一種基于多傳感器的汽車感知系統及感知方法
【專利摘要】一種基于多傳感器的汽車感知系統及感知方法，汽車感知系統包括設置在汽車車身四個面的多個超聲波傳感器、微控制單元MCU，設置在汽車車頂的四路伺服舵機和四路一維激光雷達；所述超聲波傳感器與微控制單元MCU通過I2C總線連接，四路伺服舵機和四路一維激光雷達與微控制單元MCU分別連接，伺服舵機通過轉軸和四路一維激光雷達連接。該系統通過結合超聲波傳感器和激光雷達二個優先級別的傳感器，采用二級關系保證汽車行駛過程中最大限度保證檢測的實時性；通過本系統，無需使用三維激光掃描系統，具有成本低可靠性好的特點。
【專利說明】一種基于多傳感器的汽車感知系統及感知方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及車輛工程領域，尤其涉及一種基于多傳感器的汽車感知系統及感知方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會的發展，交通安全問題越來越凸顯，傳統的汽車安全理念也在逐漸發生變化，傳統的安全理念很被動比如安全帶、安全氣囊、保險杠等多是些被動的方法并不能有效解決交通事故的發生，隨著科技的進步，汽車的安全被細化，目前汽車安全分為主動安全、被動安全兩種概念。被動安全技術和主動安全技術是保證汽車乘員安全的重要保障。過去，汽車安全設計主要考慮被動安全系統，如設置安全帶、安全氣囊、保險杠等。現在汽車設計師們更多考慮的則是主動安全設計，使汽車能夠主動采取措施，避免事故的發生。在這種汽車上裝有汽車規避系統，包括裝在車身各部位的防撞雷達、多普勒雷達、紅外雷達等傳感器、盲點探測器等設施，由計算機進行控制。在超車、倒車、換道、大霧、雨天等易發生危險的情況下隨時以聲、光形式向駕駛員提供汽車周圍必要的信息，并可自動采取措施，有效防止事故發生。
[0003]在主動安全系統所采用的測距防撞傳感器中，超聲波測距傳感器具有低成本，高可靠性等優點，因此受到了廣大汽車車主的歡迎，在其用于汽車倒車輔助雷達的產品更是占據了汽車倒車雷達的相當大的一部份市場。另外，激光測距傳感器具有信號集中，測量距離遠，測量精度高等優點，目前市場上的車載激光雷達是指載三維激光掃描儀，是一種移動型三維激光掃描系統，是目前城市建模的最有效的工具之一。但是這種激光傳感器成本高，不具有推廣價值，本設計采用低成本的一維激光雷達，掃描頻率比較慢，但是通過和超聲波傳感器陣列和伺服舵機構成二個優先級的感知系統能很好避免其弊端。
[0004]這種設計需要根據車長、車寬和所能接受的測量盲區范圍，確定超聲波傳感器的個數，超聲波傳感器個數越多，盲區可以做得越小，超聲波傳感器實現的近距離方位測量也會越精確，但是會使得超聲波陣列的檢測周期變長，并不利于障礙物的實時測量。采用測量盲區為30cm進行設計，可以很好地保證測量周期短和方位信息準確；激光雷達選擇4路一維激光雷達，利用4路伺服舵機分別控制保證了每個激光雷達能夠測量0-90°范圍的任意角度的障礙物，通過舵機的PWM值反饋障礙物的角度信息，激光雷達測得值作為距離信息。
[0005]本設計技術的難點在于如何通過超聲波陣列確定障礙物的方位，在確定了 0-7米范圍內的障礙物的大致方位后，激光傳感器才能最迅速的準確的進行定位和精確的測量；另外，如何將激光雷達和超聲波傳感器陣列實現方位融合，只有兩者方位完全一致，方能在最后顯示屏上準確的顯示出障礙物的方位。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種基于多傳感器的汽車感知系統及感知方法，能準確顯示出汽車車身周邊障礙物的方位和距離。[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種基于多傳感器的汽車感知系統，其特征在于，包括設置在汽車車身四個面的多個超聲波傳感器、微控制單元MCU，設置在汽車車頂的四路伺服舵機和四路一維激光雷達；所述超聲波傳感器與微控制單元MCU通過I2C總線連接，四路伺服舵機和四路一維激光雷達與微控制單元MCU分別連接，伺服舵機通過轉軸和四路一維激光雷達連接。
[0008]按上述方案，所述超聲波傳感器的設置條件為:兩個傳感器之間最小距離為
【權利要求】
1.一種基于多傳感器的汽車感知系統，其特征在于，包括設置在汽車車身四個面的多個超聲波傳感器、微控制單元MCU，設置在汽車車頂的四路伺服舵機和四路一維激光雷達；所述超聲波傳感器與微控制單元MCU通過I2C總線連接，四路伺服舵機和四路一維激光雷達與微控制單元MCU分別連接，伺服舵機通過轉軸和四路一維激光雷達連接。
2.根據權利要求1所述的汽車感知系統，其特征在于，所述超聲波傳感器的設置條件為:兩個傳感器之間最小距離為
3.根據權利要求1或2所述的汽車感知系統的感知方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)根據駕駛車型的體積和所能接受超聲波傳感器最小的檢測盲區確定設置在汽車車身四個面的超聲波傳感器的個數，并對超聲波傳感器進行編號； (2)確定多個超聲波傳感器組成的超聲波傳感器陣列的輪詢檢測的控制策略和控制最小時間周期； (3)通過超聲波陣列所反饋的障礙物距離信息和傳感器編號確定障礙物所在的大致方位和距離； (4)微控制單元MCU根據接收的超聲波傳感器反饋的方位和距離信息進行計算，根據計算結果控制伺服舵機 控 制激光雷達進行精確定位； (5)對激光雷達和超聲波傳感器陣列返回微控制單元MCU的信息進行比較，若兩者方位和距離數據相符，則顯示掃描信息，否則，通過伺服舵機微調激光雷達掃描角度，轉入步驟⑷； (6)激光雷達在近距離定位完成后在各自O至90°的方位范圍內進行逐度掃描，獲取遠距離障礙物定位信息。
4.根據權利要求3所述的感知方法，其特征在于，所述步驟(2)中確定輪詢檢測的控制策略和控制最小時間周期的方法為: 以車體某一面傳感器個數為M計算，由于每個超聲波傳感器具有波束角Θ，在傳感器能測量的最大半徑L米的地方可能有X個傳感器的測量區域重疊，那么有M/X個傳感器發射和接收超聲波信號相互不影響，那么傳感器編號為I，X+1，2X+1……的傳感器可以同時工作；根據外界條件可以知道聲速為V，以最大測量距離可以算出一次測量周期時間長度不短于t=2* R/V=14/V, R為測距范圍，通常設為7米；那么車體這一面的傳感器全部完成一次發射和接收總時間周期為T=X*t=14X/V。
5.根據權利要求4所述的感知方法，其特征在于，所述步驟(3)中確定障礙物所在的大致方位和距離的具體步驟為: 傳感器進行車身周邊障礙物掃描，傳感器編號為η, η+1, η+2…n+m (m〈X)都得到一個測量距離，其中最小測量距離為Lsmin，則其距車身周邊距離為Lsmin，可以通過查表的方式確定此障礙物的方位，所述表的制定按照超聲波傳感器測量的某一距離和這一距離所覆蓋的范圍確定。
6.根據權利要求3所述的感知方法，其特征在于，所述步驟(4)中MCU通過使用數字PID控制方式改變伺服舵機PWM的脈沖寬度比，使伺服舵機迅速精確的擺到相應位置進行測量，使用的數字PID算法:
7.根據權利要求3所述的感知方法，其特征在于，步驟(6)中所述近距離為距車身O至7米范圍，遠距離為距車身7至60米范圍。
【文檔編號】G01S15/93GK103913748SQ201410080250
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月6日 優先權日:2014年3月6日
【發明者】劉建國, 章輝, 李雪松, 賈波, 李希, 王光偉 申請人:武漢理工大學