CN105313890B - 一种汽车倒车辅助系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车倒车辅助系统，系统包括：车辆相对角度测量系统、方向盘或转向轮转角测量系统、雷达测距报警系统、视频信息系统、选择开关单元、车辆车速信息单元、车辆转向控制系统、整车控制系统、仪表显示系统、倒车辅助系统控制器；其中，所述倒车辅助系统控制器通过不同的连接和通讯得到系统所需的参数数据，通过自身的算法和插值列表得到车辆的准确倒车角度，并得到车辆转向控制系统提出的所需的正确参数进而传递给车辆转向控制系统，以实现正确的倒车路径；所述选择开关单元可以完成自动或手动控制的切换。使用上述系统可实现把车辆自动或手动倒入指定位置而不会发生安全事件。
Description
技术领域
本发明具体涉及一汽车倒车辅助系统。
背景技术
汽车在使用过程中，司机普遍反映倒车困难，特别是商用半挂车在倒车过程非常不方便，费时而且还有很大的安全隐患。为此，目前有相应的倒车雷达和视频检测等系统出现，能够有效的解决一些问题。但是对于18米长的商用半挂车来说，这种设备无法真正解决问题，无法帮助司机把挂车倒入理想的位置，容易引起倒车安全问题。
发明内容
本发明针对上述原因提供一种倒车辅助系统，该系统能够实时监测周围环境并引导或自动使车辆倒入指定位置。
本发明技术方案：一种汽车倒车辅助系统，该系统包括：车辆相对角度测量系统、方向盘或转向轮转角测量系统、雷达测距报警系统、视频信息系统、选择开关单元、车辆车速信息单元、车辆转向控制系统、整车控制系统、仪表显示系统、倒车辅助系统控制器；车辆相对角度测量系统与倒车辅助系统控制器连接并通讯，方向盘或转向轮转角测量系统与倒车辅助系统控制器连接并通讯，雷达测距报警系统与倒车辅助系统控制器连接并通讯，视频信息系统与倒车辅助系统控制器连接并通讯，选择开关单元和车辆车速信息单元与倒车辅助系统控制器连接并通讯，车辆转向控制系统与倒车辅助系统控制器连接并通讯，整车控制系统和仪表显示系统与倒车辅助系统控制器连接并通讯；其中，所述倒车辅助系统控制器通过不同的连接和通讯得到系统所需的参数数据，通过自身的算法和插值列表得到车辆的准确倒车角度，并得到车辆转向控制系统提出的所需的正确参数进而传递给车辆转向控制系统，以实现正确的倒车路径；所述整车控制系统和仪表显示系统用于提示或显示所需要的倒车参数给司机，以便使其根据给出的提示完成最佳倒车路径；所述选择开关单元可以完成自动或手动控制的切换，所述仪表显示系统还可进行路径显示、信息提醒和声音报警。
其中，所述车辆相对角度测量系统通过测量车辆停放位置处的车下引导装置和车辆自身的引导测量系统之间的角度差来确定车辆与水平方向的夹角β，并将角度参数输入给倒车辅助系统控制器。
其中，所述方向盘或转向轮转角测量系统是用来测量车辆方向盘的转动角度或转向轮的转向角度α，进而确定车辆的运行方向信息，并将角度参数输入给倒车辅助系统控制器。
其中，在车辆倒车过程中，所述雷达测距报警系统通过自身的雷达探测系统探测其有效范围内的车辆停放位置处的引导装置，并把信息输入给倒车辅助系统控制器，进而实现实时显示车辆与后部引导装置的距离，提示司机安全倒车。
其中，所述视频信息系统安装于车辆后部，其通过摄像机实时采集有效范围内的车辆停放位置处的引导装置的信息，并将信息输入给倒车辅助系统控制器；进而实现实时显示车辆后部在倒车过程中的环境信息，提示司机安全倒车。
其中，所述选择开关单元和所述车辆车速信息单元均可采用车辆自身的选择按钮来实现各单元信号采集，车速信息可通过车辆自身的车速传感器或总线上信号获得；从所述选择开关单元和所述车辆车速信息单元采集到的信号共同提供给倒车辅助系统控制器，使其能够控制自动倒车和手动倒车是否启动。
其中，所述车辆转向控制系统是一个大扭矩高可靠性的伺服系统，该系统可根据倒车辅助系统控制器的输出信息，自动调整转向轮转向角度，方便倒车。
其中，所述整车控制系统是车辆自身的控制系统，所述仪表系统是信息显示系统，辅助倒车控制器与整车控制系统、仪表系统进行通信连接，方便把倒车过程中的实时信息通过仪表进行显示、报警音提示。
其中，所述车辆相对角度测量系统是一个由车下引导装置B1－BN和车身引导测量系统B组成；车下引导装置B1－BN是一个可由激光、雷达、红外、视频摄像探测到的一个圆形或偶数多边形的扁平装置，在所述的装置表面上用与该装置底色不同的颜色画出边缘线和过中心的线，该装置可以与车身引导测量系统B一起实时测量车辆与水平方向的夹角β。
其中，所述车下引导装置B1－BN的底色为白色，其边缘线为黑色，线的宽度为25mm；若装置B1－BN是圆形装置，则在该装置表面画出2条通过圆心的直径，线与线的夹角为90°，线的颜色为黑色，宽度为25mm；若装置B1－BN是偶数多边形装置，则在该装置表面划出2条以上的对角线；该装置B1－BN是一个可移动的，可调整高度的装置，能够接受和发射角度信号，高度调整应与车身上的引导测量系统B相同。
其中，所述方向盘或转向轮转角测量系统通过由安装于方向盘上的角度传感器测量得到转向信息，还可通过安装在转向轮上的角度传感器获得转向信息；信息通过方向盘或转向轮转角测量系统的处理后转给倒车辅助控制系统。
其中，所述倒车辅助系统控制器负责信号采集、信号处理、算法运行和控制输出；通过对信号的采集处理，控制器依据基于神经网络控制、模糊控制、多维模糊控制、自适应模糊控制算法进行最优计算，得出司机在倒车过程中应如何转动方向盘进而达到合适的转向轮转角，结合长期标定的经验值参数进行对比校正，从而给仪表系统和车辆转向控制系统以合理的参数，实现安全倒车。
本发明的有益效果在于：通过对车辆和引导装置的相对角度测量，基于神经网络或模糊算法计算出司机所需要转动方向盘的角度，配合雷达和视频监控系统采集的信息，大量标定采集的有经验司机的合理倒车方法，结合以上的综合因素可直观的把车辆自动或手动倒入指定位置而不会发生安全事件。
附图说明
图1系统框图
图2车辆倒车辅助示意图
图3车辆相对角度测量系统原理图
图4模拟效果图
图5引导装置示意图
具体实施方式
图1至图5所示是一种汽车倒车辅助系统，系统包括车辆相对角度测量系统、方向盘/转向轮转角测量系统、雷达测距报警系统、视频信息系统、选择开关和车辆车速信息、车辆转向控制系统、整车控制系统和仪表系统、倒车辅助系统控制器。各部件和系统之间通过连接或通信得到相应的控制信号，提供给执行机构或司机参考倒车。
图1中的倒车辅助系统控制器用于接收各个子系统的输入信息，通过自身的基于神经网络控制、模糊控制等不同的控制方法及算法，再结合产品前期采集有丰富经验的司机进行的大量代表性的倒车试车模拟数据，两者通过比较差值等方法输出相应的控制要求，控制车辆实现自动或手动倒车，完成倒车辅助功能。雷达测距和视频信息分别给倒车辅助系统控制器输入车辆后部离引导装置的距离和后部和引导装置的环境信息，当后尾部和车下引导装置B1……BN的距离小于300mm时雷达测距会把信号发送给倒车辅助系统控制器，倒车辅助系统控制器再发给整车控制系统和仪表用以显示距离。同时，视频信息会通过摄像头或红外等成像设备把车辆尾部和车下引导装置B1……BN环境信息发送给倒车辅助系统控制器，倒车辅助系统控制器再发给整车控制系统和仪表用以显示周围环境是否异常。
方向盘/转向轮角度传测量系统是一个可以测量方向盘或者转向轮角度α(如图2所示)，该角度使倒车辅助系统可判断车辆此时的转向位置和角度。汽车在倒车过程中只有不停的调整该角度的大小才能保证倒车时挂车后尾部的车身引导测量系统B和车下引导装置B1－BN重合，并使车辆最终处在理想的水平位置(如图2所示)。
选择开关是一个可以切换的开关，目的是控制倒车辅助系统控制器是进行倒车自动控制还是和司机一起完成倒车控制，若车辆带有自动控制转向系统，车辆可以和自动控制转向系统配合完成自动倒车辅助控制。若车辆不带自动控制转向系统，车辆可以由司机来进行倒车，车辆辅助系统会通过角度传感器的参数、雷达距离、视频信息等输入通过算法和标定值来确定司机向哪个方向转动方向盘，以及转动的角度是多少，通过语音或视频信息显示给司机，帮助司机完成倒车工作。而以上工作都是在倒车车速小于10km/h时才允许系统激活工作。
倒车辅助系统所采用的算法是基于神经网络控制。如图2所示，已知挂车尾部的中心位置为(Xqiany，Yqiany)，挂车与水平方向的夹角为β。牵引车头与水平方向的夹角为α。现在控制的目标是：(Xqiany，Yqiany)尽量与指定位置(Xdaoche，Ydaoche)重合.挂车的方向角β为0，而牵引车头的方向角α要求不高或不做要求，这是一个复杂的非线性控制问题。首先，建立目标函数Df。
Df＝[a1(Xdaoche-Xqiany)2+a2(Ydaoche-Yqiany)2+a3(0-β)2]
其中，a1、a2、a3为权系数，依据设计者眼中各个部分的权重来选择。
引入目标函数之后.控制的目标就是要使得目标函数Df最小。在每个步长里面.控制器都会生成一个方向盘转角α，根据这个转角和前一个时刻车尾的位置，可以决定本步长内车尾要达到的位置。由于步长很小，每个步长有反馈，所以汽车能够比较准确地倒车。
图3中车辆相对角度测量系统是一个由车下引导装置B1－BN和车身引导测量系统组成。车下引导装置B1－BN是一个可由激光、雷达、红外、视频摄像等探测到的一个圆形或偶数多边形的扁平装置。挂车车身上车辆相对角度测量系统会通过控制器(可装1个以上)发出测量信号给一一对应的车下引导装置B1－BN，通过信号或者波的传递可以测量出来控制器与车下引导装置之间的相对角度，从而计算出挂车车身在倒车过程中的水平夹角β和相对坐标距离Xdaoche-Xqiany和Ydaoche-Yqiany，进而得到Df。
图4所示为倒车辅助系统够帮助司机达到的倒车效果和过车控制模拟图。
图5为一个车下引导装置B1－BN，为一个圆形的扁状物，可发射接受来自车身较多车下引导装置B1－BN的信号，相互可以标定，抗干扰，具有唯一性。其中，B1－BN外径250mm，底色为白色，其边缘线为黑色，线的宽度为25mm，可随意调整位置。装置B1－BN若是圆形装置，应在该装置表面画出2条以上通过圆心的直径，线与线的夹角尽量接近90°，线的颜色为黑色，宽度为25mm。以上颜色都是满足雷达测距系统和视频系统探测方便。
Claims (10)
1.一种汽车倒车辅助系统，该系统包括：车辆相对角度测量系统、方向盘或转向轮转角测量系统、雷达测距报警系统、视频信息系统、选择开关单元、车辆车速信息单元、车辆转向控制系统、整车控制系统、仪表显示系统、倒车辅助系统控制器；车辆相对角度测量系统与倒车辅助系统控制器连接并通讯，方向盘或转向轮转角测量系统与倒车辅助系统控制器连接并通讯，雷达测距报警系统与倒车辅助系统控制器连接并通讯，视频信息系统与倒车辅助系统控制器连接并通讯，选择开关单元和车辆车速信息单元与倒车辅助系统控制器连接并通讯，车辆转向控制系统与倒车辅助系统控制器连接并通讯，整车控制系统和仪表显示系统与倒车辅助系统控制器连接并通讯；其特征在于：其中，所述倒车辅助系统控制器通过不同的连接和通讯得到系统所需的参数数据，通过自身的算法和插值列表得到车辆的准确倒车角度，并得到车辆转向控制系统提出的所需的正确参数进而传递给车辆转向控制系统，以实现正确的倒车路径；所述整车控制系统和仪表显示系统用于提示或显示所需要的倒车参数给司机，以便使其根据给出的提示完成最佳倒车路径；所述选择开关单元可以完成自动或手动控制的切换，所述仪表显示系统还可进行路径显示、信息提醒和声音报警；
所述车辆相对角度测量系统通过测量车辆停放位置处的车下引导装置和车辆自身的引导测量系统之间的角度差来确定车辆与水平方向的夹角β，并将角度参数输入给倒车辅助系统控制器；
所述车辆相对角度测量系统是一个由车下引导装置B1－BN和车身引导测量系统B组成；车下引导装置B1－BN是一个可由激光、雷达、红外、视频摄像探测到的一个圆形或偶数多边形的扁平装置，在所述的装置表面上用与该装置底色不同的颜色画出边缘线和过中心的线，该装置可以与车身引导测量系统B一起实时测量车辆与水平方向的夹角β。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述方向盘或转向轮转角测量系统是用来测量车辆方向盘的转动角度或转向轮的转向角度α，进而确定车辆的运行方向信息，并将角度参数输入给倒车辅助系统控制器。
3.根据权利要求1的系统，其特征在于：在车辆倒车过程中，所述雷达测距报警系统通过自身的雷达探测系统探测其有效范围内的车辆停放位置处的引导装置，并把信息输入给倒车辅助系统控制器，进而实现实时显示车辆与后部引导装置的距离，提示司机安全倒车。
4.根据权利要求1的系统，其特征在于：所述视频信息系统安装于车辆后部，其通过摄像机实时采集有效范围内的车辆停放位置处的引导装置的信息，并将信息输入给倒车辅助系统控制器；进而实现实时显示车辆后部在倒车过程中的环境信息，提示司机安全倒车。
5.根据权利要求1的系统，其特征在于：所述选择开关单元和所述车辆车速信息单元均可采用车辆自身的选择按钮来实现各单元信号采集，车速信息可通过车辆自身的车速传感器或总线上信号获得；从所述选择开关单元和所述车辆车速信息单元采集到的信号共同提供给倒车辅助系统控制器，使其能够控制自动倒车和手动倒车是否启动。
6.根据权利要求1的系统，其特征在于：所述车辆转向控制系统是一个大扭矩高可靠性的伺服系统，该系统可根据倒车辅助系统控制器的输出信息，自动调整转向轮转向角度，方便倒车。
7.根据权利要求1的系统，其特征在于：所述整车控制系统是车辆自身的控制系统，所述仪表显示系统是信息显示系统，倒车辅助系统控制器与整车控制系统、仪表显示系统进行通信连接，方便把倒车过程中的实时信息通过仪表进行显示、报警音提示。
8.根据权利要求1的系统，其特征在于：所述车下引导装置B1－BN的底色为白色，其边缘线为黑色，线的宽度为25mm；若装置B1－BN是圆形装置，则在该装置表面画出2条通过圆心的直径，线与线的夹角为90°，线的颜色为黑色，宽度为25mm；若装置B1－BN是偶数多边形装置，则在该装置表面划出2条以上的对角线；该装置B1－BN是一个可移动的，可调整高度的装置，能够接受和发射角度信号，高度调整应与车身上的引导测量系统B相同。
9.根据权利要求2的系统，其特征在于：所述方向盘或转向轮转角测量系统通过由安装于方向盘上的角度传感器测量得到转向信息，还可通过安装在转向轮上的角度传感器获得转向信息；转向信息通过方向盘或转向轮转角测量系统的处理后转给倒车辅助系统控制器。
10.根据权利要求1的系统，其特征在于：所述倒车辅助系统控制器负责信号采集、信号处理、算法运行和控制输出；通过对信号的采集处理后控制器基于神经网络控制、模糊控制、多维模糊控制、自适应模糊控制算法进行最优计算，得出司机在倒车过程中应如何转动方向盘进而达到合适的转向轮转角，还能结合长期标定的经验值参数进行对比校正，从而给仪表显示系统和车辆转向控制系统以合理的参数，实现安全倒车。
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