CN106772334A - 一种车用雷达的姿态控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用雷达的姿态控制方法，包括以下步骤：(1)设定汽车的方向盘转角阀值α，并测量汽车轴距和转向系传动比；(2)采集汽车的方向盘转角信号、车速信号和前后轴车身高度变化信号；(3)判断步骤(2)采集到的方向盘转角信号是否大于方向盘转角阀值α，如果是，则转步骤(4)，否则将车用雷达的水平偏转角度置零，并转步骤(4)；(4)计算车用雷达的水平偏转角度和垂直偏转角度；(5)调整车用雷达的位置，采集当前车用雷达的水平偏转角度和垂直偏转角度，并将当前车用雷达的水平偏转角度和垂直偏转角度反馈至自适应控制器，返回步骤(4)。与现有技术相比，本发明具有效果佳、实时性好等优点。

Description

一种车用雷达的姿态控制方法

技术领域

本发明涉及一种车用雷达的控制方法，尤其是涉及一种车用雷达的姿态控制方法。

背景技术

车用雷达，顾名思义，是用于汽车或其他地面机动汽车的雷达。车用雷达在汽车领域广泛应用，可用于探测车体与障碍物之间的距离，并转送至显示屏以图像显示或通过蜂鸣器报警提醒驾驶员，可供驾驶员了解车身前后的路况，避免与障碍物发生碰撞。

对汽车雷达的需求可以从3个层次来理解。从国家这一层次看，汽车事故带来的死伤和财产损失的统计数据，以及技术辅助手段可以预防部分事故的估计数据，促进了机动车雷达的发展。这些事故导致的经济损失与不断下滑的机动车雷达的成本之间的成本收益比，充分说明它将得到广泛的应用。从汽车制造商的角度来说，雷达是吸引消费者购买的另一大特色，它是潜在的收入来源和竞争优势。而且法规部门和公共部门也有可能要求更安全的汽车。从汽车所有者的角度而言，汽车雷达作为一个安全装置，方便而且不是很昂贵，这对消费者很有吸引力。它还具有更实际的重要性，即它可以承担一些需要注意力、判断力和技术性的工作，从而降低驾驶的强度，减少驾驶员的负担。

但是传统的车用雷达安装固定后角度固定，不能根据行车状态信息的变化自动调整角度，限制了超声波发射和接收的范围，存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种效果佳、实时性好、提高汽车安全性的车用雷达的姿态控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种车用雷达的姿态控制方法，该方法基于车用雷达系统实现，包括以下步骤：

(1)设定汽车的方向盘转角阀值α，并测量汽车轴距和转向系传动比；

(2)采集汽车的方向盘转角信号、车速信号和前后轴车身高度变化信号；

(3)判断步骤(2)采集到的方向盘转角信号是否大于方向盘转角阀值α，如果是，则转步骤(4)，否则将车用雷达的水平偏转角度置零，并转步骤(4)；

(4)计算车用雷达的水平偏转角度和垂直偏转角度；

(5)调整车用雷达的位置，采集当前车用雷达的水平偏转角度和垂直偏转角度，并反馈至自适应控制器，返回步骤(4)。

所述的车用雷达系统包括车用雷达、雷达基座a、雷达基座b、电机驱动装置a、电机驱动装置b、传动机构a、传动机构b；

所述的电机驱动装置a、传动机构a和车用雷达依次连接，并共同安装在雷达基座a上，在电机驱动装置a的作用下，车用雷达绕雷达基座a水平转动，改变车用雷达的水平偏转角度；

所述的电机驱动装置b、传动机构b和雷达基座a依次连接，所述的电机驱动装置b和传动机构b共同安装在雷达基座b上，在电机驱动装置b的作用下，雷达基座a绕雷达基座b俯仰转动，改变车用雷达的垂直偏转角度。

所述的传动机构a为齿轮减速机构，其输入端与电机驱动装置a的输出轴相连，输出端通过联轴器与车用雷达连接。

所述的传动机构b为齿轮减速机构，其输入端与电机驱动装置b的输出轴相连，输出端通过联轴器与雷达基座b上的旋转轴连接。

所述的步骤(2)具体为：采用方向盘转角传感器采集方向盘转角信号，从汽车车身CAN网络提取车速信号和前后轴车身高度变化信号。

所述的步骤(4)中，根据方向盘转角信号和车速信号计算车用雷达的水平偏转角度，所述的车用雷达的水平偏转角度计算过程如下：

S＝f(τ,a_bmax,v₀) (1)

R＝L/sinδ₀ (3)

根据式(1)、式(2)和式(3)推导出车用雷达的水平偏转角度如下：

其中，S为制动距离，S_max为安全制动距离，τ为制动器起作用的时间，a_bmax为最大制动减速度R为汽车转弯半径，为车用雷达的水平偏转角度，L为汽车轴距，δ₀为外侧前轮转向角，v₀为初始制动车速。

所述的步骤(4)中，根据前后轴车身高度变化信号和汽车轴距计算车用雷达的垂直偏转角度，所述的车用雷达的垂直偏转角度计算过程如下：

其中，θ为车用雷达的垂直偏转角度，h₁为前悬架上支点与前悬架下支点之间距离，h₂为后悬架上支点与后悬架下支点之间距离，L为汽车轴距。

所述的步骤(5)具体为：自适应控制器将车用雷达的水平偏转角度和垂直偏转角度换算成电机驱动装置a和电机驱动装置b的位置信息，并送给电机驱动装置a和电机驱动装置b，控制电机驱动装置a和电机驱动装置b的输出轴，进而调整车用雷达的位置，通过雷达位置传感器采集当前车用雷达的水平偏转角度，通过雷达基座a位置传感器采集当前车用雷达的垂直偏转角度，并将当前车用雷达的水平偏转角度和垂直偏转角度反馈至自适应控制器，返回步骤(4)。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明采用实时采集汽车行车过程中的状态信息，自适应调整车用雷达的角度位置，避免了超声波发送和接收盲区，提高了行车安全；

(2)本发明采集的信号大部分可从车身CAN网络中得到，为实现雷达转向控制，除在汽车上布置方向盘转角传感器和雷达角度传感器外，不需添加其他传感器，成本低廉；

(3)本发明控制方法简单，易于实现。

附图说明

图1为车用雷达的姿态控制方法流程图；

图2为汽车与转弯半径几何关系图；

图3为汽车的俯仰模型图；

图4为车用雷达系统的结构框图；

图5为车用雷达系统的姿态控制系统框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

一种车用雷达的姿态控制方法，包括以下步骤(如图1所示)：

(1)首先在车身上安装并固定车用雷达系统；该车用雷达系统(如图4所示)包括车用雷达、雷达基座a、雷达基座b、电机驱动装置a、电机驱动装置b、传动机构a、传动机构b。

所述的电机驱动装置a、传动机构a和车用雷达依次连接，并共同安装在雷达基座a上，在电机驱动装置a的作用下，车用雷达绕雷达基座a水平转动，改变车用雷达的水平偏转角度。所述的电机驱动装置a包括依次连接的电机驱动器a和电机a；

所述的电机驱动装置b、传动机构b和雷达基座a依次连接，所述的电机驱动装置b和传动机构b共同安装在雷达基座b上，在电机驱动装置b的作用下，雷达基座a绕雷达基座b俯仰转动，改变车用雷达的垂直偏转角度。所述的电机驱动装置b包括依次连接的电机驱动器b和电机b；

所述的传动机构a为齿轮减速机构，其输入端与电机驱动装置a的输出轴相连，输出端通过联轴器与车用雷达连接。

所述的传动机构b为齿轮减速机构，其输入端与电机驱动装置b的输出轴相连，输出端通过联轴器与雷达基座b上的旋转轴连接。如图5所示为车用雷达系统的姿态控制系统框图。

(2)设定汽车的方向盘转角阀值α，并测量汽车轴距和转向系传动比；

(3)通过方向盘转角传感器采集方向盘转角信号，从汽车车身CAN网络提取车速信号和前后轴车身高度变化信号。

(4)判断步骤(3)采集到的方向盘转角信号是否大于方向盘转角阀值α，如果是，则转步骤(5)，否则将车用雷达的水平偏转角度置零，并转步骤(5)；

(5)自适应控制器中内嵌的算法根据方向盘转角信号和车速信号计算车用雷达的水平偏转角度，根据前后轴车身高度变化信号和汽车轴距计算车用雷达的垂直偏转角度。

所述的车用雷达的水平偏转角度计算过程如下：

以前轮转向角和车速为基础，以安全制动距离(制动距离小于当前汽车质心位置到障碍物的距离，此处考虑极限情况：两者相等)为依据建立车用雷达的水平偏转角度与前轮转向角和车速之间的动态模型。

汽车制动距离的影响因素有：制动器起作用的时间、最大制动减速度以及初始制动车速，即

S＝f(τ,a_bmax,v₀) (1)

其中，S为制动距离，τ为制动器起作用的时间，a_bmax为最大制动减速度，v₀为初始制动车速。

在本发明中，仅考虑初始车速对制动距离的影响，将制动器起作用的时间和最大化制动减速度设为常量。

如图2所示，由几何关系知，

其中，S_max为安全制动距离，R为汽车转弯半径，为车用雷达的水平偏转角度。

由阿克曼转向几何关系知：

R＝L/sinδ₀ (3)

其中，R为汽车转弯半径，L为汽车轴距，δ₀为外侧前轮转向角。

根据式(1)、式(2)和式(3)推导出车用雷达的水平偏转角度如下：

由式(4)可以看出，由车速和前轮转向角(或方向盘转角)可确定车用雷达的水平偏转角度。

所述的车用雷达的垂直偏转角度计算过程如下：

如图3所示，由汽车前后轴处车身相对悬架下支点的高度和汽车轴距计算车用雷达的垂直偏转角度，即车身俯仰角：

其中，θ为车用雷达的垂直偏转角度，h₁为前悬架上支点与前悬架下支点之间距离，h₂为后悬架上支点与后悬架下支点之间距离。

由上式可见，车用雷达的垂直偏转角度取决于前后轴处车身相对悬架下支点的高度和汽车轴距。

(6)自适应控制器将车用雷达的水平偏转角度和垂直偏转角度换算成电机a和电机b的位置信息，并送给电机a和电机b，控制电机a和电机b的旋转轴，进而调整车用雷达的位置，通过雷达位置传感器采集当前车用雷达的水平偏转角度，通过雷达基座a位置传感器采集当前车用雷达的垂直偏转角度，并将当前车用雷达的水平偏转角度和垂直偏转角度反馈至自适应控制器，返回步骤(5)。本实施例中，所述的车用雷达的水平偏转角度是指车用雷达相对车身的横摆角度，也称车用雷达的横摆偏转角度，所述的车用雷达的垂直偏转角度是指车用雷达相对车身的俯仰角度，也称车用雷达的俯仰偏转角度。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车用雷达的姿态控制方法，其特征在于，该方法基于车用雷达系统实现，包括以下步骤：

(1)设定汽车的方向盘转角阀值α，并测量汽车轴距和转向系传动比；

(2)采集汽车的方向盘转角信号、车速信号和前后轴车身高度变化信号；

(3)判断步骤(2)采集到的方向盘转角信号是否大于方向盘转角阀值α，如果是，则转步骤(4)，否则将车用雷达的水平偏转角度置零，并转步骤(4)；

(4)计算车用雷达的水平偏转角度和垂直偏转角度；

(5)调整车用雷达的位置，采集当前车用雷达的水平偏转角度和垂直偏转角度，并反馈至自适应控制器，返回步骤(4)。

2.根据权利要求1所述的一种车用雷达的姿态控制方法，其特征在于，所述的车用雷达系统包括车用雷达、雷达基座a、雷达基座b、电机驱动装置a、电机驱动装置b、传动机构a、传动机构b；

所述的电机驱动装置a、传动机构a和车用雷达依次连接，并共同安装在雷达基座a上，在电机驱动装置a的作用下，车用雷达绕雷达基座a水平转动，改变车用雷达的水平偏转角度；

所述的电机驱动装置b、传动机构b和雷达基座a依次连接，所述的电机驱动装置b和传动机构b共同安装在雷达基座b上，在电机驱动装置b的作用下，雷达基座a绕雷达基座b俯仰转动，改变车用雷达的垂直偏转角度。

3.根据权利要求2所述的一种车用雷达的姿态控制方法，其特征在于，所述的传动机构a为齿轮减速机构，其输入端与电机驱动装置a的输出轴相连，输出端通过联轴器与车用雷达连接。

4.根据权利要求2所述的一种车用雷达的姿态控制方法，其特征在于，所述的传动机构b为齿轮减速机构，其输入端与电机驱动装置b的输出轴相连，输出端通过联轴器与雷达基座b上的旋转轴连接。

5.根据权利要求1所述的一种车用雷达的姿态控制方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体为：采用方向盘转角传感器采集方向盘转角信号，从汽车车身CAN网络提取车速信号和前后轴车身高度变化信号。

6.根据权利要求1所述的一种车用雷达的姿态控制方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，根据方向盘转角信号和车速信号计算车用雷达的水平偏转角度，所述的车用雷达的水平偏转角度计算过程如下：

S＝f(τ,a_bmax,v₀) (1)

R＝L/sinδ₀ (3)

根据式(1)、式(2)和式(3)推导出车用雷达的水平偏转角度如下：

其中，S为制动距离，S_max为安全制动距离，τ为制动器起作用的时间，a_bmax为最大制动减速度R为汽车转弯半径，为车用雷达的水平偏转角度，L为汽车轴距，δ₀为外侧前轮转向角，v₀为初始制动车速。

7.根据权利要求1所述的一种车用雷达的姿态控制方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，根据前后轴车身高度变化信号和汽车轴距计算车用雷达的垂直偏转角度，所述的车用雷达的垂直偏转角度计算过程如下：

$tan\mathrm{\θ}=\frac{h_2-h_1}{L}$

$\mathrm{\θ}=arctan\frac{h_2-h_1}{L}$

其中，θ为车用雷达的垂直偏转角度，h₁为前悬架上支点与前悬架下支点之间距离，h₂为后悬架上支点与后悬架下支点之间距离，L为汽车轴距。

8.根据权利要求2所述的一种车用雷达的姿态控制方法，其特征在于，所述的步骤(5)具体为：自适应控制器将车用雷达的水平偏转角度和垂直偏转角度换算成电机驱动装置a和电机驱动装置b的位置信息，并送给电机驱动装置a和电机驱动装置b，控制电机驱动装置a和电机驱动装置b的输出轴，进而调整车用雷达的位置，通过雷达位置传感器采集当前车用雷达的水平偏转角度，通过雷达基座a位置传感器采集当前车用雷达的垂直偏转角度，并将当前车用雷达的水平偏转角度和垂直偏转角度反馈至自适应控制器，返回步骤(4)。