一種汽車主動(dòng)防撞彎道虛警消除方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種汽車主動(dòng)防撞彎道虛警消除方法。本發(fā)明把本車?yán)硐牖癁橘|(zhì)點(diǎn)，且本車沿彎道中線行駛；定義方位角為兩車所構(gòu)成的直線與本車正前方所構(gòu)成直線之間的夾角，隨著兩車瞬間距離D的動(dòng)態(tài)變化，計(jì)算出方位角在同一車道內(nèi)變化的范圍。由視頻、毫米波雷達(dá)或激光雷達(dá)傳感器測(cè)出兩車相對(duì)距離D和方位角θ，判斷方位角是否落在上述范圍內(nèi)，若是，則說明兩車在同一車道內(nèi)；否則，則不在同一車道內(nèi)，此為虛警可剔除。本發(fā)明對(duì)解決交通安全、提高運(yùn)輸能力、降低惡性交通事故發(fā)生率、減少生命財(cái)產(chǎn)損失及提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益來說，具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種汽車主動(dòng)防撞彎道虛警消除方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于汽車的自動(dòng)控制方法，尤其涉及一種用于汽車主動(dòng)防撞技術(shù)的消除彎道虛警的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]作為現(xiàn)代化先進(jìn)交通工具，汽車改變了人們的生活方式，推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類文化的進(jìn)步，給人們的生活帶來極大便利的同時(shí)，也帶來了嚴(yán)重的交通安全問題。為了減少交通事故和人員傷亡，各國都在積極的研究對(duì)策，利用各種方法和措施來減少交通事故的發(fā)生。不僅如此，汽車防撞系統(tǒng)與汽車未來的發(fā)展方向密切相關(guān)，在不遠(yuǎn)的未來，汽車駕駛一定會(huì)變得簡(jiǎn)單便捷，對(duì)人員的駕駛技術(shù)水平高低的依賴一定會(huì)變得越來越低，直至實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛。而要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，汽車必須具備可靠的防撞系統(tǒng)，特別是主動(dòng)防撞，這是安全行車的前提條件和重要保障，是走向自動(dòng)駕駛技術(shù)這一萬里長(zhǎng)征的第一步。
[0003]近年來由于電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，使得相關(guān)技術(shù)日新月異，尤其是信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，使得防撞報(bào)警與自動(dòng)剎車控制技術(shù)成為可能。汽車防撞系統(tǒng)主要分為被動(dòng)防撞和主動(dòng)防撞兩種方式，前者是告警裝置，提醒并主要依賴駕駛員控制并制動(dòng)車輛；后者除了在險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)具備駕駛員提醒功能以外，如若駕駛員沒有及時(shí)制動(dòng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)剎車裝置，直至排除險(xiǎn)情。
[0004]汽車防撞控制在技術(shù)上存在的一個(gè)最大問題是虛警問題，此外在彎道和道路斜坡情況下如何正確的識(shí)別出前方危險(xiǎn)目標(biāo)也是研究汽車防撞技術(shù)必須要考慮的問題。前方碰撞報(bào)警的作用是警示駕駛員前方道路交通環(huán)境中存在的安全性隱患，提醒駕駛員提前采取措施，避免交通事故的發(fā)生。一般情況下，高速公路上本車前方道路上行駛的車輛是構(gòu)成本車安全性隱患的主要因素。在前方碰撞報(bào)警算法中，直道路段由于具有規(guī)則的幾何形狀而易于判別前方不同直道上不同汽車的相對(duì)位置關(guān)系，找出位于本車道內(nèi)對(duì)本車構(gòu)成最大危險(xiǎn)的障礙物車輛，從而建立前方報(bào)警算法。而彎道路段單純依靠雷達(dá)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)不同車道上車輛相對(duì)位置關(guān)系的判斷，難以辨別本車道內(nèi)對(duì)本車構(gòu)成危險(xiǎn)的車輛，往往出現(xiàn)較多的虛警。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種汽車主動(dòng)防撞彎道虛警消除方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]把本車?yán)硐牖癁橘|(zhì)點(diǎn)，且本車沿彎道中線行駛；定義方位角為兩車所構(gòu)成的直線與本車正前方所構(gòu)成直線之間的夾角，隨著兩車瞬間距離D的動(dòng)態(tài)變化，計(jì)算出方位角在同一車道內(nèi)變化的范圍:
Γ π Λ P' fiTIr4DZ-Lz*4Rl\
[0008]O e I——arccos-,——arccos-1
\2BDR 1 ISDR I
[0009]其中R為高速公路內(nèi)道半徑，L為內(nèi)道寬度，Θ為方位角；
[0010]由視頻、毫米波雷達(dá)或激光雷達(dá)傳感器測(cè)出兩車相對(duì)距離D和方位角Θ，判斷方位角是否落在上述范圍內(nèi)，若是，則說明兩車在同一車道內(nèi)；否則，則不在同一車道內(nèi)，此為虛警可剔除；
[0011]所述的高速公路內(nèi)道半徑R的計(jì)算過程為:
[0012]將汽車的運(yùn)動(dòng)理解為一個(gè)在道路平面上的剛體平面運(yùn)動(dòng)，汽車的運(yùn)動(dòng)形式為汽車自身的平動(dòng)和汽車?yán)@其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)的合成；假定預(yù)測(cè)時(shí)間為Tp，基于對(duì)駕駛員前視策略的假設(shè)，對(duì)于每一個(gè)給定的汽車當(dāng)前運(yùn)動(dòng)參數(shù)t時(shí)刻橫、縱向加速度和橫、縱向速度，以當(dāng)前汽車所在位置為坐標(biāo)系原點(diǎn)，預(yù)測(cè)下一時(shí)刻t+Tp汽車的位置，同時(shí)得到在這個(gè)預(yù)期位置下的速度V、加速度a和航向角Ct。
[0013]根據(jù)無窮小原則，將Tp分成J等份，對(duì)于每一微小等份At，分別求出汽車縱向和橫向在該段時(shí)間后的狀態(tài)；照此累加到最后一步，求出汽車在預(yù)測(cè)時(shí)間Tp后的狀態(tài)，同時(shí)求出汽車位于此點(diǎn)時(shí)的坐標(biāo)和汽車的航向角，作為下一步計(jì)算的基礎(chǔ)；每一步的計(jì)算所參照的坐標(biāo)系不一樣，必須將其轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下才可能相加；選取坐標(biāo)系(?,%)作為整個(gè)計(jì)算過程的參考系，即以汽車當(dāng)前時(shí)刻的車體坐標(biāo)系為整個(gè)計(jì)算過程的參照系，得到本車在預(yù)測(cè)時(shí)間后所處的位置，以此位置與前方障礙物車輛的相對(duì)位置進(jìn)行比較確定本車在預(yù)測(cè)時(shí)間后是否安全；
[0014]假設(shè)每一微小時(shí)刻i的速度為vx，1、vy，i,加速度為ax，1、ay;i,航向角為a ^ ;設(shè)轉(zhuǎn)換矩陣為:
[0015]為=[sto^一
[0016]從而每一微小時(shí)刻的本車坐標(biāo)位置有公式:
_7] K]=El"]+?射+為—* Cr [.?.M1)
[0018]將上述每一微小時(shí)刻的坐標(biāo)位置連接起來，得到本車軌跡的虛擬曲線；采用三次代數(shù)多項(xiàng)式擬合汽車預(yù)期行駛的軌跡，并由此計(jì)算對(duì)應(yīng)的道路兩側(cè)的邊界曲線，
[0019]P3(X) = a0+a1x+a2x2+a3x3
[0020]根據(jù)預(yù)測(cè)軌跡數(shù)據(jù)點(diǎn)，應(yīng)用最小二乘法，確定參數(shù)％、a1、a2、a3，即可擬合出預(yù)測(cè)時(shí)刻Tp行車軌跡；同理，得到本車在未來一段時(shí)間內(nèi)預(yù)期走行的軌跡；計(jì)算此軌跡的曲線曲率，據(jù)此取值為內(nèi)道半徑R。
[0021]本發(fā)明對(duì)解決交通安全、提高運(yùn)輸能力、降低惡性交通事故發(fā)生率、減少生命財(cái)產(chǎn)損失及提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益來說，具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明彎道虛警本車與前車方位示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明虛擬道路擬合示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明主動(dòng)防撞系統(tǒng)中彎道虛警消除的裝置框圖。
[0025]圖中，1.本車，2.前車，3.車道彎道，4.本車虛擬運(yùn)動(dòng)軌跡，5.虛擬道路邊界，
6.測(cè)距、測(cè)角傳感器，7.車速傳感器，8.轉(zhuǎn)向角傳感器，9.虛擬道路擬合算法單元，10.主動(dòng)防撞控制系統(tǒng)虛警判斷單元。

【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0027]本發(fā)明采用方位角測(cè)定方法結(jié)合虛擬道路擬合技術(shù)剔除虛警。所定義的方位角是兩車所構(gòu)成的直線與本車正前方所構(gòu)成直線之間的夾角，如附圖1所示，本車I和前車2在彎道3上行駛，根據(jù)其車速和車距，若按照直行車道判斷規(guī)則，則將發(fā)出碰撞預(yù)警或采取主動(dòng)防撞措施；但因其處于彎道3上的不同車道上，預(yù)期不會(huì)產(chǎn)生碰撞，因此屬于“虛警”。為了去除這一虛警，就要判斷兩車是否處于同一車道，若處于同一車道就不是虛警，若處于不同車道就是虛警。判斷兩車是否處于同一車道的依據(jù)就是公式(I)，根據(jù)兩車方位角是否落在公式(I)所示區(qū)域即可判定。
[0028]附圖1中，R為高速公路內(nèi)道半徑，L為內(nèi)道寬度，D為兩車瞬間距離，Θ為方位角。為了簡(jiǎn)化且不失一般性運(yùn)算，把車?yán)硐牖癁橘|(zhì)點(diǎn)，且本車沿本軌道中線行駛。隨D的動(dòng)態(tài)變化，可計(jì)算出方位角在同一車道內(nèi)變化的范圍為
[0029]#e -- arccos-, -- arem?.-1(I)
\2mm 21、,
[0030]由視頻、毫米波雷達(dá)或激光雷達(dá)傳感器測(cè)出兩車相對(duì)距離D和方位角Θ，判斷方位角是否落在上述范圍內(nèi)，若是，則說明兩車在同一車道內(nèi)；否則，則不在同一車道內(nèi)，此為虛警可剔除。其中，高速公路內(nèi)道半徑R和內(nèi)道寬度L由虛擬道路擬合算法給出。
[0031]對(duì)汽車行駛軌跡及公路的道路邊界進(jìn)行擬合的方法論述如下。從幾何學(xué)的角度講，在實(shí)際道路環(huán)境中道路左右邊界可以理解為曲線和直線的合成。針對(duì)這種情況，本發(fā)明對(duì)道路信息的處理是將前方道路的左右邊界用首尾相連的小線段來進(jìn)行曲線擬合，這樣，前方道路的邊界輪廓實(shí)際上就是由許多條線段組成，如附圖2所示。道路邊界左右輪廓線之間的相對(duì)距離描述了道路的寬窄L，而輪廓線的斜率變化(將該線段與道路橫軸的夾角定義為道路的方向角)則反映了道路的曲率變化。按照道路曲率的變化來預(yù)測(cè)汽車路線，因此，汽車在將來一段時(shí)間內(nèi)的預(yù)瞄軌跡直接反映了道路曲率的變化。
[0032]在道路水平假說的前提下，汽車的運(yùn)動(dòng)可以理解為一個(gè)在道路平面上的剛體平面運(yùn)動(dòng)，汽車的運(yùn)動(dòng)形式為汽車自身的平動(dòng)和汽車?yán)@其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)的合成。假定預(yù)測(cè)時(shí)間為Tp，基于對(duì)駕駛員前視策略的假設(shè)，對(duì)于每一個(gè)給定的汽車當(dāng)前運(yùn)動(dòng)參數(shù)t時(shí)刻橫、縱向加速度和橫、縱向速度，可以以當(dāng)前汽車所在位置為坐標(biāo)系原點(diǎn)，預(yù)測(cè)下一時(shí)刻(t+Tp時(shí)刻)汽車的位置，同時(shí)得到在這個(gè)預(yù)期位置下的速度V、加速度a和航向角α等狀態(tài)參量。
[0033]根據(jù)無窮小原則，將Tp分成J等份，對(duì)于每一微小等份At，由于持續(xù)時(shí)間很短，可以忽略汽車橫向和縱向之間的相互影響，因此能夠利用簡(jiǎn)化公式分別求出汽車縱向和橫向在這段時(shí)間后的狀態(tài)。按照這種方法累加到最后一步，即可求出汽車在預(yù)瞄時(shí)間Tp后的狀態(tài)，同時(shí)求出汽車位于此點(diǎn)時(shí)的坐標(biāo)和汽車的航向角，作為下一步計(jì)算的基礎(chǔ)。每一步的計(jì)算所參照的坐標(biāo)系不一樣，不能單純地將每一步計(jì)算結(jié)果相加，必須將其轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下才可能相加。選取坐標(biāo)系(?,%)作為整個(gè)計(jì)算過程的參考系，即以汽車當(dāng)前時(shí)刻的車體坐標(biāo)系為整個(gè)計(jì)算過程的參照系，可以得到本車在預(yù)瞄時(shí)間后所處的位置，以此位置與前方障礙物車輛的相對(duì)位置進(jìn)行比較確定本車在預(yù)瞄時(shí)間后是否安全。
[0034]假設(shè)每一微小時(shí)刻i的速度為vx，1、vy，i，加速度為au'ayj,航向角為a it)設(shè)轉(zhuǎn)換矩陣為:.『cos CK1 - sin ?ι]
[。。35]馬= Uai COi?J(2)
[0036]從而每一微小時(shí)刻的本車坐標(biāo)位置有公式:
則K卜mo+1.e.K].射I⑶
[0038]將上述每一微小時(shí)刻的坐標(biāo)位置連接起來，得到本車軌跡的虛擬曲線。采用三次代數(shù)多項(xiàng)式擬合汽車預(yù)期行駛的軌跡，并由此計(jì)算對(duì)應(yīng)的道路兩側(cè)的邊界曲線，
[0039]P3(X) = ao+a^+aaX^agX3 (4)
[0040]根據(jù)預(yù)測(cè)軌跡數(shù)據(jù)點(diǎn)，應(yīng)用最小二乘法，確定公式⑷中的參數(shù)％、&1、&2、&3，即可擬合出未來時(shí)刻Tp行車軌跡。同理，可以得到本車在未來一段時(shí)間內(nèi)預(yù)期走行的軌跡。計(jì)算此軌跡的曲線曲率，據(jù)此取值為彎道道路半徑R，內(nèi)道寬度L由車道線識(shí)別算法給出或由標(biāo)準(zhǔn)車寬度給定，代入公式(I)即可計(jì)算出方位角在同一車道內(nèi)變化范圍，由此判斷所得方位角是否落在上述范圍，從而可將虛警全部剔除。
[0041]根據(jù)圖3所示，兩車瞬間距離D和方位角Θ由測(cè)距、測(cè)角傳感器6獲取，測(cè)距、測(cè)角傳感器6可為視頻攝像頭、毫米波雷達(dá)或激光雷達(dá)等。內(nèi)道寬度L由車道線識(shí)別算法給出或由標(biāo)準(zhǔn)車寬度給定；高速公路內(nèi)道半徑R則由虛擬道路擬合算法單元9計(jì)算得出。由車速傳感器7和轉(zhuǎn)向角傳感器8得到本車I的行駛速度V、加速度a和航向角α等狀態(tài)參量，并由虛擬道路擬合算法單元9計(jì)算得出高速公路內(nèi)道半徑R，最后由主動(dòng)防撞控制系統(tǒng)虛警判斷單元10計(jì)算判定前車2是否虛警。
【權(quán)利要求】
1.一種汽車主動(dòng)防撞彎道虛警消除方法，其特征在于: 把本車?yán)硐牖癁橘|(zhì)點(diǎn)，且本車沿彎道中線行駛；定義方位角為兩車所構(gòu)成的直線與本車正前方所構(gòu)成直線之間的夾角，隨著兩車瞬間距離D的動(dòng)態(tài)變化，計(jì)算出方位角在同一車道內(nèi)變化的范圍: Λ _ /Ir4 Dz -LZ-4RL π4β*-#.*4ΛΙ,\ f 6 1-— BFCCfS-, —— WCCOM--'I \2SOR 2mm.f 其中R為高速公路內(nèi)道半徑，L為內(nèi)道寬度，Θ為方位角； 由視頻、毫米波雷達(dá)或激光雷達(dá)傳感器測(cè)出兩車相對(duì)距離D和方位角Θ，判斷方位角是否落在上述范圍內(nèi)，若是，則說明兩車在同一車道內(nèi)；否則，則不在同一車道內(nèi)，此為虛警可副除； 所述的高速公路內(nèi)道半徑R的計(jì)算過程為: 將汽車的運(yùn)動(dòng)理解為一個(gè)在道路平面上的剛體平面運(yùn)動(dòng)，汽車的運(yùn)動(dòng)形式為汽車自身的平動(dòng)和汽車?yán)@其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)的合成；假定預(yù)測(cè)時(shí)間為Tp，基于對(duì)駕駛員前視策略的假設(shè)，對(duì)于每一個(gè)給定的汽車當(dāng)前運(yùn)動(dòng)參數(shù)t時(shí)刻橫、縱向加速度和橫、縱向速度，以當(dāng)前汽車所在位置為坐標(biāo)系原點(diǎn)，預(yù)測(cè)下一時(shí)刻t+Tp汽車的位置，同時(shí)得到在這個(gè)預(yù)期位置下的速度V、加速度a和航向角α ； 根據(jù)無窮小原則，將Tp分成J等份，對(duì)于每一微小等份At，分別求出汽車縱向和橫向在該段時(shí)間后的狀態(tài)；照此累加到最后一步，求出汽車在預(yù)測(cè)時(shí)間!；后的狀態(tài)，同時(shí)求出汽車位于此點(diǎn)時(shí)的坐標(biāo)和汽車的航向角，作為下一步計(jì)算的基礎(chǔ)；每一步的計(jì)算所參照的坐標(biāo)系不一樣，必須將其轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下才可能相加；選取坐標(biāo)系(?,%)作為整個(gè)計(jì)算過程的參考系，即以汽車當(dāng)前時(shí)刻的車體坐標(biāo)系為整個(gè)計(jì)算過程的參照系，得到本車在預(yù)測(cè)時(shí)間后所處的位置，以此位置與前方障礙物車輛的相對(duì)位置進(jìn)行比較確定本車在預(yù)測(cè)時(shí)間后是否安全； 假設(shè)每一微小時(shí)刻i的速度為Vy、，加速度為a。、ay，航向角為a i ;設(shè)轉(zhuǎn)換矩陣為: , Itm a-1 - SincrlI AM mmmm Ift I μ mmmm I a( 1 Ism cosaj 從而每一微小時(shí)刻的本車坐標(biāo)位置有公式:隱;]徹福-_-) 將上述每一微小時(shí)刻的坐標(biāo)位置連接起來，得到本車軌跡的虛擬曲線；采用三次代數(shù)多項(xiàng)式擬合汽車預(yù)期行駛的軌跡，并由此計(jì)算對(duì)應(yīng)的道路兩側(cè)的邊界曲線，
P3 (X) = a0+a1x+a2x2+a3x3 根據(jù)預(yù)測(cè)軌跡數(shù)據(jù)點(diǎn)，應(yīng)用最小二乘法，確定參數(shù)％、&1、&2、&3，即可擬合出預(yù)測(cè)時(shí)刻Tp行車軌跡；同理，得到本車在未來一段時(shí)間內(nèi)預(yù)期走行的軌跡；計(jì)算此軌跡的曲線曲率，據(jù)此取值為內(nèi)道半徑R。
【文檔編號(hào)】B60W40/107GK104192144SQ201410359442
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】姜顯揚(yáng) 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)