專利名稱：：機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于交通領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)和與之配套運(yùn)用的預(yù)測(cè)碰撞的計(jì)算方法，尤其是使用旋轉(zhuǎn)式脈沖激光束掃描儀來檢測(cè)四周障礙物的機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，也始終不停止深入研發(fā)的腳步，其公開的資料也是多種多樣，比如說，美國(guó)專利號(hào)4825211汽車對(duì)靠近物體的警示儀，顯示了汽車上使用的警告器，當(dāng)車子向后移動(dòng)時(shí)，它能感應(yīng)到物體近身來在遠(yuǎn)處產(chǎn)生第一個(gè)信號(hào)，在近處至少產(chǎn)生第二個(gè)信號(hào)。美國(guó)專利號(hào)4872051防撞警告系統(tǒng)，揭示了較被動(dòng)的防撞系統(tǒng)。一個(gè)光學(xué)敏感器展示了如何在車輛旅行方向的大角度內(nèi)范圍進(jìn)行持續(xù)性的光柵掃描，該敏感器的輸出轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比較著連續(xù)性的圖象來測(cè)探同一(可證)的物體。對(duì)于如此同一的物體，計(jì)算機(jī)可以計(jì)算物體的中心和角度，以及衡量物體尺寸和范圍，有著固定的角度及不斷增加的范圍量度的物體的測(cè)探將使誘導(dǎo)報(bào)警。美國(guó)專利號(hào)5314037機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)展示了在激光鐳射基礎(chǔ)上旨在預(yù)防汽車碰撞的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括帶有發(fā)射器，接收器，計(jì)算機(jī)，警告儀器和光學(xué)自動(dòng)剎車裝置的鐳射雷達(dá)。該系統(tǒng)比較著預(yù)期碰撞時(shí)間，用最小許可時(shí)間來決定碰撞的普遍存在性。當(dāng)系統(tǒng)確定了可能導(dǎo)致事故發(fā)生的情境時(shí)，它會(huì)發(fā)出警告。當(dāng)汽車使用者無回應(yīng)警告時(shí)，會(huì)使用光學(xué)汽車剎車儀器。美國(guó)專利號(hào)5410304展示著由于與汽車駕駛情景相聯(lián)系的速度原因即將發(fā)生的危險(xiǎn)的方法與儀器，揭示了一種能定義計(jì)算危險(xiǎn)程度并將之展示給汽車駕駛員的方法，其中危險(xiǎn)程度即指汽車駕駛員把車開得太靠近前面汽車或其他障礙物，或在霧里開得太快。達(dá)到該目的的信號(hào)可從汽車環(huán)境敏感器獲得，比如說，從距離警告雷達(dá)或距離記錄雷達(dá)以及紅外線可見范圍衡量系統(tǒng)，并與汽車條件信號(hào)一起由安全電腦所分析。美國(guó)專利號(hào)5463384機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)展示了包括檢測(cè)在鄰近汽車的可控制區(qū)域里物體的障礙物監(jiān)測(cè)單元，檢測(cè)單元發(fā)出多束紅外線能量光束，檢測(cè)來自物體的此種能量在區(qū)域內(nèi)的反應(yīng)。檢測(cè)單元由主體汽車的電子旋轉(zhuǎn)信號(hào)特別激發(fā)，它包括多種相關(guān)的光發(fā)射二極管以及對(duì)圖片敏感的檢測(cè)儀來察覺反射光線。美國(guó)專利號(hào)6012008預(yù)測(cè)碰撞及其反應(yīng)的方法和裝置展示了安裝在汽車上的一種裝置，它能決定在距主體汽車的有限距離里移近的障礙物的作用發(fā)生時(shí)間。該系統(tǒng)可部署在主體汽車前面以警示前面的影響作用，布置在兩邊以警示側(cè)面影響作用。美國(guó)專利號(hào)6470273防撞警告系統(tǒng)展示了包括多對(duì)的光學(xué)傳感器的系統(tǒng)。每一對(duì)光學(xué)傳感器能檢測(cè)汽車外部周圍的可見光度和紅外線光度，創(chuàng)造相應(yīng)的電子信號(hào)。光學(xué)傳感器確定著電子信號(hào)的光度的暫時(shí)變化以及與汽車外部物體碰撞的可能性，并在可能碰撞時(shí)產(chǎn)生信號(hào)。中國(guó)專利號(hào)00249581.3，雷達(dá)微機(jī)型機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)，公開一種用于汽車在行駛中，防止發(fā)生碰撞事故的裝置，它包含有傳感器、計(jì)算機(jī)、伺服機(jī)構(gòu)三部分。該裝置的伺服機(jī)構(gòu)可控制汽車的油門，通過計(jì)算機(jī)接口擴(kuò)展，還可控制制動(dòng)器及其它。傳感器由脈沖多普勒激光雷達(dá)和車速信號(hào)輸出儀組成。傳感器測(cè)出與前方車輛的距離和本車速度，將信號(hào)送至計(jì)算機(jī)，通過已編程序處理并指示伺服機(jī)構(gòu)動(dòng)作，以達(dá)到安全行車的目的。中國(guó)專利號(hào)97230398.7，自動(dòng)防撞的交通工具及其防撞裝置，公開一種防撞裝置包括傳感探測(cè)器，處理控制部分和執(zhí)行裝置，其特征是傳感探測(cè)器與處理控制部分連接，處理控制部分與執(zhí)行裝置連接，傳感探測(cè)器可以是機(jī)械、機(jī)電式探測(cè)器，激光探測(cè)器，光電主動(dòng)式紅外探測(cè)器，光電被動(dòng)紅外探測(cè)器，超聲波式探測(cè)器，微波式探測(cè)器，接近式探測(cè)器或酒精敏感探測(cè)器或它們的部分組合；執(zhí)行裝置包括報(bào)警器、制動(dòng)部分、安全防護(hù)裝置；一種自動(dòng)防撞的交通工具，其特征在于將所述的防撞裝置裝在所述交通工具上。綜上所述，機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)包含障礙物掃描機(jī)構(gòu)、信號(hào)發(fā)射與處理電路，與之配套運(yùn)用的預(yù)測(cè)碰撞的計(jì)算方法(主要通過系統(tǒng)應(yīng)用軟件和硬件實(shí)施)及自動(dòng)剎車裝置四大部分，而關(guān)鍵在于障礙物掃描，選用激光作為掃描信號(hào)，其具有指向性強(qiáng)的特點(diǎn)，反射回的信號(hào)經(jīng)系統(tǒng)處理后能準(zhǔn)確給出障礙物的方位、距離等參數(shù)，并能預(yù)測(cè)碰撞和自動(dòng)實(shí)施煞車避撞控制。已有技術(shù)中雖有采用激光做為掃描信號(hào)，但掃描方式設(shè)計(jì)存在缺陷，出現(xiàn)視覺盲區(qū)，無法達(dá)到全方位掃描和防止碰撞的發(fā)生。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的主要是發(fā)明一種具有全方位大角度掃描障礙物功能的機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)以及與之配套運(yùn)用的預(yù)測(cè)碰撞的計(jì)算方法。本發(fā)明技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)，包括發(fā)射與接收掃描器、處理電路，碰撞預(yù)測(cè)的成套計(jì)算方法及電動(dòng)剎車裝置，其特征是掃描器采用雙旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射與接收掃描器和與之配套運(yùn)用的預(yù)測(cè)碰撞的計(jì)算方法。所述的雙旋轉(zhuǎn)是指激光發(fā)射信號(hào)既可在汽車行駛平面上旋轉(zhuǎn)又同時(shí)具備垂直面的扇形旋轉(zhuǎn)，接收探頭至少可跟隨作平面旋轉(zhuǎn)接收反射來激光信號(hào)。由于障礙物表面粗糙，其反射成漫散射，接收探頭只需跟隨旋轉(zhuǎn)即能可靠接收到信號(hào)。發(fā)射的激光束同時(shí)在對(duì)平面和垂直扇面進(jìn)行掃描，無論路面或汽車上方一定方位角內(nèi)的障礙物均能被掃描到。一般雙旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射與接收掃描器平面旋轉(zhuǎn)速率設(shè)計(jì)大于48轉(zhuǎn)/秒，垂直擺動(dòng)速率大于8扇面/秒，而扇面夾角約30°度角。這樣即可滿足高速行駛的車輛上使用。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，采用雙旋轉(zhuǎn)激光信號(hào)掃描和旨在預(yù)測(cè)碰撞事故的分析計(jì)算方法，不但具有指向性好、方位準(zhǔn)確，而且還能對(duì)車輛全方位大角度范圍內(nèi)進(jìn)行障礙物掃描，反射回的信號(hào)經(jīng)電路處理以及系統(tǒng)應(yīng)用軟件和硬件實(shí)施的計(jì)算后能準(zhǔn)確給出障礙物的方位、距離等參數(shù)，預(yù)測(cè)碰撞并提供執(zhí)行剎車或者繼續(xù)行駛的命令，自動(dòng)實(shí)施煞車避撞控制。下面結(jié)合具體圖例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明圖1為雙旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射與接收掃描器結(jié)構(gòu)示意2為處理電路原理框圖其中1-基座2-旋轉(zhuǎn)體21-發(fā)射窗器22-接收窗口3-激光發(fā)生器31-透鏡組32-反射鏡4-電機(jī)41-凸輪42-電池5-激光接收探頭51-錐形反射鏡6-驅(qū)動(dòng)電機(jī)61-齒輪組具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，一種機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)，包括發(fā)射與接收掃描器、處理電路，碰撞預(yù)測(cè)應(yīng)用軟件和硬件及電動(dòng)剎車裝置，其特征是掃描器采用雙旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射與接收掃描器和與之配套運(yùn)用的預(yù)測(cè)碰撞的計(jì)算方法。雙旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射與接收掃描器包括一基座1、安裝在基座1上帶發(fā)射和接收窗口21、22的旋轉(zhuǎn)體2，旋轉(zhuǎn)體2上部安裝有激光發(fā)生器3、透鏡組31及一反射鏡32，反射鏡32出射光路對(duì)準(zhǔn)發(fā)射窗口21，反射鏡32背面設(shè)有一帶凸輪的電機(jī)4，凸輪41可驅(qū)動(dòng)反射鏡32擺動(dòng)，使光路呈扇形掃描，實(shí)現(xiàn)垂直扇面掃描的目的；旋轉(zhuǎn)體2下部安裝有一激光接收裝置，一錐形反射鏡51安裝在接收窗口22處，反射來激光經(jīng)錐形反射鏡51反射到激光接收探頭5上。所述的反射鏡32及帶凸輪41的電機(jī)4固定在旋轉(zhuǎn)體2上，反射鏡32跟隨旋轉(zhuǎn)體2轉(zhuǎn)動(dòng)即能產(chǎn)生出射激光光路的旋轉(zhuǎn)變化，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)掃描。電機(jī)4由固定在旋轉(zhuǎn)體2上的自帶電池供電。電機(jī)帶動(dòng)凸輪41轉(zhuǎn)動(dòng)使反射鏡角度產(chǎn)生扇形擺動(dòng)，反射出的激光束也產(chǎn)生一定角度范圍內(nèi)的變化，實(shí)現(xiàn)垂直掃描。而接收窗口22采用錐形反射鏡51，無論窗口22旋轉(zhuǎn)到那一角度，經(jīng)其反射來的激光束均能指向激光接收探頭5，故將激光發(fā)生器3、透鏡組31及激光接收裝置均固定在基座上，而不隨旋轉(zhuǎn)體2轉(zhuǎn)動(dòng)，可保持電連接的便利性，也減少精密器件在高速旋轉(zhuǎn)中受損，基座1上安裝有一驅(qū)動(dòng)電機(jī)6可驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)體2旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)6與旋轉(zhuǎn)體2間通過嚙合齒輪組61成傳動(dòng)連接，調(diào)整齒輪齒牙比即可改變激光的旋轉(zhuǎn)掃描速度，掃描器平面旋轉(zhuǎn)速率大于48轉(zhuǎn)/秒，垂直擺動(dòng)速率大于8扇面/秒，而扇面夾角約300度角，即可滿足1.6m到120m內(nèi)障礙物的掃描，因此能獲得足夠的時(shí)間來避免絕大多數(shù)的碰撞，甚至汽車以相當(dāng)高的速度(例如60mph)對(duì)開或短距離內(nèi)冒出之障礙物。激光信號(hào)采用單光束脈沖，選擇波長(zhǎng)在1.4um至1.8um之間，以1.54um為中心的安全區(qū)紅外頻譜，狹窄的脈沖寬度1～5ns(或稱載波基頻)，由第一調(diào)制頻率在1Ghz到200Mhz之間產(chǎn)生；第二調(diào)制頻率(或稱占空調(diào)制頻率)在75Mhz到100Mhz之間(其重復(fù)周期為10ns～13.33ns)；第三調(diào)制頻率(或稱距離調(diào)制頻率)833.33khz，半周期為600ns，掃描激光束發(fā)射的峰值功率為3.5至30瓦。激光束輻射角度為0.002弧度。減少掃描激光波束的幅射能量要求，達(dá)到既安全，準(zhǔn)確又靈敏之目的。通過對(duì)激光波的頻率調(diào)制，建立不同頻道來有效避免不同系統(tǒng)間的干擾，同時(shí)也對(duì)各種來源之噪音起到過濾之作用。激光束輻射角度為0.002弧度，不但加強(qiáng)了本系統(tǒng)掃描障礙物的辨識(shí)能力，并且也節(jié)省了激光掃描能量。本系統(tǒng)探測(cè)周圍障礙物的方法，以掃描光束在被監(jiān)測(cè)體上反射表現(xiàn)來提取防撞預(yù)測(cè)所須的被監(jiān)測(cè)體的各種運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，例如通過求距離矢量的三階導(dǎo)數(shù)求障礙物表面的純切向斜率的二階導(dǎo)數(shù)繼而求得與障礙物的相對(duì)速度a(t)及相對(duì)加速度a″(t)；亦可利用相鄰兩輪激光束掃描之間對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離和時(shí)差來求相對(duì)速度。至于對(duì)應(yīng)點(diǎn)的判定則可通過模糊識(shí)別，例如斜率曲率相近且位于一定范圍內(nèi)比如在兩輪掃描時(shí)差二十毫秒內(nèi)不出1.2米。參照?qǐng)D2，處理電路包括模似電路，數(shù)字電路部分和參數(shù)可調(diào)軟件(即系統(tǒng)應(yīng)用軟件)。其中模擬電路含有激光發(fā)射及接收掃描器、濾波器、高頻放大器、參數(shù)模擬電路及模擬轉(zhuǎn)數(shù)字(A-D)，其中激光發(fā)射受控于激光功率限幅電路，限幅電路是用于防止過大激光輸出功率，另外也使掃描功率與障礙物距離相關(guān)，以取得最大的安全結(jié)果；本地信號(hào)發(fā)生器為調(diào)制器提供調(diào)制信號(hào)，以此驅(qū)動(dòng)紅外激光二極管使之產(chǎn)生相應(yīng)的激光。水平角探測(cè)裝置及俯角探測(cè)裝置信號(hào)給參數(shù)模擬電路。數(shù)字電路含有與模擬轉(zhuǎn)數(shù)字(A-D)連接的中心處理器、數(shù)字轉(zhuǎn)模擬(D-A)、功率放大器、液壓機(jī)電制動(dòng)裝置。中心處理器一路輸出驅(qū)動(dòng)聲音警報(bào)，一路輸出給圖像介面卡，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)圖像顯示器，一路輸出給數(shù)字轉(zhuǎn)模擬(D-A)后經(jīng)功率放大器放大后交給機(jī)電制動(dòng)裝置實(shí)施電動(dòng)液壓制動(dòng)控制。處理電路的工作原理如下激光功率限幅電路將調(diào)制好的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)激光發(fā)射探頭發(fā)射出單束脈沖掃描激光，以滿足雙回轉(zhuǎn)掃描激光器的工作需要。另外，系統(tǒng)中設(shè)有的激光信號(hào)接收傳感器，用于接收經(jīng)障礙物反射回的帶有相位差的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng)過放大濾波(也可以用鎖相環(huán)測(cè)定相位差)與解調(diào)后送入?yún)?shù)模擬電路以制取關(guān)于距離、速度與加速度等數(shù)據(jù)。送入?yún)?shù)模擬電路的還有水平角與俯角測(cè)量裝置(它們可以采用一些現(xiàn)成的技術(shù))，用于推算物體方位與高度。經(jīng)過模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字后，數(shù)字信號(hào)輸入中心處理器進(jìn)行處理；快速記憶器用于存放近期要取用的數(shù)據(jù)，協(xié)作芯片可以用于計(jì)算的并聯(lián)作業(yè)，以加快分析運(yùn)算速度。如計(jì)算器的防撞決策作出后，會(huì)再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換成模擬量，然后經(jīng)功率放大器放大后交給機(jī)電制動(dòng)裝置實(shí)施電動(dòng)液壓制動(dòng)控制。其中介面卡是用于驅(qū)動(dòng)圖像顯示器，因系統(tǒng)同時(shí)附設(shè)音像警告。使用者可以選擇只啟用音像警告系統(tǒng)，由駕者自行人工剎車排險(xiǎn)。系統(tǒng)應(yīng)用軟件系統(tǒng)的分析計(jì)算，決策控制均在此軟件之指揮和協(xié)調(diào)之下。在駕駛期間，不管任何交通地點(diǎn)，(高速公路，自由公路，街道，本地道路，停車場(chǎng)等)，雙回轉(zhuǎn)掃描激光器保持發(fā)射和接收掃描激光脈沖(一個(gè)障礙元在一圈內(nèi)將收到激光掃描波束許多次的的掃射，它取決于距離和尺寸。比如，在90米遠(yuǎn)的地方，一個(gè)18cm寬的柱子上將可得到640點(diǎn)取樣，如果掃描激光波是100Mhz。)，以及對(duì)所有這些訊號(hào)進(jìn)行模擬的和數(shù)據(jù)的處理和運(yùn)算。一旦有關(guān)數(shù)據(jù)符合所列(1)～(3)方程式，則在短時(shí)間里會(huì)發(fā)生碰撞(1.5秒)，必須采取適當(dāng)控制以防止碰撞。由于數(shù)據(jù)不斷進(jìn)來，真實(shí)境況改變著碰撞預(yù)計(jì)的結(jié)論，控制行為將持續(xù)改變。(取決于自動(dòng)計(jì)算結(jié)果。)但一旦剎車啟動(dòng)，控制信號(hào)將保持至少60～120毫秒，來等待下一個(gè)控制信號(hào)。所有這些操作是在沒有駕駛員參與的情況下自動(dòng)完成。如果司機(jī)參與控制將改變檢測(cè)結(jié)果，由于系統(tǒng)和交通環(huán)境存在的實(shí)時(shí)反饋關(guān)系，系統(tǒng)將及時(shí)自動(dòng)綜合。本系統(tǒng)的分析計(jì)算是按二次函數(shù)模式處理與被監(jiān)測(cè)物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，即防撞系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)物體之未來軌跡一般做為曲線處理，直線僅為特例；其速度也非勻速，勻速僅為特例；因此對(duì)預(yù)計(jì)與障礙物的碰撞能達(dá)到更高準(zhǔn)確性。交通環(huán)境的障礙體定義為一個(gè)簡(jiǎn)單的個(gè)體，如一個(gè)直徑為20cm的站立電線桿，一個(gè)長(zhǎng)度為4.5米的汽車，一個(gè)25～45cm寬度的人體，一個(gè)寬為4到100米的建筑物。如果來自個(gè)體上任一點(diǎn)的數(shù)據(jù)表明碰撞要發(fā)生，那么定義為碰撞。為簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)障礙體的所有點(diǎn)有同樣的速度，角速度，加速度。因此，我們可以運(yùn)用這些數(shù)據(jù)來代表整個(gè)個(gè)體，比如說，如果來自這些點(diǎn)的信息暗示立即碰撞，將無法引發(fā)碰撞控制。系統(tǒng)應(yīng)用軟件步驟分離障礙元dr/dt＞＞Vmrs聯(lián)系著障礙體的開端，而dr/dt＜＜-Vmrs。則聯(lián)系著障礙體終端。(Vmrs定義為最大相對(duì)速度，通常是60m/s)。因?yàn)榧す馐L(zhǎng)度在兩處會(huì)產(chǎn)生激烈改變。在這兩點(diǎn)間所有點(diǎn)被定義為一個(gè)障礙元。障礙元往往是一個(gè)在運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)上的統(tǒng)一體。計(jì)算參數(shù)由於激光幅射角為0.002Rad，因此6.4us將足夠激光器發(fā)射光束掠過。通過實(shí)測(cè)距離矢量r的徑向三階導(dǎo)數(shù)v’(t)可以求得被監(jiān)測(cè)物體一個(gè)面元的純切向斜率的二階導(dǎo)數(shù)(這個(gè)數(shù)據(jù)取決于該面元的幾何形狀，與障礙物的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無關(guān))；繼而可以求得與障礙元的相對(duì)速度V(t)，a(t)＝dv/dt及相對(duì)加速度a″(t)＝da(t)/dt。高度h的計(jì)算是根據(jù)激光掃描器高度減去俯角的正弦與激光束長(zhǎng)度的乘積得來，即h＝H-rsinαhh’(t)＝dh/dt～(h2-h1)/Δt一般汽車情形，H取值1.5m；αh俯角，是從系統(tǒng)里面的特別儀器得來。預(yù)測(cè)碰撞如上所述，從障礙物一個(gè)面元得到的數(shù)據(jù)v，a&a’適用于整個(gè)障礙元。(障礙元往往是一個(gè)在運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)上的統(tǒng)一體。)。如果障礙元中的任何一個(gè)點(diǎn)被預(yù)測(cè)碰撞，那么該障礙物被預(yù)測(cè)碰撞。假如被測(cè)點(diǎn)的縱向曲率半徑小于0.3米滿足下述方程式(1)；汽車以當(dāng)時(shí)速度行駛0.23米后所升高度超過0.1米滿足下述方程式(2)，(轎車車輪在行駛中撞擊物體的臨界情形)；而且1.5秒后被監(jiān)測(cè)物體的抽樣質(zhì)點(diǎn)(在激光探測(cè)束掃描中被命中者)與極坐標(biāo)原點(diǎn)的距離r(臨撞時(shí)間，以TTC表之)和我車的幾何形體存在的關(guān)系，根據(jù)被測(cè)障礙元上取得的參數(shù)TTC，V，a，r(0)，ω，β，Θ(0)，通過方程式(4)，(5)和(6)滿足下述方程式(3)，可做出該障礙物將導(dǎo)致碰撞之判斷。R＝abs{[a(1+h’(t)/v)]/h”(t)}≤0.3(1)0.023/VΔh＝abs{∫h’(t)dt}≥0.01(2)lr(TTC)l-ρ(Θ)＜0(3)即根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)一般關(guān)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)若R＜0.3M，且符合方程式(3)，則據(jù)Δh之?dāng)?shù)值，尚可預(yù)測(cè)顛簸與掉坡或掉溝<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="596">Δh數(shù)值判斷0＜Δh＜0.01顛簸-0.01＜Δh＜0顛簸-∞＜Δh＜-0.01掉坡</table></tables>r障礙物距離單位，ma相對(duì)加速度，單位m/sω被監(jiān)測(cè)物體對(duì)主車的相對(duì)角速度，rad/s。β相對(duì)角加速度，rad/sqs；Θ在選定的以我車上某一點(diǎn)為極點(diǎn)的極坐標(biāo)系中障礙物質(zhì)點(diǎn)矢量Or的方向角。h被測(cè)點(diǎn)高度，mR被測(cè)點(diǎn)在垂直縱向平面上的曲率半徑，mRd汽車對(duì)角線的一半，它隨著汽車的不同類型改變。(指汽車頂部視野)Rd的典型值是2.25米。從r減去Rd的原因是，r指的是在那特定的取樣中從掃描儀中心到激光波束擊中目標(biāo)物的距離。單位，mR&Δh為被測(cè)點(diǎn)之縱向曲率半徑和障礙物在垂直方向上的尺寸，它的數(shù)值是根據(jù)方程式(1)和(2)計(jì)算。單位，m預(yù)測(cè)驗(yàn)證利用相鄰兩輪激光束掃描之間對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離和時(shí)差來求相對(duì)速度，供驗(yàn)證前一方法之準(zhǔn)確性。使用兩種方法應(yīng)指出同一結(jié)果，倘不是，對(duì)幾輪掃描下來所得數(shù)據(jù)之計(jì)算結(jié)果加以權(quán)衡(三到五輪即夠)。至于對(duì)應(yīng)點(diǎn)的判定則可通過模糊識(shí)別，例如斜率曲率相近且位于一定范圍內(nèi)(比如在兩輪掃描時(shí)差二十毫秒內(nèi)不出1.2米)。權(quán)利要求1.一種機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)，包括發(fā)射與接收掃描器、處理電路，主要通過系統(tǒng)應(yīng)用軟件和硬件實(shí)施的預(yù)測(cè)碰撞計(jì)算方法及電動(dòng)剎車裝置，其特征是掃描器采用雙旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射與接收掃描器及配套運(yùn)用的碰撞預(yù)測(cè)計(jì)算方法。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)，其特征是雙旋轉(zhuǎn)是指激光發(fā)射信號(hào)既可在汽車行駛平面上旋轉(zhuǎn)又同時(shí)具備垂直面的扇形旋轉(zhuǎn)，接收探頭至少可跟隨作平面旋轉(zhuǎn)接收反射來激光信號(hào)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)，其特征是雙旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射與接收掃描器平面旋轉(zhuǎn)速率大于48轉(zhuǎn)/秒，垂直擺動(dòng)速率大于8扇面/秒，而扇面夾角約30°度角。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)，其特征是激光信號(hào)采用單光束脈沖，選擇波長(zhǎng)在1.4um至1.8um之間，狹窄的脈沖寬度1～5ns，由第一調(diào)制頻率在1Ghz到200Mhz之間產(chǎn)生，第二調(diào)制頻率在75Mhz到100Mhz之間，第三調(diào)制頻率833.33khz，半周期為600ns，掃描激光束發(fā)射的峰值功率為3.5至30瓦，激光束輻射角度為0.002弧度。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)，其特征是雙旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射與接收掃描器包括一基座、安裝在基座上帶發(fā)射和接收窗口的旋轉(zhuǎn)體，旋轉(zhuǎn)體上部安裝有激光發(fā)生器、透鏡組及一反射鏡，反射鏡出射光路對(duì)準(zhǔn)發(fā)射窗口，反射鏡背面設(shè)有一帶凸輪的電機(jī)，凸輪可驅(qū)動(dòng)反射鏡擺動(dòng)，使光路呈扇形掃描，旋轉(zhuǎn)體下部安裝有一激光接收裝置，一錐形反射鏡安裝在接收窗口處，反射來激光經(jīng)錐形反射鏡反射到激光接收探頭上，所述的反射鏡及帶凸輪的電機(jī)固定在旋轉(zhuǎn)體上，其余部件均固定在基座上，基座上安裝有一驅(qū)動(dòng)電機(jī)可驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)，其特征是處理電路包括模似電路和數(shù)字電路兩部分，其中模擬電路含有激光發(fā)射及接收掃描器、濾波器、高頻放大器、參數(shù)模擬電路及模擬轉(zhuǎn)數(shù)字(A-D)，其中激光發(fā)射受控于激光功率限幅電路，本地信號(hào)發(fā)生器經(jīng)調(diào)制器后給接收傳感器，水平角探測(cè)裝置及俯角探測(cè)裝置信號(hào)給參數(shù)模擬電路，數(shù)字電路含有與模擬轉(zhuǎn)數(shù)字(A-D)連接的中心處理器、數(shù)字轉(zhuǎn)模擬(D-A)、功率放大器、液壓機(jī)電制動(dòng)裝置，中心處理器一路輸出驅(qū)動(dòng)聲音警報(bào)，一路輸出給圖像介面卡，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)圖像顯示器，一路輸出給數(shù)字轉(zhuǎn)模擬(D-A)后經(jīng)功率放大器放大后交給機(jī)電制動(dòng)裝置實(shí)施電動(dòng)液壓制動(dòng)控制。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)，其特征是以掃描光束在被監(jiān)測(cè)體上反射表現(xiàn)來提取防撞預(yù)測(cè)所須的被監(jiān)測(cè)體的各種運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，例如通過距離矢量的三階導(dǎo)數(shù)求障礙物表面的純切向斜率的二階導(dǎo)數(shù)，繼而求得與障礙物的相對(duì)速度及相對(duì)加速度8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)，其特征是預(yù)測(cè)碰撞之方法通過隨時(shí)測(cè)量和衡量被測(cè)點(diǎn)的縱向曲率半徑，隨時(shí)測(cè)量和衡量障礙物表面在行駛方向上的升高速率和短期高度累積數(shù)值，以及隨時(shí)衡量通過把從被測(cè)障礙元上取得的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，在一組描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式和根據(jù)本車特點(diǎn)建立的解析幾何方程式上求出1.5秒后被監(jiān)測(cè)物體和我車的位置關(guān)系，來隨時(shí)做出是否存在碰撞事故的危險(xiǎn)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)，其特征是利用相鄰兩輪激光束掃描之間對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離和時(shí)差來求相對(duì)速度，供驗(yàn)證前一方法之準(zhǔn)確性，所述運(yùn)動(dòng)物體對(duì)應(yīng)點(diǎn)之求法可通過模糊識(shí)別，例如曲率相近且都在一定范圍內(nèi)的兩個(gè)點(diǎn)(在兩輪掃描時(shí)差二十毫秒內(nèi)距離不超過1.2米)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)，其特征是在滿足權(quán)利要求9所提出的碰撞發(fā)生判別法基礎(chǔ)上，結(jié)合被測(cè)點(diǎn)的縱向曲率半徑及掃描光束為障礙元曲面所截高度隨時(shí)間之變率在相當(dāng)短時(shí)間上的積累效應(yīng)，本機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)尚可預(yù)測(cè)顛簸與掉坡或掉溝。全文摘要本發(fā)明涉及一種機(jī)動(dòng)車防撞系統(tǒng)，包含障礙物掃描機(jī)構(gòu)、信號(hào)發(fā)射與處理電路，配套運(yùn)用的預(yù)測(cè)碰撞計(jì)算方法和自動(dòng)剎車裝置，其特征是掃描器采用雙旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射與接收掃描器。所述的雙旋轉(zhuǎn)是指激光發(fā)射信號(hào)既可在汽車行駛平面上旋轉(zhuǎn)又同時(shí)具備垂直面的扇形旋轉(zhuǎn)。發(fā)射的激光束同時(shí)在對(duì)平面和垂直扇面進(jìn)行掃描，無論路面或汽車上方一定方位角內(nèi)的障礙物均能被掃描到。本發(fā)明采用雙旋轉(zhuǎn)激光信號(hào)掃描，提供了周詳巧妙，旨在預(yù)測(cè)碰撞事故的分析計(jì)算方法，不但具有指向性好、方位準(zhǔn)確，而且還能對(duì)車輛全方位大角度范圍內(nèi)進(jìn)行障礙物掃描，反射回的信號(hào)經(jīng)系統(tǒng)處理后能準(zhǔn)確給出障礙物的方位、距離等參數(shù)，并能預(yù)測(cè)碰撞和自動(dòng)實(shí)施剎車避撞控制。文檔編號(hào)G01S17/93GK1576123SQ20041004447公開日2005年2月9日申請(qǐng)日期2004年5月13日優(yōu)先權(quán)日2003年7月3日發(fā)明者黃保家申請(qǐng)人:黃保家