基于驾驶员稳态预瞄的网联汽车弯道碰撞预警方法及系统

1.本发明涉及自动驾驶辅助预警技术领域，具体地，涉及一种基于驾驶员稳态预瞄的网联汽车弯道碰撞预警方法及系统。


背景技术：

2.随着社会的发展，人民生活水平的提高，家用汽车数量也越来越多，使得公路交通环境变得复杂，交通事故频频出现，尤其是在弯曲的道路环境中。平均而言，道路弯道发生事故是直道的五倍。对道路事故的研究表明，这些事故中80％以上是由于驾驶员反应不及时造成的。
3.汽车智能辅助驾驶系统是一种主动安全系统，感知道路交通环境中潜在的危险并且通过声光信号传递给驾驶员警示信息。弥补驾驶员感官能力的不足，帮助驾驶员避免交通事故，提升车辆行驶安全性。
4.目前国内外碰撞预警系统研究非常广泛，但是现有的碰撞预警系统大多是利用先进的传感器获取汽车的行驶状态信息和前方障碍物汽车的相对位置和速度等信息，常用的有雷达、激光、超声波等技术，但是这些设备价钱昂贵，不利于在所有汽车上推广适用，并且这些传感器存在监测方向单一、易出现监测盲区，难以在大雨、雪天等恶劣天气下保持监测稳定的缺点。车联网技术的出现，能够克服这些问题，使前向碰撞驾驶辅助系统能够通过实时获取的数据计算预警时间并且及时地提醒司机，对减少交通事故的发生有重要意义。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于驾驶员稳态预瞄的网联汽车弯道碰撞预警方法及系统。
6.根据本发明提供的基于驾驶员稳态预瞄的网联汽车弯道碰撞预警方法，包括如下步骤：
7.步骤s1：获取远车与本车的状态信息，根据所述状态信息建立系统坐标系；
8.步骤s2：根据所述系统坐标系中远车与本车的系统坐标计算所述远车与本车之间的横向距离，根据所述横向距离判断远车是否为预警目标车辆，且在所述远车为预警目标车辆时触发步骤s3；
9.步骤s3：获取预瞄时间，计算本车和所述预警目标车辆在预瞄时间后的车辆状态，根据车辆状态计算本车和所述预警目标车辆之间的安全距离；
10.步骤s4：将预瞄时间后所述本车和所述预警目标车辆之间的纵向距离与所述安全距离进行比较，且当所述纵向距离小于安全距离时进行预警。
11.优选地，在步骤s1通过车载单元获取所述状态信息，所述状态信息包括经纬度、航向角、速度、加速度以及横摆角速度。
12.优选地，在步骤s2中，建立以本车为原点，本车行驶方向为y轴正半轴的系统坐标系，根据远车与本车之间距离关系，计算得到远车坐标为：
[0013][0014][0015]
其中，la1为本车位置纬度，la2为远车位置纬度，lo1为本车位置经度，lo2为远车位置经度。
[0016]
优选地，在步骤s2在计算两车横向距离时，在弯道上，依据二次回旋曲线函数，求得远车到本车行驶轨迹中线的横向距离为w：
[0017][0018]
其中，xi为远车到本车纵向距离，yi为远车到本车横向距离，η为路径角，c0为本车当前位置弯道曲率，c1为道路曲率系数。
[0019]
优选地，通过判断两车横向距离与单车道路宽大小，判断远车是否为预警目标车辆，具体为：假设w
l
为区分同车道目标与旁车道目标设置的横向距离阈值，当则判定所述远车为预警目标车辆，那么，否则返回步骤s1。
[0020]
优选地，在步骤s3中，根据稳态预瞄理论计算本车与远车预瞄时间后的车辆状态，所述车辆状态包括速度、加速度、航向角、纵向和横向系统坐标，公式如下：
[0021][0022][0023][0024]
同时，为将每次迭代后的结果进行叠加，必须将其旋转到同一坐标系下：
[0025][0026][0027]
其中，n为迭代计算次数，即经过n次迭代过后的计算结果为预瞄时间后的车辆状态；为第n次迭代横向加速度，为第n次迭代纵向加速度，为第n次迭代横向速度，为第n次迭代纵向速度，wn为第n次迭代横摆角速度，αn为第n次迭代后的航向角，δt为n等分后的预瞄时间，为坐标旋转后的横向速度，为坐标旋转后的纵向速度，xn为旋转后的n次迭代横向位置，yn为全局坐标系旋转后的n次迭代纵向位置。
[0028]
优选地，所述安全距离dw的计算公式如下：
[0029]dw
＝x
m-xr[0030]
其中，xm为本车制动安全距离，xr为远车制动安全距离。
[0031]
本发明提供的基于驾驶员稳态预瞄的网联汽车弯道碰撞预警系统，包括如下模块：
[0032]
坐标系模块，用于获取远车与本车的状态信息，根据所述状态信息建立系统坐标系；
[0033]
预警车辆模块，用于根据所述系统坐标系中远车与本车的系统坐标计算所述远车与本车之间的横向距离，根据所述横向距离判断远车是否为预警目标车辆，且在所述远车为预警目标车辆时触发安全距离模块；
[0034]
安全距离模块，用于获取预瞄时间，计算本车和所述预警目标车辆在预瞄时间后的车辆状态，根据车辆状态计算本车和所述预警目标车辆之间的安全距离；
[0035]
预警模块，用于将预瞄时间后所述本车和所述预警目标车辆之间的纵向距离与所述安全距离进行比较，且当所述纵向距离小于安全距离时进行预警。
[0036]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0037]
1、本发明中采用车载单元设备即可进行弯道前向碰撞预警，相比于雷达、激光、超声波等技术，节约了高额的设备成本。
[0038]
2、本发明相比传统直道前向碰撞预警方法，考虑前方有效预警目标，大大减小了无效预警，在弯道上根据稳态预瞄机制计算远车与本车预测时间内的距离，能够使本方法适用于不同曲率的弯道预警，大大提升了本方法有效预警率。
附图说明
[0039]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0040]
图1为本发明一实施例中基于驾驶员稳态预瞄的网联汽车弯道碰撞预警方法的流程图；
[0041]
图2为本发明一实施例中的车载终端obu结构图；
[0042]
图3为本发明一实施例中gps坐标系下两车相对位置坐标图；
[0043]
图4为本发明一实施例中汽车预期行驶轨迹计算示意图；
[0044]
图5为本发明一实施例中本车与目标车辆的相对位置示意图。
具体实施方式
[0045]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0046]
如图1所示，本发明提供一种基于驾驶员稳态预瞄的网联汽车弯道碰撞预警方法，包括如下步骤：
[0047]
步骤1：如图2所示，通过车载单元(on board unit，obu)获取远车与本车的状态信息，所述状态信息包括经纬度、航向角、速度、加速度以及横摆角速度；
[0048]
步骤2：如图3所示，根据两车gps的经纬度坐标，求解两车距离，公式如下：
[0049][0050][0051]
其中，d0为两车沿纬度方向直线距离，r为地球半径，d1为两车沿经度方向直线距离，l
a1
、l
o1
分别为本车的纬度和经度，l
a2
、l
o2
分别为远车的纬度和经度。
[0052]
以本车为原点、正北方向为y轴正半轴、正东方向为x轴正半轴建立系统坐标系，根据两车距离关系确定远车在系统坐标系中的坐标位置，得到y轴、x轴坐标m、n如下：
[0053][0054][0055]
在本发明所考虑弯道场景下，为了方便计算，应建立自然坐标系，并且以本车为坐标原点，本车航向角方向定义为y轴正半轴。由此，根据系统坐标系坐标m、n，可得到远车在上述定义的自然坐标系下坐标，具体方法是，考虑到两坐标系夹角正好为本车的航向角大小，将远车在系统坐标系下的坐标旋转后可得到自然坐标系下坐标：
[0056][0057]
x＝n
×
sinα
0-m
×
cosα0[0058]
y＝n
×
sinα0 m
×
cosα0[0059]
其中，α1为主车航向角角度，α0为主车航向角弧度，x为远车在自然坐标系下纵向坐标，y为横向坐标。
[0060]
步骤3：根据两车坐标位置关系计算两车之间的横向距离，在弯道上，依据二次回旋曲线函数，求得远车到本车行驶轨迹中线的横向距离为：
[0061][0062]
其中，x，y分别为远车的横向坐标和纵向坐标，c0为本车所在的道路曲率，c1为其曲率系数。
[0063]
步骤4：通过判断两车横向距离与单车道路宽大小，判断远车为预警目标车辆，具体为：当则判定所述远车是否为预警目标车辆，那么，否则重复步骤1、2、3，
[0064]
步骤5：如图4所示，根据稳态预瞄理论计算本车与远车预瞄时间后的车辆状态，所述车辆状态包括速度、加速度、航向角、纵向和横向系统坐标，公式如下：
[0065][0066]
[0067][0068]
同时，为将每次迭代后的结果进行叠加，必须将其旋转到同一坐标系下：
[0069][0070][0071]
其中，n为迭代计算次数，即经过n次迭代过后的计算结果为预瞄时间后的车辆状态；为第n次迭代横向加速度，为第n次迭代纵向加速度，为第n次迭代横向速度，为第n次迭代纵向速度，wn为第n次迭代横摆角速度，αn为第n次迭代后的航向角，δt为n等分后的预瞄时间，为坐标旋转后的横向速度，为坐标旋转后的纵向速度，xn为旋转后的n次迭代横向位置，yn为全局坐标系旋转后的n次迭代纵向位置。
[0072]
步骤6：如图5所示，根据预瞄时间后的车辆状态计算两车安全距离，公式如下：
[0073]dw
＝x
m-xr[0074]
其中，xm为本车制动安全距离，xr为远车制动安全距离。
[0075]
而x1、x2可由下式进行计算：
[0076][0077][0078]
其中，v1为当前时刻的主车速度，t1为制动决策时间，t2为脚离油门时间，t3为制动延时时间，a1为当前时刻的主车加速度，t4为减速度线性增长时间，v2为主车减速度线性增长时间后的速度，a
mbd1
为主车最大制动减速度，vr为当前时刻的远车速度，a
mbd2
为远车最大制动减速度。
[0079]
步骤7：将预瞄时间后两车纵向距离与所述安全距离进行比较，如果纵向距离小于安全距离时进行预警。
[0080]
在本发明实施例中，本发明提供的基于驾驶员稳态预瞄的网联汽车弯道碰撞预警系统，包括如下模块：
[0081]
坐标系模块，用于获取远车与本车的状态信息，根据所述状态信息建立系统坐标系；
[0082]
预警车辆模块，用于根据所述系统坐标系中远车与本车的系统坐标计算所述远车与本车之间的横向距离，根据所述横向距离判断远车是否为预警目标车辆，且在所述远车为预警目标车辆时触发安全距离模块；
[0083]
安全距离模块，用于获取预瞄时间，计算本车和所述预警目标车辆在预瞄时间后的车辆状态，根据车辆状态计算本车和所述预警目标车辆之间的安全距离；
[0084]
预警模块，用于将预瞄时间后所述本车和所述预警目标车辆之间的纵向距离与所
述安全距离进行比较，且当所述纵向距离小于安全距离时进行预警。
[0085]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。