CN109655800B - 一种aebs系统中毫米波雷达水平轴线动态变化补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种AEBS系统中毫米波雷达水平轴线动态变化补偿方法，该方法在车辆同一水平线的前端安装第一毫米波雷达和第二毫米波雷达，且该水平轴线与车身水平轴线平行，其中第一毫米波雷达负责水平方向的角度测量，第二毫米波雷达负责垂直方向的角度测量；同时在车辆的主控模块上安装陀螺仪模块，所述陀螺仪模块与主控模块连接，主控模块根据陀螺仪角度维测得的水平X轴角度的变化值，进而对毫米波雷达的水平轴线进行动态补偿。本方法可以确保毫米波雷达探测的正确性，避免AEBS系统可能出现的判断失误。

Description

一种AEBS系统中毫米波雷达水平轴线动态变化补偿方法

技术领域

本发明属于汽车智能驾驶领域，具体涉及一种AEBS系统中的毫米波雷达水平轴线动态变化与利用六轴数字姿态传感器(陀螺仪)实现动态补偿的实现方法。

背景技术

自动紧急制动系统，英文为Advanced Emergency Braking System，缩写为AEBS。AEBS是一个车辆主动安全系统，它是依靠传感器来监测车辆前方目标与车辆之间的距离和相对速度等数据，计算可能发生车辆碰撞的时间，在危险出现的情况下，及时进行报警，报警后在驾驶者没有及时采取相应措施的情况下，实施自动紧急制动，以避免或减轻车辆碰撞事故。

毫米波雷达它具有全天候工作、抗干扰强、探测距离远、成本低的优点，是AEBS系统的首选传感器。毫米波雷达在用于AEBS系统时，其水平轴线与车身的水平轴线都是保持一个固定的角度，一般为两轴线平行。由于毫米波雷达与车身是固定安装，刚性结合，所以，在车辆的行驶过程中，由于车辆的颠簸、急加速、急减速等，都会造成车身的水平轴线发生一定的变化，它也会带来毫米波雷达的水平轴线的变化。

毫米波雷达安装在车辆上时，对于它的安装位置、安装角度都有明确、严格的要求，还要对其进行实车标定。标定的参数，目标角度、距离的读取，系统软件的计算，它们相互之间都是密切相关。如果在实际行车中，车辆(车身)的水平轴线发生了一定的变化而带来毫米波雷达水平轴线一定的变化时，就会严重影响到毫米波雷达对目标的探测，系统的计算与判定。角度的变化是失之毫厘差之千里；因此，对毫米波雷达用于AEBS系统时水平轴的动态变化，进行实时的动态补偿，就成为了AEBS系统能否正确、有效判定目标的重要方面。

六轴数字姿态传感器(陀螺仪)，此六轴模块采用高精度的陀螺加速度计MPU6050，通过处理器读取MPU6050的测量数据然后通过串口输出，同时精心的PCB布局和工艺保证了MPU6050收到外接的干扰最小，测量的精度最高。模块内部自带电压稳定电路，可以兼容3.3V/5V的嵌入式系统，连接方便。采用先进的数字滤波技术，能有效降低测量噪声，提高测量精度。模块内部集成了姿态解算器，配合动态卡尔曼滤波算法，能够在动态环境下准确输出模块的当前姿态，姿态测量精度0.05度，稳定性极高，性能甚至优于某些专业的倾角仪！采用邮票孔镀金工艺，品质保证，嵌入主控模块的PCB板中。陀螺仪的测量维度及数据输出内容：加速度：3维(X、Y、Z)，角速度：3维(X、Y、Z)，角度：3维(X、Y、Z)，数据刷新速度为10毫秒。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种AEBS系统中毫米波雷达水平轴线动态变化补偿方法。

本发明采取的技术方案是：一种AEBS系统中毫米波雷达水平轴线动态变化补偿方法，该方法通过在车辆同一水平线的前端安装第一毫米波雷达和第二毫米波雷达，且该水平轴线与车身水平轴线平行，其中第一毫米波雷达负责水平方向的角度测量，第二毫米波雷达负责垂直方向的角度测量；同时在车辆的主控模块上安装陀螺仪模块，所述陀螺仪模块与主控模块连接，主控模块根据陀螺仪角度维测得的水平X轴角度的变化值，进而对毫米波雷达的水平轴线进行动态补偿。

进一步的，所述主控模块根据陀螺仪X轴角度变化值对毫米波雷达进行动态补偿的方法，具体步骤如下：

(1)将陀螺仪的X轴用X来表示；把陀螺仪的X方向的加速度用Xa表示；

(2)将车辆正常行驶时的毫米波雷达的探测方向的水平轴线X轴，以实线表示，记为X；当车辆急加速时，车头向上昂起，车辆急减速时，车头下沉，或因道路不平引起的车辆颠簸，造成的车身、毫米波雷达的水平轴线X轴发生变化，变化后的X轴以虚线表示，记为X`，X轴与X`轴所形成的夹角记为a；

(3)通过陀螺仪的X轴的角度维的变化得出产生变化的a角度值，即记录汽车在匀速行驶时初始状态陀螺仪X轴的俯仰角X0，当车辆颠簸、急加速或者急减速时陀螺仪测得X轴的俯仰角X1，则(X1-X0)为车辆、毫米波雷达的水平轴线偏差的角度a，X1-X0＝±a；

(4)如果车辆在正常行驶，没有出现急加速或者急减速时，车辆与毫米波雷达的水平轴线是与地面平行的，此时毫米波雷达探测到前方目标时，将前方目标的坐标记录为(D、b)，D为雷达探测到的目标距离，b为目标与雷达探测方向水平轴线X轴的夹角，则目标高度则为Dsinb；

如果车辆出现颠簸或车辆急加速或者急减速时，车头会昂起或下沉，则毫米波雷达探测方向的水平轴线随车辆的变化而变化，X轴向上或者向下转动，此时的X轴记为X`，且毫米波雷达探测到的目标记录为(D、c)，D仍然为雷达探测到目标的距离，c则为目标与变化后的雷达探测方向水平轴线X`轴的夹角，测得的目标高度为Dsinc；

(5)通过陀螺仪判断车辆状态，如果车辆出现颠簸或车辆急加速或者急减速时，主控模块对毫米波雷达的探测结果进行修正补偿，修正由于车辆水平轴线变化导致的毫米波雷达的轴线变化的变化角度a，还原目标真实的角度b；b＝c+(X1-X0)为实测目标的角度，所以目标真实高度应该为Dsin﹝c+(X1-X0)﹞。

更进一步的，在进行步骤(5)的修正时，将陀螺仪的X1的5次值进行加权平均后，再代入公式Dsin﹝c+(X1-X0)﹞。

更进一步的，通过陀螺仪判断车辆状态的方法如下：

(1)确定车辆的急加速或急减速行为：

通过陀螺仪的X轴方向的加速度Xa来进行判断，当实时测得的Xa超过了系统设定的门限值，则认定车辆是在急加速或急减速过程中，此时的水平角度的变化按权利要求2中步骤(3)、(4)和(5)的方法进行计算、补偿；

(2)确定车辆的颠簸行为：

当车辆在正常行驶时，当车身、雷达出现上下波动时，陀螺仪所得到的X轴的角度值呈类似正弦波变化，此时认定为车辆颠簸，对颠簸造成的雷达水平轴线的波动，通过陀螺仪测得的实时变化值按权利要求2中步骤(3)、(4)和(5)的方法进行计算、补偿；

(3)车辆处于上下坡情况的确定：

当陀螺仪既没有读到加速度三维值的Xa值超过系统设定的门限值，又没有读到X轴的角度值呈正弦波变化时，而得到的X轴的变化值是一个相对稳定的数值时，则认定车辆是处于上坡或下坡状态，对此车身、雷达的水平轴线是与道路的坡道是基本平行的，此时对于因坡道引起的车身、雷达的水平轴线的变化不需要做补偿。

进一步的，所述陀螺仪模块通过焊接的方式安装在AEBS的主控模块的PCB板上，与主控模块的电路连接。

进一步的，所述主控模块与陀螺仪水平固定安装，且陀螺仪的X轴与车辆的前进方向同向。

本发明的有益效果是：本方法是通过AEBS系统主控模块上的陀螺仪系统，将陀螺仪模块通过焊接的方式安装在AEBS的主控模块的PCB板上，与主控模块的电路连接，实时采集车身(毫米波雷达)水平轴线的变化，根据陀螺仪角度维测得的水平X轴角度的变化值，对毫米波雷达的水平轴线进行动态补偿，以确保毫米波雷达探测的正确性，避免AEBS系统可能出现的判断失误。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是动态变化补偿系统构成图。

图2是车辆安装示意图。

图3是在动态变化补偿中，陀螺仪的三维角度坐标构建示意图。

图4是在动态变化补偿中，辅助陀螺仪补偿计算的坐标示意图。

图中标记为：1-主控模块，2-陀螺仪模块，3-毫米波雷达，4-执行机构，5-显示报警模块。

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、系统构成：

如图1所示，本发明通过在AEBS系统主控模块上增加陀螺仪模块，将陀螺仪模块与主控模块的电路连接，实时采集车身(毫米波雷达)水平轴线的变化。系统主要由毫米波雷达、含有陀螺仪的主控模块、显示报警模块、执行机构等组成。

二、产品安装：

如图2所示，两只毫米波雷达安装在车辆同一水平线的前端，其水平轴线与车身水平轴线平行；主控模块(含陀螺仪)按规定的方向(即陀螺仪的X轴与车辆的前进方向同向。)水平固定安装在驾驶座下，显示模块安放在仪表台上驾驶员便于观察的位置，执行机构安装在制动踏板附近。

三、补偿方法：

第一毫米波雷达负责水平方向的角度测量，第二毫米波雷达负责垂直方向的角度测量。本发明需要解决的是垂直方向(即毫米波雷达2)角度测量的动态补偿问题。

为了便于区分，我们把陀螺仪的X轴用X来表示；把陀螺仪的X方向的加速度用Xa表示，如图3。

1、因为第二毫米波雷达安装时的水平轴线与车辆的水平轴线是平行的，且两者为刚性结合，所以车身水平轴线的变化就是毫米波雷达探测方向的水平轴线变化。

2、因为陀螺仪是焊接在主控模块上的，主控模块是按规定的方向安固定装在车辆上的，所以车身的纵向水平轴线的变化就是陀螺仪模块的X轴的角度变化。

3、车辆正常在道路上行驶时，车身的水平轴线与毫米波雷达的水平轴线以及道路的轴线是基本平行一致的。

4、当汽车行驶出现急加速、急减速时，就会造成车辆的车头昂起或下沉；因道路不平引起的车辆颠簸，这就带来了车辆和毫米波雷达水平轴线的变化。X为车辆正常行驶时的毫米波雷达的探测方向的水平轴线X轴，以实线表示；当车辆急加速时，车头向上昂起，车辆急减速车头下沉，因道路不平引起的车辆颠簸，车身、毫米波雷达的水平轴线X轴都会发生变化，变化后的X轴以虚线表示，记为X`。X轴与X`轴所形成的夹角为a。

产生变化的a角度，该变化值可通过陀螺仪的X轴的角度维(俯仰角)的变化得出。系统记录汽车在匀速行驶时初始状态陀螺仪X轴的角度维X0(俯仰角)，当车辆颠簸、急加速或者急减速时陀螺仪测得X轴的角度维X1(俯仰角)。(X1-X0)为车辆、毫米波雷达的水平轴线偏差的角度a。X1-X0＝±a。

5、如果车辆在正常行驶，没有出现急加速或者急减速时，车辆、毫米波雷达的水平轴线是与地面平行的，包括水平道路和坡道。此时毫米波雷达探测到目标的坐标，可以记录为(D、b)。D为雷达探测到的目标距离，b为目标与雷达探测方向水平轴线X轴的夹角，目标高度则为Dsinb。

当车辆出现颠簸和车辆急加速或者急减速时，车头会昂起或下沉，毫米波雷达探测方向的水平轴线随车辆的变化而变化。X轴向上、或者向下转动，此时的X轴记为X`，其探测到的目标记录为(D、c)。D仍然为雷达探测到目标的距离，c则为目标与变化后的雷达探测方向水平轴线X`轴的夹角，测得的目标高度为Dsinc。但Dsinc并不是目标的真实高度，而是在车身、雷达水平轴线发生变化后测得的虚假高度，因此要对其进行补偿、修正。

修正由于车辆水平轴线变化导致的毫米波雷达的轴线变化的变化角度a，还原目标真实的角度b。b＝c+(X1-X0)为实测目标的角度。所以目标真实高度应该为Dsin﹝c+(X1-X0)﹞。

由于毫米波雷达是数据刷新速度为50毫秒一次，而陀螺仪的数据刷新速度是10毫秒一次，因此，我们可以将陀螺仪的X1的5次值进行加权平均后，再代入公式Dsin﹝c+(X1-X0)﹞。

5、车辆、雷达水平轴线的变化，除了是由于车辆颠簸、车辆的急加速和急减速造成的之外，处于道路的上坡或者下坡也会造成车辆、雷达水平轴线的变化的。因此我们对于这些也必须进行区分。

(1)确定车辆的急加速或急减速行为。

我们可以通过陀螺仪的水平方向(X轴方向)的加速度Xa来进行判断。具体：由于陀螺仪加速度三维值Xa在汽车加速或减速时有峰值出现,通过检测门限Xa值可以判断出该车是否是在加速或减速。当实时测得的Xa超过了系统设定的门限值，就认定车辆是在急加速或急减速过程中，对此时的水平角度的变化就按上述4、5的方法进行计算、补偿。

(2)确定车辆的颠簸行为。

车辆在遇不平的道路时会发生颠簸，并会带来车身、雷达的水平轴线的变化。我们可以通过陀螺仪水平角度的变化来确定车辆颠簸的行为。具体：当车辆在正常行驶时，当车身、雷达出现上下波动时，陀螺仪所得到的X轴的角度值呈类似正弦波变化时，可以认定为车辆颠簸，对此时颠簸造成的雷达水平轴线的波动，通过陀螺仪测得的实时变化值按上述4、5的方法进行补偿。

(3)车辆处于上下坡情况的确定。

我们的AEBS系统一般是在结构化道路上使用的。结构化道路是指城市快速路和高速公路。因此这些道路出现的坡道一般都比较长，由此引起的车辆、雷达轴线和陀螺仪的角度变化有一定的稳定性和持续性。当陀螺仪既没有读到加速度三维值的Xa值超过系统设定的门限值，又没有读到X轴的角度值呈正弦波变化时，而独到的X轴的变化值是一个相对稳定的数值时，可以认定车辆是处于上坡或下坡状态，对此车身、雷达的水平轴线是与道路的坡道是基本平行的，此时对于因坡道引起的车身、雷达的水平轴线的变化就不需要做补偿。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种AEBS系统中毫米波雷达水平轴线动态变化补偿方法，在车辆同一水平线的前端安装第一毫米波雷达和第二毫米波雷达，且该水平轴线与车身水平轴线平行，其中第一毫米波雷达负责水平方向的角度测量，第二毫米波雷达负责垂直方向的角度测量；其特征在于，在车辆的主控模块上安装陀螺仪模块，所述陀螺仪模块与主控模块连接，主控模块根据陀螺仪角度维测得的水平X轴角度的变化值，进而对第二毫米波雷达的水平轴线进行动态补偿；所述主控模块根据陀螺仪X轴角度变化值对第二毫米波雷达进行动态补偿的具体步骤如下：

（1）将陀螺仪的X轴用X来表示；把陀螺仪的X方向的加速度用Xa表示；

（2）将车辆正常行驶时的毫米波雷达的探测方向的水平轴线X轴，以实线表示，记为X；当车辆急加速时，车头向上昂起，车辆急减速时，车头下沉，或因道路不平引起的车辆颠簸，造成的车身、毫米波雷达的水平轴线X轴发生变化，变化后的X轴以虚线表示，记为X`，X轴与X`轴所形成的夹角记为a；

（3）通过陀螺仪的X轴的角度维的变化得出产生变化的a角度值，即记录汽车在匀速行驶时初始状态陀螺仪X轴的俯仰角X0，当车辆颠簸、急加速或者急减速时陀螺仪测得X轴的俯仰角X1，则（X1-X0）为车辆、毫米波雷达的水平轴线偏差的角度a，X1-X0=±a；

（4）如果车辆在正常行驶，没有出现急加速或者急减速时，车辆与毫米波雷达的水平轴线是与地面平行的，此时毫米波雷达探测到前方目标时，将前方目标的坐标记录为（D、b），D为雷达探测到的目标距离，b为目标与雷达探测方向水平轴线X轴的夹角，则目标高度则为Dsinb；

如果车辆出现颠簸或车辆急加速或者急减速时，车头会昂起或下沉，则毫米波雷达探测方向的水平轴线随车辆的变化而变化，X轴向上或者向下转动，此时的X轴记为X`，且毫米波雷达探测到的目标记录为（D、c），D仍然为雷达探测到目标的距离，c则为目标与变化后的雷达探测方向水平轴线X`轴的夹角，测得的目标高度为Dsinc；

（5）通过陀螺仪判断车辆状态，如果车辆出现颠簸或车辆急加速或者急减速时，主控模块对毫米波雷达的探测结果进行修正补偿，修正由于车辆水平轴线变化导致的毫米波雷达的轴线变化的变化角度a，还原目标真实的角度b；b=c+（X1-X0）为实测目标的角度，所以目标真实高度应该为Dsin（c+（X1-X0））。

2.根据权利要求1所述的一种AEBS系统中毫米波雷达水平轴线动态变化补偿方法，其特征在于，在进行步骤（5）的修正时，将陀螺仪的X1的5次值进行加权平均后，再代入公式Dsin（c+（X1-X0））。

3.根据权利要求1所述的一种AEBS系统中毫米波雷达水平轴线动态变化补偿方法，其特征在于，通过陀螺仪判断车辆状态的方法如下：

（1）确定车辆的急加速或急减速行为：

通过陀螺仪的X轴方向的加速度Xa来进行判断，当实时测得的Xa超过了系统设定的门限值，则认定车辆是在急加速或急减速过程中，此时的水平角度的变化按权利要求1中步骤（3）、（4）和（5）的方法进行计算、补偿；

（2）确定车辆的颠簸行为：

当车辆在正常行驶时，当车身、雷达出现上下波动时，陀螺仪所得到的X轴的角度值呈类似正弦波变化，此时认定为车辆颠簸，对颠簸造成的雷达水平轴线的波动，通过陀螺仪测得的实时变化值按权利要求1中步骤（3）、（4）和（5）的方法进行计算、补偿；

（3）车辆处于上下坡情况的确定：

当陀螺仪既没有读到加速度三维值的Xa值超过系统设定的门限值，又没有读到X轴的角度值呈正弦波变化时，而得到的X轴的变化值是一个相对稳定的数值时，则认定车辆是处于上坡或下坡状态，对此车身、雷达的水平轴线是与道路的坡道是基本平行的，此时对于因坡道引起的车身、雷达的水平轴线的变化不需要做补偿。

4.根据权利要求1所述的一种AEBS系统中毫米波雷达水平轴线动态变化补偿方法，其特征在于，所述陀螺仪模块通过焊接的方式安装在AEBS的主控模块的PCB板上，与主控模块的电路连接。

5.根据权利要求1所述的一种AEBS系统中毫米波雷达水平轴线动态变化补偿方法，其特征在于，所述主控模块与陀螺仪水平固定安装，且陀螺仪的X轴与车辆的前进方向同向。