專利名稱：一種基于攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于駕駛安全領(lǐng)域，涉及一種倒車安保系統(tǒng)，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(lǐng)域綜合控制的倒車安保系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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(guān)注。其中在倒車過程中，由于駕駛員往往難以準確獲知車后的狀況，容易在倒車過程中產(chǎn)生撞擊，撞人事故，發(fā)生危險。當前汽車的倒車安保系統(tǒng)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后障礙物(包括人)，但對于車身后的溝壑以及車后是否有人應(yīng)予避讓的情況束手無策，特別是在車后有人并且需要采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(dǎo)致反應(yīng)不及。對于車后存在溝壑的情況，現(xiàn)時駕駛員在倒車過程中只能通過后視鏡觀察并依靠經(jīng)驗判斷，存在很大的安全隱患，并且，這樣對于深溝、暗壑往往無能為力。以上這些狀況對于大多數(shù)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(xiàn)有技術(shù)盡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(xiàn)有的倒車雷達只具有實現(xiàn)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(fā)生危險狀況。故本專利在汽車原有倒車雷達的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了對駕駛員和汽車多種情況下的多重保護。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統(tǒng)；提高汽車在復(fù)雜狀況下的安全系數(shù)。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種基于攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統(tǒng)，它主要由信號采集裝置，信號分析處理系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)順序連接組成；其中，所述信號采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(zhí)行機構(gòu)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(tǒng)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于汽車后保險杠上、遠地點超聲波測距傳感器安裝在汽車后保險杠的中間上側(cè)，近地點超聲波測距傳感器安裝在汽車后
保險杠的中間下側(cè)，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后保險杠兩端距邊緣1/6處；攝像頭安裝于車頂后方以獲得車后視野；第一剎車線圈固定于剎車底部板外側(cè)；第二剎車線圈固定在剎車閘上，并與第一剎車線圈正面相對，擋位壓力傳感器置于變速箱倒擋位置的底部，當換擋桿處于倒擋位置時會使擋位壓力傳感器輸出高電平。本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，其有益效果在于通過多種傳感器的協(xié)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(dǎo)致安全事故的發(fā)生，同時對倒車過程中遇到溝壑以及倒車后方有人的情況提供有力的安全保障。并且，本實用新型是基于傳統(tǒng)超聲波測距傳感器(倒車雷達)，紅外傳感器和攝像頭的協(xié)同作用，具有精確定位、穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強、實用性高等特點，適合大多數(shù)汽車的倒車輔助駕駛。

圖1是本倒車輔助系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本倒車輔助系統(tǒng)的工作步驟流程示意圖；圖3是本倒車輔助系統(tǒng)的超聲波測距模塊空間位置詳圖；圖4是本倒車輔助系統(tǒng)基于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(tǒng)的總體功能流程圖；圖6是本倒車輔助系統(tǒng)的避人模式實現(xiàn)方式流程圖；圖7是本倒車輔助系統(tǒng)的避障模式實現(xiàn)方式流程圖；圖8是本倒車輔助系統(tǒng)的溝壑模式實現(xiàn)方式流程圖；圖9是本倒車輔助系統(tǒng)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、汽車后保險杠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(tǒng)11、擋位壓力傳感器12、報警裝置13。
具體實施方式
本實用新型基于攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統(tǒng)主要由信號采集裝置，信號分析處理系統(tǒng)11和執(zhí)行機構(gòu)順序連接組成(圖1)。其中，信號采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(zhí)行機構(gòu)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(tǒng)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(tǒng)倒車雷達，四個水平超聲波測距傳感器I按等間距置于汽車后保險杠6上、遠地點超聲波測距傳感器2安裝在汽車后保險杠6的中間上側(cè)，近地點超聲波測距傳感器3安裝在汽車后保險杠6的中間下側(cè)，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分別安裝在汽車后保險杠6兩端距邊緣1/6處。攝像頭5安裝于車頂后方以獲得車后視野。如圖4所示，第一剎車線圈7固定于剎車底部板外側(cè);第二剎車線圈8固定在剎車閘9上，并與第一剎車線圈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置于變速箱倒擋位置的底部，當換擋桿處于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(tǒng)11可以由DSP或者ARM處理器來實現(xiàn)，如TI公司新推出的DSP產(chǎn)品TMS320F2812，但不限于此。本實用新型基于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(tài)檢測汽車啟動后，基于攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統(tǒng)處于上電待機狀態(tài)。正常駕駛過程中，當擋位壓力傳感器12檢測到倒車狀態(tài)，即換變速箱換擋桿處于倒擋位置時，擋位壓力傳感器12輸出信號到輸入信號分析處理系統(tǒng)11。2、車后狀態(tài)信號采集信號分析處理系統(tǒng)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采集汽車后部信息，這些汽車后部信息傳輸至信號分析處理系統(tǒng)11。3、車后狀況判斷信號分析處理系統(tǒng)11接收汽車后部信息，將車后狀況分為以下四種情況3.1、倒車過程中機動車后方有人紅外傳感器4探測到車后有人或其他生命體的存在，同時水平超聲波測距傳感器I檢測倒車后存在障礙物，判斷為車后有人，輸入信號至信號分析處理系統(tǒng)11。3. 2、倒車軌跡車后有非人障礙物紅外傳感器4沒有探測到車后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之一測定后方有障礙物時，判斷為車后有非人障礙物，輸入信號至信號分析處理系統(tǒng)11。3. 3、倒車過程車后有溝壑依據(jù)攝像頭晝夜工作條件限制分為兩種情況。白天時，位于車頂后方的攝像頭5如果檢測到車后方圖像有明顯的灰度分界，并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的反饋距離大于原先設(shè)定值的10%時(根據(jù)車型不同，該設(shè)定值會有所不同)，判斷為車后有溝壑，輸入信號至信號分析處理系統(tǒng)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的反饋距離大于原先設(shè)定值的10%(根據(jù)車型不同，該設(shè)定值會有所不同)，判斷為車后有溝壑，輸入信號至信號分析處理系統(tǒng)11。3. 4、車后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(tǒng)11判斷倒車過程中機動車后方有人時，啟動避人模式(圖6)，當水平超聲波測距傳感器I測量車尾距車后的人距離小于1. 5米時，信號分析處理系統(tǒng)11控制報警裝置13發(fā)出報警信號。4. 2、當信號分析處理系統(tǒng)11判斷倒車軌跡車后有非人障礙物時，啟動避障模式(圖7)，當水平超聲波測距傳感器I測量車尾距車后的障礙物距離小于1. 5米時，信號分析處理系統(tǒng)11控制報警裝置13發(fā)出報警信號。4. 3、當信號分析處理系統(tǒng)11判斷倒車過程車后有溝壑時，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(jié)果大于原先設(shè)定值的10%時(根據(jù)車型不同，該設(shè)定值會有所不同)，信號分析處理系統(tǒng)11控制報警裝置13發(fā)出報警信號。4. 4、當信號分析處理系統(tǒng)11判斷車后正常狀況時，繼續(xù)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后繼續(xù)倒車行駛，并到達一定的限定閾值，此時可以認為駕駛員的行為已經(jīng)嚴重威脅到自身或者他人的安全，需要在特定情況下實現(xiàn)對汽車的強制制動，即5.1、啟動避人模式后(圖6)，當水平超聲波測距傳感器I測量車尾距車后的人距離小于O. 8米時，信號分析處理系統(tǒng)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(xiàn)汽車的強制制動。5. 2、啟動避障模式后(圖7)，當水平超聲波測距傳感器I測量車尾距車后的障礙物距離小于O. 3米時，信號分析處理系統(tǒng)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(xiàn)汽車的強制制動。5. 3、啟動溝壑模式后(圖8)，當近地點超聲波測距傳感器3的距離測量結(jié)果大于原先設(shè)定值的30%時(根據(jù)車型不同，該設(shè)定值會有所不同)，信號分析處理系統(tǒng)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(xiàn)汽車的強制制動。6、強制制動后的解鎖當信號分析處理系統(tǒng)11判斷汽車處于強制制動狀態(tài)時，若需要對汽車運動系統(tǒng)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的采集信號輸入信號分析處理系統(tǒng)11，重新使能基于攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統(tǒng)處于待機狀態(tài)，此時，汽車運動系統(tǒng)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(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，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范圍。
權(quán)利要求1.一種基于攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統(tǒng)，其特征在于，它主要由信號采集裝置，信號分析處理系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)順序連接組成；其中，所述信號采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(zhí)行機構(gòu)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(tǒng)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于汽車后保險杠上、遠地點超聲波測距傳感器安裝在汽車后保險杠的中間上側(cè)，近地點超聲波測距傳感器安裝在汽車后保險杠的中間下側(cè)，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后保險杠兩端距邊緣1/6處；攝像頭安裝于車頂后方以獲得車后視野；第一剎車線圈固定于剎車底部板外側(cè)；第二剎車線圈固定在剎車閘上，并與第一剎車線圈正面相對，擋位壓力傳感器置于變速箱倒擋位置的底部，當換擋桿處于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于攝像頭和超聲波傳感器的倒車輔助系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)可實現(xiàn)對駕駛員倒車過程中的預(yù)警及必要時強制停車的控制，根據(jù)采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(shù)據(jù)，對駕駛狀態(tài)進行自動反饋，并通過一般性預(yù)警及強制性停車等方式，實現(xiàn)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(fā)生，特別是對于倒車過程中遇到溝壑以及倒車后方有人的情況提供有力的安全保障。本實用新型可以應(yīng)用于現(xiàn)今使用的大部分汽車倒車模式，實現(xiàn)簡單，適應(yīng)性強，并能夠提高駕駛安全性，填補該領(lǐng)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(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者孟濬, 梁浩, 張樹魁 申請人:浙江大學(xué)