一種汽車主動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防撞彎道虛警消除方法。本發(fā)明把本車理想化為質(zhì)點，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的動態(tài)變化，計算出方位角在同一車道內(nèi)變化的范圍。由視頻、毫米波雷達或激光雷達傳感器測出兩車相對距離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)明對解決交通安全、提高運輸能力、降低惡性交通事故發(fā)生率、減少生命財產(chǎn)損失及提高社會經(jīng)濟效益來說，具有極大的現(xiàn)實意義和廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種汽車主動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控制方法，尤其涉及一種用于汽車主動防撞技術(shù)的消除彎道虛警的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]作為現(xiàn)代化先進交通工具，汽車改變了人們的生活方式，推動了社會經(jīng)濟的發(fā)展和人類文化的進步，給人們的生活帶來極大便利的同時，也帶來了嚴重的交通安全問題。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)，在不遠的未來，汽車駕駛一定會變得簡單便捷，對人員的駕駛技術(shù)水平高低的依賴一定會變得越來越低，直至實現(xiàn)完全自動駕駛。而要實現(xiàn)自動駕駛，汽車必須具備可靠的防撞系統(tǒng)，特別是主動防撞，這是安全行車的前提條件和重要保障，是走向自動駕駛技術(shù)這一萬里長征的第一步。
[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，使得防撞報警與自動剎車控制技術(shù)成為可能。汽車防撞系統(tǒng)主要分為被動防撞和主動防撞兩種方式，前者是告警裝置，提醒并主要依賴駕駛員控制并制動車輛；后者除了在險情發(fā)生時具備駕駛員提醒功能以外，如若駕駛員沒有及時制動，自動控制系統(tǒng)會啟動自動剎車裝置，直至排除險情。
[0004]汽車防撞控制在技術(shù)上存在的一個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別出前方危險目標也是研究汽車防撞技術(shù)必須要考慮的問題。前方碰撞報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位置關(guān)系，找出位于本車道內(nèi)對本車構(gòu)成最大危險的障礙物車輛，從而建立前方報警算法。而彎道路段單純依靠雷達無法實現(xiàn)對不同車道上車輛相對位置關(guān)系的判斷，難以辨別本車道內(nèi)對本車構(gòu)成危險的車輛，往往出現(xiàn)較多的虛警。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種汽車主動防撞彎道虛警消除方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]把本車理想化為質(zhì)點，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的動態(tài)變化，計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、毫米波雷達或激光雷達傳感器測出兩車相對距離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的計算過程為:
[0012]將汽車的運動理解為一個在道路平面上的剛體平面運動，汽車的運動形式為汽車自身的平動和汽車繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動的合成；假定預(yù)測時間為Tp，基于對駕駛員前視策略的假設(shè)，對于每一個給定的汽車當前運動參數(shù)t時刻橫、縱向加速度和橫、縱向速度，以當前汽車所在位置為坐標系原點，預(yù)測下一時刻t+Tp汽車的位置，同時得到在這個預(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，對于每一微小等份At，分別求出汽車縱向和橫向在該段時間后的狀態(tài)；照此累加到最后一步，求出汽車在預(yù)測時間Tp后的狀態(tài)，同時求出汽車位于此點時的坐標和汽車的航向角，作為下一步計算的基礎(chǔ)；每一步的計算所參照的坐標系不一樣，必須將其轉(zhuǎn)換到同一坐標系下才可能相加；選取坐標系(?,%)作為整個計算過程的參考系，即以汽車當前時刻的車體坐標系為整個計算過程的參照系，得到本車在預(yù)測時間后所處的位置，以此位置與前方障礙物車輛的相對位置進行比較確定本車在預(yù)測時間后是否安全；
[0014]假設(shè)每一微小時刻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]從而每一微小時刻的本車坐標位置有公式:
_7] K]=El"]+?射+為—* Cr [.?.M1)
[0018]將上述每一微小時刻的坐標位置連接起來，得到本車軌跡的虛擬曲線；采用三次代數(shù)多項式擬合汽車預(yù)期行駛的軌跡，并由此計算對應(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)測軌跡數(shù)據(jù)點，應(yīng)用最小二乘法，確定參數(shù)％、a1、a2、a3，即可擬合出預(yù)測時刻Tp行車軌跡；同理，得到本車在未來一段時間內(nèi)預(yù)期走行的軌跡；計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)明對解決交通安全、提高運輸能力、降低惡性交通事故發(fā)生率、減少生命財產(chǎn)損失及提高社會經(jīng)濟效益來說，具有極大的現(xiàn)實意義和廣闊的應(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.本車虛擬運動軌跡，5.虛擬道路邊界，
6.測距、測角傳感器，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.主動防撞控制系統(tǒng)虛警判斷單元。

【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0027]本發(fā)明采用方位角測定方法結(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)警或采取主動防撞措施；但因其處于彎道3上的不同車道上，預(yù)期不會產(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。為了簡化且不失一般性運算，把車理想化為質(zhì)點，且本車沿本軌道中線行駛。隨D的動態(tài)變化，可計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、毫米波雷達或激光雷達傳感器測出兩車相對距離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]對汽車行駛軌跡及公路的道路邊界進行擬合的方法論述如下。從幾何學(xué)的角度講，在實際道路環(huán)境中道路左右邊界可以理解為曲線和直線的合成。針對這種情況，本發(fā)明對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行曲線擬合，這樣，前方道路的邊界輪廓實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)測汽車路線，因此，汽車在將來一段時間內(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，汽車的運動可以理解為一個在道路平面上的剛體平面運動，汽車的運動形式為汽車自身的平動和汽車繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動的合成。假定預(yù)測時間為Tp，基于對駕駛員前視策略的假設(shè)，對于每一個給定的汽車當前運動參數(shù)t時刻橫、縱向加速度和橫、縱向速度，可以以當前汽車所在位置為坐標系原點，預(yù)測下一時刻(t+Tp時刻)汽車的位置，同時得到在這個預(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，對于每一微小等份At，由于持續(xù)時間很短，可以忽略汽車橫向和縱向之間的相互影響，因此能夠利用簡化公式分別求出汽車縱向和橫向在這段時間后的狀態(tài)。按照這種方法累加到最后一步，即可求出汽車在預(yù)瞄時間Tp后的狀態(tài)，同時求出汽車位于此點時的坐標和汽車的航向角，作為下一步計算的基礎(chǔ)。每一步的計算所參照的坐標系不一樣，不能單純地將每一步計算結(jié)果相加，必須將其轉(zhuǎn)換到同一坐標系下才可能相加。選取坐標系(?,%)作為整個計算過程的參考系，即以汽車當前時刻的車體坐標系為整個計算過程的參照系，可以得到本車在預(yù)瞄時間后所處的位置，以此位置與前方障礙物車輛的相對位置進行比較確定本車在預(yù)瞄時間后是否安全。
[0034]假設(shè)每一微小時刻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]從而每一微小時刻的本車坐標位置有公式:
則K卜mo+1.e.K].射I⑶
[0038]將上述每一微小時刻的坐標位置連接起來，得到本車軌跡的虛擬曲線。采用三次代數(shù)多項式擬合汽車預(yù)期行駛的軌跡，并由此計算對應(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)測軌跡數(shù)據(jù)點，應(yīng)用最小二乘法，確定公式⑷中的參數(shù)％、&1、&2、&3，即可擬合出未來時刻Tp行車軌跡。同理，可以得到本車在未來一段時間內(nèi)預(yù)期走行的軌跡。計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由車道線識別算法給出或由標準車寬度給定，代入公式(I)即可計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由測距、測角傳感器6獲取，測距、測角傳感器6可為視頻攝像頭、毫米波雷達或激光雷達等。內(nèi)道寬度L由車道線識別算法給出或由標準車寬度給定；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計算得出高速公路內(nèi)道半徑R，最后由主動防撞控制系統(tǒng)虛警判斷單元10計算判定前車2是否虛警。
【權(quán)利要求】
1.一種汽車主動防撞彎道虛警消除方法，其特征在于: 把本車理想化為質(zhì)點，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的動態(tài)變化，計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、毫米波雷達或激光雷達傳感器測出兩車相對距離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的計算過程為: 將汽車的運動理解為一個在道路平面上的剛體平面運動，汽車的運動形式為汽車自身的平動和汽車繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動的合成；假定預(yù)測時間為Tp，基于對駕駛員前視策略的假設(shè)，對于每一個給定的汽車當前運動參數(shù)t時刻橫、縱向加速度和橫、縱向速度，以當前汽車所在位置為坐標系原點，預(yù)測下一時刻t+Tp汽車的位置，同時得到在這個預(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，對于每一微小等份At，分別求出汽車縱向和橫向在該段時間后的狀態(tài)；照此累加到最后一步，求出汽車在預(yù)測時間!；后的狀態(tài)，同時求出汽車位于此點時的坐標和汽車的航向角，作為下一步計算的基礎(chǔ)；每一步的計算所參照的坐標系不一樣，必須將其轉(zhuǎn)換到同一坐標系下才可能相加；選取坐標系(?,%)作為整個計算過程的參考系，即以汽車當前時刻的車體坐標系為整個計算過程的參照系，得到本車在預(yù)測時間后所處的位置，以此位置與前方障礙物車輛的相對位置進行比較確定本車在預(yù)測時間后是否安全； 假設(shè)每一微小時刻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 從而每一微小時刻的本車坐標位置有公式:隱;]徹福-_-) 將上述每一微小時刻的坐標位置連接起來，得到本車軌跡的虛擬曲線；采用三次代數(shù)多項式擬合汽車預(yù)期行駛的軌跡，并由此計算對應(yīng)的道路兩側(cè)的邊界曲線，
P3 (X) = a0+a1x+a2x2+a3x3 根據(jù)預(yù)測軌跡數(shù)據(jù)點，應(yīng)用最小二乘法，確定參數(shù)％、&1、&2、&3，即可擬合出預(yù)測時刻Tp行車軌跡；同理，得到本車在未來一段時間內(nèi)預(yù)期走行的軌跡；計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】B60W40/107GK104192144SQ201410359442
【公開日】2014年12月10日 申請日期: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 申請人:杭州電子科技大學(xué)