作状态下，各模块在收到开通信号后进行初始化操作，根据实时信号处理单元从车里的中央控制单元所接受的指令，雷达模块根据雷达发射功率、发射频率、旋转速度及回转角度的信号开始工作，并将信号传输到实时信号处理单元并进行运算；
3）在1）步骤中如启动雷达模块和CCD摄像模块所产生的仿真图像和真实图像存在较大偏差，且当时处于不利地理、气候条件，用户可调整主摄像头的位置，将其安装在汽车顶部前端；
4）在3）步骤中，如车辆操控人员发现雷达模块和CCD摄像模块所产生的仿真图像和真实图像存在较大偏差，且模块产生仿真图像不稳定，车辆又处于极端气候、地理条件，用户可选择启动激光测距模块，帮助模块提高决策能力；
5）循环1）-4）步骤。
2.根据权利要求1所述的汽车行驶环境探测装置的工作过程，其特征在于，所述雷达模块：发射功率、发射频率及回转角度受中央控制单元控制，其发射频率是与车辆运行速度有关的函数，发射功率、发射频率和旋转速度与车辆运行速度有关，在一定的时间间隔后将重新调整。
3.根据权利要求1所述的汽车行驶环境探测装置的工作过程，其特征在于，所述CCD摄像模块：在开通情况下，能够实时获得车辆行驶、停泊环境周围的各项数据，将真实图像数据直接反映在图像显示模块，同时又经高速实时处理形成数字信号，提交给软件仿真模块，经仿真软件合成为车辆运行环境仿真图像。
4.根据权利要求1所述的汽车行驶环境探测装置的工作过程，其特征在于，所述激光测距模块：能够感知车辆前方障碍物距离和大致截面面积，经高速实时处理形成数字信号，提交给软件仿真模块，经仿真软件合成为车辆运行环境仿真图像。
5.根据权利要求1所述的汽车行驶环境探测装置的工作过程，其特征在于，所述雷达模块：包括毫米波雷达前端及其回转角度控制模块，雷达信号发射器，回波采集整理及数字化处理模块，雷达电源模块；其中毫米波雷达前端由毫米波发射器、天线、波束切换模块、差分模块和中频接收模块组成。
6.根据权利要求1所述的汽车行驶环境探测装置的工作过程，其特征在于，所述CCD摄像模块：包括具有能够实时反映路况的一个以上摄像头，及CCD摄像模块工作控制模块，数据生成及传输模块。
7.根据权利要求1所述的汽车行驶环境探测装置的工作过程，其特征在于，所述中央控制单元：包括驱动电源、CAN总线、LIN总线、高速数字预处理模块、基于实时数字处理的控制单元，辅助接口及传感器，图像显示模块。
8.根据权利要求1所述的汽车行驶环境探测装置的工作过程，其特征在于，所述雷达模块、CCD摄像模块为单独控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 225800 No. 14 crossing Industrial Zone, Jing Jing River town, Yangzhou, Jiangsu, Baoying Patentee after: Zhong Yue Address before: 101 room 2, building 28, 225001 East Street, Guangling District, Jiangsu, Yangzhou Patentee before: Zhong Yue |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: No. 8, Dashan Industrial Park, Gao Hong Kong, Taizhou, Jiangsu Patentee after: Zhong Yue Address before: 225800 No. 14 crossing Industrial Zone, Jing Jing River town, Yangzhou, Jiangsu, Baoying Patentee before: Zhong Yue |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 225324 North of Kechuang Pioneering Avenue, Gaogang District, Taizhou City, Jiangsu Province Patentee after: Zhong Yue Address before: 225328 Dasi Town Industrial Park 8, Gaogang District, Taizhou City, Jiangsu Province Patentee before: Zhong Yue |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191204 Address after: No.112-5, building 13, Tongyun Trade City, Guangling District, Yangzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Yangzhou Oula Industrial Design Co., Ltd Address before: 225324 North of Kechuang Pioneering Avenue, Gaogang District, Taizhou City, Jiangsu Province Patentee before: Zhong Yue |