一種基於攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統的製作方法

2023-12-07 03:24:51 3

專利名稱：一種基於攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於駕駛安全領域，涉及一種倒車安保系統，特別涉及一種超聲測距，紅外探測，圖像處理與圖像識別，傳感，信號處理與電磁繼電等領域綜合控制的倒車安保系統。
背景技術：
隨著城市化的推進和人們生活水平的提高，汽車擁有率不斷攀升，汽車的行車安全問題也越來越引起大眾的關注。其中在倒車過程中，由於駕駛員往往難以準確獲知車後的狀況，容易在倒車過程中產生撞擊，撞人事故，發生危險。當前汽車的倒車安保系統還基本局限在倒車雷達的階段。倒車雷達能夠識別到基本的車後障礙物(包括人)，但對於車身後的溝壑以及車後是否有人應予避讓的情況束手無策，特別是在車後有人並且需要採取緊急措施的情況下，往往因為駕駛員的驚慌失措或疏忽而導致反應不及。對於車後存在溝壑的情況，現時駕駛員在倒車過程中只能通過後視鏡觀察並依靠經驗判斷，存在很大的安全隱患，並且，這樣對於深溝、暗壑往往無能為力。以上這些狀況對於大多數汽車駕駛員，特別是駕駛新手來說是相當苦惱卻難以避免的，因此利用現有技術儘可能簡單高效地填補這方面的空白是迫切而又需要的。另外，現有的倒車雷達只具有實現基本報警的功能，在危險情況下仍然需要駕駛員手動操作，在駕駛員誤操作或者報警未引起駕駛員足夠重視的情況下依然可能發生危險狀況。故本專利在汽車原有倒車雷達的基礎上實現了對駕駛員和汽車多種情況下的多重保護。
發明內容本實用新型的目的在於針對現有技術的不足，提供一種基於攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統；提高汽車在複雜狀況下的安全係數。本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的一種基於攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統，它主要由信號採集裝置，信號分析處理系統和執行機構順序連接組成；其中，所述信號採集裝置包括四個水平超聲波測距傳感器、遠地點超聲波測距傳感器、近地點超聲波測距傳感器、兩個紅外傳感器、攝像頭和擋位壓力傳感器等；執行機構包括剎車閘、電磁繼電器、第一剎車線圈、第二剎車線圈和報警裝置等；水平超聲波測距傳感器、遠地點超聲波測距傳感器、近地點超聲波測距傳感器、紅外傳感器、攝像頭、電磁繼電器、擋位壓力傳感器和報警裝置均與信號分析處理系統相連，電磁繼電器分別與第一剎車線圈和第二剎車線圈相連；所述四個水平超聲波測距傳感器按等間距置於汽車後保險槓上、遠地點超聲波測距傳感器安裝在汽車後保險槓的中間上側，近地點超聲波測距傳感器安裝在汽車後
保險槓的中間下側，遠地點超聲波測距傳感器與地面的夾角氣力15-45°，近地點超聲波
測距傳感器與地面的夾角為45-75° ;兩個紅外傳感器分別安裝在汽車後保險槓兩端距邊緣1/6處；攝像頭安裝於車頂後方以獲得車後視野；第一剎車線圈固定於剎車底部板外側；第二剎車線圈固定在剎車閘上，並與第一剎車線圈正面相對，擋位壓力傳感器置於變速箱倒擋位置的底部，當換擋杆處於倒擋位置時會使擋位壓力傳感器輸出高電平。本實用新型相對於現有技術，其有益效果在於通過多種傳感器的協同作用，使駕駛員在倒車過程中能夠獲取更多信息，繼而有效減少因視覺死角或緊急狀況下踩錯離合器導致安全事故的發生，同時對倒車過程中遇到溝壑以及倒車後方有人的情況提供有力的安全保障。並且，本實用新型是基於傳統超聲波測距傳感器(倒車雷達)，紅外傳感器和攝像頭的協同作用，具有精確定位、穩定可靠、抗幹擾能力強、實用性高等特點，適合大多數汽車的倒車輔助駕駛。

圖1是本倒車輔助系統的結構示意圖；圖2是本倒車輔助系統的工作步驟流程示意圖；圖3是本倒車輔助系統的超聲波測距模塊空間位置詳圖；圖4是本倒車輔助系統基於電磁繼電器控制的自動剎車原理圖；圖5是本倒車輔助系統的總體功能流程圖；圖6是本倒車輔助系統的避人模式實現方式流程圖；圖7是本倒車輔助系統的避障模式實現方式流程圖；圖8是本倒車輔助系統的溝壑模式實現方式流程圖；圖9是本倒車輔助系統的信號傳遞圖；圖中，水平超聲波測距傳感器1、遠地點超聲波測距傳感器2、近地點超聲波測距傳感器3、紅外傳感器4、攝像頭5、汽車後保險槓6、第一剎車線圈7、第二剎車線圈8、剎車閘9、電磁繼電器10、信號分析處理系統11、擋位壓力傳感器12、報警裝置13。
具體實施方式
本實用新型基於攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統主要由信號採集裝置，信號分析處理系統11和執行機構順序連接組成(圖1)。其中，信號採集裝置包括四個水平超聲波測距傳感器1、遠地點超聲波測距傳感器2、近地點超聲波測距傳感器3、兩個紅外傳感器4、攝像頭5和擋位壓力傳感器12。執行機構包括剎車閘9、電磁繼電器10、第一剎車線圈7、第二剎車線圈8和報警裝置13。水平超聲波測距傳感器1、遠地點超聲波測距傳感器
2、近地點超聲波測距傳感器3、紅外傳感器4、攝像頭5、電磁繼電器10、擋位壓力傳感器12和報警裝置13均與信號分析處理系統11相連，電磁繼電器10分別與第一剎車線圈7和第二剎車線圈8相連。如圖3所示，水平超聲波測距傳感器I為傳統倒車雷達，四個水平超聲波測距傳感器I按等間距置於汽車後保險槓6上、遠地點超聲波測距傳感器2安裝在汽車後保險槓6的中間上側，近地點超聲波測距傳感器3安裝在汽車後保險槓6的中間下側，遠地點超聲波
測距傳感器2與地面的夾角氣力15-45°，近地點超聲波測距傳感器3與地面的夾角4力45-75°。兩個紅外傳感器4分別安裝在汽車後保險槓6兩端距邊緣1/6處。攝像頭5安裝於車頂後方以獲得車後視野。如圖4所示，第一剎車線圈7固定於剎車底部板外側;第二剎車線圈8固定在剎車閘9上，並與第一剎車線圈7正面相對，其中剎車線圈電力由汽車電瓶提供。擋位壓力傳感器12置於變速箱倒擋位置的底部，當換擋杆處於倒擋位置時會使擋位壓力傳感器12輸出高電平。其中，信號分析處理系統11可以由DSP或者ARM處理器來實現，如TI公司新推出的DSP產品TMS320F2812，但不限於此。本實用新型基於攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助方法，包括以下步驟(圖2)1、倒車狀態檢測汽車啟動後，基於攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統處於上電待機狀態。正常駕駛過程中，當擋位壓力傳感器12檢測到倒車狀態，即換變速箱換擋杆處於倒擋位置時，擋位壓力傳感器12輸出信號到輸入信號分析處理系統11。2、車後狀態信號採集信號分析處理系統11接收到擋位壓力傳感器12的輸出信號，控制水平超聲波測距傳感器1、遠地點超聲波測距傳感器2、近地點超聲波測距傳感器3、紅外傳感器4和攝像頭5採集汽車後部信息，這些汽車後部信息傳輸至信號分析處理系統11。3、車後狀況判斷信號分析處理系統11接收汽車後部信息，將車後狀況分為以下四種情況3.1、倒車過程中機動車後方有人紅外傳感器4探測到車後有人或其他生命體的存在，同時水平超聲波測距傳感器I檢測倒車後存在障礙物，判斷為車後有人，輸入信號至信號分析處理系統11。3. 2、倒車軌跡車後有非人障礙物紅外傳感器4沒有探測到車後有人或其他生命體的存在，水平超聲波測距傳感器1、遠地點超聲波測距傳感器2、近地點超聲波測距傳感器3之一測定後方有障礙物時，判斷為車後有非人障礙物，輸入信號至信號分析處理系統11。3. 3、倒車過程車後有溝壑依據攝像頭晝夜工作條件限制分為兩種情況。白天時，位於車頂後方的攝像頭5如果檢測到車後方圖像有明顯的灰度分界，並且遠地點超聲波測距傳感器2或近地點超聲波測距傳感器3的反饋距離大於原先設定值的10%時(根據車型不同，該設定值會有所不同)，判斷為車後有溝壑，輸入信號至信號分析處理系統11 ；夜晚時，攝像頭5輸出的圖像沒有明顯灰度分界，如果遠地點超聲波測距傳感器2或近地點超聲波測距傳感器3的反饋距離大於原先設定值的10%(根據車型不同，該設定值會有所不同)，判斷為車後有溝壑，輸入信號至信號分析處理系統11。3. 4、車後正常狀況水平超聲波測距傳感器1、遠地點超聲波測距傳感器2、近地點超聲波測距傳感器
3、紅外傳感器4和攝像頭5均沒有明顯的輸出變化，判斷為正常狀況。4、第一級信號處理(報警)4.1、當信號分析處理系統11判斷倒車過程中機動車後方有人時，啟動避人模式(圖6)，當水平超聲波測距傳感器I測量車尾距車後的人距離小於1. 5米時，信號分析處理系統11控制報警裝置13發出報警信號。4. 2、當信號分析處理系統11判斷倒車軌跡車後有非人障礙物時，啟動避障模式(圖7)，當水平超聲波測距傳感器I測量車尾距車後的障礙物距離小於1. 5米時，信號分析處理系統11控制報警裝置13發出報警信號。4. 3、當信號分析處理系統11判斷倒車過程車後有溝壑時，啟動溝壑模式(圖8)，當遠地點超聲波測距傳感器2和近地點超聲波測距傳感器3兩者之一的距離測量結果大於原先設定值的10%時(根據車型不同，該設定值會有所不同)，信號分析處理系統11控制報警裝置13發出報警信號。4. 4、當信號分析處理系統11判斷車後正常狀況時，繼續探測直至停車。5、第二級信號處理(強制制動)如果駕駛員在報警信號響起之後繼續倒車行駛，併到達一定的限定閾值，此時可以認為駕駛員的行為已經嚴重威脅到自身或者他人的安全，需要在特定情況下實現對汽車的強制制動，即5.1、啟動避人模式後(圖6)，當水平超聲波測距傳感器I測量車尾距車後的人距離小於O. 8米時，信號分析處理系統11輸出高電平使電磁繼電器10帶電，從而使得第一剎車線圈7和第二剎車線圈8相互吸合，繼而吸合剎車閘9，實現汽車的強制制動。5. 2、啟動避障模式後(圖7)，當水平超聲波測距傳感器I測量車尾距車後的障礙物距離小於O. 3米時，信號分析處理系統11輸出高電平使電磁繼電器10帶電，從而使得第一剎車線圈7和第二剎車線圈8相互吸合，繼而吸合剎車閘9，實現汽車的強制制動。5. 3、啟動溝壑模式後(圖8)，當近地點超聲波測距傳感器3的距離測量結果大於原先設定值的30%時(根據車型不同，該設定值會有所不同)，信號分析處理系統11輸出高電平使電磁繼電器10帶電，從而使得第一剎車線圈7和第二剎車線圈8相互吸合，繼而吸合剎車閘9，實現汽車的強制制動。6、強制制動後的解鎖當信號分析處理系統11判斷汽車處於強制制動狀態時，若需要對汽車運動系統解鎖，駕駛員只需將變速箱擋位推離倒擋擋位，此時擋位壓力傳感器12的採集信號輸入信號分析處理系統11，重新使能基於攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統處於待機狀態，此時，汽車運動系統自動解鎖，汽車可以由駕駛員手動駕駛前進。上述實施例用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限制，在本實用新型的精神和權利要求的保護範圍內，對本實用新型做出的任何修改和改變，都落入本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種基於攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統，其特徵在於，它主要由信號採集裝置，信號分析處理系統和執行機構順序連接組成；其中，所述信號採集裝置包括四個水平超聲波測距傳感器、遠地點超聲波測距傳感器、近地點超聲波測距傳感器、兩個紅外傳感器、攝像頭和擋位壓力傳感器；執行機構包括剎車閘、電磁繼電器、第一剎車線圈、第二剎車線圈和報警裝置；水平超聲波測距傳感器、遠地點超聲波測距傳感器、近地點超聲波測距傳感器、紅外傳感器、攝像頭、電磁繼電器、擋位壓力傳感器和報警裝置均與信號分析處理系統相連，電磁繼電器分別與第一剎車線圈和第二剎車線圈相連；所述四個水平超聲波測距傳感器按等間距置於汽車後保險槓上、遠地點超聲波測距傳感器安裝在汽車後保險槓的中間上側，近地點超聲波測距傳感器安裝在汽車後保險槓的中間下側，遠地點超聲波測距傳感器與地面的夾角4力15-45°，近地點超聲波測距傳感器與地面的夾角4為45-75° ；兩個紅外傳感器分別安裝在汽車後保險槓兩端距邊緣1/6處；攝像頭安裝於車頂後方以獲得車後視野；第一剎車線圈固定於剎車底部板外側；第二剎車線圈固定在剎車閘上，並與第一剎車線圈正面相對，擋位壓力傳感器置於變速箱倒擋位置的底部，當換擋杆處於倒擋位置時會使擋位壓力傳感器輸出高電平。
專利摘要本實用新型公開了一種基於攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統及方法，該系統可實現對駕駛員倒車過程中的預警及必要時強制停車的控制，根據採集到的紅外傳感器和攝像頭探測信息以及多角度超聲波測距傳感器的數據，對駕駛狀態進行自動反饋，並通過一般性預警及強制性停車等方式，實現駕駛員倒車的安全輔助功能，有效減少因駕駛員視覺死角或緊急狀況下踩錯離合器的情況發生，特別是對於倒車過程中遇到溝壑以及倒車後方有人的情況提供有力的安全保障。本實用新型可以應用於現今使用的大部分汽車倒車模式，實現簡單，適應性強，並能夠提高駕駛安全性，填補該領域這方面的空白。
文檔編號B60R11/00GK202896421SQ201220608889
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者孟濬, 梁浩, 張樹魁 申請人:浙江大學