CN104192054A - 一种基于afs的激光雷达探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于AFS的激光雷达探测系统，其特征在于：所述的雷达探测系统为控制器通过CAN总线连接车速传感器和方向盘转角传感器，接收车速信号以及方向盘转角信号；控制器的输出端连接有电机和传动机构，传动机构带动激光雷达探测器的前大灯，激光雷达探测器的探测方向与前大灯同步转动，探测弯道上的障碍物距离。由于采用上述的结构，本发明作为AFS的辅助设施，消除AFS的视觉死角，可以在弯道中提前发现障碍物，保证安全；而且整体造价较低，适合在中低档汽车上推广。

Description

一种基于AFS的激光雷达探测系统

技术领域

本发明涉及汽车行驶安全控制领域，特别涉及一种基于AFS的激光雷达探测系统。

背景技术

AFS又叫自适应转向大灯系统，它能够根据汽车方向盘角度、车辆偏转率和行驶速度，不断对大灯进行动态调节，适应当前的转向角，保持灯光方向与汽车的当前行驶方向一致，以确保对前方道路提供最佳照明并对驾驶员提供最佳可见度，它能够根据行车速度、转向角度等自动调节大灯的偏转，以便能够提前照亮"未到达"的区域，提供全方位的安全照明，从而显著增强了黑暗中驾驶的安全性。在路面无(弱)灯或多弯道的路况中，扩大驾驶员的视野，而可提前提醒对方来车。AFS种类可分为三种，一种是转向头灯形式的，就是头灯内灯具可以左右旋转8°至15°照明弯道死角。另一种是利用独立弯道照明系统的，就是在灯具里有一个固定的灯泡照向弯道，转弯时候自动点亮。第三种是利用左右雾灯进行弯道时候照明，转向时候对应弯内侧雾灯亮起，照明弯道死角。AFS系统利用可变的光学系统、电子控制、随动系统技术，可根据道路和天气状况，自动地改变前照灯的光形，把有限的光投向更需要照明的地方，大幅度地提高夜间行驶的安全性。但现有AFS在工作过程中还存在一定的死角难以看到，从而在夜间行驶时带来了一定安全隐患。

针对上述问题提供一种新型的激光雷达探测系统，作为AFS的辅助设施，消除AFS的视觉死角，提高车辆夜间行驶的安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于AFS的激光雷达探测系统，作为AFS的辅助设施，消除AFS的视觉死角，提高车辆夜间行驶的安全性。。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种基于AFS的激光雷达探测系统，其特征在于：所述的雷达探测系统为控制器通过CAN总线连接车速传感器和方向盘转角传感器，接收车速信号以及方向盘转角信号；控制器的输出端连接有电机和传动机构，传动机构带动激光雷达探测器的前大灯，激光雷达探测器的探测方向与前大灯同步转动，探测弯道上的障碍物距离。

所述的激光雷达探测器为单片机发送脉冲给激光驱动器，经激光驱动器调整后输出给激光二极管，激光二极管发射激光并且经过发射镜片，激光二极管发射出激光脉冲的同时触发光电光转换电路工作；接收板接收到光电光转换电路发送的光信号后开始计时，作为start计时点；激光二极管发射出去的激光经过障碍物折回后，接收板上的PIN管再次感知到此信号后经过放大滤波整形送给时间数字转换器，此时即为stop计时点；单片机根据start计时点和stop计时点的时间差计算出障碍物与车辆之间的距离。

所述的PIN管位于激光二极管的正下方。

所述的光电光转换电路为PIN管首次导通之后三极管驱动电路驱动红外二极管导通，发射红外光到接收板的PIN管后经放大滤波整形，再传送给时间数字转换器。

所述的红外二极管位于发射板与接收板的衔接处，接收镜片的下方，发射板和接收板通过软排线相连。

所述的激光雷达探测器为三路激光二极管分别经过各自的PIN管接入模拟开关的三个输入端通过前置放大器接入放大滤波电路后送给时间数字转换器。

所述的模拟开关在处理完一路激光信号后，单片机发送信号对下一路激光电路信号进行处理。

一种基于AFS的激光雷达探测系统，由于采用上述的结构，本发明作为AFS的辅助设施，消除AFS的视觉死角，可以在弯道中提前发现障碍物，保证安全；而且整体造价较低，适合在中低档汽车上推广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；

图1为本发明一种基于AFS的激光雷达探测系统的结构示意图；

图2为本发明一种基于AFS的激光雷达探测系统的雷达测量范围示意图；

图3为本发明一种基于AFS的激光雷达探测系统中激光雷达探测器的原理图；

图4为本发明一种基于AFS的激光雷达探测系统中激光雷达探测器的三路激光测距原理图；

在图1-4中，1、单片机；2、激光驱动器；3、激光二极管；4、光电光转换电路；5、镜片；6、障碍物；7、PIN管；8、放大滤波电路；9、时间数字转换器；10、发射板；11、接收板；12、前置放大器；13、模拟开关；14、控制器；15、车速传感器；16、方向盘转角传感器；17、电机；18、传动机构；19、前大灯；20、激光雷达探测器。

具体实施方式

本发明包括与CAN总线连接的车速传感器15和方向盘转角传感器16，与CAN总线连接并且接收车速传感器15和方向盘转角传感器16所采集的信息的控制器14，与控制器14的输出端还连接有电机17、传动机构18和带有激光雷达探测器20的前大灯19。根据AFS的转向随动功能，在灯光随方向盘转向而转到的同时，激光雷达探测器20的探测方向与大灯同步转动，用来探测弯道上的障碍物距离。本系统由电动机17、传动机构18、前大灯19和激光雷达探测器20、车速传感器15、方向盘转角传感器16和控制器14组成。控制器14根据车速和方向盘转角，计算出驾驶者期望观察的方向，然后控制电动机17，通过传动机构18拖动前大灯19与激光雷达探测器20照射到某个方向上。前大灯19与激光雷达探测器20共同与传动机构18相连，可以在水平方向上转动。

具体如图1-2所示，本发明为控制器14通过CAN总线连接车速传感器15和方向盘转角传感器16，接收车速信号以及方向盘转角信号；控制器14的输出端连接有电机17和传动机构18，传动机构18带动激光雷达探测器20的前大灯19，激光雷达探测器20的探测方向与前大灯19同步转动，探测弯道上的障碍物距离。

如图3所示，激光雷达探测器20主要包括发射板10和接收板11。发射部分包括单片机1、激光驱动器2、激光二极管3、镜片5和光电光转换电路4，接收部分包括时间数字转换器9、放大滤波电路8、PIN管7和镜片5。单片机1发送脉冲给激光驱动器2，经激光驱动器2调整后输出给激光驱动器2，激光二极管2发射激光并且经过发射镜片5，激光二极管2发射出激光脉冲的同时触发光电光转换电路4工作；接收板11接收到光电光转换电路4发送的光信号，开始计时，作为start计时点。发射出去的激光经过障碍物6折回后，接收板11上的PIN管7再次感知到此信号，经过放大滤波整形后送给时间数字转换器9，此时即为stop计时点。单片机1负责与时间数字转换器9的通信以及发送脉冲给激光驱动器2，脉冲的宽度以及脉冲的上升时间与激光二极管3的发射功率相关，脉冲宽度越宽，脉冲上升时间越短，激光二极管3的发射功率越大。激光驱动器2将单片机1发来的脉冲整形成能驱动激光二极管3的发射脉冲。由于激光二极管3从接收到发射脉冲到真正发射出激光有一个不确定的延时，这个延时是由于激光二极管3本身的温度漂移引起的，所以本系统采集部分发射光，通过光-电-光这样一个连续转换，确定了这个延时的时间差，从而在计算飞行时间时可以准确的标定出。光电光转换电路4包含PIN管7、三极管驱动电路、红外二极管。PIN管7位于激光二极管的正下方，镜片5只需要简单处理就可以让部分发射光照射到此PIN管7，PIN管7导通后三极管驱动电路开始工作，紧接着红外二极管导通，发射红外光，镜片5采集到红外光后经放大滤波整形，再传送给时间数字转换器9计时开始(start)。由于红外二级管不受温度影响，三极管采用快速三极管，延时从而可以准确的标定。此转换电路设计简单，相比纯粹用光学仪器搭建的内光路来说，体积更小。相比单片机1在发送脉冲给激光驱动器2的同时发送start信号给时间数字转换器9，更能准确的定义激光发射的初始时刻。发射出去的激光经障碍物6后折回，PIN管7接收到微弱信号，经放大滤波电路8整形后，送给时间数字转换器9计时终止(stop)。飞行时间即可由此推算出来：Tstop-Tstart。单片机1通过SPI与时间数字转换器9进行通信，同时负责发送脉冲给激光驱动器2，脉冲的宽度与周期内脉冲的个数可以通过单片机1编程实现。激光驱动器2接收到单片机1发送来的脉冲后，将其整形成符合激光二极管的驱动要求的脉冲，激光驱动器2采用的是IXD604，最大可提供4A的峰值驱动电流，满足激光二极管的功率要求。激光二极管3采用的是欧司朗SPL LL90_3，峰值功率为80W，波长905nm。镜片5除了具有衍射的作用，还可以将发射光的部分折射到位于激光二极管3正下方的PIN管7。PIN管7接收到发射光后导通，光电光转换电路4开始工作，红外二极管导通，发射红外光，此二极管位于发射板10和接收板11的衔接处，镜片5的下方，发射板10和接收板11通过软排线相连，镜片5接收到红外管发射的红外光后，聚焦到接收PIN管7上，PIN管7输出微弱信号，经放大滤波整形后发送给时间数字转换器9，此时记作start时刻。发射光照射到前方障碍物6后折回来，镜片5再次感知此光波信号，聚焦到接收PIN管7上，输出微弱信号，经放大滤波整形后发送给时间数字转换器9，此时记作stop时刻。时间数字转换器采用的是GP21，单通道模式测量精度为90ps，双通道模式测量精度为45ps。

如图4所示，本发明中激光测距采用多路激光方式实现，具体多路激光接收电路架构如图所示，本发明采用三路，该三路激光分别由各自的PIN管7转化成电流信号后输入至高速模拟开关13的三个输入端，单片机1发送控制信号选择哪一路激光电流信号被送入前置放大器12。待前置放大器12及后续电路处理完成这一路激光信号后，由单片机1发送信号选择下一路激光电路信号送入后续电路处理，待处理完毕后，再选择下一路，如此循环，从而只利用一路处理电路完成对多路激光接收的电流信号进行处理，大大节省了系统硬件成本和布置空间，降低了系统的复杂度。如图2所示，激光雷达的测量范围可以随着AFS系统的输出而改变，使用同样的功率可以测量更大的范围。而且，可以在弯道中提前发现障碍物，保证安全。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于AFS的激光雷达探测系统，其特征在于：所述的雷达探测系统为控制器(14)通过CAN总线连接车速传感器(15)和方向盘转角传感器(16)，接收车速信号以及方向盘转角信号；控制器(14)的输出端连接有电机(17)和传动机构(18)，传动机构(18)带动激光雷达探测器(20)的前大灯(19)，激光雷达探测器(20)的探测方向与前大灯(19)同步转动，探测弯道上的障碍物距离。

2.根据权利要求1所述的一种基于AFS的激光雷达探测系统，其特征在于：所述的激光雷达探测器为单片机(1)发送脉冲给激光驱动器(2)，经激光驱动器(2)调整后输出给激光二极管(3)，激光二极管(3)发射激光并且经过镜片(5)，激光二极管(3)发射出激光脉冲的同时触发光电光转换电路(4)工作；接收板(11)接收到光电光转换电路(4)发送的光信号后开始计时，作为start计时点；激光二极管(3)发射出去的激光经过障碍物(6)折回后，接收板(11)上的PIN管(7)再次感知到此信号后经过放大滤波电路(8)送给时间数字转换器(9)，此时即为stop计时点；单片机(1)根据start计时点和stop计时点的时间差计算出障碍物(6)与车辆之间的距离。

3.根据权利要求2所述的一种基于AFS的激光雷达探测系统，其特征在于：所述的PIN管(7)位于激光二极管(3)的正下方。

4.根据权利要求2所述的一种基于AFS的激光雷达探测系统，其特征在于：所述的光电光转换电路(4)为PIN管(7)首次导通之后三极管驱动电路驱动红外二极管导通，发射红外光到接收板(11)的PIN管(7)后经过放大滤波电路(8)传送给时间数字转换器(9)。

5.根据权利要求4所述的一种基于AFS的激光雷达探测系统，其特征在于：所述的红外二极管位于发射板(10)与接收板(11)的衔接处，镜片(5)的下方，发射板(10)与接收板(11)通过软排线相连。

6.根据权利要求2所述的一种基于AFS的激光雷达探测系统，其特征在于：所述的激光雷达探测器为三路激光二极管(3)分别经过各自的PIN管(7)接入模拟开关(13)的三个输入端通过前置放大器(12)接入放大滤波电路(8)后送给时间数字转换器(9)。

7.根据权利要求6所述的一种基于AFS的激光雷达探测系统，其特征在于：所述的模拟开关(13)在处理完一路激光信号后，单片机(1)发送信号对下一路激光电路信号进行处理。