CN112248932A - 一种基于毫米波雷达的新型汽车开门分级预警反馈系统 - Google Patents

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刘旭光
刘鑫
顾溢文
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Abstract

本发明公开了一种基于毫米波雷达的新型汽车开门分级预警反馈系统，所述的预警反馈系统包括：MCU、雷达、压力传感器和报警装置，所述的压力传感器设置在车门上，所述的MCU与汽车的ECU建立通信，并且在汽车启动后，MCU运行监测系统开启，所述的检测系统包括读取汽车的车速；判断实时汽车的车速是否低于车速阈值，并且在低于车速阈值时，开启压力传感器；读取压力传感器的压力值；判断实时压力值是否低于压力阈值，并且在高于压力阈值时，锁定车门；锁定车门同侧的雷达开启；读取雷达信息，MCU基于雷达信息计算获得范围内车间与目标物体之间的相对位置信息；MCU基于相对位置信息执行多级预警策略，本发明结构简单，使用方便。

Description

一种基于毫米波雷达的新型汽车开门分级预警反馈系统
技术领域
本发明涉及汽车系统的技术领域，具体为一种基于毫米波雷达的新型汽 车开门分级预警反馈系统。
背景技术
随着社会经济的迅速发展和工业水平综合国力的大幅度提升，汽车在国 民日益增长的美好生活向往中扮演着重要的角色。近年来，我国乘用车市场 进入稳定增长期，网约车、私家车市场增长迅速，汽车在人们家中逐渐普及。 与此同时，“车辆开门杀”频频出现也成为了一大社会问题。
发明内容
本发明通过雷达精确测算周围环境危险程度与检测车内情况，对车内人 员进行开门预警，通过开发算法模块，提前预测周围危险的变化情况，并进 行实时预警，向车乘人员传递信息，达到预警的目的。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于毫米波雷达的新型汽车开门分级预警反馈系统，所述的反馈系 统包括：MCU、雷达、压力传感器和报警装置，所述的压力传感器设置在车门 上，
所述的MCU与汽车的ECU建立通信，并且在汽车启动后，MCU运行监测系统 开启，所述的检测系统包括
读取汽车的车速；
判断实时汽车的车速是否低于车速阈值，并且在低于车速阈值时，开启 压力传感器；
读取压力传感器的压力值；
判断实时压力值是否低于压力阈值，并且在高于压力阈值时，锁定车门；
锁定车门同侧的雷达开启；
读取雷达信息，MCU基于雷达信息计算获得范围内车间与目标物体之间的 相对位置信息；
MCU基于相对位置信息执行多级预警策略。
进一步的，所述的相对位置信息包括相对速度、相对距离、相对角度、 以及相对运动方向。
进一步的，所述的多级预警策略包括：
预测到达时间在0～t1，则车门不解锁，信号灯危险指示，蜂鸣器报警， 乘客强制不得下车；
预测到达时间在t1～t2，车门解锁，信号灯危险指示，蜂鸣器报警，乘 客自行选择是否下车；
预测到达时间大于t2或范围内无目标物体，车门解锁，信号灯安全指示， 乘客可以安全打开车门。
进一步的，所述的信号灯有三种颜色，
红色：预测目标物体到达目标车门所需时间在0～t1之间；
黄色：预测目标物体到达目标车门所需时间在t1～t2之间；
绿色：预测目标物体到达目标车门所需时间在大于t2。
进一步的，所述的MCU为MSP430系列单片机。
进一步的，所述的压力传感器为陶瓷压力传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过雷达精确测算周围环境危险程度与检测车内情况，对车内人 员进行开门预警，通过开发算法模块，提前预测周围危险的变化情况，并进 行实时预警，向车乘人员传递信息，达到预警的目的。本发明与现有预警系 统不同，系统开启的车速阈值不为0，提高了系统安全性，避免因车速过低， 乘客的疏忽，导致的开门致伤情况的发生。通过安装在车门把手上的压力传 感器来对车内环境监测，准确识别开启车门，极大提高预警效率。注重对乘 客的反馈，通过简单的信号灯及蜂鸣器报警即可让乘客对车外复杂环境有个 初步的判断，且相较于现有预警系统更经济。算法优化，简化。通过自行开 发的模块，实现不同状况下的智能识别。
附图说明
图1为本发明的框架图；
图2为本发明的雷达测距的原理示意图；
图3为本发明的预警时刻的算法流程；
图4为本发明的反馈分级策略。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动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。
请参照附图，一种基于毫米波雷达的新型汽车开门分级预警反馈系统， 其特征在于，所述的反馈系统包括：MCU、雷达、压力传感器和报警装置，所 述的压力传感器设置在车门上，
所述的MCU与汽车的ECU建立通信，并且在汽车启动后，MCU运行监测系统 开启，所述的检测系统包括
读取汽车的车速；
判断实时汽车的车速是否低于车速阈值，并且在低于车速阈值时，开启 压力传感器；
读取压力传感器的压力值；
判断实时压力值是否低于压力阈值，并且在高于压力阈值时，锁定车门；
锁定车门同侧的雷达开启；
读取雷达信息，MCU基于雷达信息计算获得范围内车间与目标物体之间的 相对位置信息；
MCU基于相对位置信息执行多级预警策略。
雷达测距测速模块是整个系统的关键所在。通过雷达测距测速使系统可 以快速确定出目标物体与车辆的实时相对距离和相对速度，并将目标物体与 车辆的相对距离和速度实时输入到下一模块去。
工作原理：在雷达触发状态下，雷达窄波束向周围发射电磁波信号，当 发射信号遇到目标时，被反射回来被同一天线接收，经过混频放大处理，可 用其差拍信号间来表示雷达与目标的距离，再根据差频信号相差与相对速度 关系，即可计算出目标对雷达的相对速度。
雷达测速具体原理：
1)基于多普勒原理，毫米波雷达可用于测径向速度，即目标相对于雷达 的径向上接近的速度。当发射的电磁波和被探测的物体之间有相对移动，回 波的频率会和发射波的频率不同。通过检测这个频率差可以测得目标的相对 于雷达的移动速度。
假定每个脉冲发射时的相位均为Ф0
第一个脉冲遇到距离为R1的目标返回的雷达的回波相位为Φ1
Φ1＝Φ0+2Π*2R1/λ
一个脉冲重复周期T之后，第二个脉冲发出遇到目标时，该目标距雷达 的距离为R2,则该目标对于第二个脉冲回波到达雷达时的相位Ф2
Ф2＝Ф0+2Π*2R2/λ
于是相继返回的两个脉冲之间的相位差为△Ф
△Φ＝Φ2-Φ1＝4Π(R2-R1)/λ
则目标雷达波束径向速度为Vr
Vr＝△r/T＝λ*△Φ/(4ΠT)
2)基于位置测速度，通过位置跟踪，对距离微分，即可得到相对速度。
V＝dR/dt
雷达信号处理：毫米波雷达监测系统可沿用现阶段较为成熟的成果，用 独立处理中心，成熟的转换算法转换，将监测电信号上传至总系统。
本发明通过对本车车速的读取，并与设定的速度阈值作比较，低于阈值， 则系统开启，门把手压力传感器实时监测压力值，车外雷达开启实时监测特 定范围内目标物体与本车相对距离和相对速度。压力值达到阈值，则直接对 相应车门进行锁定，并将相应侧雷达监测信息实时上传。
预警策略(如下图3)
压力值达到阈值，车门已经实现锁定，此时处理系统对雷达上传的信息 进行处理并判断，实现分级预警：预测到达时间在0～t1，则车门不解锁，信 号灯危险指示，蜂鸣器报警，乘客强制不得下车；预测到达时间在t1～t2， 车门解锁，信号灯危险指示，蜂鸣器报警，乘客自行选择是否下车；预测到 达时间大于t2或范围内无目标物体，车门解锁，信号灯安全指示，乘客可以 安全打开车门。
信号交互方法
基于汽车开门预警处理算法，根据车内、外环境监测，将所得数据与设 定阈值进行比较，若得出验算结果满足条件，则输出为0，即存在开门危险； 若不满足条件，则输出为1，即无开门危险。
系统开启之后，通过车内车速的读取和对车门把手压力值的监测，实时 控制是否将车外雷达所测数据上传处理中心，极大提高了系统效率，并以红、 黄、绿三种颜色和蜂鸣器声音向车内乘客实时反馈。
信号灯颜色信息
红色：即处理中心所得预测目标物体到达目标车门所需时间在0～t1之 间，则开门存在极大危险。信号灯反馈为红色。
黄色：即处理中心所得预测目标物体到达目标车门所需时间在t1～t2之 间，则开门存在一定危险。信号灯反馈为黄色。
绿色：即处理中心所得预测目标物体到达目标车门所需时间在大于t2， 则开门几乎不存在危险，信号灯反馈为绿色。
蜂鸣器声音信息
报警：即处理中心所得预测目标物体到达目标车门所需时间在0～t2之 间，则开门存在较大危险，蜂鸣器报警。
不报警：即处理中心所得预测目标物体到达目标车门所需时间大于t2， 则开门几乎不存在危险，蜂鸣器不报警。
雷达检测模块采用毫米波雷达作为首选雷达，相比较于红外线雷达更加 经济适合本发明的初衷，相较于激光雷达更适合于雨天、大雾等恶劣天气。 雷达的信号发射接收探头安装在轿车轿顶后部左右两侧，实现对周围环境全 方位的监测，侧重点为后方的盲区。雷达的信号处理模块采用毫米波雷达通 用的MCU单元运行2-D傅里叶变换处理提取汽车与目标的相对速度，相对距 离，相对角度，以及相对运动方向等信息，随后上传至信息处理中心。本发 明在车辆把手处安装陶瓷压力传感器，进行对车内人员下车意图的监测，采用陶瓷压力传感器，陶瓷压力传感器压力字节作用在膜片前表面，灵敏度较 高，能够准确感知车内人员情况，且具有耐腐蚀的特性、体积小适合用于车 门把手。对于车速的监测，利用现有技术从车辆ECU中提出并加以运用，降 低了装置的成本。
信息处理模块采用MSP430系列单片机这款微处理器功能强大,处理速 度快,除了自身处理速度快之外还有低功耗、便于控制系统设计的优点。
反馈系统采用分级反馈机制，该模块主要包括LED分级危险警报灯、蜂 鸣器、以及车门自锁装置。安装于车辆内部乘车人员较易察觉的位置。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而 言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行 多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限 定。

Claims (6)

1.一种基于毫米波雷达的新型汽车开门分级预警反馈系统，其特征在于，所述的反馈系统包括：MCU、雷达、压力传感器和报警装置，所述的压力传感器设置在车门上，
所述的MCU与汽车的ECU建立通信，并且在汽车启动后，MCU运行监测系统开启，所述的检测系统包括
读取汽车的车速；
判断实时汽车的车速是否低于车速阈值，并且在低于车速阈值时，开启压力传感器；
读取压力传感器的压力值；
判断实时压力值是否低于压力阈值，并且在高于压力阈值时，锁定车门；
与锁定车门同侧的雷达开启；
读取雷达信息，MCU基于雷达信息计算获得范围内车间与目标物体之间的相对位置信息；
MCU基于相对位置信息执行多级预警策略。
2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的新型汽车开门分级预警反馈系统，其特征在于，所述的包括相对速度、相对距离、相对角度、以及相对运动方向。
3.根据权利要求2所述的基于毫米波雷达的新型汽车开门分级预警反馈系统，其特征在于，所述的多级预警策略包括：
预测到达时间在0～t1，则车门不解锁，信号灯危险指示，蜂鸣器报警，乘客强制不得下车；
预测到达时间在t1～t2，车门解锁，信号灯危险指示，蜂鸣器报警，乘客自行选择是否下车；
预测到达时间大于t2或范围内无目标物体，车门解锁，信号灯安全指示，乘客可以安全打开车门。
4.根据权利要求3所述的基于毫米波雷达的新型汽车开门分级预警反馈系统，其特征在于，所述的信号灯有三种颜色，
红色：预测目标物体到达目标车门所需时间在0～t1之间；
黄色：预测目标物体到达目标车门所需时间在t1～t2之间；
绿色：预测目标物体到达目标车门所需时间在大于t2。
5.根据权利要求4所述的基于毫米波雷达的新型汽车开门分级预警反馈系统，其特征在于，所述的MCU为MSP430系列单片机。
6.根据权利要求5所述的基于毫米波雷达的新型汽车开门分级预警反馈系统，其特征在于，所述的压力传感器为陶瓷压力传感器。
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