CN109606257A - 一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统 - Google Patents

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史勤刚
张佳芬
李洋
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Abstract

本发明公开了一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统，涉及汽车辅助驾驶技术领域，包括：超声波采集模块，利用超声编码调制方法感知路面及其周围环境，并将感知数据发送至MCU控制模块；参数采集模块，用于获取汽车当前行驶速度和电机电流，并将获取到的车速数据和电流数据发送至MCU控制模块；MCU控制模块，基于接收到的感知数据和车速数据确定障碍物的形状、方位和障碍物与汽车本体之间的相对距离，并根据电流数据分析驾驶员是否有相应的处理操作，若无，则MCU控制模块开启辅助驾驶工作模式，自动辅助驾驶汽车。通过超声波采集模块对路面及其周围环境进行感知，提高了本系统的可靠性、辅助驾驶的平稳性、可靠性，感知效果好。

Description

一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统
技术领域
本发明涉及汽车辅助驾驶技术领域，具体涉及一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统。
背景技术
随着社会的发展，人们的生活水平在逐渐提高，汽车的使用也越来越多。汽车作为以被人们广泛使用的交通工具，其在道路上行驶时的视野范围对于道路安全的影响至关重大。汽车驾驶过程中，需要配合使用油门和制动，尤其在路面状况不好时，更要求驾驶员能在油门和制动之间灵活切换。如果驾驶员的驾驶技术不够熟练或者处于疲惫驾驶状态，在汽车遇到障碍物时，驾驶员极容易因为油门控制不当而不能通过障碍物或在通过障碍物后偏移原本的行驶路线，汽车行驶不平稳，导致乘员舒适感较差，且容易引起汽车零部件损坏，甚至出现安全事故。从目前汽车的使用来看，由于在车身结构上存在着一些限制因素，驾驶员在汽车驾驶时全凭目测或借助光学反光镜来判断车前后是否有障碍物，以及障碍物距离车身的距离，因此在行车时安全可靠性差，从而导致安全隐患。
目前，已有很多汽车具有辅助驾驶功能，甚至是无人驾驶功能。现有汽车辅助驾驶的信号采集模块对信号进行采集后，通过智能算法对特定信号或特定几种信号分别进行识别，在识别完成后进行集成分析、反馈与响应。现有技术中，可通过红外热成像技术和基于摄像头的图像采集技术对路面及其周围的空间环境进行感知。通过红外热成像技术测量物体表面辐射的红外线来感知空间环境时，物体辐射红外线的强度受温度影响，故该技术在测量路面上及路面周边的石头、水坑等时，因受到外界环境因素影响较大，因此不能很好的发挥作用。并且，对于同一路面上出现塌陷等情况时，也不能很好的发挥其作用。通过摄像头采集路面空间环境图像时，同样受制于环境因素，若遇到能见度低的天气，该技术也很难发挥出较好的性能。在光线不好的情况下，摄像头一般都是采取获取红外线的方式来完成图像的采集，但该方式和红外热成像技术的弊端如出一辙，对环境的依赖程度较大，不适用于对路面及其周边环境进行感知，导致辅助驾驶不平稳、可靠性低。
发明内容
本发明的目的在于：为解决采用基于摄像头的图像采集技术和红外热成像技术对路面及其周围环境感知效果差，导致辅助驾驶不平稳，甚至出现安全事故的问题，提供了一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统，包括：
超声波采集模块，包括设置于汽车本体上的超声换能器，利用超声编码调制方法感知路面及其周围环境，并将感知数据发送至MCU控制模块；
参数采集模块，用于获取汽车当前行驶速度和电机电流，并将获取到的车速数据和电流数据发送至MCU控制模块；
MCU控制模块，基于接收到的感知数据和车速数据确定障碍物的形状、方位和障碍物与汽车本体之间的相对距离，并根据电流数据分析驾驶员是否有相应的处理操作，若无，则MCU控制模块开启辅助驾驶工作模式，自动辅助驾驶汽车；
显示模块，用于显示障碍物形状、障碍物的具体方位以及障碍物与汽车本体之间的相对距离。
进一步地，还包括用于在MCU控制模块确定汽车行驶路线上具有障碍物时，向驾驶员发出警示信息的语音警示模块。
进一步地，还包括用于关闭辅助驾驶工作模式的按键开关。
进一步地，所述超声编码调制方法采用walsh函数进行编码调制。
进一步地，所述MCU控制模块采用渡越时间法确定障碍物的形状、方位和障碍物与汽车之间的距离，具体方法为：MCU控制模块根据各个超声换能器发射超声波和接收到返回的超声波之间的时间差来模拟障碍物的形状、判断障碍物的方位以及计算障碍物与汽车之间的相对距离。
进一步地，所述MCU控制模块分析驾驶员是否有相应的处理操作的具体为：根据电流数据的变化量判断驾驶员是否有转动方向盘，若有，则表示驾驶员对检测到的障碍物有进行处理；若无，则表示驾驶员对检测到的障碍物未进行处理。
进一步地，所述辅助驾驶工作模式具体为：MCU控制模块在确定路面及其周围环境适合转动方向盘的前提下，控制方向盘缓慢转动，使汽车本体避开障碍物。
进一步地，启用辅助驾驶工作模式过程中，驾驶员可通过转动方向盘的方式使辅助驾驶工作模式关闭。
进一步地，所述汽车本体上设置有多个均为相同频带的超声换能器，且在汽车启动后，多个超声换能器开始同时工作。
进一步地，所述汽车本体上至少设置有16个超声换能器。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过超声波采集模块感知路面及其周围环境，通过参数采集模块获取汽车当前行驶速度和电机电流，MCU控制模块接收感知数据、车速数据、电流数据，根据感知数据和车速数据确定障碍物的形状、方位以及障碍物与汽车本体之间的距离。当汽车行驶路线上遇到障碍物(本发明中，障碍物包括但不限于石头、水坑)时，再根据电流数据分析驾驶员是否有相应的处理操作。若驾驶员对检测到的障碍物有相应的处理操作，则不启动辅助驾驶模式；若驾驶员对检测到的障碍物没有相应的处理操作，则启动辅助驾驶模式。通过超声波采集模块对路面及其周围环境进行感知，感知效果好，提高了本系统的可靠性，提高了辅助驾驶的平稳性。
2、本发明中，通过采用相同带宽的超声换能器，避免了超声换能器受到外界其它信号的干扰，而影响感知数据的准确性。通过采用多个超声换能器同时工作的方式进行感知，避免了由于超声换能器固有的波束角限制、超声换能器工作频带范围有限、利用单独的超声换能器来感知环境时存在局限性的问题。
3、本发明中，根据各个超声换能器发射超声波和接收到返回的超声波之间的时间差来模拟出障碍物的形状、方位以及障碍物与汽车本体之间的相对距离，便于MCU控制模块根据获取到的汽车当前行驶速度实时计算出汽车与障碍物之间的相对距离。与红外成像技术视觉探测技术相比，本方法对环境的依赖性更小，可靠性更高，感知效果更好。
4、本发明中，当感知到汽车行驶路线上有障碍物时，可语音警示模块通过向驾驶员发出警示信息，及时告知驾驶员前方路面情况。当驾驶员转动方向盘或者按下按键开关时，将关闭辅助驾驶工作模式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的整体示意图：
图2为本发明的超声换能器的位置设置图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本发明较佳实施例提供的一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统，包括：
超声波采集模块，包括设置于汽车本体上的16个相同频带的超声换能器，利用超声编码调制方法感知路面及其周围环境，并将感知数据发送至MCU控制模块。其中，超声编码调制方法采用walsh函数进行编码调制。在汽车启动后，多个超声换能器开始同时工作。
参数采集模块，用于获取汽车当前行驶速度和电机电流，并将获取到的车速数据和电流数据发送至MCU控制模块。
MCU控制模块，基于接收到的感知数据和车速数据确定障碍物的形状、方位和障碍物与汽车本体之间的相对距离，并根据电流数据分析驾驶员是否有相应的处理操作，若无，则MCU控制模块开启辅助驾驶工作模式，自动辅助驾驶汽车。其中，MCU控制模块采用渡越时间法确定障碍物的形状、方位和障碍物与汽车之间的距离，具体方法为：MCU控制模块根据各个超声换能器发射超声波和接收到返回的超声波之间的时间差来模拟障碍物的形状、判断障碍物的方位以及计算障碍物与汽车之间的相对距离。MCU控制模块分析驾驶员是否有相应的处理操作的具体为：根据电流数据的变化量判断驾驶员是否有转动方向盘，若有，则表示驾驶员对检测到的障碍物有进行处理；若无，则表示驾驶员对检测到的障碍物未进行处理。辅助驾驶工作模式具体为：MCU控制模块在确定路面及其周围环境适合转动方向盘的前提下，控制方向盘缓慢转动，使汽车本体避开障碍物。启用辅助驾驶工作模式过程中，驾驶员可通过转动方向盘的方式使辅助驾驶工作模式关闭。
显示模块，用于显示障碍物形状、障碍物的具体方位以及障碍物与汽车本体之间的相对距离。
语音警示模块，用于在MCU控制模块确定汽车行驶路线上具有障碍物时，向驾驶员发出警示信息。
本实施例中，MCU控制模块的型号采用STM8S003F3P6，语音警示模块的型号采用UT600D，超声换能器采用通用型倒车雷达探头传感器22mm。
根据各个超声换能器发射超声波和接收到返回的超声波之间的时间差来模拟出障碍物的形状、方位以及障碍物与汽车本体之间的相对距离，便于MCU控制模块根据获取到的汽车当前行驶速度实时计算出汽车与障碍物之间的相对距离。当汽车行驶路线上遇到障碍物时，再根据电流数据分析驾驶员是否有相应的处理操作。若驾驶员对检测到的障碍物有相应的处理操作，则不启动辅助驾驶模式；若驾驶员对检测到的障碍物没有相应的处理操作，则启动辅助驾驶模式。当感知到汽车行驶路线上有障碍物时，可语音警示模块通过向驾驶员发出警示信息，及时告知驾驶员前方路面情况。通过超声波采集模块对路面及其周围环境进行感知，感知效果好，提高了本系统的可靠性，提高了辅助驾驶的平稳性。与红外成像技术视觉探测技术相比，本方法对环境的依赖性更小，可靠性更高，感知效果更好。通过采用相同带宽的超声换能器，避免了超声换能器受到外界其它信号的干扰，而影响感知数据的准确性。通过采用多个超声换能器同时工作的方式进行感知，避免了由于超声换能器固有的波束角限制、超声换能器工作频带范围有限、利用单独的超声换能器来感知环境时存在局限性的问题。
进一步地，系统还包括用于关闭辅助驾驶工作模式的按键开关。当驾驶员转动方向盘或者按下按键开关时，将关闭辅助驾驶工作模式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统，其特征在于，包括：
超声波采集模块，包括设置于汽车本体上的超声换能器，利用超声编码调制方法感知路面及其周围环境，并将感知数据发送至MCU控制模块；
参数采集模块，用于获取汽车当前行驶速度和电机电流，并将获取到的车速数据和电流数据发送至MCU控制模块；
MCU控制模块，基于接收到的感知数据和车速数据确定障碍物的形状、方位和障碍物与汽车本体之间的相对距离，并根据电流数据分析驾驶员是否有相应的处理操作，若无，则MCU控制模块开启辅助驾驶工作模式，自动辅助驾驶汽车；
显示模块，用于显示障碍物形状、障碍物的具体方位以及障碍物与汽车本体之间的相对距离。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统，其特征在于，还包括用于在MCU控制模块确定汽车行驶路线上具有障碍物时，向驾驶员发出警示信息的语音警示模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统，其特征在于，还包括用于关闭辅助驾驶工作模式的按键开关。
4.根据权利要求1所述的一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统，其特征在于，所述超声编码调制方法采用walsh函数进行编码调制。
5.根据权利要求1所述的一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统，其特征在于，所述MCU控制模块采用渡越时间法确定障碍物的形状、方位和障碍物与汽车之间的距离，具体方法为：MCU控制模块根据各个超声换能器发射超声波和接收到返回的超声波之间的时间差来模拟障碍物的形状、判断障碍物的方位以及计算障碍物与汽车之间的相对距离。
6.根据权利要求1所述的一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统，其特征在于，所述MCU控制模块分析驾驶员是否有相应的处理操作的具体为：根据电流数据的变化量判断驾驶员是否有转动方向盘，若有，则表示驾驶员对检测到的障碍物有进行处理；若无，则表示驾驶员对检测到的障碍物未进行处理。
7.根据权利要求1所述的一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统，其特征在于，所述辅助驾驶工作模式具体为：MCU控制模块在确定路面及其周围环境适合转动方向盘的前提下，控制方向盘缓慢转动，使汽车本体避开障碍物。
8.根据权利要求7所述的一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统，其特征在于，启用辅助驾驶工作模式过程中，驾驶员可通过转动方向盘的方式使辅助驾驶工作模式关闭。
9.根据权利要求5所述的一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统，其特征在于，所述汽车本体上设置有多个均为相同频带的超声换能器，且在汽车启动后，多个超声换能器开始同时工作。
10.根据权利要求9所述的一种基于超声波检测的汽车辅助驾驶系统，其特征在于，所述汽车本体上至少设置有16个超声换能器。
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