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一种基于超 声波 传感器的泊车辅助系统

阅读：752发布：2024-02-21

专利汇可以提供一种基于超声波传感器的泊车辅助系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于超声波传感器的泊车辅助系统，包括：超声波传感器模块，实时获取车辆前后的障碍物信息；ECU 电路模块，控制超声波传感器模块的超声波的发射和接收，将超声波传感器模块接收的脉冲信号转换为最终的障碍物距离数据信息，并根据障碍物距离数据信息控制蜂鸣器报警输出模块和显示屏模块工作；本发明中泊车辅助系统的报警方式采用了声音报警及视觉报警相结合的方法，在通过蜂鸣器不同频率的鸣叫声代表障碍物到车辆的不同距离的同时，还通过车载显示屏采用显示画面告知驾驶员车辆周围的障碍物情况，不仅提高了驾驶的安全性，更提升了驾驶体验，使驾驶变得更为智能化和人性化。，下面是一种基于超声波传感器的泊车辅助系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于超声波传感器的泊车辅助系统，其特征在于，包括：
超声波传感器模块，在汽车的前、后保险杠处各安装若干超声波传感器，用以实时获取车辆前后的障碍物信息，并发送到ECU电路模块；
ECU电路模块，控制超声波传感器模块的超声波的发射和接收，将超声波传感器模块接收的脉冲信号转换为最终的障碍物距离数据信息，并根据障碍物距离数据信息控制蜂鸣器报警输出模块和显示屏模块工作；
蜂鸣器报警输出模块，根据障碍物距离的远近，ECU电路模块控制蜂鸣器的音量和鸣叫方式；
显示屏模块，利用泊车辅助系统的显示屏幕，实时显示车辆参数信息、车辆周围的障碍物信息数据及画面，并以不同的颜色区域来标记不同的距离范围。
2.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的泊车辅助系统，其特征在于，所述ECU电路模块由主控芯片、超声波发射电路、超声波接收电路、测温、电源和CAN通信电路6部分组成：
超声波发射电路用来控制超声波传感器模块发射超声波；
超声波接收电路将由超声波探头所获取的微弱进行放大，通过滤波滤掉杂波，再将滤波后的信号进行整形，输出台阶信号，从而给主控芯片以提示，证明已经接收到了回波信号，进而确认超声波在空气中传播的时间；
测温模块用于探知外界环境的温度；
电源模块，由车载电源提供；
CAN通信电路，根据车载CAN通信协议使本方案中的主控芯片与车辆进行数据传输；
主控芯片，用于控制超声波的发射和接收、中断程序的开始和返回、以及将脉冲信号转换为最终的距离数据。
3.根据权利要求2所述的基于超声波传感器的泊车辅助系统，其特征在于：所述系统带有自检模块，系统开机时首先检测系统各个模块是否可以开始正常工作，监测对象包括电源电压是否正常、超声波传感器是否有异常状况、泊车辅助系统与车辆的通讯状况是否正常、显示屏是否可以正常显示。
4.根据权利要求3所述的基于超声波传感器的泊车辅助系统，其特征在于：所述系统还包括数据采集模块，所述数据采集模块包括脉冲信息及车载信息采集，所述脉冲信息采集，采集到的是超声波传感器从发射超声波开始到接收到反射的回波所经历的时间信息；
车载信息采集，通过CAN通信电路获取车辆信息，包括车辆行驶速度、加速度和档位。
5.根据权利要求4所述的基于超声波传感器的泊车辅助系统，其特征在于：所述系统还包括数据处理模块，所述数据处理模块采用渡越时间法，采集车辆前、后两侧的超声波传感器的“单独检测”数据和“配对检测”数据，结合保险杆保险杠距离换算处理技术及各传感器之间的安装位置关系，分析探测范围内的障碍物分布情况，最终将得到的脉冲信号转换为障碍物的个数、障碍物到车辆的距离、障碍物的坐标信息；
所述“单独检测”为在渡越时间法中，每个超声波传感器分别独立工作，即只接收同一传感器的发射波的回波；所述“配对检测”为在渡越时间法中，某一传感器发出发射波，其“相邻传感器”接收该发射波的回波。
6.根据权利要求5所述的基于超声波传感器的泊车辅助系统，其特征在于：所述系统还包括显示模块，所述显示模块把车辆基本参数以及经过计算得到的数据通过显示屏进行显示，即在显示屏上实时显示车辆的行驶速度、前后蜂鸣器的报警、传感器异常状况、障碍物到车辆的距离值信息，障碍物距离与车辆速度信息结合起来，对距离范围进行划分，分别为近方检知、中间检知、远方检知、最远方检知、接近检知及注意检知，不同的距离范围对应不同的蜂鸣器鸣叫方式及颜色区域。
7.根据权利要求6所述的基于超声波传感器的泊车辅助系统，其特征在于：所述传感器异常状况包括正常、一时故障和需修理故障三种状况，其中，“一时故障”指无需修理的暂时性故障，例如雨雪、泥巴等附着在传感器表面引起蜂鸣器连续鸣叫的情况；“要修理故障”指传感器本身或软件处理过程异常问题。
8.根据权利要求7所述的基于超声波传感器的泊车辅助系统，其特征在于：所述显示模块还可以根据车辆尺寸、传感器安装位置参数，将障碍物与车辆的相对位置绘制成可视图形。
9.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的泊车辅助系统，其特征在于：在汽车的前、后保险杠处安装的超声波传感器的数目各为4个。

说明书全文

一种基于超 声波 传感器的泊车辅助系统

技术领域

[0001] 本发明涉及智能汽车领域，特别涉及一种基于超声波传感器的泊车辅助系统。

背景技术

[0002] 随着汽车产业的发展，汽车保有量增长的同时也带来了道路拥堵和交通事故频发等问题。通过统计分析可知：泊车过程很容易导致各种事故的发生，如何简化泊车过程，并且提供泊车过程的安全性是至关重要的。

[0003] 泊车辅助系统是汽车泊车时的一种安全辅助装置，相比于人工泊车事故率高、传统倒车雷达智能度低，泊车辅助系统提高了车辆的智能化水平和安全性，进一步降低了司机驾驶车辆的难度，也为将来实现车辆的自动驾驶打下基础。

[0004] 目前，泊车辅助系统常用的车载测距方法主要包括红外测距、激光测距、毫米波测距、机器视觉测距、超声波测距等。相比于其他方法，超声波具有穿透力强、衰减小、反射能力强，对光照、色彩、电磁场不敏感，不易受恶劣天气影响等特点，而且超声波测距原理简单、成本低。因此，本发明即采用基于超声波传感器的超声测距方法。

发明内容

[0005] 本发明目的是：提供一种基于超声波传感器的泊车辅助系统，解除驾驶员泊车和启动车辆时前后左右探视所带来的困扰，帮助驾驶员扫除视野死角和视线模糊的缺陷，提高了驾驶的安全性、智能性，且更具人性化特点。

[0006] 本发明的技术方案是：一种基于超声波传感器的泊车辅助系统，包括：
超声波传感器模块，在汽车的前、后保险杠处各安装若干超声波传感器，用以实时获取车辆前后的障碍物信息，并发送到ECU电路模块；
ECU电路模块，控制超声波传感器模块的超声波的发射和接收，将超声波传感器模块接收的脉冲信号转换为最终的障碍物距离数据信息，并根据障碍物距离数据信息控制蜂鸣器报警输出模块和显示屏模块工作；
蜂鸣器报警输出模块，根据障碍物距离的远近，ECU电路模块控制蜂鸣器的音量和鸣叫方式；
显示屏模块，利用泊车辅助系统的显示屏幕，实时显示车辆参数信息、车辆周围的障碍物信息数据及画面，并以不同的颜色区域来标记不同的距离范围。

[0007] 优选的，所述ECU电路模块由主控芯片、超声波发射电路、超声波接收电路、测温、电源和CAN通信电路6部分组成：超声波发射电路用来控制超声波传感器模块发射超声波；
超声波接收电路将由超声波探头所获取的微弱进行放大，通过滤波滤掉杂波，再将滤波后的信号进行整形，输出台阶信号，从而给主控芯片以提示，证明已经接收到了回波信号，进而确认超声波在空气中传播的时间；
测温模块用于探知外界环境的温度；
电源模块，由车载电源提供；
CAN通信电路，根据车载CAN通信协议使本方案中的主控芯片与车辆进行数据传输；
主控芯片，用于控制超声波的发射和接收、中断程序的开始和返回、以及将脉冲信号转换为最终的距离数据。

[0008] 优选的，所述系统带有自检模块，系统开机时首先检测系统各个模块是否可以开始正常工作，监测对象包括电源电压是否正常、超声波传感器是否有异常状况、泊车辅助系统与车辆的通讯状况是否正常、显示屏是否可以正常显示。

[0009] 优选的，所述系统还包括数据采集模块，所述数据采集模块包括脉冲信息及车载信息采集，所述脉冲信息采集，采集到的是超声波传感器从发射超声波开始到接收到反射的回波所经历的时间信息；车载信息采集，通过CAN通信电路获取车辆信息，包括车辆行驶速度、加速度和档位。

[0010] 优选的，所述系统还包括数据处理模块，所述数据处理模块采用渡越时间法，采集车辆前、后两侧的超声波传感器的“单独检测”数据和“配对检测”数据，结合保险杆保险杠距离换算处理技术及各传感器之间的安装位置关系，分析探测范围内的障碍物分布情况，最终将得到的脉冲信号转换为障碍物的个数、障碍物到车辆的距离、障碍物的坐标信息；所述“单独检测”为在渡越时间法中，每个超声波传感器分别独立工作，即只接收同一传感器的发射波的回波；所述“配对检测”为在渡越时间法中，某一传感器发出发射波，其“相邻传感器”接收该发射波的回波。

[0011] 进一步优选的，所述系统还包括显示模块，所述显示模块把车辆基本参数以及经过计算得到的数据通过显示屏进行显示，即在显示屏上实时显示车辆的行驶速度、前后蜂鸣器的报警、传感器异常状况、障碍物到车辆的距离值信息，障碍物距离与车辆速度信息结合起来，对距离范围进行划分，分别为近方检知、中间检知、远方检知、最远方检知、接近检知及注意检知，不同的距离范围对应不同的蜂鸣器鸣叫方式及颜色区域。

[0012] 进一步优选的，所述传感器异常状况包括正常、一时故障和需修理故障三种状况，其中，“一时故障”指无需修理的暂时性故障，例如雨雪、泥巴等附着在传感器表面引起蜂鸣器连续鸣叫的情况；“要修理故障”指传感器本身或软件处理过程异常问题。

[0013] 进一步优选的，所述显示模块还可以根据车辆尺寸、传感器安装位置参数，将障碍物与车辆的相对位置绘制成可视图形。

[0014] 本发明的优点是：1．本发明所提供的基于超声波传感器的泊车辅助系统，采用了的基于超声波传感器的距离测量算法，“单独检测”与“配对检测”相结合，具有较高的测距精度。

[0015] 2．本发明中泊车辅助系统的报警方式采用了声音报警及视觉报警相结合的方法，在通过蜂鸣器不同频率的鸣叫声代表障碍物到车辆的不同距离的同时，还通过车载显示屏采用显示画面告知驾驶员车辆周围的障碍物情况，不仅提高了驾驶的安全性，更提升了驾驶体验，使驾驶变得更为智能化和人性化。

[0016] 3．本发明中的泊车辅助系统具有一定的使用价值，其精确的测距方法可作为自动泊车、侧向障碍物预警、车辆后侧方盲区检测等系统的技术基础及技术积累，具有广阔的应用前景。附图说明

[0017] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：图1为本发明中基于超声波传感器的泊车辅助系统的结构框图；
图2为本发明中基于超声波传感器的泊车辅助系统的软件工作流程框图；
图3为本发明中基于超声波传感器的泊车辅助系统的车辆周围障碍物分布情况图。

具体实施方式

[0018] 实施例：本发明中的基于超声波传感器的泊车辅助系统，包括硬件系统和软件系统。如图1所示，其中硬件系统包括超声波传感器模块、ECU电路模块、蜂鸣器报警输出模块和显示屏模块，其中：
1．超声波传感器模块，在每辆汽车的前、后保险杠处各安装4个共8个超声波传感器，用以实时获取车辆前后的障碍物信息。

[0019] 2．ECU电路模块，由主控芯片、超声波发射电路、超声波接收电路、测温、电源、CAN通信等6部分组成。

[0020] 超声波发射电路用来在规定的时间内发射超声波。

[0021] 超声波接收电路将由超声波探头所获取的微弱信号进行放大，通过滤波滤掉杂波，再将滤波后的信号进行整形，输出台阶信号，从而给主控芯片以提示，证明已经接收到了回波信号，进而确认超声波在空气中传播的时间。

[0022] 测温模块用于探知外界环境的温度，因为超声波在空气中传播的速度主要与当前环境的温度有关，准确的声速是精确测距的必要条件。

[0023] 电源模块，本方案中的电源电路主要由车载电源提供。

[0024] CAN通信电路，根据车载CAN通信协议使本方案中的ECU能与车辆进行数据传输。

[0025] 主控芯片主要用于控制何时进行超声波的发射和接收、中断程序的开始和返回、以及如何将脉冲信号转换为最终的距离数据等。

[0026] 3．蜂鸣器报警输出模块，根据障碍物距离的远近，ECU电路模块控制蜂鸣器的音量和鸣叫方式；4．显示屏模块，利用泊车辅助系统的显示屏幕，实时显示车辆参数信息、车辆周围的障碍物信息等数据及画面，并以不同的颜色区域来标记不同的距离范围；当车辆上已经安装有显示屏幕时，也可以直接使用车辆上原有的屏幕。

[0027] 本发明中的基于超声波传感器的泊车辅助系统，其中软件系统采用模块化设计思想，包括自检模块、数据采集模块、数据处理模块、显示模块，其中：1．自检模块，系统开机即进行自检，在开始各项工作前，首先监测系统各个模块是否可以开始正常工作，以提高系统的可靠性。本方案中的自检模块的监测对象包括电源电压是否正常、传感器是否有异常状况、泊车辅助系统与车辆的通讯状况是否正常、显示屏是否可以正常显示这四项内容。

[0028] 2．数据采集模块，包括脉冲信息及车载信息采集，其中：脉冲信息采集，采集到的是超声波在空气中从发射器开始发射超声波到接收器接收到反射的回波所经历的时间，通过硬件系统中的超声波传感器模块得到；车载信息采集，通过CAN通信获取车辆信息，如车辆行驶速度、加速度、档位等数据。

[0029] 3．数据处理模块，按照模块化思想，数据处理模块还分为多个子功能模块，其中最重要的就是测距算法功能模块。常用的超声波测距方法有相位法和渡越时间法。其中渡越时间法实现简单、成本低、可应用的测距范围较大，因此选用该方法。

[0030] 目前，多数倒车雷达系统的工作方式是，每个超声波传感器分别独立工作，即只接收同一传感器的发射波的回波，我们称之为“单独检测”。只要有一个传感器探测到与自车距离过近的障碍物时，就发出报警信号，这种信息单一的数据已经远远不能满足智能化泊车系统的需要。

[0031] 本发明中泊车辅助系统的测距算法在“单独检测”的基础上，加入了“配对检测”功能，即某一传感器发出发射波，其“相邻传感器”接收该发射波的回波。在车辆前、后两处，分别融合4个超声波传感器得到的“单独检测”和“配对检测”的信息，结合保险杠距离换算处理技术及各传感器之间的安装位置关系，分析探测范围内的障碍物分布情况。最终将得到的脉冲信号转换为障碍物的个数、障碍物到车辆的距离、障碍物的坐标（即具体位置）等信息。

[0032] 经过试验验证，通过该处理方法，不仅扩大了传感器组的探测范围，更提高了测距精度。

[0033] 4．显示模块，主要任务就是把车辆基本参数以及经过计算得到的数据进行显示，即在显示屏上实时显示车辆的行驶速度、前后蜂鸣器的报警、传感器异常状况、障碍物到车辆的距离值等信息，将障碍物距离与车辆速度信息结合起来，对距离范围进行划分，分别为近方检知、中间检知、远方检知、最远方检知、接近检知及注意检知。不同的距离范围对应不同的蜂鸣器鸣叫方式及颜色区域。

[0034] 传感器异常状况实时监测每个传感器的状态：正常、一时故障、要修理故障。其中，“一时故障”指无需修理的暂时性故障，例如雨雪、泥巴等附着在传感器表面引起蜂鸣器连续鸣叫的情况；“要修理故障”指传感器本身或软件处理过程异常等问题。

[0035] 显示模块还可以根据车辆尺寸、传感器安装位置等参数，将障碍物与车辆的相对位置绘制成可视图形，如图3所示。其中，画面中央为车辆的位置，以车辆后方中心处为坐标原点，车辆左侧为X轴正方向，车辆后方为Y轴正方向；FA、FB、FC、FD、RA、RB、RC、RD分别为车辆前、后保险杠上的4个超声波传感器；深色曲线和浅色曲线分别代表相应传感器对障碍物进行“单独检测”和“配对检测”的距离圆弧。

[0036] 下面结合附图2，给出本发明基于超声波传感器的泊车辅助系统的工作流程：1．本实施例中，设定当距离小于0.3m时为近方检知的探测范围；当距离大于0.3m且小于0.6m时为中间检知的探测范围；当距离大于0.6m且小于0.9m时为远方检知的探测范围；当距离大于0.9m且小于1.5m时为最远方检知的探测范围；当距离大于1.5m小于3.0m、且判定有接近物体时为接近检知的探测范围；当距离大于3.0m小于6.0m、且判定有接近物体时为注意检知的探测范围。

[0037] 2．首先，请按照正确方式安装泊车辅助系统，并确保安装在保险杠上的超声波传感器的表面光滑、洁净，减少传感器误将泥巴、雨水判别为近距离障碍物的可能。

[0038] 3．本实施例中，设定当车速低于15km/h时，泊车辅助系统处于工作状态。

[0039] 4．根据蜂鸣器鸣叫方式初步判定障碍物与车辆的距离。

[0040] 5．若周围环境复杂，只根据蜂鸣器声音仍无法安全泊车，请时刻注意本泊车辅助系统的显示屏幕，屏幕上自动显示车辆周围障碍物的分布情况。

[0041] 6．根据显示屏上的障碍物情况，结合蜂鸣器鸣叫方式，驾驶员无需前后左右探视，即可扫除视野死角，安全泊车。

[0042] 虽然以上描述了本发明的具体实施方法，但是应该理解，这些仅是举例说明，在不背离发明原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更和修改。

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