汽车防撞系统

1、一种汽车防撞系统，包括发射与接收扫描器、处理电路和电动刹车装置，处理电路将接 收扫描器的输入信号经配套的预测碰撞计算后，输出给电动刹车装置，其特征是扫描器 采用双旋转激光发射与接收扫描器，其包括一基座、安装在基座上带发射和接收窗口的 旋转体，旋转体上部安装有激光发生器、透镜组及一反射镜，反射镜出射光路对准发射 窗口，反射镜背面设有一带凸轮的电机，凸轮可驱动反射镜摆动，使光路呈扇形扫描， 旋转体下部安装有一激光接收装置，一锥形反射镜安装在接收窗口处，反射来激光经锥 形反射镜反射到激光接收探头上，所述的反射镜及带凸轮的电机固定在旋转体上，其余 部件均固定在基座上，基座上安装有一驱动电机可驱动旋转体旋转；
预测碰撞的计算方法如下：
·预测碰撞：假如被测点的纵向曲率半径小于0.3米满足下述方程式(1)；汽车以当 时速度行驶0.23米后所升高度超过0.1米满足下述方程式(2)；而且TTC1.5秒后被监 测物体的抽样质点一在激光探测束扫描中被命中者与极坐标原点的距离r和我车 的几何形体存在的关系，根据TTC和被测障碍元上取得的参数V，a，r(0)，ω， β，Θ(0)，通过方程式(4)，(5)和(6)满足下述方程式(3)，可做出该障碍物将 导致碰撞之判断：
R＝abs{[a(1+h’(t)/v)]/h”(t)}≤0.3    (1)
$\mathrm{\Delta h}=\mathrm{abs}\left\{\stackrel{0.023/V}{\int }{h}^{\prime }\left(t\right)\mathrm{dt}\right\}>0.01---\left(2\right)$
|r(TTC)|-ρ(Θ)≤0                     (3)
即根据运动学一般关系，有
r(TTC)＝f[v，a，r(0)]
      ＝TTCV+1/2*a*TTC**2+r(0)         (4)
ρ(Θ)＝f(Θ)                          (5)
Θ＝f[ω，β，Θ(0)]
  ＝TTCω+1/2*β*TTC**2+Θ(0)          (6)
r：在那特定的取样中，从扫描仪中心到激光波束击中目标物的距离，也用r(t)表示。单位：m；
V：在那特定的取样中，目标相对于汽车激光扫描器的速度，也用Vr(t)表示。单位m/s；
a：在那特定的取样中，目标相对于汽车激光扫描器相对加速度，也用a(t)表示。单位m/s**2；
ω：在那特定的取样中，目标相对于汽车激光扫描器被监测物体对主车的相对角速度，单位：rad/s；
β：在那特定的取样中，目标相对于汽车激光扫描器相对角加速度。单位：rad/sqs；
Θ：在选定的以我车上某一点为极点的极坐标系中障碍物质点矢量0r的方向角，也用Θ(t)表示单位： rad；
h：被测点高度，也用h(t)表示，单位：m；
R：被测点在垂直纵向平面上的曲率半径，单位：m；
ρ(Θ)：在探测激光器中心指向探测目标方向的上，从激光扫描仪中心至的本车边缘的距离.单位：m；
TTC：临撞时间，典型值为1.5″，单位：秒；
Δh：被测点高度对应于一定时间的变化量。单位：m；
以上各变量，除了TTC可典型地定为1.5”外，为时间的变量，如r也表为r(t)；
R&Δh：为被测点之纵向曲率半径和障碍物在垂直方向上的尺寸，它的数值是根据方程式(1)和(2) 计算。单位：m；
·预测验证：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3轮扫描下来所 得数据之计算结果加以权衡，至于对应点的判定则可通过模糊识别；
·系统应用：系统的分析计算，决策控制均在系统应用软件之指挥和协调之下，在驾 驶期间，不管任何交通地点，双回转扫描激光器保持发射和接收扫描激光脉冲，以 及对所有这些讯号进行模拟的和数据的处理和运算，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；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，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；交通环境的 障碍体定义为一个简单的个体，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；我们运用这些数据来代表整个个体，如果来自个体上任一点的有 关数据符合所列方程式，系统定义为碰撞-在短时间TTC里会发生碰撞，那么系 统会采取适当控制以防止碰撞。
2、根据权利要求1所述的汽车防撞系统，其特征是双旋转是指激光发射信号既可在汽车行 驶平面上作360°全方位旋转扫描，又同时具备垂直面的扇形旋转扫描，接收探头至少可 跟随作平面旋转接收反射来激光信号，来检测汽车四周障碍物。
3、根据权利要求2所述的汽车防撞系统，其特征是双旋转激光发射与接收扫描器平面旋转 速率大于48转/秒，垂直扫描周期约为125毫秒，而扇面夹角约30°度角，来检测汽车四周 障碍物。
4、根据权利要求1-3中任一项所述的汽车防撞系统，其特征是激光信号采用单光束脉冲； 选择波长以1.54um为中心的安全区红外频谱为首考，狭窄的脉冲宽度1～5ns，由第 一调制频率在1Ghz到200Mhz之间产生；第二调制频率在75Mhz到100Mhz之间；第 三调制频率833.33khz，半周期为600ns；扫描激光束发射的峰值功率为3.5至30瓦； 激光束辐射角度为0.002弧度。
5、根据权利要求1-3中任一项所述的汽车防撞系统，其特征是双旋转激光发射与接收扫描 器包括一基座、安装在基座上带发射和接收窗口的旋转体，旋转体上部安装有激光发生 器、透镜组及一反射镜，反射镜出射光路对准发射窗口，反射镜背面设有一带凸轮的电 机，凸轮可驱动反射镜摆动，使光路呈扇形扫描，旋转体下部安装有一激光接收装置， 一锥形反射镜安装在接收窗口处，反射来激光经锥形反射镜反射到激光接收探头上，所 述的反射镜及带凸轮的电机固定在旋转体上，其余部件均固定在基座上，基座上安装有 一驱动电机可驱动旋转体旋转。
6、根据权利要求1所述的汽车防撞系统，其特征是处理电路包括模似电路和数字电路两部 分，其中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，本地信号发生器经调制器 后给接收传感器，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，中心处理器一路输出驱动声音警报，一路输出给图像介面卡，进而驱动图像显 示器，一路输出给数字转模拟(D-A)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。
7、根据权利要求1所述的汽车防撞系统，其特征是以扫描光束在被监测体上反射表现来提 取防撞预测所须的被监测体的各种运动学参数，通过距离矢量的三阶导数求障碍物表面 的纯切向斜率的二阶导数，继而求得与障碍物的相对速度及相对加速度。
8、根据权利要求1所述的汽车防撞系统，其特征是预测碰撞之方法：
通过随时测量和衡量被测点的纵向曲率半径，随时测量和衡量障碍物表面在行驶方向上 的升高速率和短期高度累积数值，以及随时衡量通过把从被测障碍元上取得的运动学参 数，在一组描述质点运动状态运动学方程式和根据本车特点建立的解析几何方程式上求 出1.5秒后被监测物体和我车的位置关系，来随时做出是否存在碰撞事故的危险。
9、根据权利要求1所述的汽车防撞系统，其特征是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；所述运动物体对应点之求法可通 过模糊识别。
10、根据权利要求1所述的汽车防撞系统，其特征是，在满足权利要求9所提出的碰撞发生 判别法基础上，结合被测点的纵向曲率半径及扫描光束为障碍元曲面所截高度随时间之 变率在相当短时间上的积累效应，本汽车防撞系统尚可预测颠簸与掉坡或掉沟。

技术领域：\n本发明属于交通领域，特别涉及一种汽车防撞系统和与之配套运用的预测碰撞的计算 方法，尤其是使用旋转式脉冲激光束扫描仪来检测四周障碍物的汽车防撞系统。\n背景技术：\n汽车防撞系统伴随着汽车工业的发展，也始终不停止深入研发的脚步，其公开的资料 也是多种多样，比如说，美国专利号4825211汽车对靠近物体的警示仪，显示了汽车上使 用的警告器，当车子向后移动时，它能感应到物体近身来在远处产生第一个信号，在近处 至少产生第二个信号。\n美国专利号4872051防撞警告系统，揭示了较被动的防撞系统。一个光学敏感器展示 了如何在车辆旅行方向的大角度内范围进行持续性的光栅扫描，该敏感器的输出转化成数 据储存起来，计算机系统比较著连续性的图象来测探同一(可证)的物体。对于如此同一的 物体，计算机可以计算物体的中心和角度，以及衡量物体尺寸和范围，有着固定的角度及 不断增加的范围量度的物体的测探将使诱导报警。\n美国专利号5314037汽车防撞系统展示了在激光镭射基础上旨在预防汽车碰撞的系 统，该系统包括带有发射器，接收器，计算机，警告仪器和光学自动刹车装置的镭射雷达。 该系统比较著预期碰撞时间，用最小许可时间来决定碰撞的普遍存在性。当系统确定了可 能导致事故发生的情境时，它会发出警告。当汽车使用者无回应警告时，会使用光学汽车 刹车仪器。\n美国专利号5410304展示著由于与汽车驾驶情景相联系的速度原因即将发生的危险 的方法与仪器，揭示了一种能定义计算危险程度并将之展示给汽车驾驶员的方法，其中危 险程度即指汽车驾驶员把车开得太靠近前面汽车或其他障碍物，或在雾里开得太快。达到 该目的的信号可从汽车环境敏感器获得，比如说，从距离警告雷达或距离记录雷达以及红 外线可见范围衡量系统，并与汽车条件信号一起由安全电脑所分析。\n美国专利号5463384汽车防撞系统”展示了包括检测在邻近汽车的可控制区域里物体 的障碍物监测单元，检测单元发出多束红外线能量光束，检测来自物体的此种能量在区域 内的反应。检测单元由主体汽车的电子旋转信号特别激发，它包括多种相关的光发射二极 管以及对图片敏感的检测仪来察觉反射光线。\n美国专利号6012008预测碰撞及其反应的方法和装置展示了安装在汽车上的一种装 置，它能决定在距主体汽车的有限距离里移近的障碍物的作用发生时间。该系统可部署在 主体汽车前面以警示前面的影响作用，布置在两边以警示侧面影响作用。\n美国专利号6470273防撞警告系统展示了包括多对的光学传感器的系统。每一对光学 传感器能检测汽车外部周围的可见光度和红外线光度，创造相应的电子信号。光学传感器 确定著电子信号的光度的暂时变化以及与汽车外部物体碰撞的可能性，并在可能碰撞时产 生信号。\n中国专利号00249581.3，雷达微机型汽车防撞系统，公开一种用于汽车在行驶中，防 止发生碰撞事故的装置，它包含有传感器、计算机、伺服机构三部分。该装置的伺服机构 可控制汽车的油门，通过计算机接口扩展，还可控制制动器及其它。传感器由脉冲多普勒 激光雷达和车速信号输出仪组成。传感器测出与前方车辆的距离和本车速度，将信号送至 计算机，通过已编程序处理并指示伺服机构动作，以达到安全行车的目的。\n中国专利号97230398.7，自动防撞的交通工具及其防撞装置，公开一种防撞装置包括 传感探测器，处理控制部分和执行装置，其特征是传感探测器与处理控制部分连接，处理 控制部分与执行装置连接，传感探测器可以是机械、机电式探测器，激光探测器，光电主 动式红外探测器，光电被动红外探测器，超声波式探测器，微波式探测器，接近式探测器 或酒精敏感探测器或它们的部分组合；执行装置包括报警器、制动部分、安全防护装置； 一种自动防撞的交通工具，其特征在于将所述的防撞装置装在所述交通工具上。\n专利JP1145398A及US6546327B2均是针对车辆前方有限角度的探测防撞；其中 US6546327B2在对车辆前方有限角度的探测防撞条件下，还包含了针对车辆制动刹车方面的 设计。\n所以，迄今包括上述背景专利技术均是针对车辆某些方向上有限角度的探测防撞，如 何实现360°全方位探测存在的障碍物和预测判断可能碰撞即成本发明的研究的课题。\n发明内容：\n本发明的目的主要是发明一种具有全方位大角度扫描障碍物功能、并配套运用预测碰 撞的计算方法的汽车防撞系统。\n本发明技术方案是这样实现的：一种汽车防撞系统，包括发射与接收扫描器、处理电 路和电动刹车装置，处理电路将接收扫描器的输入信号经配套的预测碰撞计算后，输出给 电动刹车装置，其特征是扫描器采用双旋转激光发射与接收扫描器，其包括一基座、安装 在基座上带发射和接收窗口的旋转体，旋转体上部安装有激光发生器、透镜组及一反射镜， 反射镜出射光路对准发射窗口，反射镜背面设有一带凸轮的电机，凸轮可驱动反射镜摆动， 使光路呈扇形扫描，旋转体下部安装有—激光接收装置，一锥形反射镜安装在接收窗口处， 反射来激光经锥形反射镜反射到激光接收探头上，所述的反射镜及带凸轮的电机固定在旋 转体上，其余部件均固定在基座上，基座上安装有一驱动电机可驱动旋转体旋转；\n预测碰撞的计算方法如下：\n·预测碰撞：假如被测点的纵向曲率半径小于0.3米满足下述方程式(1)；汽车以当 时速度行驶0.23米后所升高度超过0.1米满足下述方程式(2)；而且TTC1.5秒后被 监测物体的抽样质点(在激光探测束扫描中被命中者)与极坐标原点的距离r和我 车的几何形体存在的关系，根据TTC和被测障碍元上取得的参数V，a，r(0)， ω，β，Θ(0)，通过方程式(4)，(5)和(6)满足下述方程式(3)，可做出该障 碍物将导致碰撞之判断。\nR＝abs{[a(1+h’(t)/v)]/h”(t)}≤0.3     (1)\n$\mathrm{\Delta h}=\mathrm{abs}\left\{\stackrel{0.023/V}{\int }{h}^{\prime }\left(t\right)\mathrm{dt}\right\}\ge 0.01---\left(2\right)$\n|r(TTC)|-ρ(Θ)≤0                      (3)\n即根据运动学一般关系，有\nr(TTC)＝f[v，a，r(0)]\n      ＝TTC V+1/2*a*TTC**2+r(0)    (4)\nρ(Θ)＝f(Θ)                      (5)\nΘ＝f[ω，β，Θ(0)]\n  ＝TTCω+1/2*β*TTC**2+Θ(0)      (6)\nr：在那特定的取样中，从扫描仪中心到激光波束击中目标物的距离，也用r(t)表示，单位：m；\nV：在那特定的取样中，目标相对于汽车激光扫描器的速度，也用Vr(t)表示，单位：m/s；\na：在那特定的取样中，目标相对于汽车激光扫描器相对加速度，也用a(t)表示，单位：m/s**2；\nω：在那特定的取样中，目标相对于汽车激光扫描器被监测物体对主车的相对角速度，单位： rad/s；\nβ：在那特定的取样中，目标相对于汽车激光扫描器相对角加速度，单位：rad/sqs；\nΘ：在选定的以我车上某一点为极点的极坐标系中障碍物质点矢量Or的方向角，也用Θ(t)表示单 位：rad；\nh：被测点高度，也用h(t)表示，单位：m；\nR：被测点在垂直纵向平面上的曲率半径，单位：m；\nρ(Θ)：在探测激光器中心指向探测目标方向的上，从激光扫描仪中心至的本车边缘的距离，单位： m；\nTTC：临撞时间，典型值为1.5″，单位：秒；\nΔh：被测点高度对应于一定时间的变化量，单位：m；\n以上各变量，除了TTC可典型地定为1.5”外，一般为时间的变量，如r也表为r(t)；\nR & Δh：为被测点之纵向曲率半径和障碍物在垂直方向上的尺寸，它的数值是根据方程式(1)和(2) 计算，单位：m；\n·预测验证：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3轮扫描下来所 得数据之计算结果加以权衡，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)；\n·系统应用：系统的分析计算，决策控制均在系统应用软件之指挥和协调之下，在驾 驶期间，不管任何交通地点，双回转扫描激光器保持发射和接收扫描激光脉冲， 以及对所有这些讯号进行模拟的和数据的处理和运算。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)，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，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，交通环境的障碍体定义为一个简单的个体，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，我们运用这些数据来代表整 个个体，如果来自个体上任一点的有关数据符合所列方程式，那么系统定义为碰 撞-在短时间TTC(1.5秒)里会发生碰撞，采取适当控制以防止碰撞；\n所述的双旋转是指激光发射信号既可在汽车行驶平面上旋转又同时具备垂直面的扇形 旋转，接收探头至少可跟随作平面旋转接收反射来激光信号，来检测汽车四周障碍物，由 于障碍物表面粗糙，其反射成漫散射，接收探头只需跟随旋转即能可靠接收到信号，发射 的激光束同时在对平面和垂直扇面进行扫描，无论路面或汽车上方一定方位角内的障碍物 均能被扫描到。\n一般双旋转激光发射与接收扫描器平面旋转速率设计大于48转/秒，垂直摆动速率大 于8扇面/秒，也即垂直扫描周期约为125毫秒，而扇面夹角约30°度角，这样即可满足高 速行驶的车辆上使用。\n本发明结构设计合理，采用双旋转激光信号扫描和旨在预测碰撞事故的分析计算方法， 不但具有指向性好、方位准确，而且还能对车辆全方位大角度范围内进行障碍物扫描，反 射回的信号经电路处理后能准确给出障碍物的方位、距离等参数，并提供执行刹车或者继 续行驶的命令。\n附图说明：\n下面结合具体图例对本发明做进一步说明：\n图1为双旋转激光发射与接收扫描器结构示意图\n图2为处理电路原理框图\n其中\n1-基座          2-旋转体       21-发射窗器      22-接收窗口\n3-激光发生器    31-透镜组      32-反射镜         4-电机\n41-凸轮         42-电池        5-激光接收探头    51-锥形反射镜\n6-驱动电机      61-齿轮组\n具体实施方式：\n参照图1，一种汽车防撞系统，包括发射与接收扫描器、处理电路及电动刹车装置， 其特征是扫描器采用双旋转激光发射与接收扫描器。双旋转激光发射与接收扫描器包括一 基座1、安装在基座1上带发射和接收窗口21、22的旋转体2，旋转体2上部安装有激光 发生器3、透镜组31及一反射镜32，反射镜32出射光路对准发射窗口21，反射镜32背面 设有一带凸轮的电机4，凸轮41可驱动反射镜32摆动，使光路呈扇形扫描，实现垂直扇面 扫描的目的；旋转体2下部安装有一激光接收装置，一锥形反射镜51安装在接收窗口22 处，反射来激光经锥形反射镜51反射到激光接收探头5上。所述的反射镜32及带凸轮41 的电机4固定在旋转体2上，反射镜32跟随旋转体2转动即能产生出射激光光路的旋转变 化，实现旋转扫描。电机4由固定在旋转体2上的自带电池供电。电机带动凸轮41转动使 反射镜角度产生扇形摆动，反射出的激光束也产生一定角度范围内的变化，实现垂直扫描。 而接收窗口22采用锥形反射镜51，无论窗口22旋转到那一角度，经其反射来的激光束均 能指向激光接收探头5，故将激光发生器3、透镜组31及激光接收装置均固定在基座上， 而不随旋转体2转动，可保持电连接的便利性，也减少精密器件在高速旋转中受损，基座1 上安装有一驱动电机6可驱动旋转体2旋转。驱动电机6与旋转体2间通过啮合齿轮组61 成传动连接，调整齿轮齿牙比即可改变激光的旋转扫描速度，扫描器平面旋转速率大于48 转/秒，垂直摆动速率大于8扇面/秒，而扇面夹角约30°度角，即可满足1.6m到120m内障 碍物的扫描，因此能获得足够的时间来避免绝大多数的碰撞，甚至汽车以相当高的速度(例 如60mph)对开或短距离内冒出之障碍物。\n激光信号采用单光束脉冲，选择波长在以1.54um为中心的安全区红外频谱，狭窄的脉 冲宽度1～5ns(或称载波基频)，由第一调制频率在1Ghz到200Mhz之间产生；第二调制 频率(或称占空调制频率)在75Mhz到100Mhz之间，其重复周期为10ns～13.33ns；第三调制 频率(或称距离调制频率)833.33khz，半周期为600ns。扫描激光束发射的峰值功率为3.5 至30瓦。激光束辐射角度为0.002弧度。减少扫描激光波束的幅射能量要求，达到既安全， 准确又灵敏之目的。通过对激光波的频率调制，建立不同频道来有效避免不同系统间的干 扰，同时也对各种来源之噪音起到过滤之作用，激光束辐射角度为0.002弧度，不但加强 了本系统扫描障碍物的辨识能力，并且也节省了激光扫描能量。\n本系统探测周围障碍物的方法，以扫描光束在被监测体上反射表现来提取防撞预测 所须的被监测体的各种运动学参数，例如通过求距离矢量的三阶导数求障碍物表面的纯切 向斜率的二阶导数继而求得与障碍物的相对速度a(t)及相对加速度a’(t)；亦可利用 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。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。\n参照图2，处理电路包括模似电路，数字电路部分和参数可调软件(即系统应用软件)。 其中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)，其中激光发射功率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，另外也使扫描功率与障碍物距离相关，以取得最大的安全结果；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。中心处理器一路输出驱动 声音警报，一路输出给图像介面卡，进而驱动图像显示器，一路输出给数字转模拟(D-A)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处理电路的工作原理如下：激光功率限幅电路将调制好的脉冲信号驱动激光发射探头 发射出单束脉冲扫描激光，以满足双回转扫描激光器的工作需要。另外，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作出后，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系统应用软件：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)，双回转扫描 激光器保持对汽车所在场地的四周(360度全方位)的远近(1.6米至90米)物体发射和 接收扫描激光脉冲(一个障碍元在激光扫描一周内将收到波束许多次的扫射，它取决于距 离和尺寸。比如，在90米远的地方，一个0.18米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和数据处理和运算，一旦有关数据 符合所列全部有关方程式组，则系统判定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， 将引发碰撞控制。\n系统应用软件步骤：\n障碍元&障碍元分离：dr/dt＞＞Vmrs联系著障碍体的开端，而dr/dt＜＜-Vmrs.则 联系著障碍体终端。(Vmrs定义为最大相对速度，通常是60m/s)。因为激光束长度在两 处会产生激烈改变。在这两点间所有点被定义为一个障碍元。障碍元往往是一个在运动态 势上的统一体。\n计算参数：由於激光幅射角为0.002Rad，因此6.4us将足够激光器发射光束掠过。通 过实测距离矢量r的径向三阶导数a’(t)可以求得被监测物体一个面元的纯切向斜率的 二阶导数(这个数据取决于该面元的几何形状，与障碍物的相对运动无关)；继而可以求得 与障碍元的相对速度V(t)，a(t)＝dv/dt及相对加速度的导数a″(t)＝da(t)/dt。\n预测碰撞：如上所述，从障碍物一个面元得到的数据v，a & a’适用于整个障碍元。 (障碍元往往是一个在运动态势上的统一体。)。如果障碍元中的任何一个点被预测碰撞， 那么该障碍物被预测碰撞。\n假如被测点的纵向曲率半径小于0.3米满足下述方程式(1)；汽车以当时速度行驶0.23 米后所升高度超过0.1米满足下述方程式(2)；(轿车车轮在行驶中撞击物体的临界情形)； 而且TTC(1.5秒)后被监测物体的抽样质点(在激光探测束扫描中被命中者)与极坐标原点 的距离r)和我车的几何形体存在的关系，根据TTC和被测障碍元上取得的参数Vr，a， r(0)，ω，β，Θ(0)，通过方程式(4)，(5)和(6)满足下述方程式(3)，可做出该障 碍物将导致碰撞之判断。\nR＝abs{[a(1+h’(t)/v)]/h”(t)}≤0.3      (1)\n$\mathrm{\Delta h}=\mathrm{abs}\left\{\stackrel{0.023/V}{\int }{h}^{\prime }\left(t\right)\mathrm{dt}\right\}\ge 0.01---\left(2\right)$\nIr(TTC)I-ρ(Θ)≤0                       (3)\n即根据运动学一般关系，有\nr(TTC)＝f[v，a，r(0)]\n      ＝TTC V+1/2*a*TTC**2+r(0)    (4)\nρ(Θ)＝f(Θ)                      (5)\nΘ＝f[ω，β，Θ(0)]\n  ＝TTC*ω+1/2*β*TTC**2+Θ(0)     (6)\n若R＜0.3M，且符合方程式(3)，则据Δh之数值，尚可预测颠簸与掉坡或掉沟   Δh数值   判断   0＜Δh＜0.01   颠簸   -0.01＜Δh＜0   颠簸   -∞＜Δh＜-0.01   掉坡\nr：在那特定的取样中，从扫描仪中心到激光波束击中目标物的距离，也用r(t)表示。单位：m\nV：在那特定的取样中，目标相对于汽车激光扫描器的速度，也用Vr(t)表示，单位：m/s。\na：在那特定的取样中，目标相对于汽车激光扫描器相对加速度，也用a(t)表示，单位：m/s**2ω： 在那特定的取样中，目标相对于汽车激光扫描器被监测物体对主车的相对角速度，单位：rad/s。\nβ：在那特定的取样中，目标相对于汽车激光扫描器相对角加速度，单位：rad/sqs；\nΘ：在选定的以我车上某一点为极点的极坐标系中障碍物质点矢量Or的方向角，也用Θ(t)表示单 位：rad。\nh：被测点高度，也用h(t)表示，单位：m。\nR：被测点在垂直纵向平面上的曲率半径，单位：m。\nρ(Θ)：在探测激光器中心指向探测目标方向的上，从激光扫描仪中心至的本车边缘的距离，单位： m。\nTTC：临撞时间，典型值为1.5″，单位：秒。\nΔh：被测点高度对应于一定时间的变化量。单位：m。\n以上各变量，除了TTC可典型地定为1.5”外，一般为时间的变量，如r也表为r(t)。\nR & Δh：为被测点之纵向曲率半径和障碍物在垂直方向上的尺寸，它的数值是根据方程式(1)和(2) 计算。单位：m。\n预测验证：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3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)。\n通过上述实例的分析，本发明具有如下特点：\n1、360°全方位的探测利于探测汽车全部方位上可能存在的障碍物。\n2、用特有的办法测定相对径向速度，旨在修正，测量探测光束长度，障碍物表面形状 的影响，进而影响到径向相对速度的准确判定问题。\n3、截然不同的双旋转激光扫描仪。\n前专利是扫描局限于一定角度-由于在位置固定的六面反射棱镜之一面反射具有固定 入射角度的激光束，导致发射讯号的扫描局限于一定的小角度范围内，不可能做到全方位。 此论点亦可从其采用一个固定的非旋转式的受光二极管可知，若受光二极管不作360°旋 转，则不可能接受360°方位上反射之激光。\n4、成套的，360°全方位的探测计算方法，兼顾纵向距离和相对速度，又考虑了横向 的相对运动关系，使预测从根本上建立在可靠的基础上，这在360°全方位探测上尤其必要 和重要。\n(a)用旋转光束探测目标的径向相对速度Vr(t)，应受目标的表面形状影响，在作小 角度低速扫描时，这种影响被略去不计。但在本系统中光扫描器作360°全方位扫描时转 速达48转/秒以上，此种影响不能不计入。以前的专利均未处理这个问题，本方法作了处 理。即利用当扫描光束抵达物体的顶点P(或凸或凹)时，具径向相对加速度达到最小值这 个特点，测取径向相对速度。\n(b)以此顶点P取得的径向相对速度作为该障碍元的径向相对速度。\n(c)以该障碍元的径向相对速度代作为该障碍元所代表障碍物元径向相对速度。\n(d)障碍物的划分是：通过扫描获得光束长度r(连续变化量)在障碍物终点取得突 变-导数dr/dt突然猛增或突然猛减(其数值呈数十倍数百倍以上)。\n(e)横向相对速度Vh的获得：Vh＝ωr\n横向相对速度为目标的相对角速度ω与径向距离r之乘积。\n(f)求障碍物高度变化率h’(t)及其高阶变化率h”(t)\n计算求物体高度h\nh(t)＝H-r sinαh\nH为车装扫描器之高度，r为测得瞬时描述光束长度，αh为俯角。\nh’(t)＝dh/≈(h2-h1)/Δt，h”(t)＝dh’(t)/dt可以通过模拟电路测求出h’ (t)与h”(t)两个值。\n(g)计算坡面上升曲率和上升高度\nabs{a[1-h’(t)h”(t)]/V}＞0.3\n而目\n$\mathrm{\Delta h}=\mathrm{abs}\left\{\stackrel{0.023/V}{\int }{h}^{\prime }\left(t\right)\mathrm{dt}\right\}\ge 0.01$\n(h)计算在1.5秒后障碍物与我车扫描器之间距离\nr＝TTC*V+(1/2)TTC2+r(0)≤0\n(i)计算可能碰撞方向上扫描器至本车外延之距离ρ(θ)，与θ有关\nρ(θ)＝f(θ)\n可以由查出或求出，其中θ的求法见下条(1)。\n(j)计算相对转动角\n由于相对转动角一般非匀速线性关系，有\nθ＝f[ω，β，θ(0)]＝TTCω+1/2·βTTC2+θ(0)\n(k)|r(TTC)|-ρ(Θ)≤0\n当h和k两个方程同时得到满足时，则在该时刻对于该特定目标碰撞预测成立，系统须 立即对车辆运动状态加以控制。\n5、对横向与纵向运动注意到其运动速度的非线性，而采取二次函数逼近法。\n综上所述，汽车防撞系统包含障碍物扫描机构、信号处理电路，与之配套运用的预 测碰撞的计算方法及自动刹车装置四大部分，而关键在于障碍物扫描，选用激光作为扫描 信号，其具有指向性强的特点，反射回的信号经电路处理后能够准确判断出障碍物方位。 已有技术中虽有采用激光做为扫描信号，但扫描方式设计存在缺陷，出现视觉盲区，无法 达到全方位扫描和防止碰撞的发生。