CN102963299A - 一种高可靠低误报警率的高速公路汽车防撞系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高可靠低误报警率的高速公路汽车防撞系统及方法，包括中央处理器以及与中央处理器通信的雷达、方向盘转角传感器、车速传感器、转向灯传感器、摄像头、定位测速传感器以及输出单元。本发明解决了现有的雷达汽车智能防撞系统误报警率高的技术问题，本发明利用多传感器融合技术，充分发挥各个传感器优势，提供人、车、路等的综合信息，降低因交通标志、临道车辆、路旁建筑物、弯道、超车、天桥等引起的误报警，排除非真实障碍物，降低了复杂环境下的误报警率。

Description

一种高可靠低误报警率的高速公路汽车防撞系统及方法

技术领域

本发明属于交通安全领域，具体涉及一种高可靠低误报警率的高速公路汽车防撞系统及方法。

背景技术

交通事故已经成为和平时期“世界第一杀手”。世界卫生组织公布的资料显示，全球每年120万人死于道路交通事故，同时有5000万人受伤，平均每半分钟死亡一人；

我国是世界上交通事故伤亡最多的国家之一，近十年来我国每年因交通事故伤、亡总数均在50万人以上。平均每五分钟因车祸死亡一人。

基于上述情况，汽车防撞成为热门研究点，就目前的汽车防撞技术可分为被动防撞和主动防撞两大类。

被动防撞是指采用安全带，安全气囊、保险杠等方法减少车祸发生后的后果。优点是价格低廉、缺点是只能在在事故发生后减小事故损失，无法做到防患于未然。对于即将发生的事故，只能眼睁睁看着车祸发生。事实上，那些引起重大伤亡的事故车辆上都配有保险杠及安全带，很多也配有安全气囊。由此可见，被动防撞技术的局限性。

主动防撞是指利用雷达等传感器和智能控制技术自动探测汽车周围影响行车安全的障碍物，经过计算确认危险后及时报警以提醒司机、如司机没有反应或来不及反应时防撞系统可自动减速或刹车，以避免即将发生的事故。具有事前预防、避免事故、人与车同时得到保护的的独特优势。

主动防撞分为：雷达智能防撞系统，视频智能防撞系统和激光防撞系统等。

对于激光防撞系统来讲虽然分辨率高、成本较低，但在大雾、大雪、大雨等恶劣气象条件下探测能力下降、透镜受到污染后会失去探测能力、无论前车或本车大幅度颠簸时容易收不到回波而丢失目标；

视频智能防撞系统分辨率高、细节丰富，但受外界光照条件限制较大；在大雾、大雪、大雨等恶劣气象条件下无法正常工作，探测能力大大下降。

毫米波雷达汽车智能防撞系统具有全天候、全天时、探测距离远、可在恶劣气象条件下可靠工作的特点，但目前雷达智能防撞系统在复杂交通环境下误报警率过高，给用户造成了不必要的麻烦。

发明内容

为了解决现有的雷达汽车智能防撞系统误报警率高的技术问题，本发明提供高可靠低误报警率的高速公路汽车防撞系统及方法。

本发明的技术解决方案：

一种高可靠低误报警率的高速公路汽车防撞系统及方法，其特殊之处在于：包括中央处理器以及与中央处理器通信的雷达、方向盘转角传感器、车速传感器、转向灯传感器、摄像头、定位测速传感器以及输出单元。

上述定位测速传感器为GPS传感器、北斗定位传感器或GPS/北斗双模传感器。

上述输出单元为声光报警器和/或显示器。

上述中央处理器还包括关键数据记录模块。

上述中央处理器上还设置有传感器预留接口和信号输出预留接口。

高可靠低误报警率的高速公路汽车防撞方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】系统自检是否正常，如正常，则雷达、方向盘转角传感器、车速传感器、转向灯传感器、摄像头、定位测速传感器以及输出单元开始工作，执行步骤2】，如不正常，则显示故障信息；

2】中央处理器根据摄像头发送的路面图像信息判断本车是否压线：

摄像头实时采集本车前方的路面图像信息，并发送至中央处理器，中央处理器根据路面图像信息判断本车是否压线：

2.1】如本车没有压线，则执行步骤3】；

2.2】如本车压线，则中央处理器根据摄像头发送的路面图像信息判断本车所压线的状态：

如本车所压线为实线，则中央处理器输出报警信息，输出单元执行报警；

如本车所压线为虚线，则判断转向灯的开关：

如中央处理器收到转向灯开信号，则忽略此次压线，重新执行步骤2】；

如中央处理器收到转向灯关信号，则中央处理器输出提示信息，输出单元执行提示；

3】中央处理器根据摄像头发送的路面图像信息判断本车的运行状态：

如车道线为直线，则本车的运行状态为：直道运行，执行步骤5】；

如车道线为曲线，则本车的运行状态为：弯道运行，执行步骤4】；

4】中央处理器根据方向盘转角传感器发送的本车方向盘的转动角度，控制雷达的波速指向与方向盘的转动角度相匹配，后执行步骤5】；

5】判断本车前方是否存在障碍物：

5.1】雷达检测本车前方的障碍物与本车的距离、角度以及障碍物相对本车的速度，并发送给中央处理器；

5.2】中央处理器根据雷达发送的信息，判断本车的运行前方是否存在障碍物：

如果存在障碍物，判断该障碍物距离本车的距离是否小于预警临界距离，

具体步骤如下：

根据下面公式计算障碍物距离本车的预警临界距离：

$d_w=\frac{1}{2}(\frac{{v_1}^2}{a}-\frac{{(v_1-v_{\mathrm{rel}})}^2}{a})+v_1\·\mathrm{\τ}+d_0$

其中：d_w为临界距离，v₁为本车速度，v_rel为障碍物与本车的相对速度，α为假设的为相等的本车与障碍物的最大减速度，τ为系统和驾驶员的延迟时间，d₀为车头间距；

如R＜K·d_w时，中央处理器输出报警信号，输出单元执行报警；其中，K为路况系数，晴天K=1，阴雨天K=1.5，大雪天K=2；R为雷达所输出的障碍物距离本车的实际距离；

当v_rel＜0，则忽略障碍物，回到步骤2】；

如果不存在障碍物，则回到步骤2】。

上述步骤4】中控制雷达的波束指向与方向盘的转动角度相匹配的具体方法为：

当雷达为机械扫描雷达时中央处理器控制雷达的信号处理器使天线转动机构转动，使雷达的波束指向与方向盘的转动角度相匹配；

或当雷达为电扫描雷达时，中央处理器控制雷达的信号处理器，使雷达的波束指向与方向盘的转动角度相匹配。

本发明所具有的优点：

1、利用多传感器融合技术，充分发挥各个传感器优势，提供人、车、路等的综合信息，降低因交通标志、临道车辆、路旁建筑物、弯道、超车、天桥等引起的误报警，排除非真实障碍物，降低了复杂环境下的误报警率。

2、本发明系统可靠性高。本发明采用多种传感器，传感器之间所实现的参数有部分重叠，每个关键技术参数均可由两种以上传感器获取，具有安全冗余的优点。

3、本发明在车辆进入弯道时，通过中央控制器控制雷达的波束指向与方向盘转动角度相匹配，剔除了车辆在弯道行驶时引起的误报警。

4、在增加防撞功能可靠性的同时实现车道偏移检测，在不增加体积和成本的情况下减少了因车道偏移引起的事故，进一步提高了防撞系统安全性能。

5、在增加车辆测速可靠性的同时，可准确获取车辆的位置信息，通过通信单元，车主或监控中心可随时查看本车位置信息，增强了车辆安全性。

附图说明

图1为本发明防撞系统的结构示意图；

图2为本发明的防撞方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，雷达用于检测本车前方的障碍物距离本车的距离、角度以及障碍物相对本车的速度；方向盘转角传感器是用于采集方向盘的转动角度；车速传感器是用于测量本车的实时行驶速度；转向灯传感器是用于采集转向灯的开关信息；摄像头是用于实时采集本车前方的路面图像信息；定位测速传感器是用于给本车定位以及实时测量本车的速度；所述中央处理器是用于接收雷达所发送的信息并判断前方障碍物给本车所造成的危险等级、根据方向盘转角传感器发送的信号判断本车的行驶方向、根据转向传感器发送的信号判断本车属于变道或是超车、根据摄像头发送的图像信号判断本车是否偏移本车所属车道线、测量本车所属车道线内前方障碍物与本车的距离、判断雷达所判为的障碍物是否为真实障碍物、根据车速传感器发送的信号计算前方障碍物的实际速度。通信模块在中央处理器中，收到手机或监控中心的短信指令后，经过通信模块处理后传输给中央处理器解码，验证身份后把本车辆的位置信息经过通信单元输出。

雷达与摄像头均可测量障碍物与本车之间的距离，达到距离的安全冗余；定位测速传感器与车速传感器均可测量本车实时速度，达到实时速度的安全冗余；当定位测速传感器为GPS和北斗双模传感器，GPS和北斗均可定位，达到车辆定位信息的冗余。

如图2所示，基于多传感器的高速公路汽车防撞方法，包括以下步骤：

1】系统自检是否正常，如正常，则雷达、方向盘转角传感器、车速传感器、转向灯传感器、摄像头、定位测速传感器以及输出单元开始工作，执行步骤2】，如不正常，则显示故障信息；

1.1】系统自检方法：中央处理器内部分别加载两种数据，正常、需要报警，观察输出界面显示结果，如正常进入下一步。否则，送修；

1.2】中央处理器给雷达及其它去传感器发送自检指令，各传感器自检正常，返回正常信息，否则，报警；

1.3】根据目前状态系统给出实时判断结果，如一切正常进入下一步，如正常进入下一步。否则，送修

2】中央处理器根据摄像头发送的路面图像信息判断本车是否压线：

摄像头实时采集本车前方的路面图像信息，并发送至中央处理器，中央处理器根据路面图像信息判断本车是否压线：

如本车没有压线，则本车在车道线内，执行步骤3】；

如本车压线，则中央处理器根据摄像头发送的路面图像信息判断本车所压线的状态：

如本车所压线为实线，则中央处理器输出报警信息，输出单元执行报警；

如本车所压线为虚线，则判断转向灯的开关：

如中央处理器收到转向灯开信号，则忽略此次压线，重新回到是否压线判断；

如中央处理器收到转向灯关信号，则中央处理器输出提示信息，输出单元执行提示；

3】中央处理器根据摄像头发送的路面图像信息判断本车的运行状态：

如车道线为直线，则本车的运行状态为：直道运行，执行步骤5】；

如车道线为曲线，则本车的运行状态为：弯道运行，执行步骤4】；

4】中央处理器根据方向盘转角传感器发送的本车方向盘的转动角度，控制雷达的波速指向与方向盘的转动角度相匹配，后执行步骤5】；

当雷达为机械扫描雷达时中央处理器控制雷达的天线转动机构转动，使雷达的波束指向与方向盘的转动角度相匹配；

或当雷达为电扫描雷达时，中央处理器控制雷达的信号处理器，使雷达的波束指向与方向盘的转动角度相匹配。

5】判断运行本车前方是否存在障碍物：

5.1】雷达检测本车前方的障碍物距离本车的距离、角度以及障碍物相对本车的速度，并发送给中央处理器；

5.2】中央处理器根据雷达发送的信息，判断本车的运行前方是否存在障碍物：

如果存在障碍物，判断该障碍物距离本车的距离是否小于预警临界距离，

具体步骤如下：

根据下面公式计算障碍物距离本车的预警临界距离：

$d_w=\frac{1}{2}(\frac{{v_1}^2}{a}-\frac{{(v_1-v_{\mathrm{rel}})}^2}{a})+v_1\·\mathrm{\τ}+d_0$

其中：d_w为临界距离，v₁为本车速度，v_rel为障碍物与本车的相对速度，α为假设的为相等的本车与障碍物的最大减速度，τ为系统和驾驶员的延迟时间，d₀为车头间距，

当Vrel＞0，

如R＜K·d_w时，中央处理器输出报警信号，输出单元执行报警；其中，K为路况系数，晴天K=1，阴雨天K=1.5，大雪天K=2；R为雷达所输出的障碍物距离本车的实际距离；

当Vrel＜0，则忽略障碍物；

如果不存在障碍物，则回到步骤2】。

控制雷达的波束指向与方向盘的转动角度相匹配的具体方法为：当雷达为机械扫描雷达时中央处理器控制雷达的信号处理器使天线转动机构转动，使雷达的波束指向与方向盘的转动角度相匹配；或当雷达为电扫描雷达时，中央处理器控制雷达的信号处理器，使雷达的波束指向与方向盘的转动角度相匹配。

Claims (7)

1.一种高可靠低误报警率的高速公路汽车防撞系统及方法，其特征在于：包括中央处理器以及与中央处理器通信的雷达、方向盘转角传感器、车速传感器、转向灯传感器、摄像头、定位测速传感器以及输出单元。

2.根据权利要求1所述的高可靠低误报警率的高速公路汽车防撞系统，其特征在于：所述定位测速传感器为GPS传感器、北斗定位传感器或GPS/北斗双模传感器。

3.根据权利要求1或2所述的高可靠低误报警率的高速公路汽车防撞系统，其特征在于：所述输出单元为声光报警器和/或显示器。

4.根据权利要求3所述的高可靠低误报警率的高速公路汽车防撞系统，其特征在于：所述中央处理器还包括关键数据记录模块。

5.根据权利要求4所述的高可靠低误报警率的高速公路汽车防撞系统，其特征在于：所述中央处理器上还设置有传感器预留接口和信号输出预留接口。

6.高可靠低误报警率的高速公路汽车防撞方法，其特征在于：包括以下步骤：

1】系统自检是否正常，如正常，则雷达、方向盘转角传感器、车速传感器、转向灯传感器、摄像头、定位测速传感器以及输出单元开始工作，执行步骤2】，如不正常，则显示故障信息；

2】中央处理器根据摄像头发送的路面图像信息判断本车是否压线：

摄像头实时采集本车前方的路面图像信息，并发送至中央处理器，中央处理器根据路面图像信息判断本车是否压线：

2.1】如本车没有压线，则执行步骤3】；

2.2】如本车压线，则中央处理器根据摄像头发送的路面图像信息判断本车所压线的状态：

如本车所压线为实线，则中央处理器输出报警信息，输出单元执行报警；

如本车所压线为虚线，则判断转向灯的开关：

如中央处理器收到转向灯开信号，则忽略此次压线，重新执行步骤2】；

如中央处理器收到转向灯关信号，则中央处理器输出提示信息，输出单元执行提示；

3】中央处理器根据摄像头发送的路面图像信息判断本车的运行状态：

如车道线为直线，则本车的运行状态为：直道运行，执行步骤5】；

如车道线为曲线，则本车的运行状态为：弯道运行，执行步骤4】；

4】中央处理器根据方向盘转角传感器发送的本车方向盘的转动角度，控制雷达的波速指向与方向盘的转动角度相匹配，后执行步骤5】；

5】判断本车前方是否存在障碍物：

5.1】雷达检测本车前方的障碍物与本车的距离、角度以及障碍物相对本车的速度，并发送给中央处理器；

5.2】中央处理器根据雷达发送的信息，判断本车的运行前方是否存在障碍物：

如果存在障碍物，判断该障碍物距离本车的距离是否小于预警临界距离，

具体步骤如下：

根据下面公式计算障碍物距离本车的预警临界距离：

$d_w=\frac{1}{2}(\frac{{v_1}^2}{a}-\frac{{(v_1-v_{\mathrm{rel}})}^2}{a})+v_1\·\mathrm{\τ}+d_0$

其中：d_w为临界距离，v₁为本车速度，v_rel为障碍物与本车的相对速度，α为假设的为相等的本车与障碍物的最大减速度，τ为系统和驾驶员的延迟时间，d₀为车头间距；

如R＜K·d_w时，中央处理器输出报警信号，输出单元执行报警；其中，K为路况系数，晴天K=1，阴雨天K=1.5，大雪天K=2；R为雷达所输出的障碍物距离本车的实际距离；

当v_rel＜0，则忽略障碍物，回到步骤2】；

如果不存在障碍物，则回到步骤2】。

7.根据权利要求6所述的高可靠低误报警率的高速公路汽车防撞方法，其特征在于：所述步骤4】中控制雷达的波束指向与方向盘的转动角度相匹配的具体方法为：

当雷达为机械扫描雷达时中央处理器控制雷达的信号处理器使天线转动机构转动，使雷达的波束指向与方向盘的转动角度相匹配；

或当雷达为电扫描雷达时，中央处理器控制雷达的信号处理器，使雷达的波束指向与方向盘的转动角度相匹配。

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