CN103192826B - 一种避免主车辆和目标车辆碰撞的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于避免主车辆和目标车辆碰撞的方法，其将主车辆和目标车辆的轨线的交叉定义为潜在碰撞区域。该方法计算目标车辆到达碰撞区域并通过它要经过的距离和所需要时间。该方法然后加入目标车辆可能正牵引拖车时的可能情况，在这样的情况中，使用用于目标车辆长度的经调整的值以进一步计算。进一步地，计算在“制动通过”条件下主车辆允许目标车辆安全通过需要的减速。该方法然后基于该减速值评估制动威胁数目，并基于制动威胁数目值向主车辆的乘员提供警告信号，以立即或一段时间后应用制动。

Description

一种避免主车辆和目标车辆碰撞的方法

技术领域

本发明涉及一种车辆防撞方法，具体涉及一种避免主车辆和目标车辆碰撞的方法。

背景技术

碰撞控制/避免系统和方法已广泛用于避免两车之间碰撞的技术。具体地，主车辆具有设置在不同位置的多个传感器，这些传感器总体上探测靠近主车辆的车辆的存在，尤其是那些可能有潜在碰撞威胁的车辆。许多碰触避免/探测系统基于确定主车辆与有碰撞威胁的车辆的准确相对位置，并预计它们的轨线。主车辆和目标车辆的位置坐标通常通过主车辆上设置的车对车通讯系统(V2V)或雷达或基于视觉的系统确定。然后将用于前方碰撞警告的信号提供给主车辆的乘员。

当确定碰触威胁的可能性并计算主车辆避免碰撞所需的减速时，这些传统系统中的多种所应用的方法有时不会顾及被考虑的目标车辆的长度。例如，可能存在这样的情况：有碰撞威胁的车辆可能正牵引另一物体，或正被另一车辆所牵引。在这样的情况下，用于碰撞威胁评估的目标车辆的实际尺寸可能无效。当投射主车辆和目标车辆的轨线时，对于这样的碰撞威胁评估重要的一点是，确定目标车辆何时会离开潜在碰撞区域，这一判断在不使用主车辆和目标车辆的实际尺寸时会出错。

因此，存在用可调整的车辆尺寸有效工作的碰撞威胁评估方法的需求，尤其是在有碰撞威胁的车辆可能正牵引另一车辆的情况下。

发明内容

本发明公开了一种用于评估目标车辆和主车辆之间的碰撞威胁的方法。该方法与可调整的车辆尺寸相适应，并且在评估威胁进行计算时使用实际的目标车辆的长度，并加入了目标车辆可能正牵引物体的情况。

一方面，本发明提供一种避免主车辆和目标车辆碰撞的方法。该方法包括定位主车辆和目标车辆的当前位置，并通过将它们的当前轨线投射到前方并确定轨线的交叉来定义潜在的碰撞区域。该方法假定目标车辆沿其移动方向的长度值，并确定该值是否正确。如果不正确，就调整假定的长度。然后检测目标车辆当前是否阻拦主车辆的路线，计算主车辆在目标车辆预计到达潜在碰撞区域时的位置。该方法然后基于经调整的假定车辆长度计算主车辆免于与目标车辆碰撞所需要的速度变化。该方法然后向主车辆提供信号，以影响主车辆速度变化。

在一实施例中，该方法进一步计算主车辆允许目标车辆安全通过并避免碰撞所需要的减速值。然后基于该减速值计算制动威胁数目，并基于制动威胁数目的值向主车辆提供信号。

参照附图和示例的实施例的详细说明并结合权利要求，本发明的附加的方面、优点、特征和目标将显而易见。

附图说明

图1是示出根据本发明的包含于碰撞威胁评估以及避免主车辆和目标车辆之间碰撞的不同步骤的流程图。

图2示出目标车辆和主车辆沿着斜向轨线移动时的情况以及本发明的碰撞威胁评估方法所使用的不同的测量值和参考线。

图3示出当目标车辆和主车辆具有垂直轨线的情况。

具体实施方式

下述的详细说明阐述了本发明的各个方面及其实施的方式。但是，该说明并非定义或限制本发明，这样的定义或限制仅包含于权利要求中。尽管己公开了实施该发明的最佳的模式，本领域的技术人员能够意识到，用于实施或实现本发明的其它实施方式也是可能的。

本发明涉及制动-通过(Brake-to-Pass)碰撞威胁评估运算法则，其采用可调整的车辆尺寸有效地工作。相似的方法能够用于加强加速-通过(Accelerate-to-Pass)威胁运算法则。为了更好地理解本发明，下述的术语具有以下所述的意义/定义：

纵向方向：指实质上平行于主车辆的移动方向的方向。

横向方向：指实质上垂直于纵向方向的方向。

目标车辆：对主车辆存在潜在碰撞威胁的任何车辆。要存在威胁，目标车辆必须至少沿着横向方向具有其速度分量。否则，碰撞不会发生。

潜在碰撞区域：如果主车辆和目标车辆继续沿着它们当前的轨线移动，主车辆和目标车辆之间会发生碰撞的区域。

进一步地，为了本发明的方法执行的计算，假定目标车辆和主车辆以恒定速度或匀加速度移动。

图1示出包含于方法100中的步骤，其用于估计主车辆204和目标车辆208之间的潜在碰撞威胁并计算制动威胁数目(BTN)以允许主车辆在特定的时间应用制动，并允许目标车辆安全通过。图2示出用于实施图1示出方法的主车辆204和目标车辆208的投射轨线、潜在碰撞区域200和不同的相关的测量值和参考线。为了表述的简化和简洁，下文中，图2中示出的潜在碰撞区域200被称为“区域200”，主车辆204被称为“主204”，目标车辆208被称为“目标208”。

结合图2详述图1的方法100，在步骤102，计算目标208从它的当前位置抵达区域200所要经过的距离。这以L_TR表示。首先，定义主车辆和目标车辆之间的潜在碰撞区域200。这通过定位主204和目标208的当前位置，并沿着它们的移动方向将它们的轨线向前投射来完成。投射的轨线的交叉形成潜在碰撞区域200，如图2中的阴影菱形所示。假设在进入区域200之前主车辆和目标车辆会继续沿着它们当前的移动方向移动。现在，用算术计算距离L_TR如下：

Φ＝90-α

y＝1/2(T_长度cosΦ-T_宽度sinΦ)

x＝(L_横向相对+y-(1/2)H_宽度)tanΦ

L_TR＝[x²+(L_横向相对+y-1/2H_宽度)²]^1/2-T_长度………………………(1)

对于当目标车辆垂直于主车辆的移动方向行驶(即沿着横向方向)时的情况，φ＝0，如图3所示，等式(1)简化为：

L_TR＝L_横向相对-1/2(H_宽度+T_长度)………………………………………1(a)

其中：

α＝目标车辆相对于主车辆的路线测量的相对朝向角

Φ＝目标车辆相对于垂直于主车辆的路线的线，即相对于横向方向，测量的相对朝向角

L_纵向相对＝主车辆的前部相对于目标车辆的最接近侧面的当前纵向相对位置

L_横向相对＝主车辆的中心相对于目标车辆的中心的当前横向相对位置

x＝由于目标车辆的轨线倾向于主车辆的轨线，主车辆需要行驶以进入碰撞区域的超过L_纵向相对的纵向额外距离

y＝在垂直于主车辆的移动路线的平面上，即横向平面，测量的目标车辆的长度(T_长度)的横向投影与目标车辆的宽度(T_宽度)的横向投影的差值的一半

T_长度＝目标车辆沿着其移动方向分析的长度

H_宽度＝主车辆垂直于其移动方向分析的宽度

L_TR＝目标必须行驶以到达碰撞区域的距离

在图1的步骤104中，方法100计算主204到达潜在碰撞区域要经过的距离(L_HR)。通过下式表示：

L_HR＝L_纵向相对+x…………………………………………………(2)

对于目标208垂直于主的路线移动时的情况，Φ＝0，并且

L_HR＝L_纵向相对……………………………………………………2(a)

之前计算的“x”的值在等式(2)中使用，用于计算L_HR。

在步骤106，方法100计算目标208到达区域200需要的时间。如果目标208以恒定速度V_目标移动，则该时间通过使用一次方程给出，如下：

T_TR＝(L_TR/V_目标)…………………………………………………3(a)

此外，如果目标208以匀加速度移动，则使用运动的二次方程，为：

0.5A_目标T² _TR+V_目标T_TR-L_TR＝0

并且因此，

T_TR＝[-V_目标+[V² _目标+2A_目标L_TR]^1/2]/A_目标…………………3(b)

其中，A_目标＝目标车辆的加速度，及

V_目标＝目标车辆在它当前位置的初始速度，及

T_TR＝目标车辆到达潜在碰撞区域需要的时间

在适用等式3(a)或等式3(b)任一个都不具有正值答案的情况下，则目标车辆和主车辆的路线不会交叉，碰撞不会发生。这与主车辆和目标车辆可能沿着平行路线行驶或目标车辆正远离主车辆行驶的情况相对应。

在步骤108，方法100确定用于进一步计算的目标车辆208的长度(L_TR)是否准确。实施这一检查是加入例如当目标208可能正牵引另一车辆时的情况。任何合适的方式都能够用于该检查，包括使用车对车(V2V)通讯系统，其中目标208可以采用一些车载诊断措施来确定它是否正牵引某物。这可以进一步基于使用本领域中公知的智能牵引系统，如果某物正被挂到目标车辆的牵引钩上，其能够产生信号。进一步，基于视觉的系统可以与V2V系统结合，并且牵引的情况能够通过对比从V2V系统和基于视觉的系统获得的目标车辆的长度的两个评估来确定。在目标208未牵引任何物体的情况中，方法100使用目标208的实际长度(T_长度)以进一步计算。此外，在牵引情况下，方法100使用目标208的经调整的长度，这通过下式给出：

T_{调整的长度}＝T_长度+T_牵引长度·………………………·…………………(4)

其中：

T_牵引长度＝牵引的物体或车辆的长度

在一些情况下，T_牵引的近似值能够通过得知目标车辆标定的牵引的最重物体的尺寸而使用。

在步骤110，方法100计算目标208从它的当前位置通过区域200要经过的距离。如图2所示，用等式表示为：

L_TC＝L_TR+T_长度+Q+R………………………………………………·(5)

其中

Q＝H_宽度/CosΦ……………………………………………………(6)

R＝T_宽度TanΦ……………………………………………………………(7)

当目标车辆垂直于主车辆的路线行驶时，即，如果φ＝0，等式为：

L_TC＝L_横向相对+1/2(H_宽度+T_长度)…………………………………………5(a)

L_TC＝目标208通过区域200要经过的距离。

在目标208牵引物体212的情况下，必须考虑物体212的长度(T_牵引)计算L_TC。这通过使用来自等式(4)的用于目标长度的经调整的值完成。在这种情况下：

L_TC＝L_TR+T_{调整的长度}+Q+R………………………………………5(b)

L_TR，Q和R的值尽管会保持相同。

L_TR已经由等式(1)或等式1(a)中计算出来并且它的值可以使用，如这种情况可以是，代入等式(5)，等式5(a)或等式5(b)计算L_TC。

在步骤112，方法100计算目标208从它当前的位置通过区域200需要的时间。在目标208以恒定速度(即，无加速度)移动的情况下，使用如下一次方程获得时间：

T_TC＝[L_TC/V_目标]……………………………………………8(a)

此外，如果目标208以由A_目标表示的匀加速度移动，则使用如下二次方程计算时间：

0.5A_目标T² _TC+V_目标T_TC-L_TC＝0；解二次方程式；

T_TC＝[-V_目标+[V² _目标+2A_目标L_TC]^1/2]/A_目标…………………8(b)

其中，Time_TC(T_TC)＝目标208通过区域200需要的时间。

在步骤114，方法100检查目标208当前是否阻止主204的路线。具体地，L_TR和L_TC的符号通过从等式(1)和等式(5)获得的它们的值进行比较，并且如果这些值带有相反的符号，则意味着目标208已经到达区域200但是尚未通过它。这推断目标208当前正阻止主车辆的路线。

接着，在步骤116，方法100预测目标208预计到达区域200时主204的位置。鉴于此，首先考虑目标208相对于主车辆的最近侧和最远侧在主车辆的路线上的投射长度。如图2所示，该投射长度通过u+v给出，其中：

u＝T_长度SinΦ

v＝T_宽度/CosΦ

接着，L_{纵向相对Mod}＝u+v+H_长度+L_纵向相对

对于目标208垂直于主204的路线行驶时的情况，即，Φ＝0，则：

L_{纵向相对Mod}＝T_宽度+H_长度+L_纵向相对

其中：

L_{纵向相对Mod}是主204的后部相对于目标208的最远侧的纵向相对位置，及

L_纵向相对是主204的前部相对于目标208的最接近侧的纵向相对位置

然后，在目标208预计进入区域200时，计算主204的后部相对于目标208的最远侧的纵向相对位置。这使用如下的二次方程获得：

其中，V_纵向相对＝主204沿着纵向方向的当前相对速度。

如果发现是负的，则意味着主204会在目标208到达区域200之前通过区域200，因此碰撞不会发生。如果是正的，意味着主204需要应用制动实现减速以允许目标208安全通过。这称为“制动-通过”条件。

在步骤118，方法100计算在制动通过条件下主204允许目标208安全通过所需要的减速。这通过首先计算目标208预计通过区域200时(即，T_TC)主204的前部相对于目标208的最接近侧的位置完成。使用二次方程：

其中：

＝目标208预计通过区域200时主204的前部相对于目标208的最接近侧的纵向相对位置，及

V_纵向相对＝主204沿着纵向方向的当前相对速度。

T_TC之前已经由之前得到的等式8(a)或等式8(b)计算得出并且它的值能够使用，并且代入等式(9)以获得

然后，假定主204立即应用制动，避免碰撞并允许目标208安全通过需要的减速的量通过使用如下的二次方程给出：

其中：

A_{纵向需要的交叉B2P}＝在制动通过条件下，允许目标208安全通过的主204需要的沿着纵向方向的减速加速度。

在步骤120，方法100检查主204是否必须加速才能碰上208。这通过检查加速的符号完成。

用于制动通过条件所需要的A_{纵向需要的交叉B2P}，如在上述的等式(10)获得。

如果A_{纵向需要的交叉B2P}＞0，则主204需要在纵向方向上加速才会导致碰撞，因此，碰撞不会发生。

在步骤122，方法100检查在目标208预计通过区域200之前主204沿着纵向方向的相对速度分量是否到达零。如果到达，则碰撞不会发生。如果主204沿着A_纵向相对的纵向方向具有当前减速值，和V_纵向相对的当前相对纵向速度，则使用移动的一次方程，主204以该加速度的值到达零纵向速度所需要的时间通过下式给出：

T_{到V纵向相对＝0}＝V_纵向相对/A_纵向相对………………………………………(11)

如果T_{那V纵向相对＝0}＞T_TC，则主204的纵向相对速度分量将在目标208穿过区域200之前变为零，碰撞将不会发生。

在步骤124，方法100计算用于制动通过条件的制动威胁数目(BTN)。制动威胁数目通过下式给出：

BTN_BTP＝A_{纵向需要的穿过BTP}/A_{主纵向最大}…………………………………(12)

其中：

A_{纵向需要的穿过BTP}＝用于制动-通过条件的主204所需要的减速

A_{主纵向最大}＝主车辆能够实现的最大加速/减速，及

BTN_BTP＝用于制动-通过条件的制动威胁数目。

在步骤126，基于从上述等式(12)获得的制动威胁数目的值，完成干涉决定。干涉决定与提供给主车辆204的乘员的警告信号相对应。对于BTN＝1，其意味着主204需要立即在当前位置应用制动，以允许目标208安全通过区域200。实际上，当驾驶者接收到这些信号时，存在一些与驾驶者关联的反应时间，当计算制动威胁数目时，考虑即时应用制动的延迟。一个方面，能够设定BTN_BTP的一定阈值，当BTN的实际值达到该阈值水平时，向主204的乘员提供警告信号以即时应用制动。

公开的用于计算制动威胁数目并避免目标车辆和主车辆碰撞的方法100能够适用任何类型和尺寸的车辆，包括小汽车、卡车，拖车等。此外，对于在主车辆和目标车辆进一步投射时具有交叉轨线并且具有预期碰撞的明确可能性的情况，计算制动威胁数目以对主车辆提供警告信号是强制的。

尽管已经全面地说明了本发明，尽可能详细地包含了可能的方面和实施方式，本领域的技术人员将意识到本发明的其它方式也是可能的。

Claims (11)

1.一种避免主车辆和目标车辆碰撞的方法，其特征在于，该方法包含：

定位主车辆和目标车辆的当前位置并定义潜在碰撞区域；

假定目标和主车辆长度，

确定假定的车辆长度是否不正确，如果不正确，就调整假定的长度；

检查目标车辆当前是否干扰主车辆的路线，考虑经调整的车辆的假定长度；

预测主车辆在目标车辆预计到达潜在碰撞区域时的位置；

基于经调整的假定长度，计算主车辆免于与目标车辆碰撞的主车辆所需要的速度变化值；及

为主车辆提供信号，以影响主车辆速度变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定义潜在碰撞区域包括沿着主车辆和目标车辆各自的移动方向将主车辆和目标车辆的当前轨线向前投射，并确定投射的轨线的交叉。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含计算目标车辆从它的当前位置到达潜在碰撞区域要经过的距离和所需要时间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含计算主车辆从它的当前位置到达潜在碰撞区域要经过的距离。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含：如果主车辆或者目标车辆分别牵引物体时，通过将主车辆或目标车辆的实际长度加到牵引的物体的长度上调整假定的长度。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包含计算主车辆从它的当前位置通过潜在碰撞区域要经过的距离和所需要的时间。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检查目标车辆当前是否干扰主车辆进一步包含：对比与目标车辆从它的当前位置到达潜在碰撞区域要经过的距离相对应的值和与目标车辆从它的当前位置通过潜在碰撞区域要经过的距离相对应的值，如果两个值是相反的符号，则表明干涉。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含确定目标车辆预计进入潜在碰撞区域时主车辆的位置。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包含确定主车辆的前部相对于目标车辆的最接近侧的当前位置，当前位置沿着实质上平行于主车辆的移动方向的纵向位置确定。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包含确定主车辆的后部相对于目标车辆的最远侧的当前位置，该位置沿着纵向方向确定。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包含计算目标车辆预计到达潜在碰撞区域时主车辆的后部和目标车辆的最远侧之间的距离。