一种基于激光雷达的汽车防碰撞系统与控制方法

1.一种基于激光雷达的汽车防碰撞系统，其特征在于，包含激光雷达探测单元、信号处理电路和液压机电制动装置；信号处理电路包括模似电路、数字电路部分和参数可调软件，模拟电路含有激光发射及接收扫描器、滤波器、高频放大器、参数模拟电路及模拟转数字（A-D），其中激光发射受控于激光功率限幅电路，限幅电路是用于防止过大激光输出功率；
本地信号发生器为调制器提供调制信号，以此驱动红外激光二极管使之产生相应的激光，水平角探测装置及俯角探测装置信号给参数模拟电路，数字电路含有与模拟转数字（A-D）连接的中心处理器、数字转模拟（D-A）、功率放大器、液压机电制动装置，中心处理器一路连接驱动声音警报，一路连接给图像介面卡进而驱动图像显示器，一路连接给数字转模拟（D-A)后经功率放大器放大后控制液压机电制动装置。
2.一种基于激光雷达的汽车防碰撞系统的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：激光雷达探测单元发射激光信号之后，再接收经障碍物反射回的带有相位差的信号，信号经过放大滤波（也可以用锁相环测定相位差）与解调后送入参数模拟电路以制取关于距离、速度与加速度的数据，送入参数模拟电路的还有水平角与俯角测量装置，用于推算物体方位与高度；经过模拟转换成数字后，数字信号输入中心处理器进行处理；快速记忆器用于存放近期要取用的数据，协作芯片可以用于计算的并联作业，以加快分析运算速度，计算器的防撞决策做出后，会再通过数模转换成模拟量，然后经功率放大器放大后交给机电制动装置实施电动液压制动控制。

一种基于激光雷达的汽车防碰撞系统与控制方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种基于激光雷达的汽车防碰撞系统与控制方法。\n背景技术\n[0002] 随着工业的发展，汽车大量使用，交通事故发生的概率增加，据不完全统计车祸占意外死亡总数的50％以上，全世界因交通事故而死亡的人数已超过3000万人。据估计，当今世界每年死于车祸的人数约为25万～30万人。我国车祸发生率全球最高，为15%左右，与国外相比较，为日本的26.5倍、美国的17.8倍。每年依然大约有6万人死于交通事故，20多万人在事故中受伤,我国车祸的发生率和死亡率皆居世界之首位，因此对汽车安全关注度的提高，主动防撞系统日益受到关注。作为领先技术的车载激光雷达系统，可以有效的进行主动碰撞预警，规避大量的潜在危险目标，显著地提高了车辆驾驶的安全性，是新一代汽车安全装备的首选。\n[0003] 目前市面上已有的激光雷达用的测距系统无法准确躲避障碍物，判断误差较大，其次是测距时间慢，智能化程度低，常与驾驶员的判断相反。\n发明内容\n[0004] 本发明为了使汽车防碰撞系统实现更高的接收灵敏度，同时保持精度和重复率指标不明显劣化，本发明提供一种基于激光雷达的汽车防碰撞系统，包含激光雷达探测单元、信号处理电路和液压机电制动装置；信号处理电路包括模似电路、数字电路部分和参数可调软件，模拟电路含有激光发射及接收扫描器、滤波器、高频放大器、参数模拟电路及模拟转数字（A-D），其中激光发射受控于激光功率限幅电路，限幅电路是用于防止过大激光输出功率；本地信号发生器为调制器提供调制信号，以此驱动红外激光二极管使之产生相应的激光，水平角探测装置及俯角探测装置信号给参数模拟电路，数字电路含有与模拟转数字（A-D）连接的中心处理器、数字转模拟（D-A）、功率放大器、液压机电制动装置，中心处理器一路连接驱动声音警报，一路连接给图像介面卡进而驱动图像显示器，一路连接给数字转模拟（D-A)后经功率放大器放大后控制液压机电制动装置。\n[0005] 一种基于激光雷达的汽车防碰撞系统的控制方法，包含以下步骤：激光雷达探测单元发射激光信号之后，再接收经障碍物反射回的带有相位差的信号，信号经过放大滤波（也可以用锁相环测定相位差）与解调后送入参数模拟电路以制取关于距离、速度与加速度的数据，送入参数模拟电路的还有水平角与俯角测量装置，用于推算物体方位与高度；经过模拟转换成数字后，数字信号输入中心处理器进行处理；快速记忆器用于存放近期要取用的数据，协作芯片可以用于计算的并联作业，以加快分析运算速度，计算器的防撞决策做出后，会再通过数模转换成模拟量，然后经功率放大器放大后交给机电制动装置实施电动液压制动控制。\n[0006] 另外，基于激光雷达的汽车防碰撞系统中设有的激光信号接收传感器，用于接收经障碍物反射回的带有相位差的信号，这个信号经过放大滤波（也可以用锁相环测定相位差）与解调后送入参数模拟电路以制取关于距离、速度与加速度等数据。送入参数模拟电路的还有水平角与俯角测量装置 (它们可以采用一些现成的技术)，用于推算物体方位与高度。经过模拟转换成数字后，数字信号输入中心处理器进行处理；快速记忆器用于存放近期要取用的数据，协作芯片可以用于计算的并联作业，以加快分析运算速度。如计算器的防撞决策做出后，会再通过数模转换成模拟量，然后经功率放大器放大后交给机电制动装置实施电动液压制动控制。其中介面卡是用于驱动图像显示器，因系统同时附设音像警告。使用者可以选择只启用音像警告系统, 由驾者自行人工刹车排险。\n[0007] 电液自动恒速调校系统是由电子控制的闭环车速自动调整系统，同时传统的刹车踩板制动仍然保留，在这种系统中刹车的执行由自动恒速调校电子系统和传统的液压刹车共同控制。这种电子控制系统已包括防抱死的机制。\n[0008] 本系统产生模拟量电控讯号，并通过该液压电控装置，智能地进行刹车或减速。值得一提的是，系统控制与驾者之刹车是“人机同控， 互不矛盾”，这是由于系统能更正自己的多余介入。\n[0009] 本系统通过探测周遭 360 度，120 米范围内的人，车，物体与本车的动态关系，包括距离、方位，速度、加速度等，进而判断是否可能产生碰撞，从而及时采取警告及自动刹车等手段以避撞。 应用领域：汽车防撞系统适用于救护车、公交车、消防车、旅游车、抢险车、公务用 车及出租车等。它将改善交通环境面貌与效率，提升了汽车品位与档次，打造出和谐，平安，低耗，高效，优质，舒适的交通工具！采用智能滤波降噪电路，大大提高系统探测灵敏度；人工智能技术，智能化处理复杂路况，包括软件数据处理与碰撞预测算法；通过数理模型构造智能软件，计入本车空间存在；数理模型智能软件，计入非线性的相对运动轨迹计算快速——单束激光探测波的采用排除了点阵式液晶讯息处理，处理讯息大大减少， 大大减轻了对计算速度的要求，产品的实用性大为提高。防撞系统是先通过激光扫探测器的全方位扫描获得车身周围的障碍物在横向、纵向与本车体的动态趋势，然后据此利用车载微型电脑（中心处理器）去预测出在一个预定的短时间内是否进入本车车体范围（即在空间上产生重迭）作为碰撞的判断。障碍物与汽车的相对轨迹以非线性模式处理使碰撞预测更为准确，对于解决了系统与驾驶员双重控制的矛盾，保证了连续性和机动性。\n附图说明\n[0010] 图1是本发明的处理电路原理框图。\n具体实施方式\n[0011] 下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的解释说明。\n[0012] 如图1所示，本发明提供一种基于激光雷达的汽车防碰撞系统，包含激光雷达探测单元、信号处理电路和液压机电制动装置；信号处理电路包括模似电路、数字电路部分和参数可调软件，模拟电路含有激光发射及接收扫描器、滤波器、高频放大器、参数模拟电路及模拟转数字（A-D），其中激光发射受控于激光功率限幅电路，限幅电路是用于防止过大激光输出功率；本地信号发生器为调制器提供调制信号，以此驱动红外激光二极管使之产生相应的激光，水平角探测装置及俯角探测装置信号给参数模拟电路，数字电路含有与模拟转数字（A-D）连接的中心处理器、数字转模拟（D-A）、功率放大器、液压机电制动装置，中心处理器一路连接驱动声音警报，一路连接给图像介面卡进而驱动图像显示器，一路连接给数字转模拟（D-A)后经功率放大器放大后控制液压机电制动装置。\n[0013] 一种基于激光雷达的汽车防碰撞系统的控制方法，包含以下步骤：激光雷达探测单元发射激光信号之后，再接收经障碍物反射回的带有相位差的信号，信号经过放大滤波（也可以用锁相环测定相位差）与解调后送入参数模拟电路以制取关于距离、速度与加速度的数据，送入参数模拟电路的还有水平角与俯角测量装置，用于推算物体方位与高度；经过模拟转换成数字后，数字信号输入中心处理器进行处理；快速记忆器用于存放近期要取用的数据，协作芯片可以用于计算的并联作业，以加快分析运算速度，计算器的防撞决策做出后，会再通过数模转换成模拟量，然后经功率放大器放大后交给机电制动装置实施电动液压制动控制。\n[0014] 另外，基于激光雷达的汽车防碰撞系统中设有的激光信号接收传感器，用于接收经障碍物反射回的带有相位差的信号，这个信号经过放大滤波（也可以用锁相环测定相位差）与解调后送入参数模拟电路以制取关于距离、速度与加速度等数据。送入参数模拟电路的还有水平角与俯角测量装置 (它们可以采用一些现成的技术)，用于推算物体方位与高度。经过模拟转换成数字后，数字信号输入中心处理器进行处理；快速记忆器用于存放近期要取用的数据，协作芯片可以用于计算的并联作业，以加快分析运算速度。如计算器的防撞决策做出后，会再通过数模转换成模拟量，然后经功率放大器放大后交给机电制动装置实施电动液压制动控制。其中介面卡是用于驱动图像显示器，因系统同时附设音像警告。使用者可以选择只启用音像警告系统, 由驾者自行人工刹车排险。\n[0015] 系统的分析计算，决策控制均在此软件之指挥和协调之下。在驾驶期间, 不管任何交通地点，(高速公路、自由公路、街道、本地道路、停车场等)，激光雷达探测单元的双回转扫描激光器保持发射和接收扫描激光脉冲 (一个障碍元在一圈内将收到激光扫描波束许多次的的扫射，它取决于距离和尺寸。比如，在90米远的地方, 一个18CM宽的柱子上将可得到640点取样，如果扫描激光波是100Mhz。) 以及对所有这些讯号进行模拟的和数据的处理和运算。一旦有关数据符合所列 (1)~(3) 方程式，则在短时间里会发生碰撞(1.5秒)，必须采取适当控制以防止碰撞。由于数据不断进来，真实境况改变著碰撞预计的结论，控制行为将持续改变。(取决于自动计算结果。) 但一旦刹车启动，控制信号将保持至少60 ~ 120毫秒，来等待下一个控制信号。所有这些操作是在没有驾驶员参与的情况下自动完成。如果司机参与控制将改变检测结果，由于系统和交通环境存在的实时反馈关系，系统将及时自动综合。本系统的分析计算是按二次函数模式处理与被监测物体的相对运动关系，即防撞系统所监测物体之未来轨迹一般做为曲线处理，直线仅为特例；其速度也非匀速，匀速仅为特例；因此对预计与障碍物的碰撞能达到更高准确性。交通环境的障碍体定义为一个简单的个体, 如一个直径为20cm的站立电线杆，一个长度为4.5米的汽车，一个25 ~ 45cm宽度的人体， 一个宽为4到100米的建筑物。如果来自个体上任一点的数据表明碰撞要发生，那么定义为碰撞。为简化计算，假设障碍体的所有点有同样的速度，角速度，加速度、因此，我们可以运用这些数据来代表整个个体，比如说，如果来自这些点的信息暗示立即碰撞，将无法引发碰撞控制。\n[0016] 利用相邻两轮激光束扫描之间对应点的距离和时差来求相对速度，供验证前一方法之准确性。使用两种方法应指出同一结果，倘不是，对几轮扫描下来所得数据之计算结果加以权衡 (三到五轮即够)。至于对应点的判定则可通过模糊识别，例如斜率曲率相近且位于一定范围内(比如在两轮扫描时差二十毫秒内不出1.2米)。