一种商用车转向危险区域障碍物预警方法与流程

1.本发明涉及一种商用车转向危险区域障碍物预警方法，属于交通安全领域。


背景技术：

2.2016年，货运车辆交通责任事故5.04万起，占货车责任事故总量的30.5％。其中，由于半挂牵引车造成的交通事故占全部货车总事故的4成左右。而2017年，此类事故次数上升5.8％，死亡人数同比上升6.2％。在交通死亡事故中，发生在大货车与非机动车和行人间的事故占比最高，原因在于大货车与非机动车和行人体量差别大，发生事故时，非机动车驾驶人和行人缺乏安全保障。目前对于货车转弯的研究主要是分析货车内轮差模型，以及采用探测器探测危险区障碍物，仍需驾驶员主动判断是否存在潜在的危险。且对行人非机动车起不到很好的预警作用。鉴于以上，提出本技术

技术实现要素：
。
发明内容
3.本发明设计开发了一种商用车转向危险区域障碍物预警方法，通过对比货车实时内轮差模型所示的危险区域与行人的位置，来判断货车转向所存在的危险，克服了不能实时判断内轮差危险区域行人相对位置的问题。
4.本发明提供的技术方案为：
5.一种商用车转向危险区域障碍物预警方法，包括：
6.步骤一、以货车一侧的前轮和后轮中心点连线为纵轴，后轮轴为横轴，建立直角坐标系，通过传感器检测车辆右转时的车速v
a
以及车速与纵轴之间的转角，确定货车的内轮差危险区域，计算危险区域的宽度b；
7.步骤二、在所述内轮差危险区域的基础上，设置警示区域，设定警示区域的宽度为
8.步骤三、摄像头固定在后轮中心点，并以后轮中心点为坐标原点，以后轮轴为极轴建立极坐标系，通过摄像头确定行人位置为(θ，ρ
p
)；
9.其中，θ为行人在极坐标系下的角度，θ∈[0,2π]，ρ
p
为行人的极径；
[0010]
步骤四、在直角坐标系中确定警示区域边界圆的方程，设极坐标系极轴与横轴重合，将警示区域边界圆的方程转化为警示区域边界圆的极坐标方程；
[0011]
步骤五、确定行人与报警区的位置关系，设定在直角坐标系中，行人位于直线y＝kx，对应极坐标系下的极角为θ0，
[0012]
当θ∈[θ0,2π]时，行人处于内轮差危险区域，有相撞危险，系统报警；
[0013]
当θ∈[0，θ0)时，并且
[0014]
ρ
p
＞ρ(t)1时，有相撞危险，系统报警；
[0015]
ρ
p
＜ρ(t)1时，有相撞危险，系统报警；
[0016]
ρ(t)2＜ρ
p
＜ρ(t)1时，没有相撞危险，行人安全。
[0017]
优选的是，所述危险区域的宽度b的计算公式为：
[0018][0019]
所述警示区域的宽度b1的计算公式为：
[0020][0021]
式中，l为货车前轮和后轮中心点之间的距离，为车速与纵轴之间的夹角。
[0022]
优选的是，
[0023]
在直角坐标系中，所述警示区域边界圆的方程为：
[0024][0025]
其中，点(x,y)为警示区域圆上点的直角坐标。
[0026]
优选的是，所述警示区域边界圆的极坐标方程为：
[0027][0028]
其中，ρ为警示区域圆上点极坐标系下极径
[0029]
优选的是，所述步骤五中，当所述直线y＝kx与所述警示区域边界圆相切时的直线斜率为：
[0030][0031]
对应此时的行人极角为：
[0032][0033]
优选的是，所述步骤五还包括：
[0034]
当θ≥θ0时，行人处于报警区内，系统报警；
[0035]
当θ＜θ0时，分别计算安全区域圆上距原点最近和最远点的极径：
[0036][0037]
式中，ρ(t)1为极角为θ时，安全区域圆上距离原点最近的极径；ρ(t)2为极角为θ时，安全区域圆上距离原点最近的极径。
[0038]
本发明所述的有益效果：本发明是通过比对货车实时内轮差模型所示危险区域与行人位置来判断货车转向所存在的危险，解决了以往研究中不能实时判断内轮差危险区与行人相对位置的问题，以前轮转角作为内轮差模型输入，消除了以转向盘输入带来的滞后，保证了内轮差模型的实时性与准确性。
附图说明
[0039]
图1为本发明所述的商用车转向危险区域障碍物预警系统的结构示意图。
[0040]
图2为本发明所述的商用车右转弯内轮差危险区示意图。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0042]
如图1
‑
2所示，本发明提供一种商用车转向危险区域障碍物预警方法，通过对比货车实时内轮差模型所示的危险区域与行人的位置，来判断货车转向所存在的危险，克服了不能实时判断内轮差危险区域行人相对位置的问题，包括：
[0043]
步骤一、以货车一侧的前轮和后轮中心点连线为纵轴，后轮轴为横轴，建立直角坐标系，通过传感器检测车辆右转时的车速v
a
以及车速与纵轴之间的转角确定货车的内轮差危险区域，计算危险区域的宽度b；
[0044]
步骤二、在所述内轮差危险区域的基础上，设置警示区域，设定警示区域的宽度为
[0045]
步骤三、摄像头固定在后轮中心点，并以后轮中心点为坐标原点，以后轮轴为极轴建立极坐标系，通过摄像头确定行人位置为(θ，ρ
p
)；
[0046]
其中θ为行人在极坐标系下的角度，θ∈[0,2π]，ρ
p
为行人的极径；
[0047]
步骤四、在直角坐标系中确定警示区域边界圆的方程，设极坐标系极轴与横轴重合，将警示区域边界圆的方程转化为警示区域边界圆的极坐标方程；
[0048]
步骤五、确定行人与报警区的位置关系，设定在直角坐标系中，行人位于直线y＝kx，对应极坐标系下的极角为θ0，
[0049]
当θ∈[θ0,2π]时，行人处于内轮差危险区域，有相撞危险，系统报警；
[0050]
当θ∈[0，θ0)时，并且
[0051]
ρ
p
＞ρ(t)1时，有相撞危险，系统报警；
[0052]
ρ
p
＜ρ(t)1时，有相撞危险，系统报警；
[0053]
ρ(t)2＜ρ
p
＜ρ(t)1时，没有相撞危险，行人安全。
[0054]
在本发明中，作为一种优选，选用双目摄像头安装在火车前部和后部。
[0055]
如图1、2所示，双目摄像头能够采集到内轮差危险区域图像，识别图像张行人和非机动车，并通过双目定位原理判定其位置，提取图像信息，双目摄像头将采集到的信息反馈发送给控制中心，进行数据处理；报警器安装在车外，当报警器接收到控制中心指令时开始工作，通过语音提醒车外行人注意安全。控制中心的核心算法是以货车前轮转角作为输入，通过前轮转角传感器采集到的前轮转角数据发送到控制中心，并在控制中心内建立货车右转弯实时内轮差模型，确定右转弯时货车的危险区域，在此区域的基础上扩大一个临界危险区域，并能结合行人与非机动车位置，计算货车与行人是否有相撞危险，当检测到有危险时，控制中心发出命令，报警器开始工作。
[0056]
1、定义内轮差危险区
[0057]
定义货车行驶方向为正方向，货车一侧为右侧，另一侧为左侧，
[0058]
如图2所示，当有行人出现在内轮差危险区时系统报警，内轮差形成机理为车辆转向时前轮与后轮转弯半径之差；
[0059]
定义a点为货车右前轮中心点，b点为货车右后轮中心点，以b点为坐标原点，以货车后轴为坐标系横轴，以货车右前轮和右后轮的中心连线为坐标系纵轴，建立如上所述的坐标系，设车辆转向时，右前轮速度为v
a
，速度方向与纵轴夹角为则车辆转向时的速度瞬心为o点，右前轮与右后轮转向轨迹分别为最外侧圆弧与此外侧圆弧，两者围城的区域即为内轮差所导致的危险区。内轮差危险区为最外层圆弧与次外侧圆弧围成的弧形环状区域，为：
[0060][0061]
式中，l为货车前轮和后轮中心点之间的距离。
[0062]
2、定义警示区域
[0063]
当有人出现在警示区域时系统也开始报警。
[0064]
设任意时刻t，通过车轮转角传感器测出右前轮转角为由于系统从发现行人道最终预警需要一定时间，称其为迟滞时间，若行人位于内轮差区域系统再开始工作，系统工作这个时间段内货车仍在行进，由于迟滞时间的存在，肯导致行人距离车辆很近时，驾驶员才会听到报警，造成反应不及时，从而引发事故。故在内轮差危险区基础上增加一警示区域(图2中此外侧圆弧与最内侧圆弧所围成的区域)，宽度为内轮差危险区的一半，为：
[0065][0066]
3、定义行人位置
[0067]
仍以双目摄像头所在b点为坐标原点，以横轴为极轴建立极坐标系，行人位置可以表示为(θ，ρ
p
)，其中θ为行人在极坐标系下的角度，θ∈[0,2π]，ρ
p
为行人的极径，即行人道双目摄像头的距离。
[0068]
4、定义警示区域边界圆
[0069]
警示区域边界圆为图2中阴影部分最内侧圆弧所在圆，行人位于此圆内为安全状态，否则为危险状态，系统报警。
[0070]
在以b点为坐标原点的直角坐标系中，警示区域边界圆的方程为：
[0071][0072]
其中，点(x,y)为警示区域圆上点的直角坐标。
[0073]
此圆方程为最内侧圆弧所在圆，此圆内部为安全区域，现将方程转化为极坐标形式，方便讨论行人与警示区域位置关系；
[0074]
设极坐标系极轴与x轴重合，此警示区域边界圆的极坐标方程为：
[0075][0076]
其中，ρ为警示区域圆上点极坐标系下极径。
[0077]
5、行人与报警区位置关系
[0078]
讨论行人处于不同极角时与报警区的相对位置关系：
[0079]
设在以b点为坐标原点的直角坐标系中，行人位于直线y＝kx上，对应极坐标系下
极角为θ，k＝tanθ，即：
[0080]
(1)先求之间y＝kx与警示区域边界圆相切时的直线斜率为：
[0081][0082]
对应此时的行人极角为：
[0083][0084]
其意义在于行人在极坐标系下极角θ≥θ0时，行人处于报警区内，系统报警，又由于双目摄像头位于b点，故摄像头所能拍摄行人极角的范围为θ∈[0,2π]；
[0085]
因此当行人所在极角θ∈[θ0,2π]时，行人处于内轮差危险区域，有相撞危险，系统报警；
[0086]
(2)当行人所在极角θ∈[0，θ0]时，需要分情况讨论：
[0087]
首先求出直线与警示区域边界圆的交点，将直线方程与边界圆方程联立，并将结果转化为极坐标形成，得到两个解为：
[0088][0089]
式中，ρ(t)1为极角为θ时，安全区域圆上距离原点最近的极径；ρ(t)2为极角为θ时，安全区域圆上距离原点最近的极径；
[0090]
而行人介于ρ(t)1和ρ(t)2之间，即图2中空白区域时为安全，其余情况，系统开始报警。
[0091]
6、综上所述
[0092]
由双目摄像头检测到行人所在位置极角为θ∈[0，θ0]时，行人处于内轮差危险区域，有相撞危险，系统报警；
[0093]
由双目摄像头监测到行人所在位置极角为θ∈[0，θ0]时，设行人所在位置极径为ρ
p
，当：
[0094]
ρ
p
＞ρ(t)1时，有相撞危险，系统报警；
[0095]
ρ
p
＜ρ(t)1时，有相撞危险，系统报警；
[0096]
ρ(t)2＜ρ
p
＜ρ(t)1时，没有相撞危险，行人安全。
[0097]
本发明通过比对货车实时内轮差模型所示危险区域与行人位置来判断货车转向所存在的危险，解决了以往研究中不能实时判断内轮差危险区与行人相对位置的问题，以前轮转角作为内轮差模型输入，消除了以转向盘输入带来的滞后，保证了内轮差模型的实时性与准确性。
[0098]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。