CN206671564U - 基于激光雷达的智能车防撞系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于激光雷达的智能车防撞系统，适用于车辆技术领域，包括：至少一扫描周围环境物体的位置数据的激光雷达；至少一发送区域选择信号到所述激光雷达且接收所述激光雷达传输的开关量信号作为控制信号的智能车；至少一解析所述位置数据以及传输开关量信号到所述智能车的防撞模块；所述智能车与所述激光雷达、所述防撞模块之间通信连接。借此，本实用新型通过用激光雷达全面探测行驶路径上是否具有障碍物、装配简单、使用方便，提高了产品的实用性，实现智能车防撞。

Description

基于激光雷达的智能车防撞系统

技术领域

本实用新型涉及车辆技术领域，尤其涉及一种基于激光雷达的智能车防撞系统。

背景技术

现有的智能车是电子计算机等最新科技成果与现代汽车工业相结合的产物智能车在工业上应用也非常广泛，主要应用于无人搬运方面。被业界人士称为：无人搬运车或是AGV小车，其自动牵引，自动导航无需工人参与，备受厂商关注。AGV的全称是AutomatedGuided Vehicles，是一种装有自动导引装置，能够按照规定的导引路径行驶，具有编程和停车选择装置、安全保护装置以及各种物料移载功能的自动导航车，障碍物检测是智能车安全工作的前提。目前用于智能车的安全防撞系统主要分为机械接触式(如机械式防护栏)和非接触式两种，非接触式主要包括红外探测、超声波、微波、激光雷达等方案。其中激光雷达是一种性能最优和最为安全的保护方案，本专利结合了TOF激光雷达精准的探测扫描功能,创造性地将激光雷达作为智能车防撞功能的核心传感器，设计智能车防撞模块，成功应用于智能车的安全行驶领域，从而减少交通事故的发生。

德国西克的TIM310雷达是一款专门应用于AGV防撞雷达，客户可以根据自己的需要，在不同的应用场景，设置不同的安全区域，AGV会通过安装在车上的雷达来检测正在接近的物体，当障碍物与AGV的距离小于安全的距离，该雷达就会输出一个开关量信号，连接报警系统，启动减速以及刹车系统，保障车辆行驶安全。

已有的智能车防撞产品大部分技术还不成熟，或者产品本身应用成本较高，操作较复杂，因而没有得到普及。其中激光雷达作为目前最可靠的传感器，价格十分昂贵，其它种类传感器存在精度不高，探测距离和探测范围有限，不能识别物体的缺点，因而无法得到广泛使用。国内激光雷达市场发展不够成熟，到目前为止都没有成熟的应用方案。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于激光雷达的智能车防撞系统，其目的在于用激光雷达全面探测行驶路径上是否具有障碍物、装配简单、使用方便，提高了产品的实用性，实现智能车防撞。

本发明提供一种基于激光雷达的智能车防撞系统，包括：

至少一扫描周围环境物体的位置数据的激光雷达；

至少一发送区域选择信号到所述激光雷达且接收所述激光雷达传输的开关量信号作为控制信号的智能车；

至少一解析所述位置数据以及传输开关量信号到所述智能车的防撞模块；

所述智能车与所述激光雷达、所述防撞模块之间通信连接。

根据本发明所述基于激光雷达的智能车防撞系统，所述激光雷达还包括：

一采集环境中的障碍物的位置数据的激光雷达传感器；

一所述防撞模块，所述激光雷达传感器通过串口连接到所述防撞模块，所述防撞模块与所述激光雷达一体化设置；

根据本发明所述基于激光雷达的智能车防撞系统，所述智能车包括：

一根据所述开关量信号控制所述智能车运行状态的智能车控制模块；

一根据所述开关量信号对障碍物进行避障报警的报警模块；所述报警模块通信连接到所述防撞模块；

所述智能车控制模块发送所述区域选择信号到所述激光雷达。

根据本发明所述基于激光雷达的智能车防撞系统，所述防撞模块还包括：

一将所述激光雷达传感器扫描到的所述位置数据进行初步处理的数据处理子模块；

一根据所述智能车的区域选择信号预设报警区域的报警区域子模块；

一根据所述报警区域和所述环境信息计算对应控制智能车的开关量信号的系统分析子模块；

所述数据处理子模块通过串口电连接所述激光雷达传感器，所述数据处理子模块、所述报警区域子模块电连接所述系统分析子模块。

根据本发明所述基于激光雷达的智能车防撞系统，所述防撞模块还包括至少一输入所述智能车的区域选择信号的输入口和至少一输出所述开关量信号到所述智能车的输出口。

根据本实用新型所述基于激光雷达的智能车防撞系统，所述防撞模块包括四个所述输入口和四个所述输出口。

根据本实用新型所述基于激光雷达的智能车防撞系统，智能车还包括摄像头和显示屏，所述摄像头电连接到所述智能车，所述摄像头采集的场景信息呈现在所述显示屏上。

根据本实用新型所述基于激光雷达的智能车防撞系统，所述智能车还设置有隐性，所述报警模块电连接所述显示屏和所述音响。

根据本实用新型所述基于激光雷达的智能车防撞系统，所述激光雷达是基于飞行时间原理的激光雷达，且包括单线和/或者多线。

根据本实用新型所述基于激光雷达的智能车防撞系统，所述激光雷达置顶部署在所述智能车前面。

本实用新型通过改进后将激光雷达作为智能车防撞功能的核心传感器，可以全面探测行驶路径上是否具有障碍物，装配简单，使用方便，提高了产品的实用性。激光雷达较高的角度分辨率和扫描频率，该防撞雷达可以准确探测前方障碍物，用户可根据需要在测距范围内设置安全距离，实时探测路径信息，实现智能车防撞。

附图说明

图1是本实用新型基于激光雷达的智能车防撞系统的结构示意图；

图2是本实用新型基于激光雷达的智能车防撞系统的优选实施例的激光雷达结构示意图；

图3是本实用新型基于激光雷达的智能车防撞系统优选实施例的智能车结构示意图；

图4是本实用新型基于激光雷达的智能车防撞系统使用方法流程示意图；

图5是本实用新型基于激光雷达的智能车防撞系统使用方法第一实施例示意图；

图6是本实用新型基于激光雷达的智能车防撞系统使用方法第二实施例示意图；

图7A是本实用新型基于激光雷达的智能车防撞系统使用方法第三实施例报警区域示意图之一；

图7B是本实用新型基于激光雷达的智能车防撞系统使用方法第三实施例报警区域示意图之二；

图7C是本实用新型基于激光雷达的智能车防撞系统使用方法第三实施例报警区域示意图之三；

图8是本实用新型基于激光雷达的智能车防撞系统的智能车立体示意图；

图9是本实用新型基于激光雷达的智能车防撞系统的激光雷达立体示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了解决上述问题，本发明提供一种基于激光雷达的智能车防撞系统1000，该系统借助的零部件可以是内置于移动终端的软件单元，硬件单元或软硬件结合单元。结合图示说明，如图1～图2所示，本发明提供的基于激光雷达的智能车防撞系统1000，包括：

至少一扫描周围环境物体的位置数据的激光雷达100；

至少一发送区域选择信号到所述激光雷达且接收所述激光雷达传输的开关量信号作为控制信号的智能车200；

一解析所述位置数据以及传输开关量信号到智能车200的防撞模块20

所述智能车200与激光雷达100、防撞模块20之间通信连接。

如图1～图3所示，更具体的是，激光雷达100主要包括激光雷达传感器10 和防撞模块20两部分激光雷达作为最核心的传感器，是整个系统存在的基础，优选的采用的激光雷达基于TOF(Time of Flight，飞行时间)原理，其精度不易受距离和光照影响。防撞模块20主要用于解析雷达数据，设置报警区域，数据处理以及传输报警信号。

更好的是所述基于激光雷达的智能车防撞系统，所述激光雷达还包括：

一采集环境中的障碍物的位置数据的激光雷达传感器10；

优选的是还包括防撞模块20，激光雷达传感器100通过串口连接到防撞模块20，防撞模块20与激光雷达100一体化设置，集成在一起可以方便的改造现有的智能车200一起适用；

对于环境中的障碍物，位置数据包括障碍物到激光雷达的距离和方位，由位置数据在当前时刻的建立相对于激光雷达的坐标系(坐标系可以是基于激光雷达的相对坐标系)，每一个障碍物根据距离和方位都能转换为一个坐标系中进行描述，障碍物相对于路径之间的关系可以进一步通过坐标系计算，不同时刻采集的障碍物可以通过相应地转换实现数据的无缝对接。

同时，进一步地，基于激光雷达的智能车防撞系统1000，智能车200包括：

一根据所述开关量信号控制所述智能车运行状态的智能车控制模块210；

一根据所述开关量信号对障碍物进行避障报警的报警模块220；报警模块 220通信连接到防撞模块20。

依靠本发明提供的基于激光雷达的智能车防撞系统1000的各装置实现防撞，激光雷达传感器100、智能车200上的智能车控制模块210、报警模块220 (即当作报警系统主要控制核心使用)其中：激光雷达传感器10能够测量200 米范围内全方位二维平面距离和方位信息，测量频率高，数据更新速率快，可准确获取障碍物的位置坐标，并根据实际需要，设置安全区域(即通过区分障碍物的距离划分安全等级，安全区域内提示安全)，在行驶到其余的区域设置相应的报警提示，使得用户知晓附近的安全状态，在危险的障碍物出现在预设安全距离内时报警，由智能车200实现避障。②智能车控制模块210主要用来控制智能车200的即运行状态，运行状态包括转向、速度以及行驶路径；③报警模块220主要用来对障碍物进行避障报警。

更进一步地，所述基于激光雷达的智能车防撞系统1000，所述防撞模块20 还包括：

一将所述激光雷达传感器10扫描到的所述位置数据进行初步处理的数据处理子模块21；

一根据所述智能车200区域选择信号预设报警区域的报警区域子模块22；

一根据所述报警区域和所述环境信息输出对应控制智能车的开关量信号的系统分析子模块23；

所述数据处理子模块21通过串口电连接激光雷达传感器10，数据处理子模块21、报警区域子模块22电连接系统分析子模块23。

优选的，所述防撞模块20还包括至少一输入所述智能车的区域选择信号的输入口24和至少一输出开关量信号到所述智能车的输出口25。

本实施例中，用激光雷达100作为智能车200防撞的核心传感器实现对周围环境信息的探测扫描功能，激光雷达传感器100可提高激光雷达导航防撞功能的实用性。利用激光雷达对周围物体进行扫描的基础上，通过数据处理子模块21对雷达的周围环境进行分析处理，系统分析子模块23计算出具体的应对障碍物的决策，并输出开关量信号，控制智能车200的报警模块220或者通过智能车控制模块210控制智能车的行驶动作。如图9所示，是基于激光雷达的智能车防撞系统1000应用于AGV(Automated Guided Vehicle的缩写，意即"自动导引运输车")小车的场景，

该防撞模块20包括四个输入口24，四个输出口25，输入口24主要用来输入智能车区域选择信号，四路输入用来从15种区域里选择一种区域，随着输入路数增加，输出的开关量组合越多，设置参数支持的就越多，四路输出包括，报警输出、减速输出、刹车输出、故障输出(硬件故障)，报警区域子模块22 可以根据输入区域选择信号确定报警区域，具体地，系统根据行驶状态例如设置左拐、右拐、直行，选择不同的激光雷达识别的区域，再对应该区域在其中选择三个不同范围的报警区域，智能车控制模块210下发的区域选择参数，选择防撞区域，而且报警区域也可以划分不同的等级，按照预设的区分规则对待障碍物的安全等级实现相应的报警提示，来判断障碍物是否在安全距离内；输出口25主要用来输出开关量，用来判断报警区域是否有障碍物，报警区域的一个划分方式如图7A～图7C所示，继而通过开关量信号控制报警模块220、智能车控制模块210。

优选的是，智能车200还包括摄像头和显示屏，所述摄像头电连接到所述智能车200，所述摄像头采集的场景信息呈现在所述显示屏上。

所述报警模块220与所述显示屏通信连接，与智能车200的音响电连接。

更好的是，所述激光雷达100是TOF激光雷达，且包括单线和/或多线；

所述激光雷达中设置有ARM处理器处理激光雷达的位置数据。该处理器也可以替换为其他架构的芯片处理器。

更进一步地，为了使得本发明基于激光雷达的智能车防撞方法阐述更清楚，基于上文中的基于激光雷达的智能车防撞系统1000实现，如图3所示的流程图，步骤包括：

步骤S401，激光雷达扫描周围环境物体的位置数据；

步骤S402，智能车发送区域选择信号到所述激光雷达；

步骤S403，所述智能车接收所述激光雷达传输的开关量信号作为控制信号。

利用激光雷达对周围物体进行扫描的基础上，通过数据处理子模块21对雷达的周围环境进行分析处理，激光雷达100利用区域选择信号作为参考，确定报警区域的形式和输出正确的开关量信号控制智能车作出正确的运行状态改变，如设置区域如图1中所示，该区域适合在左拐时选择，系统可以根据该行驶路径的选择默认选择一个区域进行识别管理，对防撞参数进行对应设置，设置过程在此不再赘述，如防撞区域选择为如图7A所示时，当所在区域内出现障碍物时，根据用户的设置的防撞参数，分析计算，输出报警、减速、刹车信号，在报警区域内遇到障碍物，则输出停止左拐、停止前进或右拐到正确的路径上去。

更好的是一个优选的第一实施例中，如图5所示，实现了报警提示，所述步骤如下：

步骤S501，采集环境中的障碍物的位置数据；这一步由激光雷达传感器10 执行；

步骤S502，智能车发送区域选择信号到所述激光雷达；这一步由智能车200 到激光雷达100进行传输，具体地，是发送区域选择信号到所述的激光雷达100，区域选择信号的具体内容由智能车200的开关量控制，而开关量对应通过用户设置和行驶状态为依据产生，不同的用户设置和行驶状态对应产生不同的开关量，才使得区域选择信号选择对应的防撞区域的；

步骤S503，解析所述激光雷达的位置数据并传输开关量信号到所述智能车 200；这一步通过防撞模块20实现；

步骤S504，根据所述开关量信号控制所述智能车200运行状态；这一步由智能车控制模块210实现；

步骤S505，根据所述开关量信号对障碍物进行避障报警；这一步由报警模块220实现。

在本发明基于激光雷达的智能车防撞方法一个优选的第二实施例中，流程简要说明如图6所示，在启动激光雷达之后，实施步骤包括：

步骤S601，采集环境中的障碍物的位置数据；这一步由激光雷达传感器10 执行；

步骤S602，根据所述智能车200区域选择信号预设报警区域；这一步由防撞模块20的报警区域子模块22实现，不同的区域选择信号设置不同形状和范围的报警区域，以实现精准化检测，当然如果要设置相同的坐标范围，应当设置更大范围，以确保目标方向足够多的区域被探测到。

步骤S603，输入所述智能车的区域选择信号；这一步与步骤S601相互独立，通过防撞模块的输入口25进行。

步骤S602，将所述激光雷达传感器10扫描到的所述位置数据进行初步处理；这一步由数据处理子模块21实现；

步骤S602，根据所述报警区域和所述环境信息进行系统分析；这一步由系统分析子模块23作出决策；

步骤S602，输出所述开关量信号到所述智能车；这一步通过输出口25传输到智能车200；

该激光雷达100主要包括激光雷达传感器10，还有可将防撞模块20集成在一起安装，首先车子运行时，启动防撞激光雷达，激光雷达100扫描周围环境物体，激光雷达传感器10将数据通过串口发送到防撞模块20中，智能车200 行驶时会给激光雷达100一个区域选择信号，防撞模块20中的报警区域子模块 22根据方向信号来设置报警区域，并采集并解析激光雷达数据，获取障碍物的位置坐标，判断障碍物是否在防撞区域以内，系统决策出之后防撞模块20输出一个开关量到智能车200的控制系统，即由智能车控制模块210执行，智能车 200根据开关量信号判断执行智能车200的动作，以达到防撞的目的。

本实施例中，在步骤S602中设置报警区域的时候优选的是：

输入不同的所述区域选择信号生成不同的报警区域，且根据障碍物到所述智能车的距离设置有第一报警阈值第二报警阈值和第三报警阈值；

当探测的障碍物到智能车200的距离达到第一报警阈值时输出所述开关量信号实现第一报警提示，显示或语音告警通过该阈值设置；或

当探测的障碍物到智能车200的距离达到第二报警阈值时输出第二报警提示，例如对即将进行的减速进行报警，该报警配合智能车控制模块220输出减速开关量同时进行；或

当探测的障碍物到智能车200的距离达到第三报警阈值时输出第三报警提示，例如对即将进行的刹车进行报警，该报警配合智能车控制模块220输出刹车开关量同时进行。

具体地，如图7A～图7C所示的基于激光雷达的智能车避障系统1000过程的具体实施例，报警区域设置一级警戒线、二级警戒线和三级警戒线所在位置对应第一报警阈值、第二报警阈值、第三报警阈值，同时该警戒线将报警区域划分为了三个等级，当某个障碍物位于二级警戒线到一级警戒线的距离的区间内就发出相应的第二报警提示，其提示内容与形式可以自定，等级较低时不干扰的语音提示即可，在更为靠近智能车的一级警戒线内发出第一报警提示，可以结合智能车设置的显示屏和音响，显示屏提示相应的报警信息，音响发出大音量的提示，报警音效也有针对性的优化。

数据处理过程：如图8、图9所示，将所述激光雷达100置顶部署在所述智能车100前面，防撞模块20检测的区域与智能车200行驶的的路径有关，在不同的路径，智能车控制端会下发不同的区域选择参数，选择不同的防撞区域，例如直行、左拐、右拐。针对不同的行驶方向，会形成不同的检测区域。如图 7A～图7C中所示，当智能车直走时，会在前方形成一个矩形报警区域，距离智能车两侧a mm的范围内为侧面安全距离，前方b1mm为一级警戒线，前方b2 mm为二级警戒线。如图7A、图7C所示，当智能车200选择如图7A所示区域，可以是对应路径左拐或者如图7C所示，路径为右拐时，会在前方形成一个平行四边形的报警区域，这些区域图形的大小和形状是通过用户对上位机设定绘制的，即系统提供了默认的形状和区域大小，也不限定区域形状必须为矩形，以满足客户根据自己车子的行驶路径、大小等实际需求，也不限定是X、Y坐标系中绘制的简单的框框的定位，也可以是其它定位形式，同样设有一二三级警戒线。激光雷达100基于飞行时间法，通过计算调制激光发射和返回的时间差得到光程进而得到测量物体的距离信息。激光雷达扫描到的环境信息由数据处理子模块21进行相应的初步处理，由系统分析子模块23进行全面的分析处理 (分析距离，角度，方位信息)，系统分析得到的结果可以经过对应的处理输出开关量信号，智能车的报警模块由此转换成的报警信号实现报警，智能车200 也可以根据分析结果中对障碍物进行判断的开关量信号，并根据开关量信号作出相应反应，保证智能车200行驶安全。

虽然上述实施例中采用的TOF激光雷达，采取的是200m范围的传感器，但可以在其它实施例中更换成更大范围内传感器，可实现360度全方位环境扫描探测，可获得障碍物精确的位置信息，包括障碍物相对于AGV的方位，距离信息，激光雷达可以进行替换，其中TOF激光雷达可以是单线或者多线，或者用其它类型激光雷达，比如基于三角测距原理的激光雷达，均可以任意组合替换，以实现同样的作用效果。激光雷达在智能车上的安装位置也可以进行适当的调整以达到同样的测量效果。智能车还可以加入摄像头，让场景信息真实呈现在显示屏上，同时结合激光雷达测量的点云数据，这样就可以真实地标定障碍物的方位和距离信息了。在本发明提供的基于激光雷达的智能车防撞系统基础上可以运用于其它交通工具上，例如铁轨上运行的列车、空中飞行的飞行器还有船舶。

综上所述，本发明通过将激光雷达作为智能车防撞功能的核心传感器，可以全面探测行驶路径上是否具有障碍物，装配简单，使用方便，提高了产品的实用性。激光雷达较高的角度分辨率和扫描频率，该防撞雷达可以准确探测前方的障碍物，用户可根据需要在测距范围内设置安全距离，实时探测路径信息，实现智能车防撞，降低激光雷达使用成本开发产品，提高激光雷达的实用价值。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于激光雷达的智能车防撞系统，其特征在于，包括：

至少一扫描周围环境物体的位置数据的激光雷达；

至少一发送区域选择信号到所述激光雷达且接收所述激光雷达传输的开关量信号作为控制信号的智能车；

至少一解析所述位置数据以及传输开关量信号到所述智能车的防撞模块；

所述智能车与所述激光雷达、所述防撞模块之间通信连接。

2.根据权利要求1所述基于激光雷达的智能车防撞系统，其特征在于，所述激光雷达还包括：

一采集环境中的障碍物的位置数据的激光雷达传感器；

一所述防撞模块，所述激光雷达传感器通过串口连接到所述防撞模块，所述防撞模块与所述激光雷达一体化设置。

3.根据权利要求1所述基于激光雷达的智能车防撞系统，其特征在于，所述智能车包括：

一根据所述开关量信号控制所述智能车运行状态的智能车控制模块；

一根据所述开关量信号对障碍物进行避障报警的报警模块；所述报警模块通信连接到所述防撞模块；

所述智能车控制模块发送所述区域选择信号到所述激光雷达。

4.根据权利要求1所述基于激光雷达的智能车防撞系统，其特征在于，所述防撞模块还包括：

一将所述激光雷达传感器扫描到的所述位置数据进行初步处理的数据处理子模块；

一根据所述智能车的区域选择信号预设报警区域的报警区域子模块；

一根据所述报警区域和环境信息计算对应控制所述智能车的开关量信号的系统分析子模块；

所述数据处理子模块通过串口电连接所述激光雷达传感器，所述数据处理子模块、所述报警区域子模块电连接所述系统分析子模块。

5.根据权利要求4所述基于激光雷达的智能车防撞系统，其特征在于，所述防撞模块还包括至少一输入所述智能车的区域选择信号的输入口和至少一输出所述开关量信号到所述智能车的输出口。

6.根据权利要求5所述基于激光雷达的智能车防撞系统，其特征在于，所述防撞模块包括四个所述输入口和四个所述输出口。

7.根据权利要求3所述基于激光雷达的智能车防撞系统，其特征在于，智能车还包括摄像头和显示屏，所述摄像头电连接到所述智能车，所述摄像头采集的场景信息呈现在所述显示屏上。

8.根据权利要求7所述基于激光雷达的智能车防撞系统，其特征在于，所述智能车还设置有音响，所述报警模块电连接所述显示屏和所述音响。

9.根据权利要求1所述基于激光雷达的智能车防撞系统，其特征在于，所述激光雷达是基于飞行时间原理的激光雷达，且包括单线和/或多线。

10.根据权利要求1所述基于激光雷达的智能车防撞系统，其特征在于，所述激光雷达置顶部署在所述智能车前面。