CN216942982U - 一种汽车自动避障系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种汽车自动避障系统，汽车自动避障系统包括中央处理器、制动机构以及检测机构，中央处理器连接制动机构与检测机构，汽车自动避障系统还包括电源组件，电源组件连接检测机构与中央处理器，为测距组件、测速组件及中央处理器供电。本实用新型中的汽车自动避障系统。通过中央处理器调控驱动组件的运转状态，实现矿车在作业过程的自动避障，工作时，由检测机构收集汽车与障碍物之间的距离信息及汽车的车速信息，并将收集的信息通过信号处理器传递给中央处理器，由中央处理器根据接收的信号合理调控驱动组件，从而调控汽车的行驶状态，解决了现有技术中避障系统无法自动对汽车车况进行调控的技术问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车驾驶安全技术领域，特别涉及一种汽车自动避障系统。
背景技术
随着汽车行业的不断发展，汽车的安全性越来越受到重视，其中就涉及到用于安全驾驶的避障系统。
避障系统基于车辆上的各类传感器，将车内外的环境数据信号转换成电信号，经过计算机技术、数字信号技术等处理，让驾驶者在最短的时间察觉到可能发生的危险。
现有技术中，避障系统通常由检测组件检测车辆与障碍物之间的距离，通过中央处理器判断后，采用预警的方式告知驾驶员，需驾驶员手动控制汽车制动，适用于正常驾驶的路况，但在路况复杂的道路上，其中涉及到矿井的一个场景，矿井环境恶劣，在矿车运输过程中会遇到许多突发情况，采用现有的避障系统依旧需要驾驶员频繁的操控汽车制动，不能通过避障系统自动对车况进行调控，降低了汽车驾驶的安全性。
实用新型内容
基于此，本实用新型的目的是提供一种汽车自动避障系统，用于解决现有技术中避障系统无法自动对汽车车况进行调控的技术问题。
本申请提出一种汽车自动避障系统，所述汽车自动避障系统包括中央处理器、制动机构以及检测机构，所述中央处理器连接所述制动机构与所述检测机构；
所述检测机构包括测距组件及信号处理器，所述测距组件通过所述信号处理器电性连接至所述中央处理器，所述测距组件用于检测所述汽车与一障碍物之间的距离，所述检测机构还包括电性连接所述中央处理器的测速组件，所述测速组件用于检测所述汽车的车速；
所述制动机构包括刹车组件及驱动组件，所述刹车组件的信号输入端连接所述中央处理器与所述信号处理器，所述刹车组件的信号输出端连接所述驱动组件，由所述中央处理器与所述信号处理器的其中一个通过所述刹车组件调控所述驱动组件运转，形成两个工作回路；
所述汽车自动避障系统还包括电源组件，所述电源组件连接所述检测机构与所述中央处理器，为所述测距组件、测速组件及中央处理器供电。
上述汽车自动避障系统，通过中央处理器调控驱动组件的运转状态，实现矿车在作业过程的自动避障，代替了传统避障系统通过预警的方式告知驾驶员，由驾驶员手动调节车况的方案，工作时，由检测机构收集汽车与障碍物之间的距离信息及汽车的车速信息，并将收集的信息通过信号处理器传递给中央处理器，由中央处理器根据接收的信号合理调控驱动组件，从而调控汽车的行驶状态，解决了现有技术中避障系统无法自动对汽车车况进行调控的技术问题。
进一步地，所述汽车自动避障系统，其中，所述测距组件包括超声波雷达与激光雷达，所述超声波雷达设于所述汽车的四周，用于对所述汽车的四周设定范围内的障碍物进行测距；
所述激光雷达设于所述汽车的前方，用于对所述汽车的前方设定范围内的障碍物进行测距。
进一步地，所述汽车自动避障系统，其中，所述刹车组件包括电磁阀控制器与电磁阀，所述电磁阀控制器的信号输入端连接所述中央处理器与所述信号处理器，所述电磁阀控制器的信号输出端通过所述电磁阀连接所述驱动组件。
进一步地，所述汽车自动避障系统，其中，所述信号处理器采用C51芯片作为下位机，用于所述检测机构的数据初步处理；所述中央处理器采用STM32F407主控芯片作为上位机，用于对所述信号处理器收集的信息处理并做出避障决策。
进一步地，所述汽车自动避障系统，其中，所述汽车自动避障系统还包括预警组件与显示组件，所述预警组件与显示组件电性连接所述中央处理器。
进一步地，所述汽车自动避障系统，其中，所述电源组件采用LM7805电压稳压芯片。
进一步地，所述汽车自动避障系统，其中，所述驱动组件为无刷电机。
进一步地，所述汽车自动避障系统，其中，所述汽车自动避障系统还包括电性连接所述中央处理器的主控盒。
附图说明
图1为本实用新型第一实施例具体结构示意图；
图2为本实用新型电源组件电路示意图；
主要元件符号说明：
| 中央处理器 | 10 | 制动机构 | 20 |
| 刹车组件 | 21 | 电磁阀控制器 | 211 |
| 电磁阀 | 212 | 驱动组件 | 22 |
| 检测机构 | 30 | 测距组件 | 31 |
| 超声波雷达 | 311 | 激光雷达 | 312 |
| 测速组件 | 32 | 电源组件 | 40 |
| 显示组件 | 50 | 预警组件 | 60 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1所示，为本实用新型第一实施例中的汽车自动避障系统，应用于汽车驾驶，所述汽车自动避障系统包括中央处理器10、制动机构20以及检测机构30，所述中央处理器10连接所述制动机构20与所述检测机构30；
所述检测机构30包括测距组件31及信号处理器，所述测距组件31通过所述信号处理器电性连接至所述中央处理器10，所述测距组件31用于检测所述汽车与一障碍物之间的距离，所述检测机构30还包括电性连接所述中央处理器10的测速组件32，所述测速组件32用于检测所述汽车的车速；
所述制动机构20包括刹车组件21及驱动组件22，所述刹车组件21的信号输入端连接所述中央处理器10与所述信号处理器，所述刹车组件21的信号输出端连接所述驱动组件22，由所述中央处理器10与所述信号处理器的其中一个通过所述刹车组件21调控所述驱动组件22运转，形成两个工作回路；
所述汽车自动避障系统还包括电源组件40，所述电源组件40连接所述检测机构30与所述中央处理器10，为所述测距组件31、测速组件32及中央处理器10供电。
在本实施例中，测距组件31采用卡尔曼滤波预测的方式检测车辆与障碍物之间的距离，所述卡尔曼滤波算法属于递推估计算法，每次运算时只需要考虑前一时刻的输入信号即可，无需把过去所有时刻的障碍物信息进行存储，便于及时处理矿车前方的障碍物信息。卡尔曼滤波算法可以根据某一时间点的煤矿地面轨道运输矿车前方障碍物的情况，预估出下一时刻的煤矿地面轨道运输矿车前方障碍物的情况，以达到煤矿地面轨道运输矿车前方障碍物预测值的均方误差最小的效果。
具体地，所述工作回路包括第一回路与第二回路，所述第一回路由所述中央处理器10对所述测距组件31收集的距离阈值及所述测速组件32收集的车速信息做出判断，并通过所述刹车组件21调控所述驱动组件22；所述第二回路由所述信号处理器接收外部中断信号，通过所述刹车组件21调控所述驱动组件22。在本实施例中，第一回路主要由中央处理器10通过485通讯查询的方式获取检测机构30收集的信息，并对收集的信息做出避障决策，但中央处理器10查询过程中有一定的时间差，在其中一个场景中，当矿车距离障碍物远远小于检测机构30检测范围的时候，还通过中央处理器10来对矿车制动就会导致刹车延迟而与障碍物发生碰撞，为避免第一回路存在的问题，可通过第二回路对矿车进行制动，第二回路主要刹车力是由驾驶者施加、且第二回路具有最高响应权限，制动机构20一收到中断信号立马响应执行，对矿车行驶状态做出调整。
具体地，所述测距组件31包括超声波雷达311与激光雷达312，所述超声波雷达311设于所述汽车的四周，用于对所述汽车的四周设定范围内的障碍物进行测距；
所述激光雷达312设于所述汽车的前方，用于对所述汽车的前方设定范围内的障碍物进行测距。本实施例中，矿车的车头安装了两个远距离激光雷达312(量程为0-180m)，用于车辆及障碍物检测，矿车前方和左右两侧防撞粱各安装2个共4个超声波雷达311，用于泊车，通过激光雷达312与超声波雷达311组合应用于矿车的各个部位，使得矿车可以在复杂的矿井中安全作业；
中央处理器10实时获取测速组件32和测距组件31传回的信息，当车速距离比超过了设置的安全范围时，立即通过驱动组件22减速至相应安全车速，当检测机构30检测到距离小于设定范围时，触发驱动组件22紧急中断，立即刹车，具体地，通过CAN总线读取车辆方向盘转动情况、挂前进后退档情况，判断车辆行驶状态包括以下三种情况：
正常前进状态下：若方向盘转动小于90°角度，且档位处于前进档，则认为车辆正常前进，通过矿车的车头安装的两个远距离激光雷达312收集矿车与障碍物之间的距离阈值，当距离阈值小于50m时，由中央处理器10控制预警组件60给出语音提示，测速组件32通过CAN模块传递给中央处理器10当前车速，当车速超出预设速度40km/h，则控制驱动组件22减速至某一速度；当距离阈值小于20m时，给出语音提示，继续检测当前车速，若超出预设速度20km/h，则控制驱动组件22减速至某一速度；直至车辆停止。
转弯状态下：若方向盘转动大于90°角度，则认为车辆正在进行转弯，由测速组件32检测矿车否超出转弯预设速度40km/h，若超过则减至预设速度20km/h，并通过矿车四周设置的4个超声波雷达311感知当前与障碍物的距离阈值，转弯时，当距离阈值低至0.3m时，为避免车辆转弯时有工人闯入运行轨迹而被撞的情况，低于0.3m矿车刹停。
倒车状态下：若档位处于后退档，则认为车辆正在倒车。首先打开倒车照明灯和倒车影像，同时检测是否超出倒车预设速度，若超过则减至预设速度，并通过辅助检测机构30感知当前与障碍物的距离，倒车时，当距离阈值低至0.3m时，为避免车辆倒车时有工人闯入运行轨迹而被撞的情况，低于0.3米矿车刹停。
以上距离参数及车速参数均可调整，并可在中央处理器10的主控盒上进行设置。
具体地，所述刹车组件21包括电磁阀212控制器211与电磁阀212，所述电磁阀212控制器211的信号输入端连接所述中央处理器10与所述信号处理器，所述电磁阀212控制器211的信号输出端通过所述电磁阀212连接所述驱动组件22。本实施例中，由电磁阀212控制器211接收第一回路或第二回路所发出的信号并作出处理，通过电磁阀212控制驱动组件22运转或制动，可选地，所述驱动组件22为无刷电机，但不局限于此。
具体地，所述信号处理器采用C51芯片作为下位机，用于所述检测机构30的数据初步处理；所述中央处理器10采用STM32F407主控芯片作为上位机，用于对所述信号处理器收集的信息处理并做出避障决策。由矿车四周的4个超声波雷达311和矿车前方的两个激光雷达312收集信息，然后发给做下位机C51，C51进行一个预处理，把收集到的信息打包成一个通讯包。后通过485通讯把数据包发送给作为上位机的STM32F407，STm32F407收到数据包后经过数据处理做出避障决策。
读取决策标志位后通过控制矿车的无刷电机做出正反转、停止的控制，实现避障启停效果。
本实施例所提供的预警组件60与显示组件50的工作流程示意图，所述汽车自动避障系统还包括预警组件60与显示组件50，所述预警组件60与显示组件50电性连接所述中央处理器10。具体地，所述预警组件60为蜂鸣器，当矿车临近碰撞时间阈值的时候，蜂鸣器报警提示驾驶员。在进入碰撞时间阈值内，根据时间长短，由电磁阀212控制驱动组件22触发刹车，并尽可能保证矿工乘坐舒适度；所述显示组件50为LED屏，主要用于泊车观察矿车四周情况避免与障碍物发生磕碰，具体地，车辆倒车或近距离通过障碍物时，打开转向灯或挂倒车档，LED屏自动切换3D全景显示画面。
图2示出了本实施例所提供的电源组件40的电路结构图，所述电源组件40采用LM7805电压稳压芯片。考虑到矿车上的电源电压较高，采用LM7805转5V三端稳压芯片把电压转换成5V,再通过AMS1117-3.3V转3.3V给芯片能给矿车提供稳定电源，进而提高系统的安全性与稳定性。
综上，本实用新型上述实施例当中的汽车自动避障系统，通过中央处理器调控驱动组件的运转状态，实现矿车在作业过程的自动避障，代替了传统避障系统通过预警的方式告知驾驶员，由驾驶员手动调节车况的方案，工作时，由检测机构收集汽车与障碍物之间的距离信息及汽车的车速信息，并将收集的信息通过信号处理器传递给中央处理器，由中央处理器根据接收的信号合理调控驱动组件，从而调控汽车的行驶状态，解决了现有技术中避障系统无法自动对汽车车况进行调控的技术问题。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种汽车自动避障系统，其特征在于，所述汽车自动避障系统包括中央处理器、制动机构以及检测机构，所述中央处理器连接所述制动机构与所述检测机构；
所述检测机构包括测距组件及信号处理器，所述测距组件通过所述信号处理器电性连接至所述中央处理器，所述测距组件用于检测所述汽车与一障碍物之间的距离，所述检测机构还包括电性连接所述中央处理器的测速组件，所述测速组件用于检测所述汽车的车速；
所述制动机构包括刹车组件及驱动组件，所述刹车组件的信号输入端连接所述中央处理器与所述信号处理器，所述刹车组件的信号输出端连接所述驱动组件，由所述中央处理器与所述信号处理器的其中一个通过所述刹车组件调控所述驱动组件运转，形成两个工作回路；
所述汽车自动避障系统还包括电源组件，所述电源组件连接所述检测机构与所述中央处理器，为所述测距组件、测速组件及中央处理器供电。
2.根据权利要求1所述的汽车自动避障系统，其特征在于，所述测距组件包括超声波雷达与激光雷达，所述超声波雷达设于所述汽车的四周，用于对所述汽车的四周设定范围内的障碍物进行测距；
所述激光雷达设于所述汽车的前方，用于对所述汽车的前方设定范围内的障碍物进行测距。
3.根据权利要求1所述的汽车自动避障系统，其特征在于，所述刹车组件包括电磁阀控制器与电磁阀，所述电磁阀控制器的信号输入端连接所述中央处理器与所述信号处理器，所述电磁阀控制器的信号输出端通过所述电磁阀连接所述驱动组件。
4.根据权利要求1所述的汽车自动避障系统，其特征在于，所述信号处理器采用C51芯片作为下位机，用于所述检测机构的数据初步处理；所述中央处理器采用STM32F407主控芯片作为上位机，用于对所述信号处理器收集的信息处理并做出避障决策。
5.根据权利要求1所述的汽车自动避障系统，其特征在于，所述汽车自动避障系统还包括预警组件与显示组件，所述预警组件与显示组件电性连接所述中央处理器。
6.根据权利要求1所述的汽车自动避障系统，其特征在于，所述电源组件采用LM7805电压稳压芯片。
7.根据权利要求1所述的汽车自动避障系统，其特征在于，所述驱动组件为无刷电机。
8.根据权利要求1所述的汽车自动避障系统，其特征在于，所述汽车自动避障系统还包括电性连接所述中央处理器的主控盒。
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