CN213892397U - 一种汽车车道偏移提醒装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种汽车车道偏移提醒装置，其包括激光发射器、激光接收器、放大电路和控制器，放大电路包括跨阻放大器、反向放大器、正向放大器和带通滤波器；激光接收器的输出端通过依次串联的跨阻放大器、反向放大器、正向放大器和带通滤波器与控制器的模拟输入端电性连接；通过设置跨阻放大器，一方面可以进行电压转换，另一方面在不改变噪声特性的同时提高放大电路带宽，使放大电路的带宽、噪声及稳定性均衡的同时，避免系统中产生寄生电容；通过设置反向放大器和正向放大器，可使放大电路的放大倍数达到1000倍，满足控制器A/D采样的电压范围要求，提高了系统的稳定性。

Description

一种汽车车道偏移提醒装置

技术领域

本实用新型涉及汽车前向ADAS技术领域，尤其涉及一种汽车车道偏移提醒装置。

背景技术

汽车车道偏离预警系统一般通过视觉传感器检测汽车车道偏离，包括环境感知模块、规划决策模块和自动控制模块三部分，其中，环境感知模块包含了车辆安装的GPS、摄像头和激光雷达等环境感知硬件设备以及信息处理计算机，摄像头和激光雷达用感知车身周边的环境信息，GPS和陀螺仪负责为车辆提供车辆位置信息；规划决策模块进行车辆路径的全局规划和局部规划；自动控制模块负责控制车辆的油门、刹车和转向灯执行机构。

激光雷达通过接收超声波的回波信号感知车身周边的环境信息。常采用激光接收器接收该回波信号并将其转换为可测电信号，而信号调理电路是回波信号调理模块的重要组成部分，它将激光接收器输出的电流信号转换为电压信号并加以放大、滤波，以尽可能高的信噪比提供给后续电路，进而实现激光接收器与后续电路的性能匹配。若信号调理模块中的放大电路的带宽不够时，经过系统后的输入信号会损失一部分频率；当放大电路相频特性不理想时，会造成输入信号失真。目前，放大电路权衡低噪声、宽频带及稳定性等技术要求时，还会产生无法计算的寄生电容等参数。因此，为解决上述问题，本实用新型提供一种汽车车道偏移提醒装置，在使用激光雷达感知车身周边的环境信息时，优化放大电路的结构，使其带宽、噪声及稳定性均衡的同时，避免系统中产生寄生电容，提高系统的系统灵敏度，降低噪声。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种汽车车道偏移提醒装置，在使用激光雷达感知车身周边的环境信息时，优化放大电路的结构，使其带宽、噪声及稳定性均衡的同时，避免系统中产生寄生电容，提高系统的系统灵敏度，降低噪声。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种汽车车道偏移提醒装置，其包括激光发射器、激光接收器、放大电路和控制器，放大电路包括跨阻放大器、反向放大器、正向放大器和带通滤波器；

控制器的脉冲输出端与激光发射器的输入端电性连接，激光发射器的输出端输出激光信号，该激光信号被目标车辆反射并产生回波信号，该回波信号被激光接收器接收并将其转换为电流信号，该电流信号通过依次串联的跨阻放大器、反向放大器、正向放大器和带通滤波器输入至控制器的模拟输入端进行数字转换。

在以上技术方案的基础上，优选的，跨阻放大器包括电阻R11、电容C5和第一运算放大器；

激光接收器输出的电流信号输入至第一运算放大器的反相输入端，第一运算放大器的同相输入端接地，电阻R11并联在第一运算放大器的反相输入端及其输出端之间，电容C5并联在电阻R11的两端，第一运算放大器的输出端与反向放大器的输入端电性连接。

进一步优选的，反向放大器包括：电阻R12、电阻R13和第二运算放大器；

第一运算放大器的输出端通过电阻R12与第二运算放大器的反相输入端电性连接，第二运算放大器的同相输入端接地，电阻R13并联在第二运算放大器的反相输入端及其输出端之间，第二运算放大器的输出端与正向放大器的输入端电性连接。

进一步优选的，正向放大器包括：电阻R14、电阻R15和第三运算放大器；

第二运算放大器的输出端与第三运算放大器的同相输入端电性连接，第三运算放大器的反相输入端通过电阻R14接地，电阻R15并联在第三运算放大器的反相输入端及其输出端之间，第三运算放大器的输出端与带通滤波器的输入端电性连接。

进一步优选的，带通滤波器包括：电阻R16、电阻R17、电容C6、电容C7和第四运算放大器；

第三运算放大器的输出端通过顺次串联的电容C6和电阻R16与第四运算放大器的反相输入端电性连接，第四运算放大器的同相输入端接地，电阻R17并联在第四运算放大器的反相输入端及其输出端之间，电容C7并联在电阻R17的两端，第四运算放大器的输出端与控制器的模拟输入端电性连接。

进一步优选的，带通滤波器的通带范围是89Hz～20KHz。

在以上技术方案的基础上，优选的，激光发射器的波长为905nm。

本实用新型的一种汽车车道偏移提醒装置相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置跨阻放大器，一方面可以进行电压转换，另一方面在不改变噪声特性的同时提高放大电路带宽，使放大电路的带宽、噪声及稳定性均衡的同时，避免系统中产生寄生电容；

(2)通过设置反向放大器和正向放大器，可使放大电路的放大倍数达到1000倍，满足控制器A/D采样的电压范围要求，提高了系统的稳定性；

(3)通过设置带通滤波器，可以抑制带外噪声，提高系统的信噪比以及稳定性，保证控制器内A/D采样的最大动态范围。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为本实用新型一种汽车车道偏移提醒装置的结构图；

图2为本实用新型一种汽车车道偏移提醒装置中放大电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一种汽车车道偏移提醒装置，其包括激光发射器、激光接收器、放大电路和控制器。

激光发射器，控制器的脉冲输出端与激光发射器的输入端电性连接，激光发射器的输出端输出激光信号，该激光信号被目标车辆反射并产生回波信号，该回波信号被激光接收器接收。激光发射器输出光功率越大，激光接收器接收光功率越大，有利于降低激光接收模块设计难度，提高系统信噪比，降低硬件成本；其响应速度越快，测量精度越高。因为905nm波长的激光属于红外波段，红外在雾和雨中的衰减较小，当探测范围小于15m时红外的传输衰减可忽略。因此，本实施例中，激光发射器的波长为905nm。

激光接收器，接收激光发射器的回波信号，将其转换为电流信号，该电流信号通过放大电路输入至控制器的模拟输入端进行数字转换。优选的，本实施例中，激光接收器选用光电二极管。

放大电路，对激光接收器输出的电流信号进行放大处理。本实施例中，放大电路包括跨阻放大器、反向放大器、正向放大器和带通滤波器。

跨阻放大器，提高放大电路带宽的同时不改变噪声特性。本实施例中，如图2所示，跨阻放大器包括电阻R11、电容C5和第一运算放大器；具体的，激光接收器输出的电流信号输入至第一运算放大器的反相输入端，第一运算放大器的同相输入端接地，电阻R11并联在第一运算放大器的反相输入端及其输出端之间，电容C5并联在电阻R11的两端，第一运算放大器的输出端与反向放大器的输入端电性连接。其中，电阻R11与反馈电阻；由于跨阻放大器输入端的寄生电容和反馈电阻的影响，会在噪声增益曲线上形成一个零点，引擎第一运算放大器自激振荡，因此，本实施例中，设置补偿电容C5，使第一运算放大器处于稳定的工作状态。

反向放大器，由于跨阻放大器输出的电压信号为反相电压信号，为使后续电路能够稳定可靠的识别有用信号，必须将该电压放大到预设参考电平以上，因此，本实施例中设置反向放大器和正向放大器将跨阻放大器输出的电压信号转换为正电压且放大倍提高到50倍。本实施例中，如图2所示，反向放大器包括：电阻R12、电阻R13和第二运算放大器；具体的，第一运算放大器的输出端通过电阻R12与第二运算放大器的反相输入端电性连接，第二运算放大器的同相输入端接地，电阻R13并联在第二运算放大器的反相输入端及其输出端之间，第二运算放大器的输出端与正向放大器的输入端电性连接。反向放大器的放大倍数与电阻R12、电阻R13的比值相关，通过改变电阻R12和电阻R13的阻值可以改变反向放大器的增益，本实施例中，反向放大器的放大倍数为50倍。

正向放大器，对反向放大器的输出端进一步放大。本实施例中，如图2所示，正向放大器包括：电阻R14、电阻R15和第三运算放大器；具体的，第二运算放大器的输出端与第三运算放大器的同相输入端电性连接，第三运算放大器的反相输入端通过电阻R14接地，电阻R15并联在第三运算放大器的反相输入端及其输出端之间，第三运算放大器的输出端与带通滤波器的输入端电性连接。正向放大器的放大倍数与电阻R14、电阻R15的比值相关，通过改变电阻R14、电阻R15的阻值可以改变正向放大器的增益，本实施例中，正向放大器的放大倍数为20倍，反向放大器和正向放大器组合起来的总放大倍数为100倍。

带通滤波器，抑制带外噪声，提高系统的信噪比，保证控制器内A/D采样的最大动态范围。本实施例中，如图2所示，带通滤波器包括：电阻R16、电阻R17、电容C6、电容C7和第四运算放大器；具体的，第三运算放大器的输出端通过顺次串联的电容C6和电阻R16与第四运算放大器的反相输入端电性连接，第四运算放大器的同相输入端接地，电阻R17并联在第四运算放大器的反相输入端及其输出端之间，电容C7并联在电阻R17的两端，第四运算放大器的输出端与控制器的模拟输入端电性连接。本实施例中，带通滤波器为巴特沃兹滤波器，用于保证带通内波动尽可能的小；带通滤波器的增益与电阻R16和电阻R17的比值相关；带通滤波器的通带范围是89Hz～20KHz。

本实施例的工作原理为：汽车车身上的激光发射器发射激光，该激光被周围目标车辆反射产生回波信号，该回波信号被激光接收器接收，并将其转换为电流信号，该电流信号经过跨阻放大器进行电压转换以及提升带宽后依次进入反向放大器和正向放大器进行放大，放大倍数为1000倍，满足控制器A/D采样的电压范围要求后，再经过带通滤波器滤除带外噪声，最后进入控制器的A/D采样引脚，由控制器进行模数转换。

本实施例的有益效果为：通过设置跨阻放大器，一方面可以进行电压转换，另一方面在不改变噪声特性的同时提高放大电路带宽，使放大电路的带宽、噪声及稳定性均衡的同时，避免系统中产生寄生电容；

通过设置反向放大器和正向放大器，可使放大电路的放大倍数达到1000倍，满足控制器A/D采样的电压范围要求，提高了系统的稳定性；

通过设置带通滤波器，可以抑制带外噪声，提高系统的信噪比以及稳定性，保证控制器内A/D采样的最大动态范围。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种汽车车道偏移提醒装置，其包括激光发射器、激光接收器、放大电路和控制器，其特征在于：所述放大电路包括跨阻放大器、反向放大器、正向放大器和带通滤波器；

所述控制器的脉冲输出端与激光发射器的输入端电性连接；

所述激光接收器的输出端通过依次串联的跨阻放大器、反向放大器、正向放大器和带通滤波器与控制器的模拟输入端电性连接。

2.如权利要求1所述的一种汽车车道偏移提醒装置，其特征在于：所述跨阻放大器包括电阻R11、电容C5和第一运算放大器；

所述激光接收器输出的电流信号输入至第一运算放大器的反相输入端，第一运算放大器的同相输入端接地，电阻R11并联在第一运算放大器的反相输入端及其输出端之间，电容C5并联在电阻R11的两端，第一运算放大器的输出端与反向放大器的输入端电性连接。

3.如权利要求2所述的一种汽车车道偏移提醒装置，其特征在于：所述反向放大器包括：电阻R12、电阻R13和第二运算放大器；

所述第一运算放大器的输出端通过电阻R12与第二运算放大器的反相输入端电性连接，第二运算放大器的同相输入端接地，电阻R13并联在第二运算放大器的反相输入端及其输出端之间，第二运算放大器的输出端与正向放大器的输入端电性连接。

4.如权利要求3所述的一种汽车车道偏移提醒装置，其特征在于：所述正向放大器包括：电阻R14、电阻R15和第三运算放大器；

所述第二运算放大器的输出端与第三运算放大器的同相输入端电性连接，第三运算放大器的反相输入端通过电阻R14接地，电阻R15并联在第三运算放大器的反相输入端及其输出端之间，第三运算放大器的输出端与带通滤波器的输入端电性连接。

5.如权利要求4所述的一种汽车车道偏移提醒装置，其特征在于：所述带通滤波器包括：电阻R16、电阻R17、电容C6、电容C7和第四运算放大器；

所述第三运算放大器的输出端通过顺次串联的电容C6和电阻R16与第四运算放大器的反相输入端电性连接，第四运算放大器的同相输入端接地，电阻R17并联在第四运算放大器的反相输入端及其输出端之间，电容C7并联在电阻R17的两端，第四运算放大器的输出端与控制器的模拟输入端电性连接。

6.如权利要求5所述的一种汽车车道偏移提醒装置，其特征在于：所述带通滤波器的通带范围是89Hz～20KHz。

7.如权利要求1所述的一种汽车车道偏移提醒装置，其特征在于：所述激光发射器的波长为905nm。

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