CN106004659B - 车辆周围环境感知系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种车辆周围环境感知系统，系统设有总控制单元，超声波雷达单元输出探测信号至超声波雷达控制器，所述超声波雷达控制器通过CAN总线与总控制单元连接，所述总控制单元经CAN总线连接毫米波雷达单元、视觉感知模块；本发明的优点在于系统充分利用了现有传感器技术并进行了整合，替代了昂贵的激光雷达，降低了智能车环境感知系统的成本。采用超声波雷达实现近距离探测，克服了毫米波雷达近距离探测盲区和探测精度不高的问题。

Description

车辆周围环境感知系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能车技术领域，具体涉及一种低成本的智能车环境感知系统及其实现方法。

背景技术

目前车辆要实现智能辅助驾驶和自动驾驶，需要通过传感器探测车辆周围环境，常采用视觉传感器、毫米波雷达传感器和激光雷达传感器。比如Google的智能车采用64线激光雷达实现360°检测，再配合视觉传感器实现对周围环境的感知，成本高，难以实现量产。

目前中高档车辆装备有盲区检测、变道辅助、360°全景、倒车雷达以及前方碰撞预警和自动紧急制动(Autonomous Emergency Braking,AEB)等主动安全技术，涉及的传感器包括前视摄像头、超声波雷达、毫米波雷达等传感器。但整体安装成本较高，会增加车辆销售价格。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种成本低、使用方便的车辆周围环境感知系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：车辆周围环境感知系统，其特征在于：系统设有总控制单元，超声波雷达单元输出探测信号至超声波雷达控制器，所述超声波雷达控制器通过CAN总线与总控制单元连接，毫米波雷达单元将探测的目标信息通过CAN总线发送至所述总控制单元；

所述超声波雷达单元包括设置在车辆前方和后方采集车辆前后障碍物距离信息的超声波雷达，以及设置在车辆两侧采集车辆左右障碍物距离信息的超声波雷达；

所述毫米波雷达单元包括设置在车辆前方两侧采集车辆左前方和右前方障碍物相对距离、速度和方位角度的毫米波雷达，设置在车辆后方两侧采集车辆左后方和右后方障碍物相对距离、速度和方位角度的毫米波雷达，以及设置在车辆前方采集车辆前方障碍物相对距离和速度的毫米波雷达。

车辆每侧均设有两组路沿雷达单元，且一组位于车头，另一组位于车尾，所述路沿雷达单元输出近距离障碍物信号至总控制单元，每组所述路沿雷达单元包括两个上下布局固定的雷达传感器，且每组路沿雷达单元的雷达传感器间距小于5cm。

所述总控制单元经CAN总线连接环境感知摄像头，所述环境感知摄像头安装在车内前部，采集车辆前方图像信息。

所述总控制单元输出信号至车内的报警单元和显示单元。

所述总控制单元输出控制信号至车门锁控制单元和车辆主动制动控制单元。

基于所述车辆周围环境感知系统的控制方法：

车辆启动后，系统上电自检；

总控制单元实时接收超声波雷达单元的信号，并将前后方和两侧的障碍物距离信息显示在显示单元上，若障碍物距离小于设定的间距报警阈值，则通过报警单元报警。

总控制单元实时接收毫米波雷达单元的信号，若当前车速大于20km/s，且位于车辆正前方的毫米波雷达感应到前方障碍物的相对速度、距离数值均达到预设的主动制动阈值，则主动制动控制单元对车辆进行主动制动。

总控制单元实时接收毫米波雷达单元的信号，若车辆处于静止状态，且位于车辆前方两侧或后方两侧的毫米波雷达感应到存在障碍物的相对速度、距离、方位角度均达到预设的开门碰撞预警值，则控制车门锁控制单元仅锁止存在障碍物一侧的车门，并在障碍物离开毫米波雷达单元检测范围设定时间后控制车门锁控制单元解除车门锁止状态。

总控制单元实时接收路沿雷达单元的信号，所述路沿雷达单元设定探测范围为1.5m，若车辆当前车速小于20km/s，且同侧的两组路沿雷达单元均探测到有障碍物，则在显示单元上显示每组路沿雷达单元的探测距离。

若路沿雷达单元同组的两个雷达传感器，探测的距离之差小于预设值，则显示的探测距离为较小的一个雷达传感器探测的距离；

若路沿雷达单元同组的两个雷达传感器，探测的距离之差大于等于预设值，则显示的探测距离为s；

同组路沿雷达单元位于上方的雷达传感器距离障碍物距离为H1，位于下方的雷达传感器距离障碍物距离为H2，两个雷达传感器的间距为H3，利用H1、H2和H3计算H1与H3的夹角α，则s＝H1*sinα。

本发明的优点在于系统充分利用了现有传感器技术并进行了整合，替代了昂贵的激光雷达，降低了智能车环境感知系统的成本。采用超声波雷达实现近距离探测，克服了毫米波雷达近距离探测盲区和探测精度不高的问题。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为车辆周围环境感知系统框图；

图2为车辆周围环境感知系统安装示意图；

上述图中的标记均为：1、总控制单元；2、超声波雷达单元；3、超声波雷达控制器、4、毫米波雷达单元；5、路沿雷达单元；6、环境感知摄像头。

具体实施方式

本申请能够综合利用现有传感器技术，替代激光雷达实现对车辆周围环境的感知，实现辅助驾驶和自动驾驶，将会大大降低智能车技术成本，加快智能车产业化步伐。

如图1所示，车辆周围环境感知系统包括总控制单元1、超声波雷达单元2、超声波雷达控制器3、毫米波雷达单元4、路沿雷达单元5和环境感知摄像头6。

超声波雷达单元2包括前方近距离目标检测超声波雷达，优选设置两个；车辆右侧车道内车辆检测超声波雷达，优选一侧设置四个，后方近距离目标检测超声波雷达，优选设置两个；车辆左侧车道内车辆检测超声波雷达，优选一侧设置四个；超声波雷达单元2输出探测信号至超声波雷达控制器3，所述超声波雷达控制器3通过CAN总线与总控制单元1连接。

毫米波雷达单元4包括前方防撞毫米波雷达，左右前方目标检测毫米波雷达；左右后方目标检测毫米波雷达，总控制单元1经CAN总线连接毫米波雷达单元4。

前方防撞毫米波雷达用于实时检测前方运动和静止的目标的相对距离、速度和方位角度，进一步判断车辆直行是否危险及其危险程度，以及是否采集预警或者制动干预。

前方左、右测雷达用于实时检测车辆左前方和右前方区域内的运动或者静止的目标的相对距离、速度和方位角度，判断如果前方可能发生碰撞风险的情况下，是否可以通过转向朝相邻车道变道。同时在车辆后方左右侧后视雷达的配合下实现安全变道。

车辆后方左右侧后视雷达用于检测车辆正后方、左右侧相邻车道后方区域是否有接近车辆，辅助本车车辆安全变道、盲区危险目标识别预警以及车辆开门安全预警。

环境感知摄像头6用于配合前方雷达进一步识别目标的类型，对目标的危险程度进一步进行判断，给紧急避撞提供依据。雷达和视觉的信息融合能够有效提高前方环境感知的准确性和有效性。

超声波雷达用于检测车辆左右前方和正前方5米内的目标和本车的相对距离，弥补前方雷达近距离探测精度偏低的不足。提高距离探测的精度。

超声波雷达用于检测车辆左右相邻车道内的目标及其相对距离，用于检测相邻车道内车况。

超声波雷达用于检测车辆左右侧相邻车道后方区域和正后方区域5米内的目标，弥补后方雷达近距离探测精度偏低的不足，提高距离探测精度。

超声波雷达控制器3用于采集12个超声波雷达输入信号并通过计算得到目标和雷达的相对距离。并通过雷达的安装位置和车辆坐标系之间的关系计算出目标相对车辆的位置信息。

车辆每侧均设有两组路沿雷达单元5，且一组位于车头，另一组位于车尾，设置在两头，可以避免障碍物对探测路沿探测造成干扰(如电线柱)，路沿雷达单元5输出近距离障碍物信号至总控制单元1，同侧的两组路沿雷达单元5布置高度相同，此外，每组路沿雷达单元5包括两个上下布局固定的雷达传感器，且每组路沿雷达单元5的雷达传感器间距小于5cm，固定是，同侧两组路沿雷达单元5位于上方的雷达传感器布置高度相同，而同侧两组路沿雷达单元5位于下方的雷达传感器布置高度也相同。通两个传感器，能个精准的测量出路沿与车辆的距离，方便驾驶员侧方位停车。

为了能够提高车辆智能控制的性能，总控制单元1输出信号至车内的报警单元和显示单元，同时总控制单元1输出控制信号至车门锁控制单元和车辆主动制动控制单元，可以对车辆进行主动控制和报警。

基于上述车辆周围环境感知系统的控制方法：

车辆启动后，系统上电自检；

总控制单元1实时接收超声波雷达单元2的信号，并将前后方和两侧的障碍物距离信息显示在显示单元上，若障碍物距离小于设定的间距报警阈值，则通过报警单元报警。通过此控制，能够让驾驶员实时了解车辆与周围障碍物之间的间距，避免碰擦。

总控制单元1实时接收毫米波雷达单元4的信号，若当前车速大于20km/s(避免停车时主动制动的介入干预，影响停车)，且位于车辆正前方的毫米波雷达感应到前方障碍物的相对速度、距离数值均达到预设的主动制动阈值，则主动制动控制单元对车辆进行主动制动。

总控制单元1实时接收毫米波雷达单元4的信号，若车辆处于静止状态，且位于车辆前方两侧或后方两侧的毫米波雷达感应到存在障碍物的相对速度、距离、方位角度均达到预设的开门碰撞预警值，则控制车门锁控制单元仅锁止存在障碍物一侧的车门，并在障碍物离开毫米波雷达单元4检测范围设定时间后控制车门锁控制单元解除车门锁止状态，即延迟一段时间后解锁，让可能发生碰擦的障碍物有足够的时间通过车辆。

总控制单元1实时接收路沿雷达单元5的信号，所述路沿雷达单元5设定探测范围为1.5m，若车辆当前车速小于20km/s，且同侧的两组路沿雷达单元5均探测到有障碍物，则在显示单元上显示每组路沿雷达单元5的探测距离，限定路沿雷达单元5的探测距离能够让其仅探测到路沿，避免其他障碍物对驾驶员造成干扰，而对于路沿的探测，一般仅在停车时需要，因此在车速小于20km/s时启动，因为探测距离有限，若同侧的两组路沿雷达单元5均探测到有障碍物，则车辆一侧存在路沿或障碍物(其他车辆、墙、护栏等)，通过显示前后两组路沿雷达单元5的探测距离，能让驾驶员了解到车辆是否摆正。

若路沿雷达单元5同组的两个雷达传感器，探测的距离之差小于预设值，则显示的探测距离为较小的一个雷达传感器探测的距离；预设值可以是同组两个雷达传感器的间距，若同组两个雷达传感器的差值较小或相同，则说明障碍物的高度接近或超过路沿雷达单元5的布置位置，因此显示较小的一个雷达传感器探测的距离，能够较为精准的反应车辆与障碍物的相对间距。

若路沿雷达单元5同组的两个雷达传感器，探测的距离之差大于等于预设值，则显示的探测距离为s；

同组路沿雷达单元5位于上方的雷达传感器距离障碍物距离为H1，位于下方的雷达传感器距离障碍物距离为H2，两个雷达传感器的间距为H3，利用H1、H2和H3计算H1(所在边)与H3(所在边)的夹角α，则s＝H1*sinα。

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，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.车辆周围环境感知系统，其特征在于：车辆周围环境感知系统设有总控制单元，超声波雷达单元输出探测信号至超声波雷达控制器，所述超声波雷达控制器通过CAN总线与总控制单元连接，毫米波雷达单元将探测的目标信息通过CAN总线发送至所述总控制单元；

所述超声波雷达单元包括设置在车辆前方和后方采集车辆前后障碍物距离信息的超声波雷达，以及设置在车辆两侧采集车辆左右障碍物距离信息的超声波雷达；

所述毫米波雷达单元包括设置在车辆前方两侧采集车辆左前方和右前方障碍物相对距离、速度和方位角度的毫米波雷达，设置在车辆后方两侧采集车辆左后方和右后方障碍物相对距离、速度和方位角度的毫米波雷达，以及设置在车辆前方采集车辆前方障碍物相对距离和速度的毫米波雷达;

车辆每侧均设有两组路沿雷达单元，且一组位于车头，另一组位于车尾，所述路沿雷达单元输出近距离障碍物信号至总控制单元，每组所述路沿雷达单元包括两个上下布局固定的雷达传感器，且每组路沿雷达单元的雷达传感器间距小于5cm;

基于车辆周围环境感知系统的控制方法：

车辆启动后，系统上电故障自检；

总控制单元实时接收超声波雷达单元的信号，并将前后方和两侧的障碍物距离信息显示在显示单元上，若障碍物距离小于设定的间距报警阈值，则通过报警单元报警。

2.根据权利要求1所述的车辆周围环境感知系统，其特征在于：所述总控制单元经CAN总线连接环境感知摄像头，所述环境感知摄像头安装在车内前部，采集车辆前方图像信息。

3.根据权利要求2所述的车辆周围环境感知系统，其特征在于：所述总控制单元输出信号至车内的报警单元、显示单元或者车内光环境氛围灯。

4.根据权利要求3所述的车辆周围环境感知系统，其特征在于：所述总控制单元输出控制信号至车门锁控制单元和车辆主动制动控制单元。

5.根据权利要求1所述的车辆周围环境感知系统，其特征在于：总控制单元实时接收毫米波雷达单元的信号，若当前车速大于20km/s，且位于车辆正前方的毫米波雷达感应到前方障碍物的相对速度、距离数值均达到预设的主动制动阈值，则主动制动控制单元对车辆进行主动制动。

6.根据权利要求5所述的车辆周围环境感知系统，其特征在于：总控制单元实时接收毫米波雷达单元的信号，若车辆处于静止状态，且位于车辆前方两侧或后方两侧的毫米波雷达感应到存在障碍物的相对速度、距离、方位角度均达到预设的开门碰撞预警值，则控制车门锁控制单元仅锁止存在障碍物一侧的车门，并在障碍物离开毫米波雷达单元检测范围设定时间后控制车门锁控制单元解除车门锁止状态。

7.根据权利要求1所述的车辆周围环境感知系统，其特征在于：总控制单元实时接收路沿雷达单元的信号，所述路沿雷达单元设定探测范围为1.5m，若车辆当前车速小于20km/s，且同侧的两组路沿雷达单元均探测到有障碍物，则在显示单元上显示每组路沿雷达单元的探测距离。

8.根据权利要求7所述的车辆周围环境感知系统，其特征在于：

若路沿雷达单元同组的两个雷达传感器，探测的距离之差小于预设值，则显示的探测距离为较小的一个雷达传感器探测的距离；

若路沿雷达单元同组的两个雷达传感器，探测的距离之差大于等于预设值，则显示的探测距离为s；

同组路沿雷达单元位于上方的雷达传感器距离障碍物距离为H1，位于下方的雷达传感器距离障碍物距离为H2，两个雷达传感器的间距为H3，利用H1、H2和H3计算H1与H3的夹角α，则s=H1*sinα。