融合雷达测距和行驶轨迹预测的汽车掉头辅助系统及方法与流程

本发明涉及汽车电子装备技术领域，尤其是一种融合雷达测距和行驶轨迹预测的汽车掉头辅助系统及方法。

背景技术：

随着社会经济的迅速发展以及综合国力的提升，近年来我国乘用车市场进入稳健增长期。与此同时，交通事故频发也成为了一大社会问题，其中驾驶员无法对汽车与障碍物之间的距离进行准确的判断是造成交通事故的重要原因之一。对于很多新手司机，他们在汽车掉头过程中对车辆右前方与障碍物的距离的判断几乎没有概念。这一问题为道路交通安全与人民生命财产带来了极大的隐患。

国外方面，汽车轨迹预测往往是通过深度神经网络的预测方法，通过高斯过程学习车辆轨迹的模型参数。然而，这些机器学习方法依赖于训练数据，其缺点是无法预测未知环境下会发生什么。目前基于毫米波雷达的汽车主动安全(adas)技术主要被几家传统车电系统巨头所垄断，且对国内技术封锁，购买价格相当高。

国内方面，已经有车辆行驶轨迹的预测方法及系统专利被发明，但是它的缺点是难以适应环境的变化。在防撞雷达方面,厦门意行半导体科技有限公司在24ghz汽车主动安全雷达射频前端集成电路取得突破,而77ghz毫米波集成电路(mc)因为技术难度更大国内并无突破性进展。

综上所述，国外方面，机器学习方法依赖于训练数据，无法准确感知未知环境，且防撞雷达价格昂贵难以推广。国内研究中，虽然已经有车辆行驶轨迹的模型预测方法及系统专利被发明，但利用预测模型缺点是难以适应环境的变化。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于提供一种无需led显示屏的辅助掉头系统，提高普及率，有效减少事故发生率，提高交通通行效率的融合雷达测距和行驶轨迹预测的汽车掉头辅助系统。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种融合雷达测距和行驶轨迹预测的汽车掉头辅助系统，包括：

汽车转向灯控制开关k1，用于控制汽车掉头辅助系统的工作开始与结束；

雷达测距模块，用于测算障碍物相对车身外部的距离，并将障碍物距离参数传输至mcu模块；

第一单刀单掷开关k2，用于控制雷达测距模块和mcu模块的连接和断开；

第二单刀单掷开关k3，用于控制方向盘转角传感器和mcu模块的连接和断开；

方向盘转角传感器，用于接收方向盘的即时转角，并将转角的数据传输至mcu模块；

mcu模块，用于接收方向盘转角传感器和雷达测距模块的信息，根据方向盘转角传感器的数据计算出基于方向盘即时转角和已知最大转角的两条轨迹方程，并将两条轨迹方程与障碍物参数进行分析比较，再将控制信号以can总线的方式传至ecu电控单元模块；

报警灯l1，用于检测汽车掉头辅助系统的工作情况；

ecu电控单元模块，用于接收mcu模块的信号，并将根据mcu模块的信号控制声光报警模块；

声光报警模块，根据ecu电控单元模块传来的控制信号进行声音灯光显示，与驾驶员完成信息交互；

指示灯l2，用于告知驾驶员系统开启与关闭情况。

所述方向盘转角传感器的输出端通过第二单刀单掷开关k3与mcu模块的第二i/o端口连接，雷达测距模块的输出端通过第一单刀单掷开关k2与mcu模块的第一i/o端口连接，mcu模块的输出端通过can总线通信协议与ecu电控单元模块输入端连接，ecu电控单元模块输出端与声光报警模块输入端连接；报警灯l1的一端分别与mcu模块的第一i/o端口、mcu模块的第二i/o端口相连，报警灯l1的另一端与mcu模块输出端相连；汽车转向灯控制开关k1的一端接车载电源，另一端与指示灯l2的一端相连，指示灯l2的另一端接地；汽车转向灯控制开关k1的输出端分别与第一单刀单掷开关k2、第二单刀单掷开关k3的控制端相连。

本发明的另一目的在于提供一种融合雷达测距和行驶轨迹预测的汽车掉头辅助系统的辅助方法，该方法包括：

(1)系统判断汽车转向灯控制开关k1是否开启，若汽车转向灯控制开关k1开启，系统处于工作模式，指示灯l2亮，第一单刀单掷开关k2、第二单刀单掷开关k3与汽车转向灯控制开关k1一起打开，此时雷达测距模块、方向盘转角传感器与mcu模块接通；若汽车转向灯控制开关k1断开或系统故障，即系统未工作，则指示灯l2处于熄灭状态；

(2)系统处于工作状态时，方向盘转角传感器、雷达测距模块与mcu模块正常传输信号，此时mcu模块接受雷达测距模块的障碍物距离参数s和方向盘转角传感器的转角信号α1，通过公式r＝l/sinα计算出汽车在转向角为α1时的转弯半径r1，并处理雷达测距所得数据，其中l为汽车前后轴距；

(3)以汽车的转弯中心即右侧转向轮为坐标原点о建立平面直角坐标系，以汽车的转弯中心:о1为圆心，以r1为半径得到汽车的行驶轨迹方程y1，计算公式如下：

(x-r/cosα)²+(y-l)²＝r²

其中x为直角坐标系下轨迹方程的横坐标，y为轨迹方程的纵坐标，r为汽车的转弯半径，α为车轮转角；l为前后轴距；

同样的方法根据方向盘已知最大转角α2计算出汽车的行驶轨迹方程y2，并将障碍物距离参数s放入y1和y2的同一坐标系进行比较；

(4)在系统工作状态下，判断行驶轨迹方程y1和距离参数s是否相交，若二者相交执行下一步，若二者不相交，声光报警模块亮绿灯且不执行下一步；

(5)判断行驶轨迹方程y2和距离参数s是否相交，若二者不相交，声光报警模块亮黄灯，若二者相交，声光报警模块蜂鸣器报警。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：第一，经济性好：本发明的核心部件为雷达、超声波收发器、单片机、信号灯和连接线等，相比传统的倒车路径显示系统节约了显示屏等部件，便于调试和维护，可以降低汽车成本；第二，节省空间，提高汽车舒适性：本发明的装置与装置之间连接关系较简单，降低了车内电子线路总负荷，而且本发明无需显示屏，在车内占用空间小；第三，实时性好，可靠性高：本发明由于采用的是雷达测距和方向盘转角传感器相结合的方法，雷达会对障碍物进行实时测距，通过测距数据得到障碍物拟合曲线，系统根据方向盘转角进行汽车行驶轨迹预测，系统将车辆与障碍物之间的位置信息进行实时比较，实时性好，可靠性高；第四，信息传递性好：本发明是无需led显示屏的汽车辅助掉头系统，仅通过信号灯和蜂鸣器便可向驾驶员传递信息，用信号灯颜色的变化来传递信息更加浅显易懂，以黄绿两种信号灯和蜂鸣器报警分别对应不同的信息向驾驶员进行最快速的信息传达。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的电路结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，一种融合雷达测距和行驶轨迹预测的汽车掉头辅助系统，包括：

汽车转向灯控制开关k1，用于控制汽车掉头辅助系统的工作开始与结束；

雷达测距模块，用于测算障碍物相对车身外部的距离，并将障碍物距离参数传输至mcu模块；

第一单刀单掷开关k2，用于控制雷达测距模块和mcu模块的连接和断开；

第二单刀单掷开关k3，用于控制方向盘转角传感器和mcu模块的连接和断开；

方向盘转角传感器，用于接收方向盘的即时转角，并将转角的数据传输至mcu模块；

mcu模块，用于接收方向盘转角传感器和雷达测距模块的信息，根据方向盘转角传感器的数据计算出基于方向盘即时转角和已知最大转角的两条轨迹方程，并将两条轨迹方程与障碍物参数进行分析比较，再将控制信号以can总线的方式传至ecu电控单元模块；

报警灯l1，用于检测汽车掉头辅助系统的工作情况；

ecu电控单元模块，用于接收mcu模块的信号，并将根据mcu模块的信号控制声光报警模块；

声光报警模块，根据ecu电控单元模块传来的控制信号进行声音灯光显示，与驾驶员完成信息交互；

指示灯l2，用于告知驾驶员系统开启与关闭情况。

如图2所示，所述方向盘转角传感器的输出端通过第二单刀单掷开关k3与mcu模块的第二i/o端口连接，雷达测距模块的输出端通过第一单刀单掷开关k2与mcu模块的第一i/o端口连接，mcu模块的输出端通过can总线通信协议与ecu电控单元模块输入端连接，ecu电控单元模块输出端与声光报警模块输入端连接；报警灯l1的一端分别与mcu模块的第一i/o端口、mcu模块的第二i/o端口相连，报警灯l1的另一端与mcu模块输出端相连；汽车转向灯控制开关k1的一端接车载电源，另一端与指示灯l2的一端相连，指示灯l2的另一端接地；汽车转向灯控制开关k1的输出端分别与第一单刀单掷开关k2、第二单刀单掷开关k3的控制端相连。第一单刀单掷开关k2和第二单刀单掷开关k3并联，当汽车转向灯控制开关k1闭合时，第一单刀单掷开关k2和第二单刀单掷开关k3输入端才有高电平，此时第一单刀单掷开关k2和第二单刀单掷开关k3闭合，否则，第一单刀单掷开关k2和第二单刀单掷开关k3断开。

如图1所示，本方法包括：

(2)系统判断汽车转向灯控制开关k1是否开启，若汽车转向灯控制开关k1开启，系统处于工作模式，指示灯l2亮，第一单刀单掷开关k2、第二单刀单掷开关k3与汽车转向灯控制开关k1一起打开，此时雷达测距模块、方向盘转角传感器与mcu模块接通；若汽车转向灯控制开关k1断开或系统故障，即系统未工作，则指示灯l2处于熄灭状态；

(2)系统处于工作状态时，方向盘转角传感器、雷达测距模块与mcu模块正常传输信号，此时mcu模块接受雷达测距模块的障碍物距离参数s和方向盘转角传感器的转角信号α1，通过公式r＝l/sinα计算出汽车在转向角为α1时的转弯半径r1，并处理雷达测距所得数据，其中l为汽车前后轴距；

(3)以汽车的转弯中心即右侧转向轮为坐标原点о建立平面直角坐标系，以汽车的转弯中心:о1为圆心，以r1为半径得到汽车的行驶轨迹方程y1，计算公式如下：

(x-r/cosα)²+(y-l)²＝r²

其中x为直角坐标系下轨迹方程的横坐标，y为轨迹方程的纵坐标，r为汽车的转弯半径，α为车轮转角；l为前后轴距；

同样的方法根据方向盘已知最大转角α2计算出汽车的行驶轨迹方程y2，并将障碍物距离参数s放入y1和y2的同一坐标系进行比较；

(4)在系统工作状态下，判断行驶轨迹方程y1和距离参数s是否相交，若二者相交执行下一步，若二者不相交，声光报警模块亮绿灯且不执行下一步；

(5)判断行驶轨迹方程y2和距离参数s是否相交，若二者不相交，声光报警模块亮黄灯，若二者相交，声光报警模块蜂鸣器报警。

综上所述，本发明充分考虑了极有可能发生的非正常工作情况——开关按钮未按下或者由于机械故障导致雷达测距模块和转角传感器模块与mcu模块不能正常连通，此时可以通过报警灯进行报警，通知驾驶员此装置不在正常的工作状态。