[發明專利]車載四線激光雷達系統及其電路、方法

無效

• 申請號: 201110342955.1
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN102508255A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 陳滔;伍棟揚;王冰
• 申請（專利權）人: 廣東好幫手電子科技股份有限公司
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88;G01S17/93;G01S7/481
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及激光雷達在汽車輔助駕駛系統領域的一種應用，尤其是涉及一種具有4個激光器同時進行線掃描的車載激光雷達系統及其應用電路結構和實現方法。

背景技術

隨著汽車工業蓬勃發展，車流量不斷增大，交通事故頻發，駕駛者的負擔也就越來越大。為了減少交通事故造成的損失，如安全氣囊、ABS、智能大燈等被動安全技術被應用到汽車當中，但這些被動安全措施只能減輕損失，不能防止事故發生。隨著電子技術的發展，汽車行業已廣泛應用各種如導航儀、汽車雷達等電子設備進行輔助駕駛，但這些在防止事故發生時，仍然靠駕駛員的判斷進行，設備不具有緊急時自動控制車輛駕駛的權限，在發生突發情況或駕駛走神時若駕駛員來不及采取措施，事故仍可能發生。

較為理想的汽車輔助駕駛系統，應具有車距測量、前車車速測量、障礙物的預警、車道偏離預警等功能；當碰撞不可避免時自動采取緊急剎車及提前釋放安全氣囊的等措施保護車內人員的安全功能；自動識別道路兩旁的路沿、隔離帶和障礙物功能；在自動巡航(ACC)當中自動保持車距功能，減輕駕駛者負擔。先進的汽車輔助駕駛系統的性能主要決定于它的傳感器系統和應用系統。

汽車雷達是在汽車輔助駕駛系統廣泛應用的一種傳感器系統，它主要包括超聲波雷達、微波雷達和激光雷達三種。其中超聲波雷達有效測距只有幾米，只能作為倒車雷達應用；有效測距比超聲波雷達更遠的微波雷達，具有受雨霧天氣影響小、有效距離可達100米左右，但其發散角太大，測量目標距離和位置時精度不高，實際應用中主要用于測速、測距；激光雷達具有測量精度高，測距遠，性能優異等特點，適用于汽車測速、測距和目標定位。

激光雷達的優點是結構相對簡單，具有高單色性、高方向性、相干性好、測量精度較高、探測距離遠，受到了廣泛的關注。可應用于自動巡航（ACC）、碰撞預警、車道偏離預警等方面，前景非常廣闊。激光雷達主要分為成像激光雷達和非成像激光雷達，成像激光雷達又分為掃描成像和非掃描成像。成像激光雷達可三維成像，功能強大，但技術難度非常大，成本也很高，而且滿足不了高速行駛汽車的應用需求；在汽車應用方面非成像激光雷達更具有實用價值，相比成像激光雷達它造價低，速度快，穩定性好，亦可以滿足功能需求。但單一的一線掃描激光雷達只能在一個面上進行掃描，覆蓋面小，在障礙物預警當中很容易造成檢測的缺失，而且在上坡和車身起伏較大時很容易會只探測到地面無法正常檢測障礙物。而4線激光雷達能很好的彌補這個缺點，大大的提高了檢測精確度，成不同角度掃描也是因為此點。1線激光雷達和4線激光雷達掃描示意圖如圖1和圖3所示。

發明內容

本發明要決問題是：如何利用激光雷達的傳感器系統優異性能，提供一種掃描覆蓋面廣，能有效檢測到目標障礙物，且體積小、成本低、功能強的汽車輔助駕駛系統所需的激光雷達系統。為了解決這些問題，本發明提供了如下車載四線激光雷達系統及其電路和方法的技術方案：

車載四線激光雷達系統，主要由供電系統、控制系統、發射系統、接收系統、光學系統和掃描系統組成；供電系統向各系統提供電源，控制系統控制發射系統發出激光，激光通過光學系統處理后，遇目標物體反射回來，再經光學系統處理后，由接收系統接收反射回波信號并進行一系列處理后，反饋回控制系統，由控制系統進行運算處理；所述發射系統由4個激光器發射激光，掃描系統包括電機和水銀滑環，其特征是：所述4個激光器設置在電機驅動軸上，并受電機驅動進行旋轉掃描，形成四線激光雷達掃描；激光器通過水銀滑環與外部電路進行電氣連接，水銀滑環的活動端與電機驅動軸連接，與激光器一起隨驅動軸旋轉。

進一步地，所述4個激光器在電機驅動軸上垂直排列成一列，其光軸與水平面形成不同的角度。這樣旋轉掃描時，掃描覆蓋面比一線雷達更廣。

本發明基于激光脈沖測距原理，發射系統發射的激光脈沖時間極短，脈沖的能量集中。將激光脈沖測距和掃描系統有機結合在一起，實現了從點到線的轉變，從單一的測距到雷達的轉變。采用四線激光掃描，可同時在四條線上進行掃描，掃描覆蓋面廣，防止障礙物預警當中檢測的缺失，掃描效果如圖2所示。掃描系統通過直流步進電機驅動半導體激光器的旋轉來實現掃描功能，采用水銀滑環連接高速旋轉的激光器和外部電路，水銀滑環是以水銀為流體介質的一種導電旋轉接頭，利用水銀來進行電信號傳遞，取代傳統的碳刷，電氣連接性能更好。發射系統和接收系統對應的光學系統對發射出的激光進行準直和整形，使激光的發散角足夠小,使光束形成的光斑直徑和激光能量透過率滿足使用要求；并促使更多的回波信號進入到接收電路中，且防止其他波長的不相干光照的干擾。