CN101138014A - 碰撞报警的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在向汽车驾驶员发出碰撞危险报警的过程中，对位于该汽车前面的区域中汽车行走的车道上的目标进行定位，并根据涉及汽车避免碰撞所要求的减速的减速条件判定是否应该发出报警。该过程的特征在于以下步骤：检查避让条件，这涉及避让操作所需要的时间和碰撞以前剩余的时间的关系；当对于至少一个目标减速条件或避让条件两个条件之一得到满足时，激活第一报警级；而当对于所述目标第二条件也得到满足时，激活第二报警级。

Description

碰撞报警的方法和装置

背景技术

本发明涉及向汽车驾驶员发出避免碰撞危险的报警的方法，其中对该自己汽车前方地带中处于该汽车行驶的车道上的目标进行定位，并根据涉及避免碰撞所要求的汽车减速的减速判据，确定发出报警。

汽车越来越多地装备例如雷达传感器、视频传感器等传感器，籍此可以掌握汽车的周围环境，使各种辅助和安全功能成为可能。这样的辅助功能中的一个典型的示例是自适应速度调节(ACC；自适应巡航控制)。这时，借助于雷达传感器测量到前面行驶的汽车的距离并借助于速度调节器自动调节距离。对这样的功能适当的补充和扩展是报警功能，向驾驶员报警车道上的障碍物。因为用雷达传感器可以直接测量相对速度，而同时人类驾驶员只能不太准确地估计相对速度，用这样的一个系统显著地提高交通安全。

但是，至今在采用ACC-系统的实践中只对移动的目标，亦即特别是对其他汽车作出反应，而同时忽略静止目标。原因是，对静止目标的解释和重要性评估相当困难，因为，例如，借助于雷达传感器不能毫无困难地根据雷达回波把产生回波的障碍物，像道路上的铁皮罐等无关重要的目标与远处目标，例如停着的汽车区分开来。因为该ACC-系统至今主要只适用于高速公路或者建设良好的公路，其中，除少数例外之外，在车道上没有静止的目标，在本来ACC-功能的框架内只限于移动目标是可以接受的。然而，在报警功能方面，把静止目标也包括进评估中是值得企望的。

有不同的籍此可以改善对静止目标评价的安排，例如通过分析目标的尺寸，在给定情况下结合视频系统，通过以前面行驶的汽车是绕过还是辗过该静止目标等观点，跟踪前面行驶的汽车的运动。然而，即使那时该评价也有一定的危险性，以致不能排除误报警。然而频繁的误报警损害驾驶员和汽车乘客的舒适性和安全意识，并可能导致最后的警告不再被认真对待或者该系统总体上被否定。

本发明的优点

按照本发明带有权利要求1的特征的方法，一方面可以向驾驶员就潜在的障碍物提出有力的警告，另一方面，又不过度地损害舒适性。

按照本发明，这是通过至少分两级进行碰撞报警来达到的。为了激活这两级，考虑两个不同的判据，亦即一方面只要不进行避让操作而为了避免碰撞所必须对汽车减速提出的上述减速判据；而另一方面，所谓避让判据，其中模拟避让操作，估计为此所需要的时间并联系碰撞之前可供支配的时间。当对于至少一个目标这两个判据中的一个得到满足时，激活相对“温和”的第一报警级，其中通过几个干扰信号向驾驶员指示潜在的危险，例如通过点亮仪表盘上的报警灯，在显示屏等上面进行指示等。只有当对于该目标已经释放该第一报警级，还满足第二判据时，才激活比较强调的第二报警级，其中那时强烈地警告驾驶员，例如通过报警灯闪烁，通过音响信号或者还通过触觉信号，例如以自身汽车短时间的减速或减小加速度形式。

虽然这里所述报警功能与ACC-系统结合是有利的，因为这时对于目标的定位和动态数据的分析可以动用ACC-系统的功能，但是即使在关掉原来的ACC-功能时还可以激活报警功能。

通过该第一报警级，以抑制形式向驾驶员指示可能的危险情况，以便提高其注意力并使他获得从他那方面分析交通状况并识别潜在的危险源的可能性。当这时证实存在障碍物时，驾驶员可以及早反应，例如使汽车减速或者通过避让操作使情况缓和，使得不必激活第二报警级。当另一方面驾驶员看出，想像中的障碍物指的是不重要的目标，例如道路上的铁皮罐等时，可以忽略该警告。即使当这时报警系统错误地激活第二报警级时，这也不使驾驶员觉得意外，因而强调的第二报警级对他不会引起吃惊的反应。以此显著地减轻对舒适性的损害并改善对系统的接受。另一方面，当因为驾驶员对相对速度估计不够准确，他本身对交通状态的评价不可靠时，给他第二报警级明显地指示要求作出反应。

本发明有利的配置和扩展在从属权利要求中给出。一个执行该方法的装置是装置独立权利要求的要点。

按照本发明的方法不仅使考虑移动的目标成为可能，而且还特别考虑静止的目标，其中这里证实，偶然的错误解释不会导致舒适性的严重损害，这是特别有利的。

对于静止目标优选按照已知的算法和判据预先规定补充的可信性或者重要性评估。就本发明人所知在这里首次提出的某些附加的判据，在从属权利要求中给出并在实施例的描述中作较详细的说明。

为了检查减速判据和避让判据，例如对从定位系统如雷达传感器获得的目标的下列目标特性和属性进行评估：

-在预先算出的自身汽车车道内部或者外部的目标的位置。预报自身车道的算法是已知的。把一个目标分配给该车道或者相邻车道可以根据雷达传感器的一定的角度分辨能力确定。

-该目标到自身汽车的距离。

-目标和自身汽车的相对速度。

-目标路线和自身汽车路线的偏差。

-目标的绝对加速度。

-该目标是否在当前的测量周期中被测量的状态，或在一个接一个的测量周期中测量该目标的频率。

附加地还优选评估关于自身汽车的运动状态的数据，特别真实速度和偏航速度(Giergeschwindigkeit)或者横向加速度。

为了检查减速判据，根据每个处于车道本身内的被测定位目标的这种数据，算出对应于在该障碍物上测量反应的减速值。优选当该减速值大于一个一定的阈值时，认为该减速判据得到满足。减速值的计算可以用已知的方法根据该自身汽车仍能及时在静止的障碍物之前停下的要求，或对于移动的目标它的速度可以及时适应目标的速度的要求进行。这时，可以考虑适当的安全距离、不可避免的反应时间等。

按照一个与这里描述的本发明的其他特征相独立的替代可能性，在应用一个其参数根据事先凭经验求出的数据确定得描述人类驾驶员在接近障碍物时的行为的算法的情况下，根据经验估计进行减速值的计算可能是有利的。

在这两种情况下驾驶员算法已知的参数都可以是可调整的，或在学习算法的框架内是可适应的，以便达到一个对应于驾驶员各个习惯和爱好的系统行为。在已知的ACC-系统中，通常给驾驶员这样的可能性，即在一定极限内选择作为目标被跟踪的前面行驶的汽车和该自身汽车之间的时间上的间隔，所谓的时间间隙。小的时间间隙意味着驾驶员偏爱安全距离小的驾驶方法，要求更加集中注意力，也许汽车还必须更急的减速。与此相反，较大的时间间隙对应于＂比较轻松的驾驶方法“，安全距离较大，相应地加速和减速比较缓和。因此，即使在确定减速判据时也要考虑该时间间隙，因为一个选择大的时间间隙的驾驶员在一般情况下偏爱障碍物之前及早报警并因此偏爱较小的报警阈值。

为了检查避让判据首先根据动态数据算出碰撞前大概可能的时间，其是通过外插法计算出将来在目标和自身汽车之间当时的相对加速度。另外算出驾驶员通过驾驶进行避让操作所需要的时间。为此算出该汽车避让操作时走过在几何上接近的道路及其长度。这时，可以根据自身汽车的绝对速度算出行过这段路所需要的时间。计算避让路线时，自身汽车的可能的或者看作是可以接受的横向加速度的适当数值作为基础。在给定情况下该值还与速度有关。

优选当碰撞之前的时间和避让操作所需要的时间之间的差值小于一个预先确定的阈值时，认为避让判据得到满足。在给定情况下即使在确定该阈值时也可以重新考虑该时间间隙或者凭经验决定的参数。

因为借助于雷达系统还能跟踪相邻车道的交通，所以优选在避让判据的框架内还测试在相邻车道上的交通究竟是否允许避让操作。当在可供避让操作支配的相邻车道有一辆缓慢地前面行驶的汽车时，减速判据一个方案还应用在这辆汽车上，使得人们获得另一个自身汽车的驾驶员可能换车道减速值，特别是在发出第二报警级时考虑。

在检查减速判据和避让判据时可以通过适当对选择阈值和参数确定这两个判据中哪一个更早得到满足。首先满足的判据发出第一报警级。按照一个推荐的实施例，减速判据是较弱的判据，它发出第一报警级，当较强的避让判据也得到满足时，发出第二报警级。

在该第一报警级中优选发出一个持久的报警信号，亦即，只要至少一个目标满足所涉及的判据，该报警信号就仍旧持续。在两判据都得到满足时，即使是在第二报警级，也可以给出一个持久的报警信号，例如以闪烁报警灯的形式。

在激活和删除该报警级时，优选还考虑附加的环境。例如优选从一开始就将其距离大于一个预先确定的最大距离的目标从计算中排除，使得该目标不发出报警。优选当自身汽车的绝对速度低于一定的极限值时，该报警系统同样不起作用。当第一或者第二报警级激活之后驾驶员对危险情况作出反应，例如通过操纵刹车踏板时，优选两个报警级都删除。相应地当在相关判据首次得到满足的时刻驾驶员已经踩紧刹车踏板时，可以抑制第一报警级。

附图

本发明的一个实施例将在附图中表示并在以下的描述中较详细地进行说明。

附图中：

图1-3是一个流程图整体的几个部分，用以阐明按照本发明的方法；而

图4是一个装备了驾驶员辅助系统的汽车的略图。

实施例的描述

图1至3所示流程图举例说明借以分两个报警级向汽车10(图4)的驾驶员指示可能的障碍物的情况有关的碰撞报警功能。该报警功能作为电子控制单元12中的程序实现，它一般是一个驾驶员辅助系统，例如ACC-系统的一部分。该辅助系统配置测量定位系统，例如雷达系统14，测定位汽车前方目标16的距离、相对速度和方位角。该数据在ACC-系统中在给定情况下进行适当的预先加工之后供报警功能之用。为了发出报警信号，信号装置18配有两个信号发送器20，22。

用流程图描述的算法优选定期与雷达系统的测量周期同步，从图1步骤S1开始。然后，在步骤S2，测试自身汽车的绝对速度V_ego是否小于预先给定的最低速度V_min。当该条件得到满足时，汽车10的速度小得不需要发出新的碰撞报警，而且没有意义。假如以前没有激活过报警级，则程序在步骤S3结束。

当在步骤S2测试的两个条件没有一个得到满足时，在步骤S4测试是否操作了汽车的刹车踏板。操纵刹车踏板意味着该驾驶员已经知道该危险情况并作出了相应的反应。在这种情况下在步骤S5在所有给定情况下都删除已经激活的报警级，并用步骤S6结束程序，使得不再进行检查和不进行报警。

只要这里描述的报警功能在运行，而该ACC-系统不激活，而且因而该驾驶员用油门踏板控制汽车速度本身，若在步骤S4作为与操作该刹车踏板的条件等效的条件，还测试该驾驶员是否松开油门踏板或者过去使(与距离有关的)速度调节器去激活，以便触发汽车的减速。

在步骤S4检验得到否定的结果时，在步骤S6测试测量定位系统是否检测到至少一个静止目标。当被测定出一个或者多个静止目标时，优选将其按上升的距离排列放在一个清单中，并根据一定数目的选择判据确定其可信性。第一选择判据在于，该目标必须处于自己的车道内。由此屏弃相邻车道上或者在该车道旁边的目标。第二选择判据在于，相关目标的距离小于一个预先确定的最大距离。这样便可以防止该系统报告离得非常远，还不能说有真正的危险，解释仍旧非常不确定的目标的方位。

另一个选择判据用来确定该目标是否相关的障碍物。只要同时有至少一个前面行驶的汽车被测定位，该汽车的轨迹便与该目标的位置比较。当这时表明该前面行驶的汽车超过该目标时，便可以得出结论，该目标不是相关的障碍物并将其屏弃。

按照另一个选择判据，计算该静止的目标的历史。在当前的测量周期被测定位的目标，可以根据已知的与上一个周期被测定位的目标的相对速度进行识别。当这时表明该该目标的定位是不稳定的，亦即，以某个频率出现测量间断值(Messaussetzer)时，可以得出这样的结论：这是一个相对较小目标，只产生微弱和不稳定的反射信号，因而表示远处的不相关的障碍物。在这种情况下也屏弃该目标。

即使当该目标过去被稳定地测量定位时，按照另一个选择判据检验该目标是否在横向位置上(由雷达信号的方位角算出)给出突然的变化。在这种情况下该目标也作为不重要的目标被屏弃。一个典型的示例是这样的情况，想象中的障碍物是指横跨车道走向的产生雷达回波的伸缩缝。在这种情况下在定位测量数据中主要是横向位置突然的变化预期不会是真实的障碍物。

在这里作为简化示例应该假定，该选择判据的检查各自导致该目标是接受还是屏弃的是/否结论。然而一个可以设想的方案在于，可以给该目标分配一个多值的可信度参数，它是指一个真实的目标的可能性越大，该可信度参数就越高。于是，该可信度参数的大小影响在下面描述的检查减速和避让判据时阈值的选择。

在步骤S7，从满足所有选择判据的静止目标清单中选出第一目标。然后，在步骤S8针对该目标检验它是否满足减速判据和/或避让判据。

简而言之，减速判据是，防止碰撞相关目标或者对该目标保持一段足够的安全距离所需要的自身汽车的减速度a要大于一个一定的阈值。

例如，减速度a可以按照下列公式算出：

a＝(1/2)(v²/d)

在该公式中v是相对速度(对于静止目标有v＝-V_ego)，而d是测量的目标距离，在给定情况下减去一个在任何情况下都应该保持的要求的安全距离。在给定情况下减速度a还可以乘上一个适当的“安全系数”。

备选地，按照下式计算：

a＝(1/2)(v²/(d-vt_r))

其中t_r是一个减速时间，例如，包括驾驶员的反应时间和启动刹车系统用的系统反应时间。

虽然上述计算方法单独以动力学和动态考虑为基础，但是同时备选地也可以凭经验估计，模拟人类驾驶员的典型行为。于是，减速度a的计算例如，按照下列公式进行：

a＝v((1/t_c)+(Δt_s/(TΔt_i))

其中t_c是预先算出的碰撞前的时间，例如在这样的假定下算出，即自身汽车的(正或者负的)绝对加速度保持恒定，Δt_i是当时目标和自身汽车之间的时间间隙(Δt_i＝d/v)，Δt_s是驾驶员为运行ACC-系统所选择的时间间隙理论值，而T是凭经验确定的时间常数。该时间常数T例如可以在试验行驶中决定，其中试验驾驶员接过汽车驾驶(在ACC-系统去激活的情况下)在接近障碍物时记录下出现的时间间隙、速度和加速度。

即使那时在ACC-系统上调整的时间间隙理论值显然可以考虑去激活ACC-系统。Δt的选择方法还可以采取一个标准值或者由该时间间隙形成时间平均值，籍此驾驶员在去激活ACC-系统时跟踪前面行驶的汽车。时间间隙理论值Δt越大，计算的加速度a就越大，当与相应的阈值比较时，就越早满足减速判据。1/t_c项保证该汽车在恒定的减速度a时至迟在达到该目标时停下来。

与a比较的阈值在上述所有三个计算方法上，或者是固定地预先给定的，或者是根据某个参数是可变的，例如根据该时间间隙理论值Δt_s。驾驶员选择的时间间隙理论值越大，该阈值就越小，与此相应地，越早满足减速判据。

假如该减速判据得到满足，则在步骤S9激活第一报警级，例如以仪表盘上显示器(信号发送器20)指示的形式。

同样在步骤S8测试的避让判据是说，碰撞前的时间和推测的避让操作所需要的时间之间的差值小于某个阈值。当该差值大于该阈值时，仍旧有足够的时间供避让操作支配，仍旧有一定的安全性余量。算出该避让操作所需要的时间，其中根据对汽车可能的横向加速度的可信的假定(与绝对速度的关系)算出避让过程，使该自身汽车可能开到相邻车道上或者至少安全地绕过该障碍物。在计算避让过程时在给定情况下也考虑驾驶员的反应时间和系统所决定的启动减速过程。然后把避让过程的长度除以本身速度V_ego。

该阈值可以类似于减速判据用的阈值，取决于时间间隙理论值Δt_s，或者根据凭经验求出的参数决定。

减速判据和避让判据用的阈值优选这样协调，使得在正常的情况下首先超过减速判据用的阈值。当该避让判据得到满足时，在一般情况下减速判据也得到满足。当避让判据得到满足时，或者(在一个修改的实施例中)当两个判据同时得到满足时，在步骤S9激活第二报警级，通过信号发送器22，例如通过闪烁的信号灯获得报警声等向驾驶员发出强调的报警指示。此后该过程以步骤S10结束。

当在步骤S8得出两个判据中没有一个得到满足时，在步骤S11检验该清单是否仍旧含有其他满足该选择判据的静止目标，而当确实如此时，在步骤S12选出的下一个目标，并分支回到步骤S8。然后在一个环路中重复步骤S8，S11和S12，至通过步骤S9离开该环路或者做完该清单中所有的静止目标。在最后的情况下该过程以图2中的步骤S13继续。只要没有检测到静止目标(步骤S6)，便跳到步骤S7至S12，该过程同样以步骤S13继续。

图2中步骤S13至S19类似于图1中的步骤S6至S12，但是现在联系到移动的(行驶中的)目标。在这里步骤S14检查选择判据不那么广泛，而在最简单的情况下只限于检查该目标是否处于车道本身上，以及在给定情况下检查该目标距离是否小于该最大距离。在步骤S15测试的减速和避让判据类似于上述静止目标用的判据，但是在这里可以预先规定另一个阈值和参数。此外，该判据还考虑环境，即这指的是移动的目标，还要考虑其绝对速度和在给定情况下绝对加速度。

完全做完步骤S15，S18和S19的环路，并因而不发出警告时，在上一个周期在步骤S9或者步骤S16已经引起警告的至少一个静止的和移动的目标，在步骤S20测试，在碰撞前的时间和避让操作用的时间之间的时间差用的阈值在滞后的意义上缩小时，相关的避让判据(步骤S8或者S15)是否仍旧得到满足。若在考虑到该滞后的情况下该判据本身不再得到满足，则在步骤S21删除第二报警级，使得代替强烈的报警信号，只向驾驶员给出第一级的比较温和的报警信号。

然后，在步骤S20或者S21以类似于步骤S22针对过去已经释放报警级1的目标的方式，检验该减速判据是否仍旧得到满足，重新以一个修改后的在这种情况下在滞后的意义上提高了的减速阈值a。若带有滞后的减速判据不再得到满足，则步骤S23再删除报警级1。接着，以步骤S24结束程序循环，到给定的时间以步骤S1开始新的循环。在步骤S20和S22中的通过该滞后避免通过第一和第二报警级之间频繁的交替使驾驶员烦恼和打扰他。

假如危险情况已经缓和，则当在步骤S2确认该汽车的速度减少到V_min以下，但是两个报警级中的一个仍旧激活时，便继续该例程，从而在步骤S21或者在步骤S23可以删除相关的报警级。与此相反，若自身汽车的速度重新增大到V_min以上，则仍旧让各自的报警级激活。假如该速度围绕V_min来回摆动，则用这样的方法，避免向驾驶员发出的报警信号频繁交替。

Claims (13)

1.用于警告汽车(10)的驾驶员有碰撞危险的方法，其中测量定位在自己的汽车前方地带中处于该汽车行驶的车道上的目标(16)，并根据涉及避免碰撞所要求的汽车减速的减速判据，确定发出报警信号，其特征在于下列步骤：

-检查避让判据，它涉及避让操作所需要的时间与碰撞前剩余的时间的关系；

-当减速判据和避让判据这两个判据中之一对于至少一个目标得到满足时，激活第一报警级；和

-当对于该目标第二判据也得到满足时，激活第二报警级。

2.按照权利要求2的方法，其特征在于，对静止目标也进行减速判据和避让判据的检查。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于，当过去在该目标的定位检测信号中频繁地出现测量间断值(Messaussetzer)时，从该检查中排除该静止目标。

4.按照权利要求2或3的方法，其特征在于，当过去在该目标的横向位置上出现突然的变化时，从该检查中排除静止目标。

5.按照上述权利要求中之一的方法，其特征在于，对减速判据和/或避让判据的检查包括阈值比较，而且该阈值根据可以由驾驶员调整的参数或根据驾驶员行为特征计算的参数确定的。

6.按照权利要求5的方法，其特征在于，该参数是时间间隙理论值，它依据距离调节函数确定以哪个距离跟随行驶在前面的汽车。

7.按照上述权利要求中之一的方法，其特征在于，该减速判据包括对作为避免碰撞所需要的汽车减速用的尺度的减速值的计算和该减速值与阈值的比较，而且减速值和/或阈值的计算是根据代表人类驾驶员的行为的凭经验确定的参数进行的。

8.按照上述权利要求中之一的方法，其特征在于，该避让判据包括对没有避让操作的碰撞前的时间t_c的计算、对避让操作所需要的时间t的计算以及差值t-t_c与阈值的比较。

9.按照权利要求8的方法，其特征在于，该阈值根据可以由驾驶员选择的参数或者根据关于人类驾驶员的行为的经验数据计算的参数，例如时间间隙理论值，决定。

10.按照上述权利要求中之一的方法，其特征在于，当该减速判据得到满足时，激活第一报警级，而且当避让判据得到满足时，激活第二报警级。

11.按照上述权利要求中之一的方法，其特征在于，只要第一报警级激活，就向驾驶员发出第一报警信号，而当激活第二报警级时，向驾驶员发出更清晰的第二报警信号。

12.按照权利要求11的方法，其特征在于，当相关判据不再得到满足时，该第一报警信号和/或该第二报警信号以一定的滞后被切断。

13.用于警告汽车(10)的驾驶员避免碰撞危险的装置，带有用以测定汽车前方地带中的目标(16)的方位的定位系统(14)；控制装置(12)和用以向驾驶员输出报警信号的信号装置(18)，其特征在于，该控制装置(12)构造成用于实施按照权利要求1至12中任一项所述的方法，而且该信号装置(18)具有第一信号发送器(20)和第二信号发送器(22)，该第二信号发送器在第二报警级产生一个比该第一信号发送器(20)更清晰的报警信号。

Images