專利名稱：一種車道偏離預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到車輛安全系統(tǒng)領(lǐng)域，特指一種用于對車道偏離進(jìn)行預(yù)警的方法，主要適用于車輛用主動安全系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會的發(fā)展，汽車作為人類主要的代步工具，正在漸漸成為人們生活中必不可少的一部分，但是隨之而來的交通事故也越來越引起人們的重視。人們在追求車輛所帶來的方便性的同時(shí)，也越來越關(guān)注車輛的安全性問題，這一強(qiáng)烈需求便推動了一系列汽車主動安全系統(tǒng)的研究。對于汽車主動安全系統(tǒng)，目前研究的比較多的是車道偏離預(yù)警系統(tǒng)及前向追尾預(yù)警系統(tǒng)，這是由目前汽車安全領(lǐng)域的主要需求所決定的。多份調(diào)查報(bào)告顯示，車道偏離與前向追尾在交通事故中占了相當(dāng)大的比例，尤其是在高速公路及一些結(jié)構(gòu)化道路下更是如此。正如奔馳公司的一份報(bào)告所寫的，目前交通事故的主要原因可以分為五類，其中車道偏離占了 19%，前向追尾占了沈％，其他的還包括換道超車、匯入車流等。因此，對車道偏離預(yù)警系統(tǒng)(LaneD印arture Warning System)的研究是非常有意義的。車道偏離預(yù)警系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)地監(jiān)視車、路之間的關(guān)系。當(dāng)駕駛員由于疲勞、分心等原因無意識的駕駛車輛偏離車道中心線時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)會善意地提醒駕駛員，必要時(shí)采取一些強(qiáng)制性的措施，以防止車輛超出車道線而帶來不必要的危險(xiǎn)。傳統(tǒng)的車道偏離預(yù)警方法主要分為車輛行駛軌跡預(yù)估方法和車道線夾角法。車輛行駛軌跡預(yù)估方法是根據(jù)當(dāng)前車輛的速度、前輪擺角等數(shù)據(jù)，結(jié)合車輛的運(yùn)動學(xué)模型來預(yù)測車輛的運(yùn)動軌跡，從而計(jì)算得到預(yù)測軌跡與車道線的接觸時(shí)間；或者是通過車輛與左、右車道線的橫向安全距離及車輛到前方道路的縱向安全距離來判斷車輛是否偏離車道。在這類方法的實(shí)際應(yīng)用過程中，所需要的傳感器非常多，從而大大降低了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。同時(shí)，依靠傳感器來測量前輪擺角，測量誤差對低速行駛情況下的軌跡預(yù)測影響不大，但是在高速情況下，由于前輪擺角及其變化率都是非常小的，基于一般的傳感器所得到的觀測值，很可能包含了較大比例的噪聲信號，映射后得到的預(yù)測軌跡與實(shí)際軌跡偏差較大，將嚴(yán)重影響軌跡與道路邊界的相對關(guān)系。雖然采用高精度的傳感器可以得到較精確地測量值，但是高精度的傳感器又存在成本高、維護(hù)難等問題，很難適應(yīng)車載的實(shí)際應(yīng)用，不利于其推廣使用。車道線夾角法是對車道線進(jìn)行建模，通過前方道路車道線的檢測點(diǎn)來擬合車道線方程，并基于車道線方程計(jì)算左、右車道線之間的夾角或者是車道線與水平軸之間的夾角來判斷車輛是否偏離車道。但是到目前為止，車道線模型不能很好的匹配各種條件下的車道線，在彎道情況下兩者之間的差別更大。同時(shí)由于車道線檢測點(diǎn)受到光照、地面條件的影響，檢測結(jié)果存在一些噪聲信號，這些會影響擬合得到的車道線方程的準(zhǔn)確性，對于車路之間的評價(jià)影響較大，因此該方法也存在一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種原理簡單、操作簡便、檢測精度高，實(shí)施后整體結(jié)構(gòu)非常簡單、成本低廉、工作穩(wěn)定可靠的車道偏離預(yù)警方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種車道偏離預(yù)警方法，其特征在于步驟為(1)信息感知通過車載傳感器提供當(dāng)前車輛運(yùn)動的狀態(tài)信息及環(huán)境信息；其中， 所述環(huán)境信息是指根據(jù)道路圖像獲得的前方車道標(biāo)志線信息，以前方道路標(biāo)志線上所檢測到的左、右道路邊界點(diǎn)列I1, 12，. . .，Ik及r1; r2，. . .，rk_1 rk表示，所述車輛運(yùn)動狀態(tài)信息為當(dāng)前時(shí)刻的車輛速度ν及換道信息；(2)軌跡預(yù)測通過人類駕駛員駕駛行為模型，結(jié)合車輛運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)模型對未來一段時(shí)間內(nèi)車輛的可能行駛軌跡范疇進(jìn)行預(yù)測；(3)車道偏離預(yù)警決策根據(jù)車輛可能行駛軌跡與前方道路標(biāo)志線上所檢測到的左、右道路邊界點(diǎn)列，將車輛可能行駛軌跡到車道標(biāo)志線上的檢測點(diǎn)列的計(jì)算時(shí)間與預(yù)設(shè)閾值時(shí)間Tthre的相對關(guān)系作為車道偏離預(yù)警的評價(jià)指標(biāo)，對車輛運(yùn)動安全性進(jìn)行分析。(4)人機(jī)接口 若經(jīng)過步驟(3)的決策后，判斷車輛存在偏離車道的危險(xiǎn)，則通過聲音等方式提醒駕駛員采取適當(dāng)?shù)膭幼鳌Ｗ鳛楸景l(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)所述步驟O)的具體流程為(2. 1)計(jì)算最大側(cè)向加速度；首先建立離散的速度-側(cè)向加速度查找表(V_av))， 對于實(shí)際的當(dāng)前時(shí)刻的車輛速度v，在查找表內(nèi)找到包含ν的最小區(qū)間[V1, V2]及其相對應(yīng)的側(cè)向加速度值a” a2 ；基于插值的原理，計(jì)算得到對應(yīng)于當(dāng)前時(shí)刻的車輛速度ν的最大側(cè)
向加速度
權(quán)利要求
1.一種車道偏離預(yù)警方法，其特征在于步驟為(1)信息感知通過車載傳感器提供當(dāng)前車輛運(yùn)動的狀態(tài)信息及環(huán)境信息；其中，所述環(huán)境信息是指根據(jù)道路圖像獲得的前方車道標(biāo)志線信息，以前方道路標(biāo)志線上所檢測到的左、右道路邊界點(diǎn)列I1, 12，. . .，Ilri，Ik及r1; r2，. . .，rk_1 rk表示，所述車輛運(yùn)動狀態(tài)信息為當(dāng)前時(shí)刻的車輛速度ν及換道信息；(2)軌跡預(yù)測通過人類駕駛員駕駛行為模型，結(jié)合車輛運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)模型對未來一段時(shí)間內(nèi)車輛的可能行駛軌跡范疇進(jìn)行預(yù)測；(3)車道偏離預(yù)警決策根據(jù)車輛可能行駛軌跡與前方道路標(biāo)志線上所檢測到的左、 右道路邊界點(diǎn)列，將車輛可能行駛軌跡到車道標(biāo)志線上的檢測點(diǎn)列的計(jì)算時(shí)間與預(yù)設(shè)閾值時(shí)間Tthre的相對關(guān)系作為車道偏離預(yù)警的評價(jià)指標(biāo)，對車輛運(yùn)動安全性進(jìn)行分析；(4)人機(jī)接口若經(jīng)過步驟(3)的決策后，判斷車輛存在偏離車道的危險(xiǎn)，則提醒駕駛員O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車道偏離預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟O)的具體流程為(2. 1)計(jì)算最大側(cè)向加速度；首先建立離散的速度側(cè)向加速度查找表(V_av)，對于實(shí)際的當(dāng)前時(shí)刻的車輛速度V，在查找表內(nèi)找到包含ν的最小區(qū)間[V1, V2]及其相對應(yīng)的側(cè)向加速度值a” a2 ；基于插值的原理，計(jì)算得到對應(yīng)于當(dāng)前時(shí)刻的車輛速度ν的最大側(cè)向加速度 V-V2 *
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車道偏離預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟(3)的具體流程為(3. 1)計(jì)算期望圓弧軌跡；計(jì)算從當(dāng)前車輛狀態(tài)到前方道路標(biāo)志線上的檢測點(diǎn)T(Xi， Yi)的期望圓弧軌跡歡與期望半徑Ri,R' = %2 * sin(0)) “ %2 * sin(0 - β)) >其中，T (xi; Yi)為當(dāng)前時(shí)刻車體坐標(biāo)系下的前方道路標(biāo)志線上某一檢測點(diǎn)，車輛前輪擺角為δ”質(zhì)心側(cè)偏角為β，d為當(dāng)前車體質(zhì)心位置S與檢測點(diǎn)的直線距離，θ為ST直線與質(zhì)心速度方向之間的夾角；(3. 2)搜索左右最近連續(xù)關(guān)鍵點(diǎn)；根據(jù)前方道路標(biāo)志線上所檢測到的左右道路邊界點(diǎn)列11;12，. . .，Ilrl，Ik及ri，r2，. . .，IV1^k所計(jì)算得到的期望半徑Ri與最小轉(zhuǎn)彎半徑R。Hti。al的相對關(guān)系，在由I1,12，...， lk-l，k 及r1，r2，···， rk-1，rk 所組成的所有點(diǎn) Pi，P2，· · ·，Pk-1， pk; pk+1，Pk+2，...，P2k-1，P2k內(nèi)搜索得到包含左臨界軌跡Lboundary的最近連續(xù)關(guān)鍵點(diǎn)Pm，Pm+1，與包含右臨界軌跡Rboundary的最近連續(xù)關(guān)鍵點(diǎn)Pn，Pn+1 ；(3. 3)計(jì)算最近連續(xù)關(guān)鍵點(diǎn)的行駛時(shí)間；對應(yīng)最近連續(xù)關(guān)鍵點(diǎn)Pm，Plrt與pn，pn+1，計(jì)算相應(yīng)的圓弧軌跡的行駛時(shí)間tm、tm+1、tn、tn+1 ；根據(jù)期望圓弧軌跡，結(jié)合當(dāng)前時(shí)刻的車輛速度V， 依據(jù)下式計(jì)算與最近連續(xù)關(guān)鍵點(diǎn)Pm，Pm+1及Pn，Pn+1相應(yīng)的圓弧軌跡的行駛時(shí)間
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車道偏離預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟(3.4)的具體流程為(3. 4. 1) tm>Tthre且 tm+1>Tthre， 則車輛以當(dāng)前狀態(tài)沿左臨界軌跡Lboundary到達(dá)道路邊界的時(shí)間應(yīng)大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)間Tthre， 即 tL > Tthre ；若 tm ≤ Tthre且tm+1≤Tthre，則車輛以當(dāng)前狀態(tài)沿左臨界軌跡Lboundary到達(dá)道路邊界的時(shí)間必然小于或者等于預(yù)設(shè)閾值時(shí)間Tthre，即tL≤ Tthre ；(3. 4. 2)若tm≤Tthre而tm+1 > Tthre,則車輛以當(dāng)前狀態(tài)沿左臨界軌跡Lboundary運(yùn)動閾值時(shí)間Tthre，可能位于道路邊界內(nèi)，也可能超出道路邊界，此時(shí)設(shè)定為tL≤Tthre ；(3. 4. 3)若tm > Tthre而tm+1 < Tthre,則顯然某些檢測誤差導(dǎo)致了該結(jié)果，在這種情況下利用點(diǎn)1m前的其他點(diǎn)或者是lm+1后的其他點(diǎn)來進(jìn)行判斷；若根據(jù)1m前的其他點(diǎn)或者是lm+1 后的其他點(diǎn)得到大于Tthre的運(yùn)動時(shí)間，則可以得到tL> Tthre ；
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車道偏離預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟(3.5)的具體流程為(3. 5. 1)若tL> Tthre且tR > Tthre，則車輛的運(yùn)動軌跡在預(yù)設(shè)閾值時(shí)間Tthre內(nèi)必然位于道路邊界范圍內(nèi)，在該條件下車輛的運(yùn)動位于安全的范疇內(nèi)；反之，若tL≤STthre且 tR≤Tthre，車輛以當(dāng)前狀態(tài)行駛預(yù)設(shè)閾值時(shí)間Tthre車輛將超出道路邊界線，因此車輛的運(yùn)動存在較大的危險(xiǎn)性，需要采取預(yù)警的措施；(3. 5. 2)若tL> Tthre且tK≤Tthre,或者是tL≤Tthre且tK > Tthre,此時(shí)車輛的運(yùn)動可能超出道路的邊界，但若是采取適當(dāng)?shù)拇胧?，仍可保證車輛位于安全的范圍內(nèi)，應(yīng)提醒駕駛員采取適當(dāng)?shù)膭幼鳌?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種車道偏離預(yù)警方法，其步驟為(1)信息感知通過車載傳感器提供當(dāng)前車輛運(yùn)動的狀態(tài)信息及環(huán)境信息；(2)軌跡預(yù)測通過人類駕駛員駕駛行為模型，結(jié)合車輛運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)模型對未來一段時(shí)間內(nèi)車輛的可能行駛軌跡范疇進(jìn)行預(yù)測；(3)車道偏離預(yù)警決策根據(jù)車輛可能行駛軌跡與前方道路標(biāo)志線上所檢測到的左、右道路邊界點(diǎn)列，將車輛可能行駛軌跡到車道標(biāo)志線上的檢測點(diǎn)列的計(jì)算時(shí)間與預(yù)設(shè)閾值時(shí)間Tthre的相對關(guān)系作為車道偏離預(yù)警的評價(jià)指標(biāo)，對車輛運(yùn)動安全性進(jìn)行分析。(4)人機(jī)接口若系統(tǒng)判斷車輛存在偏離車道的危險(xiǎn)，則通過聲音等方式提醒駕駛員采取適當(dāng)?shù)膭幼?。本發(fā)明具有原理簡單、操作簡便、檢測精度高，實(shí)施后整體結(jié)構(gòu)非常簡單、成本低廉、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B60Q9/00GK102295004SQ201110154458
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者孫振平, 安向京, 戴斌, 賀漢根, 陳清陽 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)