基于摄像头和超声波传感器的倒车辅助系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于摄像头和超声波传感器的倒车辅助系统及方法，该系统可实现对驾驶员倒车过程中的预警及必要时强制停车的控制，根据采集到的红外传感器和摄像头探测信息以及多角度超声波测距传感器的数据，对驾驶状态进行自动反馈，并通过一般性预警及强制性停车等方式，实现驾驶员倒车的安全辅助功能，有效减少因驾驶员视觉死角或紧急状况下踩错离合器的情况发生，特别是对于倒车过程中遇到沟壑以及倒车后方有人的情况提供有力的安全保障。本发明可以应用于现今使用的大部分汽车倒车模式，实现简单，适应性强，并能够提高驾驶安全性，填补该领域这方面的空白。

主权项

一种倒车辅助方法，该方法应用基于摄像头和超声波传感器的倒车辅助系统来实现，所述基于摄像头和超声波传感器的倒车辅助系统主要由信号采集装置，信号分析处理系统和执行机构顺序连接组成；其中，所述信号采集装置包括四个水平超声波测距传感器、远地点超声波测距传感器、近地点超声波测距传感器、两个红外传感器、摄像头和档位压力传感器；执行机构包括刹车闸、电磁继电器、第一刹车线圈、第二刹车线圈和报警装置；水平超声波测距传感器、远地点超声波测距传感器、近地点超声波测距传感器、红外传感器、摄像头、电磁继电器、档位压力传感器和报警装置均与信号分析处理系统相连，电磁继电器分别与第一刹车线圈和第二刹车线圈相连；所述四个水平超声波测距传感器按等间距置于汽车后保险杠上、远地点超声波测距传感器安装在汽车后保险杠的中间上侧，近地点超声波测距传感器安装在汽车后保险杠的中间下侧，远地点超声波测距传感器与地面的夹角为15‑45°，近地点超声波测距传感器与地面的夹角为45‑75°；两个红外传感器分别安装在汽车后保险杠两端距边缘1/6处；摄像头安装于车顶后方以获得车后视野；第一刹车线圈固定于刹车底部板外侧；第二刹车线圈固定在刹车闸上，并与第一刹车线圈正面相对，档位压力传感器置于变速箱倒挡位置的底部，当换挡杆处于倒档位置时会使档位压力传感器输出高电平；其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）倒车状态检测：汽车启动后，基于摄像头和超声波传感器的倒车辅助系统处于上电待机状态；正常驾驶过程中，当档位压力传感器检测到倒车状态，即换变速箱换挡杆处于倒档位置时，档位压力传感器输出信号到输入信号分析处理系统；（2）车后状态信号采集：信号分析处理系统接收到档位压力传感器的输出信号，控制水平超声波测距传感器、远地点超声波测距传感器、近地点超声波测距传感器、红外传感器和摄像头采集汽车后部信息，这些汽车后部信息传输至信号分析处理系统；（3）车后状况判断：信号分析处理系统接收汽车后部信息，将车后状况分为以下四种情况：（3.1）倒车过程中机动车后方有人：红外传感器探测到车后有人或其他生命体的存在，同时水平超声波测距传感器检测倒车后存在障碍物，判断为车后有人，输入信号至信号分析处理系统；（3.2）倒车轨迹车后有非人障碍物：红外传感器没有探测到车后有人或其他生命体的存在，水平超声波测距传感器、远地点超声波测距传感器、近地点超声波测距传感器之一测定后方有障碍物时，判断为车后有非人障碍物，输入信号至信号分析处理系统；（3.3）倒车过程车后有沟壑：依据摄像头昼夜工作条件限制分为两种情况：白天时，位于车顶后方的摄像头如果检测到车后方图像有明显的灰度分界，并且远地点超声波测距传感器或近地点超声波测距传感器的反馈距离大于预设值的10%时，判断为车后有沟壑，输入信号至信号分析处理系统；夜晚时，摄像头输出的图像没有明显灰度分界，如果远地点超声波测距传感器或近地点超声波测距传感器的反馈距离大于预设值的10%时，判断为车后有沟壑，输入信号至信号分析处理系统；（3.4）车后正常状况：水平超声波测距传感器、远地点超声波测距传感器、近地点超声波测距传感器、红外传感器和摄像头均没有明显的输出变化，判断为正常状况；（4）第一级信号处理，针对步骤3的四种情况，采取以下方式之一处理：（4.1）当信号分析处理系统判断倒车过程中机动车后方有人时，启动避人模式，当水平超声波测距传感器测量车尾距车后的人距离小于1.5米时，信号分析处理系统控制报警装置发出报警信号；（4.2）当信号分析处理系统判断倒车轨迹车后有非人障碍物时，启动避障模式，当水平超声波测距传感器测量车尾距车后的障碍物距离小于1.5米时，信号分析处理系统控制报警装置发出报警信号；（4.3）当信号分析处理系统判断倒车过程车后有沟壑时，启动沟壑模式，当远地点超声波测距传感器和近地点超声波测距传感器两者之一的距离测量结果大于原先设定值的10%时，信号分析处理系统控制报警装置发出报警信号；（4.4）当信号分析处理系统判断车后正常状况时，继续探测直至停车；（5）第二级信号处理：当报警信号响起之后继续倒车行驶，并到达限定阈值，对汽车进行强制制动，采取以下方式之一处理：（5.1）启动避人模式后，当水平超声波测距传感器测量车尾距车后的人距离小于0.8米时，信号分析处理系统输出高电平使电磁继电器带电，从而使得第一刹车线圈和第二刹车线圈相互吸合，继而吸合刹车闸，实现汽车的强制制动；（5.2）启动避障模式后，当水平超声波测距传感器1测量车尾距车后的障碍物距离小于0.3米时，信号分析处理系统输出高电平使电磁继电器带电，从而使得第一刹车线圈和第二刹车线圈相互吸合，继而吸合刹车闸，实现汽车的强制制动；（5.3）启动沟壑模式后，当近地点超声波测距传感器的距离测量结果大于预设值的30%时，信号分析处理系统输出高电平使电磁继电器带电，从而使得第一刹车线圈和第二刹车线圈相互吸合，继而吸合刹车闸，实现汽车的强制制动；（6）强制制动后的解锁：当信号分析处理系统判断汽车处于强制制动状态时，若需要对汽车运动系统解锁，只需将变速箱档位推离倒档档位，此时档位压力传感器的采集信号输入信号分析处理系统，重新使基于摄像头和超声波传感器的倒车辅助系统处于待机状态，此时，自动解锁。