CN106740633A - 一种检测车后方障碍物位置和高度的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测车后方障碍物位置和高度的系统及方法，系统包括有倒车传感器、主控制器、第一组倒车雷达、第二组倒车雷达、显示屏和蜂鸣器，其中倒车传感器、第一组倒车雷达和第二组倒车雷达分别与主控制器相连接，主控制器还与显示屏和蜂鸣器相连接，倒车传感器设在车辆倒车档位上，其方法为：步骤一、主控制器检测到倒车传感器发来的倒挡信号后，开始执行第一组倒车雷达检测障碍物位置程序；步骤二、一个检测障碍物位置循环后，则开始执行第二组倒车雷达检测障碍物高度程序；有益效果：通过显示屏以及蜂鸣器发出报警信息；避免道路中间出现的高度低于车辆最小离地间隙。

Description

一种检测车后方障碍物位置和高度的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种障碍物位置和高度的系统及方法，特别涉及一种检测车后方障碍物位置和高度的系统及方法。

背景技术

当前，随着汽车电子技术的发展，汽车的智能化已经成为大势所趋，倒车雷达的出现解决了驾驶员在倒车过程中因视野死角或者视野模糊区的存在而导致的刮车、碰撞等问题。倒车雷达能够在驾驶员视野的死角处，通过声音、图像、文字等形式为驾驶员提供车后方障碍物信息以及报警服务，使得驾驶员对车后方障碍物的情况了解得更加清楚。对驾驶员起步、倒车、泊车等环节起到很大帮助，进一步提高驾驶安全性。

但是现在市场上的传统倒车雷达系统，其显示界面一般如图1所示，仅能为驾驶员提供模糊的车后方障碍物方向信息，即左、左中、右中和右方向，驾驶员不能获取障碍物的准确位置信息；此外，位于车后轮中间方向的路面低矮突起或者小型障碍物如易拉罐、可乐瓶等低于车辆最小离地间隙的杂物并不会影响正常倒车，但是同样会引起传统倒车雷达系统的冗余报警，影响驾驶员正常操作车辆。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统倒车雷达系统在使用过程中存在的严重不足而提供的一种检测车后方障碍物位置和高度的系统及方法。

本发明提供的检测车后方障碍物位置和高度的系统包括有倒车传感器、主控制器、第一组倒车雷达、第二组倒车雷达、显示屏和蜂鸣器，其中倒车传感器、第一组倒车雷达和第二组倒车雷达分别与主控制器相连接，主控制器还与显示屏和蜂鸣器相连接，倒车传感器设在车辆倒车档位上，第一组倒车雷达和第二组倒车雷达设在车辆后部，显示屏和蜂鸣器设在驾驶室内驾驶位处的仪表盘上。

第一组倒车雷达包括第一雷达、第二雷达、第三雷达和第四雷达，第一雷达、第二雷达、第三雷达和第四雷达位于汽车尾部上方呈水平均匀分布，第二组倒车雷达包括第二雷达、第三雷达、第五雷达、第六雷达和第七雷达，其中第五雷达、第六雷达和第七雷达位于汽车尾部下方呈水平均匀分布，并且在竖直方向上，分别位于第一组倒车雷达相邻两雷达中间。

显示屏将车后方障碍物的位置信息通过极坐标系的形式展示给驾驶员，极坐标系的中心点为汽车尾部边缘的中心；障碍物的方向角度和距离、低矮障碍物和危险标志信息通过文字、数字以及图形的方式展示在显示屏上。

第一雷达、第二雷达、第三雷达、第四雷达、第五雷达、第六雷达和第七雷达为超声波雷达传感器，具有发射和接收两种模式。

本发明提供的检测车后方障碍物位置和高度的方法，其方法如下所述：

步骤一、主控制器检测到倒车传感器发来的倒挡信号后，开始执行第一组倒车雷达检测障碍物位置程序，当主控制器开始执行检测障碍物位置程序后，第一组倒车雷达中的第一雷达、第二雷达、第三雷达和第四雷达分为四个小组循环进行三角形测距工作，第一小组：第一雷达发射，第一雷达和第二雷达接收；第二小组：第二雷达发射，第二雷达和第三雷达接收；第三小组：第三雷达发射，第三雷达和第四雷达接收；第四小组：第四雷达发射，第三雷达和第四雷达接收，每个小组探测并解算出来三角形的高即为障碍物距离车尾的距离dis，三角形的一个底角角度θ₁通过进一步解算可以得到障碍物在极坐标系下的角度θ，在一个位置检测循环内，当相邻小组都检测障碍物时，比较两次障碍物的位置角度θ以及距离dis,若近似，则认为是检测到同一个障碍物，取两次位置角度θ以及距离dis的平均值作为该障碍物的位置信息，否则认为检测到不同的障碍物，分别在显示屏上显示相关信息；

步骤二、一个检测障碍物位置循环后，当距离dis小于安全距离dis_safe时，判断障碍物是否位于两后轮中间方向，如果不是，主控制器控制蜂鸣器工作并且点亮显示屏右下方的危险标志并闪烁，向驾驶员发出报警信息；如果是，则开始执行第二组倒车雷达检测障碍物高度程序，此时第二组倒车雷达中的第二雷达、第三雷达、第五雷达、第六雷达和第七雷达分为两小组进行三角锥测高工作，第一小组：第二雷达发射，第二雷达、第五雷达和第六雷达接收；第二小组：第三雷达发射，第三雷达、第六雷达和第七雷达接收，通过每个小组探测并解算的三角锥结合倒车雷达的距地高度可以得到障碍物的高度h，当h小于车辆最小离地间隙h_min时，认为障碍物不会影响正常倒车，显示屏在极坐标系下显示低矮障碍物位置信息，并且不报警，当h≥h_min时，正常报警，当两个小组都检测到障碍物时，直接取最大高度与h_min比较。

本发明的有益效果：

本发明提供的检测车后方障碍物位置和高度的系统及方法一方面在于为驾驶员提供车后方障碍物的具体位置信息，包括具体的方向和距离信息，并在障碍物将会妨碍倒车时，通过显示屏以及蜂鸣器发出报警信息；另一方面，避免道路中间出现的高度低于车辆最小离地间隙，不会影响正常倒车的路面低矮凸起或小型障碍物而引起的冗余报警。

附图说明

图1是传统倒车雷达系统显示界面图。

图2是本发明系统结构示意图。

图3是本发明系统工作流程图。

图4是本发明倒车雷达空间布置示意图。

图5是本发明显示屏界面图。

图6是第一组倒车雷达三角形测距原理示意图。

图7是第二组倒车雷达三角锥测高原理示意图a。

图8是第二组倒车雷达三角锥测高原理示意图b。

1、倒车传感器 2、主控制器 3、第一组倒车雷达 4、第二组倒车雷达

5、显示屏 6、蜂鸣器 11、第一雷达 12、第二雷达 13、第三雷达

14、第四雷达 15、第五雷达 16、第六雷达 17、第七雷达。

具体实施方式

请参阅图2、图3、图4和图5所示：

本发明提供的检测车后方障碍物位置和高度的系统包括有倒车传感器1、主控制器2、第一组倒车雷达3、第二组倒车雷达4、显示屏5和蜂鸣器6，其中倒车传感器1、第一组倒车雷达3和第二组倒车雷达4分别与主控制器2相连接，主控制器2还与显示屏5和蜂鸣器6相连接，倒车传感器1设在车辆倒车档位上，第一组倒车雷达3和第二组倒车雷达4设在车辆后部，显示屏5和蜂鸣器6设在驾驶室内驾驶位处的仪表盘上。

第一组倒车雷达3包括第一雷达11、第二雷达12、第三雷达13和第四雷达14，第一雷达11、第二雷达12、第三雷达13和第四雷达14位于汽车尾部上方呈水平均匀分布，第二组倒车雷达4包括第二雷达12、第三雷达13、第五雷达15、第六雷达16和第七雷达17，其中第五雷达15、第六雷达16和第七雷达17位于汽车尾部下方呈水平均匀分布，并且在竖直方向上，分别位于第一组倒车雷达3相邻两雷达中间。

显示屏5将车后方障碍物的位置信息通过极坐标系的形式展示给驾驶员，极坐标系的中心点为汽车尾部边缘的中心；障碍物的方向角度和距离、低矮障碍物和危险标志信息通过文字、数字以及图形的方式展示在显示屏5上。

第一雷达11、第二雷达12、第三雷达13、第四雷达14、第五雷达15、第六雷达16和第七雷达17为超声波雷达传感器，具有发射和接收两种模式。

本发明提供的检测车后方障碍物位置和高度的方法，其方法如下所述：

步骤一、主控制器2检测到倒车传感器1发来的倒挡信号后，开始执行第一组倒车雷达3检测障碍物位置程序，当主控制器2开始执行检测障碍物位置程序后，第一组倒车雷达3中的第一雷达11、第二雷达12、第三雷达13和第四雷达14分为四个小组循环进行三角形测距工作，第一小组：第一雷达11发射，第一雷达11和第二雷达12接收；第二小组：第二雷达12发射，第二雷达12和第三雷达13接收；第三小组：第三雷达13发射，第三雷达13和第四雷达14接收；第四小组：第四雷达14发射，第三雷达13和第四雷达14接收，每个小组探测并解算出来三角形的高即为障碍物距离车尾的距离dis，三角形的一个底角角度θ₁通过进一步解算可以得到障碍物在极坐标系下的角度θ，在一个位置检测循环内，当相邻小组都检测障碍物时，比较两次障碍物的位置角度θ以及距离dis,若近似，则认为是检测到同一个障碍物，取两次位置角度θ以及距离dis的平均值作为该障碍物的位置信息，否则认为检测到不同的障碍物，分别在显示屏上显示相关信息；

步骤二、一个检测障碍物位置循环后，当距离dis小于安全距离dis_safe时，判断障碍物是否位于两后轮中间方向，如果不是，主控制器2控制蜂鸣器6工作并且点亮显示屏右下方的危险标志并闪烁，向驾驶员发出报警信息；如果是，则开始执行第二组倒车雷达4检测障碍物高度程序，此时第二组倒车雷达4中的第二雷达12、第三雷达13、第五雷达15、第六雷达16和第七雷达17分为两小组进行三角锥测高工作，第一小组：第二雷达12发射，第二雷达12、第五雷达15和第六雷达16接收；第二小组：第三雷达13发射，第三雷达13、第六雷达16和第七雷达17接收，通过每个小组探测并解算的三角锥结合倒车雷达的距地高度可以得到障碍物的高度h，当h小于车辆最小离地间隙h_min时，认为障碍物不会影响正常倒车，显示屏5在极坐标系下显示低矮障碍物位置信息，并且不报警，当h≥h_min时，正常报警，当两个小组都检测到障碍物时，直接取最大高度与h_min比较。

具体实施方式如下所述：

本发明的显示屏5界面如图5所示，车后方障碍物的方向信息通过极坐标系的形式展示给驾驶员，极坐标系的中心点为汽车尾部边缘的中心；极坐标系下障碍物的方向角度和距离信息，在右侧以数字和文字的形式显示；低矮障碍物用短圆柱表示，其他障碍物以长圆柱表示在极坐标系下；当系统判断需要报警时，显示屏5右下角的危险标志被点亮并闪烁，配合蜂鸣器6工作给驾驶员以警示。

主控制器2开始执行检测障碍物位置程序后，第一组倒车雷达3中的第一雷达11、第二雷达12、第三雷达13和第四雷达14分为四小组循环进行三角形测距工作，现以第一小组为例说明检测车后方障碍物方向θ和距离dis的原理：

如图6所示，已知第一雷达11和第二雷达12之间的距离L₁以及第一雷达11到极坐标系中心点O的距离L₂，第一小组为第一雷达11发射，第一雷达11和第二雷达12接收，可测到障碍物距离第一雷达11、第二雷达12的距离d₁、d₂，使用海伦公式先求得三角形ABC的面积S:

进一步使用三角形面积公式可得障碍物到车尾的距离dis:

接着多次使用余弦定理可求得障碍物的方位角θ：

其他三个小组检测车后方障碍物位置原理与上述第一小组相同，在一个位置检测循环内，若相邻小组都检测障碍物，比较两次障碍物的位置角度θ以及距离dis,若近似，则认为是检测到同一个障碍物，取两次位置角度θ以及距离dis的平均值作为该障碍物的位置信息，否则认为检测到不同的障碍物。

在一个检测障碍物位置循环后，主控制器通过判断检测到的障碍物方向角度θ是否在90°±30°范围内，来判断障碍物是否位于两后轮中间方向，如果是且距离dis小于安全距离dis_safe，则开始执行检测障碍物高度程序，第二组倒车雷达4分为两个小组进行三角锥测高工作，现以第一小组为例说明检测车后方障碍物方向高度h原理：

如图7所示，已知第二雷达12和第五雷达15、第二雷达12和第六雷达16、第五雷达15和第六雷达16之间的距离分别是L₃，L₄，L₅，第五雷达15的距地高度h₁，第一小组为第二雷达12发射，第二雷达12、第五雷达15和第六雷达16接收，可测到障碍物距离第二雷达12、第五雷达15和第六雷达16的距离分别是d₃、d₄、d₅，将倒车雷达与障碍物之间的几何关系添加部分辅助线可以表示为图8，G为AC中点，结合根据已知条件，容易求得BG、DG长度，在三角形BFD中，设GF、DF长度分别为x、y，可得下式：

x²+y²＝DG² (2)

用(1)式减去(2)式可得：

解得x即GF：

最后可得障碍物的高度h：

h＝h₁-x

图7和图8仅仅是测高程序的一种情况，但是因为障碍物和三个雷达在空间几何中能且只能构成一个三角锥，且三角锥的六条棱长都已知，所以理论上该三棱锥的所有几何关系都可以解得，又因为雷达的距地高度已知，所以对于障碍物在其他位置的情况下，同样可以求得障碍物的高度。

Claims (5)

1.一种检测车后方障碍物位置和高度的系统，其特征在于：包括有倒车传感器、主控制器、第一组倒车雷达、第二组倒车雷达、显示屏和蜂鸣器，其中倒车传感器、第一组倒车雷达和第二组倒车雷达分别与主控制器相连接，主控制器还与显示屏和蜂鸣器相连接，倒车传感器设在车辆倒车档位上，第一组倒车雷达和第二组倒车雷达设在车辆后部，显示屏和蜂鸣器设在驾驶室内驾驶位处的仪表盘上。

2.根据权利要求1所述的一种检测车后方障碍物位置和高度的系统，其特征在于：所述的第一组倒车雷达包括第一雷达、第二雷达、第三雷达和第四雷达，第一雷达、第二雷达、第三雷达和第四雷达位于汽车尾部上方呈水平均匀分布，第二组倒车雷达包括第二雷达、第三雷达、第五雷达、第六雷达和第七雷达，其中第五雷达、第六雷达和第七雷达位于汽车尾部下方呈水平均匀分布，并且在竖直方向上，分别位于第一组倒车雷达相邻两雷达中间。

3.根据权利要求1所述的一种检测车后方障碍物位置和高度的系统，其特征在于：所述的显示屏将车后方障碍物的位置信息通过极坐标系的形式展示给驾驶员，极坐标系的中心点为汽车尾部边缘的中心；障碍物的方向角度和距离、低矮障碍物和危险标志信息通过文字、数字以及图形的方式展示在显示屏上。

4.根据权利要求2所述的一种检测车后方障碍物位置和高度的系统，其特征在于：所述的第一雷达、第二雷达、第三雷达、第四雷达、第五雷达、第六雷达和第七雷达为超声波雷达传感器，具有发射和接收两种模式。

5.一种检测车后方障碍物位置和高度的方法，其特征在于：其方法如下所述：

步骤一、主控制器检测到倒车传感器发来的倒挡信号后，开始执行第一组倒车雷达检测障碍物位置程序，当主控制器开始执行检测障碍物位置程序后，第一组倒车雷达中的第一雷达、第二雷达、第三雷达和第四雷达分为四个小组循环进行三角形测距工作，第一小组：第一雷达发射，第一雷达和第二雷达接收；第二小组：第二雷达发射，第二雷达和第三雷达接收；第三小组：第三雷达发射，第三雷达和第四雷达接收；第四小组：第四雷达发射，第三雷达和第四雷达接收，每个小组探测并解算出来三角形的高即为障碍物距离车尾的距离dis，三角形的一个底角角度θ₁通过进一步解算可以得到障碍物在极坐标系下的角度θ，在一个位置检测循环内，当相邻小组都检测障碍物时，比较两次障碍物的位置角度θ以及距离dis,若近似，则认为是检测到同一个障碍物，取两次位置角度θ以及距离dis的平均值作为该障碍物的位置信息，否则认为检测到不同的障碍物，分别在显示屏上显示相关信息；

步骤二、一个检测障碍物位置循环后，当距离dis小于安全距离dis_safe时，判断障碍物是否位于两后轮中间方向，如果不是，主控制器控制蜂鸣器工作并且点亮显示屏右下方的危险标志并闪烁，向驾驶员发出报警信息；如果是，则开始执行第二组倒车雷达检测障碍物高度程序，此时第二组倒车雷达中的第二雷达、第三雷达、第五雷达、第六雷达和第七雷达分为两小组进行三角锥测高工作，第一小组：第二雷达发射，第二雷达、第五雷达和第六雷达接收；第二小组：第三雷达发射，第三雷达、第六雷达和第七雷达接收，通过每个小组探测并解算的三角锥结合倒车雷达的距地高度可以得到障碍物的高度h，当h小于车辆最小离地间隙h_min时，认为障碍物不会影响正常倒车，显示屏在极坐标系下显示低矮障碍物位置信息，并且不报警，当h≥h_min时，正常报警，当两个小组都检测到障碍物时，直接取最大高度与h_min比较。