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车辆行驶轨迹预估及车道偏离评价方法

车辆行驶轨迹预估及车道偏离评价方法

本发明涉及一种车辆轨迹预估及车道偏离评价方法,其目的在于克服现有技术没有充分反映真实驾驶员行为特性的缺陷,提出了一种基于驾驶员行为模拟的车道偏离危险性评价方法。该方法利用图像传感器采集到的前方道路上的车道标志线信息,并结合车载传感器提供的汽车车速、加速度、转向状态等信息,模拟驾驶员前视作用(开车时根据前方道路信息进行当前汽车驾驶控制),预测汽车在未来一段时间内的预期行驶轨迹,并针对该预期行驶轨迹与前方道路上车道标志线的相对位置,进行车道偏离危险性评价,从而判断车辆是否可能发生车道偏离事故。如果车道偏离危险性超过一定的阈值,可通过声音和车载LCD显示器向驾驶员发出车道偏离预警信息。

最后,在步骤S40中,根据评价结果通过声音报警器和车载LCD警示灯箱驾驶员发出相应的声音和灯光信号,实现车道偏离预警功能。

交通安全历来是人们最为关心的问题之一,它直接关系到人民生命和财产的损失。在高速公路上,每年都会发生很多由于驾驶员注意力分散或是操作原因所引起的交通事故,造成严重的人员伤亡和财产损失。因此,开发智能辅助驾驶系统,利用传感器系统感知道路交通环境信息进行决策规划,给驾驶员提出驾驶建议或部分代替驾驶员进行车辆控制操作,具有十分重要的意义。

其次,在步骤S11中,将根据方向盘转角δsw和油门开度或者制动踏板的行程比α获得汽车在当前时刻t的纵向加速度稳态值和横向加速度稳态值由于前视时间Tp(通常为1~2s,本实施例取1.5s)远大于汽车的瞬态反应时间,因此汽车在t时刻到t+Tp时刻的这段时间内按照稳态特性运动。虽然汽车的纵向和横向加速度是随着时间不断变化的,但由于前视时间较短,在t时刻到t+Tp时刻的这段时间内,可以把汽车的速度控制特性和方向控制特性用一阶线性参考模型近似,从而对应于当前时刻t的方向盘转角和油门开度或者制动踏板行程比,汽车都有一个横向加速度和纵向加速度与之对应。

如何根据当前的汽车行驶状态及道路信息预测汽车未来的行驶轨迹,以及如何建立评价指标判断汽车是否发生车道偏离,是本发明的关键。目前车道偏离预警系统的评价方法主要有三种:基于TLC(Time to Lane Crossing)的评价方法,基于预测轨迹偏差的评价方法,以及基于EDF(edge distribution function)的评价方法。TLC是指从车辆当前位置开始到车辆与车道线开始接触止的运动时间,其基本思想是如果TLC小于设定的时间阈值,则认为车辆将发生车道偏离。基于预测轨迹偏差的评价方法,假设偏离过程中汽车的航向角始终保持不变,从而计算一定时间后汽车的行驶轨迹,并与目标行驶轨迹比较。如果车辆的预期行驶轨迹与目标行驶轨迹之间的偏差大于设定的阈值则系统报警。基于EDF的评价方法,对车道标志线作出一定假设,根据边缘分布函数(EDF)的两个重要形状特征——局部极大值和对称轴判断汽车是否发生偏离。上面所提及的车道偏离预警系统的评价方法,从图像处理的角度出发,利用车辆当前时刻的状态判断车辆是否发生车道偏离,并没有充分考虑驾驶员的驾驶行为特性,与真实驾驶员驾驶汽车时对车道偏离行驶行为的理解有一定差异。

车道偏离危险性评价指标计算公式中的常数a1,c1,a2,c2,a3,c3进一步确定如下:参考图7所示,由于单极性Sigmoid函数具有非线性增益的功能,即中间部分为高增益区,两边部分时低增益区。在确定隶属度函数的系数时,主要是根据高增益区的自变量以及对应的值域范围求取系数。参考图6所示,以评价指标IDS1为例,它是根据估计获得的预期轨迹点与道路左侧车道标志线的相对位置建立的安全性指标,其特征值为汽车左侧的两个角点到道路左侧边界的最小距离。通常情况下,特征值小于0将是极度危险的,这就意味着汽车已经偏离车道线,因此低增益区的边界取为0。由此可以通过计算获得各个系数如下:a1=a2=Sa2,a3=Sf2]]>c1=c2=Sa,c3=Sf如前所述,常数a1,c1,a2,c2,a3,c3与横向安全距离Sa和纵向安全距离Sf有关,因此道偏离危险性评价指标中的横、纵向安全距离进一步确定如下:由于安全距离的取值直接影响评价方法的可靠性和稳健性,如果安全距离取为固定值,则很难适应不同的车辆行驶工况的要求。很显然,汽车行驶速度较低时,安全性较好,其偏离危险性也较低,因此安全距离可以取较小值;而行驶速度较高时,汽车的安全性变差,稍有不慎就可能发生车道偏离事故,从而对生命和财产安全造成威胁,因此安全距离应该取较大值。也就是说,安全距离应该与车速保持一定的关系,随着的车速的不同而变化。这样才能保证在各种车速下都能准确判断汽车是否会偏离其行驶车道,既不会误报警(在不会发生车道偏离的情况下发出报警),也不会遗漏报警(在即将发生车道偏离时没有报警)。根据试验结果,得到安全距离如下:横向安全距离:Sa=0.011758+0.002932v+0.000019v2;纵向安全距离:Sf=0.0034v+0.0045v2。

其中,f为汽车车头到质心的长度,r为车尾到质心的长度,w为汽车宽度。则在t+Tp时刻汽车四个角点坐标为:cornerTp=A*cornerT+(xj,yj)T其中i=0~3,分别代表四个角点,cornerTp为四个角点在t+Tp时刻的坐标向量。A为旋转矩阵,j为t+Tp时刻汽车的横摆角。

在驾驶过程中,驾驶员判断汽车是否会偏离其行驶车道,是从横向和纵向两个方面进行的。在横向方面,驾驶员通常通过汽车至左侧以及右侧道路的横向相对距离进行判断评价,确保正常行驶时汽车与左侧和右侧车道标志线保持一定的横向距离,从而保证汽车不会从侧面偏离其行驶车道;在纵向方面,驾驶员会通过汽车与前方道路的纵向相对距离进行判断评价,确保正常行驶时汽车与前方道路保持一定的纵向距离,从而保证汽车不会从前方偏离其行驶车道。

rIDS1=11+e-a1(xsi1-c1)]]>rIDS2=11+e-a2(xsi2-c2)]]>rIDS3=11+e-a3(xsi3-c3)]]>其中rIDS1,rIDS2,rIDS3为三个评价指标值;xsi1,xsi2,xsi3为三个评价指标的特征值,分别表征了汽车与左侧、右侧和前方车道标志线的距离关系。a1,c1,a2,c2为与横向安全距离Sa有关的常数;a3,c3为与纵向安全距离Sf有关的常数。

在步骤S23中,取距离l0和l1中的最小值作为评价指标IDS1的特征值xsi1,距离l2和l3中的最小值作为评价指标IDS2的特征值xsi2,距离l4和l5中的最小值作为评价指标IDS3的特征值xsi3,即xsi1=min{l0,l1},xsi2=min{l2,l3},xsi3=min{l4,l5}。

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欢迎阅读本文章: 谭小姐

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