[發(fā)明專利]一種利用車載脈沖激光雷達(dá)提前預(yù)測(cè)坡道坡度及坡長(zhǎng)的系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811264792.8
• 申請(qǐng)日: 2018-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN109387855B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 童哲銘;劉浩;童水光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S17/88
• 分類號(hào): G01S17/88;G01S17/48;B60W40/076;B60W40/06;B60W40/105
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 何碧珩

1.一種利用車載脈沖激光雷達(dá)提前預(yù)測(cè)坡道坡度及坡長(zhǎng)的系統(tǒng)，其特征在于，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，其中，硬件系統(tǒng)包括車載脈沖激光雷達(dá)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)系統(tǒng)、單片機(jī)、Y型支座、車速傳感器、胎壓傳感器以及顯示器；軟件系統(tǒng)包括濾波模塊、脈沖激光雷達(dá)控制模塊、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制模塊、坡道預(yù)測(cè)模式選擇模塊、坡度坡長(zhǎng)計(jì)算模塊以及坡度坡長(zhǎng)數(shù)值選擇模塊；

車載脈沖激光雷達(dá)安裝在Y型支座上，Y型支座安裝在車頂前部，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)系統(tǒng)安裝在Y型支座的兩個(gè)分叉上；單片機(jī)安裝在駕駛員一側(cè)的車門上，車速傳感器安裝在變速箱或驅(qū)動(dòng)橋殼內(nèi)，顯示器安裝在車輛儀表板上；濾波模塊、脈沖激光雷達(dá)控制模塊、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制模塊、坡道預(yù)測(cè)模式選擇模塊、坡度坡長(zhǎng)計(jì)算模塊以及坡度坡長(zhǎng)數(shù)值選擇模塊嵌在單片機(jī)內(nèi)；

車速傳感器通過CAN總線，將車速信息傳輸至濾波模塊，胎壓傳感器獲取車輛輪胎胎壓，將胎壓信息傳輸至濾波模塊，濾波模塊消除干擾信號(hào)，然后將車速信息傳輸至坡度坡長(zhǎng)計(jì)算模塊，濾波模塊將胎壓信息傳輸至坡道預(yù)測(cè)模式選擇模塊；坡道預(yù)測(cè)模式選擇模塊選擇單坡道預(yù)測(cè)模式或者連續(xù)坡道預(yù)測(cè)模式；坡道預(yù)測(cè)模式選擇模塊選擇單坡道預(yù)測(cè)模式或者連續(xù)坡道預(yù)測(cè)模式之后，并向脈沖激光雷達(dá)控制模塊、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制模塊、坡度坡長(zhǎng)計(jì)算模塊發(fā)送信息，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制模塊將信息傳輸至旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)系統(tǒng)，控制旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；脈沖激光雷達(dá)控制模塊控制車載脈沖激光雷達(dá)發(fā)射和接收激光信號(hào)；坡度坡長(zhǎng)計(jì)算模塊計(jì)算出坡度，并將坡度信息傳輸至坡度坡長(zhǎng)選擇模塊，坡度坡長(zhǎng)選擇模塊消除異常值，得到坡道的最終坡度，并將信息傳輸至坡度坡長(zhǎng)計(jì)算模塊，坡度坡長(zhǎng)計(jì)算模塊計(jì)算出最終坡長(zhǎng)，并將信息傳輸至坡度坡長(zhǎng)選擇模塊，坡度坡長(zhǎng)選擇模塊將最終的坡度與坡長(zhǎng)信息傳輸至顯示器，顯示器顯示最終的坡道坡度及坡長(zhǎng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用車載脈沖激光雷達(dá)提前預(yù)測(cè)坡道坡度及坡長(zhǎng)的系統(tǒng)，其特征在于，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)系統(tǒng)由伺服電機(jī)、諧波減速器、增量編碼器、絕對(duì)編碼器、電抱閘以及微控制器組成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用車載脈沖激光雷達(dá)提前預(yù)測(cè)坡道坡度及坡長(zhǎng)的系統(tǒng)，其特征在于，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)在0°到30°的范圍內(nèi)進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用車載脈沖激光雷達(dá)提前預(yù)測(cè)坡道坡度及坡長(zhǎng)的系統(tǒng)，其特征在于，濾波模塊采用卡爾曼濾波消除干擾。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用車載脈沖激光雷達(dá)提前預(yù)測(cè)坡道坡度及坡長(zhǎng)的系統(tǒng)，其特征在于，坡度坡長(zhǎng)數(shù)值選擇模塊采用格拉布斯準(zhǔn)則消除異常值，得到坡道最終坡度β。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用車載脈沖激光雷達(dá)提前預(yù)測(cè)坡道坡度及坡長(zhǎng)的系統(tǒng)，其特征在于，單坡道時(shí)，車輛在水平道路預(yù)測(cè)前方坡道坡度，坡度與坡長(zhǎng)計(jì)算模塊根據(jù)以下公式計(jì)算得到坡度：

其中，v為激光在空氣中的傳播速度，x_n為第n次發(fā)射激光從發(fā)射點(diǎn)到激光在坡道上的反射點(diǎn)之間的距離，β_n為第n次發(fā)射激光計(jì)算得到的坡度，u為車輛的速度，t_n為第n次發(fā)射激光從發(fā)射到接收回波經(jīng)歷的時(shí)間，m為第一次發(fā)射激光的發(fā)射點(diǎn)到坡底的距離，θ為每發(fā)射一次激光，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)將向仰角方向旋轉(zhuǎn)的一個(gè)固定角度；t_m為相鄰兩次激光發(fā)射的時(shí)間間隔。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用車載脈沖激光雷達(dá)提前預(yù)測(cè)坡道坡度及坡長(zhǎng)的系統(tǒng)，其特征在于，單坡道時(shí)，車輛在水平面預(yù)測(cè)前方坡道坡長(zhǎng)，坡度與坡長(zhǎng)計(jì)算模塊根據(jù)以下公式計(jì)算得到最終坡長(zhǎng)：

其中，L為測(cè)量得到的坡道的最終坡長(zhǎng)，β為測(cè)量得到的最終坡度，x_n為第n次發(fā)射激光從發(fā)射點(diǎn)到激光在坡道上的反射點(diǎn)之間的距離，θ為每發(fā)射一次激光，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)將向仰角方向旋轉(zhuǎn)的一個(gè)固定角度。