本發(fā)明涉及一種障礙物位置和高度的系統(tǒng)及方法，特別涉及一種檢測車后方障礙物位置和高度的系統(tǒng)及方法。

背景技術：

當前，隨著汽車電子技術的發(fā)展，汽車的智能化已經(jīng)成為大勢所趨，倒車雷達的出現(xiàn)解決了駕駛員在倒車過程中因視野死角或者視野模糊區(qū)的存在而導致的刮車、碰撞等問題。倒車雷達能夠在駕駛員視野的死角處，通過聲音、圖像、文字等形式為駕駛員提供車后方障礙物信息以及報警服務，使得駕駛員對車后方障礙物的情況了解得更加清楚。對駕駛員起步、倒車、泊車等環(huán)節(jié)起到很大幫助，進一步提高駕駛安全性。

但是現(xiàn)在市場上的傳統(tǒng)倒車雷達系統(tǒng)，其顯示界面一般如圖1所示，僅能為駕駛員提供模糊的車后方障礙物方向信息，即左、左中、右中和右方向，駕駛員不能獲取障礙物的準確位置信息；此外，位于車后輪中間方向的路面低矮突起或者小型障礙物如易拉罐、可樂瓶等低于車輛最小離地間隙的雜物并不會影響正常倒車，但是同樣會引起傳統(tǒng)倒車雷達系統(tǒng)的冗余報警，影響駕駛員正常操作車輛。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)倒車雷達系統(tǒng)在使用過程中存在的嚴重不足而提供的一種檢測車后方障礙物位置和高度的系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明提供的檢測車后方障礙物位置和高度的系統(tǒng)包括有倒車傳感器、主控制器、第一組倒車雷達、第二組倒車雷達、顯示屏和蜂鳴器，其中倒車傳感器、第一組倒車雷達和第二組倒車雷達分別與主控制器相連接，主控制器還與顯示屏和蜂鳴器相連接，倒車傳感器設在車輛倒車檔位上，第一組倒車雷達和第二組倒車雷達設在車輛后部，顯示屏和蜂鳴器設在駕駛室內(nèi)駕駛位處的儀表盤上。

第一組倒車雷達包括第一雷達、第二雷達、第三雷達和第四雷達，第一雷達、第二雷達、第三雷達和第四雷達位于汽車尾部上方呈水平均勻分布，第二組倒車雷達包括第二雷達、第三雷達、第五雷達、第六雷達和第七雷達，其中第五雷達、第六雷達和第七雷達位于汽車尾部下方呈水平均勻分布，并且在豎直方向上，分別位于第一組倒車雷達相鄰兩雷達中間。

顯示屏將車后方障礙物的位置信息通過極坐標系的形式展示給駕駛員，極坐標系的中心點為汽車尾部邊緣的中心；障礙物的方向角度和距離、低矮障礙物和危險標志信息通過文字、數(shù)字以及圖形的方式展示在顯示屏上。

第一雷達、第二雷達、第三雷達、第四雷達、第五雷達、第六雷達和第七雷達為超聲波雷達傳感器，具有發(fā)射和接收兩種模式。

本發(fā)明提供的檢測車后方障礙物位置和高度的方法，其方法如下所述：

步驟一、主控制器檢測到倒車傳感器發(fā)來的倒擋信號后，開始執(zhí)行第一組倒車雷達檢測障礙物位置程序，當主控制器開始執(zhí)行檢測障礙物位置程序后，第一組倒車雷達中的第一雷達、第二雷達、第三雷達和第四雷達分為四個小組循環(huán)進行三角形測距工作，第一小組：第一雷達發(fā)射，第一雷達和第二雷達接收；第二小組：第二雷達發(fā)射，第二雷達和第三雷達接收；第三小組：第三雷達發(fā)射，第三雷達和第四雷達接收；第四小組：第四雷達發(fā)射，第三雷達和第四雷達接收，每個小組探測并解算出來三角形的高即為障礙物距離車尾的距離dis，三角形的一個底角角度θ₁通過進一步解算可以得到障礙物在極坐標系下的角度θ，在一個位置檢測循環(huán)內(nèi)，當相鄰小組都檢測障礙物時，比較兩次障礙物的位置角度θ以及距離dis,若近似，則認為是檢測到同一個障礙物，取兩次位置角度θ以及距離dis的平均值作為該障礙物的位置信息，否則認為檢測到不同的障礙物，分別在顯示屏上顯示相關信息；

步驟二、一個檢測障礙物位置循環(huán)后，當距離dis小于安全距離dis_safe時，判斷障礙物是否位于兩后輪中間方向，如果不是，主控制器控制蜂鳴器工作并且點亮顯示屏右下方的危險標志并閃爍，向駕駛員發(fā)出報警信息；如果是，則開始執(zhí)行第二組倒車雷達檢測障礙物高度程序，此時第二組倒車雷達中的第二雷達、第三雷達、第五雷達、第六雷達和第七雷達分為兩小組進行三角錐測高工作，第一小組：第二雷達發(fā)射，第二雷達、第五雷達和第六雷達接收；第二小組：第三雷達發(fā)射，第三雷達、第六雷達和第七雷達接收，通過每個小組探測并解算的三角錐結合倒車雷達的距地高度可以得到障礙物的高度h，當h小于車輛最小離地間隙h_min時，認為障礙物不會影響正常倒車，顯示屏在極坐標系下顯示低矮障礙物位置信息，并且不報警，當h≥h_min時，正常報警，當兩個小組都檢測到障礙物時，直接取最大高度與h_min比較。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的檢測車后方障礙物位置和高度的系統(tǒng)及方法一方面在于為駕駛員提供車后方障礙物的具體位置信息，包括具體的方向和距離信息，并在障礙物將會妨礙倒車時，通過顯示屏以及蜂鳴器發(fā)出報警信息；另一方面，避免道路中間出現(xiàn)的高度低于車輛最小離地間隙，不會影響正常倒車的路面低矮凸起或小型障礙物而引起的冗余報警。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)倒車雷達系統(tǒng)顯示界面圖。

圖2是本發(fā)明系統(tǒng)結構示意圖。

圖3是本發(fā)明系統(tǒng)工作流程圖。

圖4是本發(fā)明倒車雷達空間布置示意圖。

圖5是本發(fā)明顯示屏界面圖。

圖6是第一組倒車雷達三角形測距原理示意圖。

圖7是第二組倒車雷達三角錐測高原理示意圖a。

圖8是第二組倒車雷達三角錐測高原理示意圖b。

1、倒車傳感器 2、主控制器 3、第一組倒車雷達 4、第二組倒車雷達

5、顯示屏 6、蜂鳴器 11、第一雷達 12、第二雷達 13、第三雷達

14、第四雷達 15、第五雷達 16、第六雷達 17、第七雷達。

具體實施方式

請參閱圖2、圖3、圖4和圖5所示：

本發(fā)明提供的檢測車后方障礙物位置和高度的系統(tǒng)包括有倒車傳感器1、主控制器2、第一組倒車雷達3、第二組倒車雷達4、顯示屏5和蜂鳴器6，其中倒車傳感器1、第一組倒車雷達3和第二組倒車雷達4分別與主控制器2相連接，主控制器2還與顯示屏5和蜂鳴器6相連接，倒車傳感器1設在車輛倒車檔位上，第一組倒車雷達3和第二組倒車雷達4設在車輛后部，顯示屏5和蜂鳴器6設在駕駛室內(nèi)駕駛位處的儀表盤上。

第一組倒車雷達3包括第一雷達11、第二雷達12、第三雷達13和第四雷達14，第一雷達11、第二雷達12、第三雷達13和第四雷達14位于汽車尾部上方呈水平均勻分布，第二組倒車雷達4包括第二雷達12、第三雷達13、第五雷達15、第六雷達16和第七雷達17，其中第五雷達15、第六雷達16和第七雷達17位于汽車尾部下方呈水平均勻分布，并且在豎直方向上，分別位于第一組倒車雷達3相鄰兩雷達中間。

顯示屏5將車后方障礙物的位置信息通過極坐標系的形式展示給駕駛員，極坐標系的中心點為汽車尾部邊緣的中心；障礙物的方向角度和距離、低矮障礙物和危險標志信息通過文字、數(shù)字以及圖形的方式展示在顯示屏5上。

第一雷達11、第二雷達12、第三雷達13、第四雷達14、第五雷達15、第六雷達16和第七雷達17為超聲波雷達傳感器，具有發(fā)射和接收兩種模式。

本發(fā)明提供的檢測車后方障礙物位置和高度的方法，其方法如下所述：

步驟一、主控制器2檢測到倒車傳感器1發(fā)來的倒擋信號后，開始執(zhí)行第一組倒車雷達3檢測障礙物位置程序，當主控制器2開始執(zhí)行檢測障礙物位置程序后，第一組倒車雷達3中的第一雷達11、第二雷達12、第三雷達13和第四雷達14分為四個小組循環(huán)進行三角形測距工作，第一小組：第一雷達11發(fā)射，第一雷達11和第二雷達12接收；第二小組：第二雷達12發(fā)射，第二雷達12和第三雷達13接收；第三小組：第三雷達13發(fā)射，第三雷達13和第四雷達14接收；第四小組：第四雷達14發(fā)射，第三雷達13和第四雷達14接收，每個小組探測并解算出來三角形的高即為障礙物距離車尾的距離dis，三角形的一個底角角度θ₁通過進一步解算可以得到障礙物在極坐標系下的角度θ，在一個位置檢測循環(huán)內(nèi)，當相鄰小組都檢測障礙物時，比較兩次障礙物的位置角度θ以及距離dis,若近似，則認為是檢測到同一個障礙物，取兩次位置角度θ以及距離dis的平均值作為該障礙物的位置信息，否則認為檢測到不同的障礙物，分別在顯示屏上顯示相關信息；

步驟二、一個檢測障礙物位置循環(huán)后，當距離dis小于安全距離dis_safe時，判斷障礙物是否位于兩后輪中間方向，如果不是，主控制器2控制蜂鳴器6工作并且點亮顯示屏右下方的危險標志并閃爍，向駕駛員發(fā)出報警信息；如果是，則開始執(zhí)行第二組倒車雷達4檢測障礙物高度程序，此時第二組倒車雷達4中的第二雷達12、第三雷達13、第五雷達15、第六雷達16和第七雷達17分為兩小組進行三角錐測高工作，第一小組：第二雷達12發(fā)射，第二雷達12、第五雷達15和第六雷達16接收；第二小組：第三雷達13發(fā)射，第三雷達13、第六雷達16和第七雷達17接收，通過每個小組探測并解算的三角錐結合倒車雷達的距地高度可以得到障礙物的高度h，當h小于車輛最小離地間隙h_min時，認為障礙物不會影響正常倒車，顯示屏5在極坐標系下顯示低矮障礙物位置信息，并且不報警，當h≥h_min時，正常報警，當兩個小組都檢測到障礙物時，直接取最大高度與h_min比較。

具體實施方式如下所述：

本發(fā)明的顯示屏5界面如圖5所示，車后方障礙物的方向信息通過極坐標系的形式展示給駕駛員，極坐標系的中心點為汽車尾部邊緣的中心；極坐標系下障礙物的方向角度和距離信息，在右側(cè)以數(shù)字和文字的形式顯示；低矮障礙物用短圓柱表示，其他障礙物以長圓柱表示在極坐標系下；當系統(tǒng)判斷需要報警時，顯示屏5右下角的危險標志被點亮并閃爍，配合蜂鳴器6工作給駕駛員以警示。

主控制器2開始執(zhí)行檢測障礙物位置程序后，第一組倒車雷達3中的第一雷達11、第二雷達12、第三雷達13和第四雷達14分為四小組循環(huán)進行三角形測距工作，現(xiàn)以第一小組為例說明檢測車后方障礙物方向θ和距離dis的原理：

如圖6所示，已知第一雷達11和第二雷達12之間的距離L₁以及第一雷達11到極坐標系中心點O的距離L₂，第一小組為第一雷達11發(fā)射，第一雷達11和第二雷達12接收，可測到障礙物距離第一雷達11、第二雷達12的距離d₁、d₂，使用海倫公式先求得三角形ABC的面積S:

進一步使用三角形面積公式可得障礙物到車尾的距離dis:

接著多次使用余弦定理可求得障礙物的方位角θ：

其他三個小組檢測車后方障礙物位置原理與上述第一小組相同，在一個位置檢測循環(huán)內(nèi)，若相鄰小組都檢測障礙物，比較兩次障礙物的位置角度θ以及距離dis,若近似，則認為是檢測到同一個障礙物，取兩次位置角度θ以及距離dis的平均值作為該障礙物的位置信息，否則認為檢測到不同的障礙物。

在一個檢測障礙物位置循環(huán)后，主控制器通過判斷檢測到的障礙物方向角度θ是否在90°±30°范圍內(nèi)，來判斷障礙物是否位于兩后輪中間方向，如果是且距離dis小于安全距離dis_safe，則開始執(zhí)行檢測障礙物高度程序，第二組倒車雷達4分為兩個小組進行三角錐測高工作，現(xiàn)以第一小組為例說明檢測車后方障礙物方向高度h原理：

如圖7所示，已知第二雷達12和第五雷達15、第二雷達12和第六雷達16、第五雷達15和第六雷達16之間的距離分別是L₃，L₄，L₅，第五雷達15的距地高度h₁，第一小組為第二雷達12發(fā)射，第二雷達12、第五雷達15和第六雷達16接收，可測到障礙物距離第二雷達12、第五雷達15和第六雷達16的距離分別是d₃、d₄、d₅，將倒車雷達與障礙物之間的幾何關系添加部分輔助線可以表示為圖8，G為AC中點，結合根據(jù)已知條件，容易求得BG、DG長度，在三角形BFD中，設GF、DF長度分別為x、y，可得下式：

x²+y²＝DG² (2)

用(1)式減去(2)式可得：

解得x即GF：

最后可得障礙物的高度h：

h＝h₁-x

圖7和圖8僅僅是測高程序的一種情況，但是因為障礙物和三個雷達在空間幾何中能且只能構成一個三角錐，且三角錐的六條棱長都已知，所以理論上該三棱錐的所有幾何關系都可以解得，又因為雷達的距地高度已知，所以對于障礙物在其他位置的情況下，同樣可以求得障礙物的高度。