CN103587467A - 一种危险超车预警提示方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及危险超车预警提示方法，检测自车前后方的车辆状态，判断车辆所处状态；若处于跟车阶段，判断自车左车道及本车道前方是否安全，若安全则提示可以安全超车，否则提示不可超车；若处于超车阶段，则判断自车的侧向和前后方是否安全，若安全则提示可以安全行驶，否则发出警报；若处于欲回归阶段，则判断原车道是否安全，若安全则提示可以安全回归，否则提示不可回归。本发明还公开了危险超车预警提示系统。本发明通过对自车和周围车辆运动状态实时的检测和预测，不仅可以在有危险和有潜在危险的情况下给予司机报警，有效的避免交通事故的发生，而且在没有潜在危险的情况下可以提醒司机是否可以安全超车或是安全回归原车道。

Description

一种危险超车预警提示方法及系统

技术领域

本发明涉及汽车主动安全技术领域，尤其是一种危险超车预警提示方法及系统。

背景技术

随着汽车保有量的增加，交通事故的发生也越来越多。据统计，其中因超车不当所造成的事故达事故总数的15%。这些超车事故大都是因为驾驶员对超车视距估计不当所造成的追尾和侧向碰撞。因此需要设计一种超车预警系统，不仅要在车辆超车过程中有潜在危险时能给予驾驶员警示，使驾驶员能够及时的做出调整，还要能够实时的提醒驾驶员是否能够启动超车以及是否能够回归原车道。

申请号为201310005732.5，名称为“一种超车预警控制系统及控制方法”的发明专利通过对自车与右前车纵向距离、转向开关状态和外部环境光量的模糊计算，超车预警控制器可以在危险的情况下对前车进行闪远近光灯、鸣喇叭等行为对前车进行有效提醒，避免了交通事故的发生，然而该发明只对自车在超越前车的过程中，对被超车进行实时的跟踪和检测，并未对车道周围的环境进行全面的检测和评估，同时没有考虑到超车过程中的侧向碰撞的问题。申请号为00101549.4，名称为“高速公路上的汽车防撞报警装置”的发明专利能准确无误地显示前方车辆的数目，连续动态地显示自车与前方车辆的距离，并向后车持续不断的转发收到的各种信号，超车时能准确地避免多辆高速运行车同时采取超车行动发生车祸，且不受车辆运行的各种环境条件的影响，确保车辆高速运行的安全，然而该发明只能在车辆超车存在危险时给予司机报警，无法对车辆的行为进行预测，既不能预测出车辆潜在的危险，也不能在超车行为和回归行为执行前对车辆进行有效的行为预测和环境检测，以主动提醒司机可以安全超车和安全回归。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种实现主动全方位的预警、有效避免因超车而导致的交通事故、安全性高的危险超车预警提示方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种危险超车预警提示方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）检测自身车辆前后方的车辆状态，并判断车辆处于跟车阶段、超车阶段、欲回归阶段三种状态中的哪一种状态；

（2）若判断车辆处于跟车阶段，则判断自身车辆左车道及本车道前方是否安全，若判断结果为是，则提示可以安全超车，否则，提示不可超车，若车辆正在超车，则发出警报；

（3）若判断车辆处于超车阶段，则判断自身车辆的侧向和前后方是否安全，若判断结果为是，则提示可以安全行驶，否则，发出警报；

（4）若判断车辆处于欲回归阶段，则判断原车道是否安全，若判断结果为是，则提示可以安全回归，否则，提示不可回归，若车辆正在回归，则发出警报。

通过前方测距传感器和后方测距传感器获得自身车辆前后方本车道及相邻车道的障碍物存在情况及距离信息；通过前方视觉传感器和后方视觉传感器获得自身车辆前后方道路环境图像；通过轮速传感器获得自身车辆的行车速度VZ。

控制器根据前、后方测距传感器获得的信息和前、后方视觉传感器获得的信息，利用识别算法从中提取自身车辆前后方及相邻车道的车辆信息，此信息包括车辆的数目、与自身车辆之间的纵向距离Y和与自身车辆之间的横向距离X；控制器根据前、后方测距传感器获得的信息和轮速传感器获得的信息，计算出前后方本车道及相邻车道车辆的行驶速度VE，以及其与自身车辆的纵向相对速度Uy和横向相对速度Ux。

控制器根据前、后方视觉传感器获得的信息，以及所述横向距离X、纵向距离Y、行车速度VZ、行驶速度VE、纵向相对速度Uy和横向相对速度Ux，利用识别算法将自车划为三个阶段：跟车阶段、超车阶段、欲回归阶段，所述识别算法是指利用激光雷达监测前方车辆的位置，以缩小在视频序列帧中的搜索区域，再利用特征点光流和车辆车身的特征检测出道路中的车辆；

建立不同车辆状态下的安全距离模型，计算出车辆在不同状态下安全行驶的运动参数，即行车速度VZ、纵向相对速度Uy和横向相对速度Ux，其中，

VZ是由轮速传感器获得的自车的行车速度；

对控制器所获得的连续的距离信息和速度信息以△t时间间隔进行采样，若在△t时间间隔前后测得的纵向和横向距离分别为Y₁、Y₂和X₁、X₂，

则可得出此时自车与环境车辆瞬时纵向相对速度Uy、横向相对速度Ux：

$\mathrm{Uy}=\frac{Y_2-Y_1}{\mathrm{\Δt}}$

$\mathrm{Ux}=\frac{X_2-X_1}{\mathrm{\Δt}}.$

若车辆正处于跟车阶段，控制器实时检测自身车辆与前方车辆的距离和速度，并通过预测算法对距离和速度进行预测，若车辆跨越了安全距离，或是存在潜在的危险时，则驱动报警/提示器进行报警；若车辆在本车道无安全隐患，控制器将检测车辆左车道的安全情况，若左车道安全且适合超车，则提醒司机可以执行超车；

所述预测算法是指卡尔曼滤波算法，运用卡尔曼滤波算法预测△t时间后的距离和速度；

把预测后的距离和速度信息再返回控制器进行判断，若△t时间后的距离和速度处于危险范围，则判定车辆有着潜在的危险；

控制器根据测距传感器和视觉传感器返回的信息实时检测左车道的障碍物情况，当左车道前后方均无车辆或是与车辆的距离处于安全距离范围，则判定此时的左车道适合超车。

若车辆正处于超车阶段，则控制器实时检测车辆正前方和右车道，跟踪和预测前方车辆和右侧被超车辆的运动参数，当车辆有纵向或是侧向碰撞的危险或是潜在危险时，驱动报警/提示器进行报警，并提示危险是来自于车辆的哪个方向；

把预测后的距离和速度信息再返回控制器进行判断，若△t时间后的距离和速度处于危险范围，则可断定车辆有着潜在的危险；

控制器在超车阶段实时的检测超车道和原车道上的车辆情况，当车辆前方有车且与其有纵向的碰撞危险或潜在危险时，给予报警；同时若与原车道的被超车辆在侧向距离上存在侧向碰撞的危险或是潜在危险时，也给予报警，并提示危险是来自于车辆的哪个方向。

当传感器检测到已超过被超车辆时，判定自身车辆正处于欲回归阶段，此时控制器检测本车道和右车道前方道路环境是否安全，同时对后方被超车辆的运行参数进行实时的跟踪和预测，当确认前后方均安全且无潜在危险时，控制器驱动报警/提示器，提示司机此时可以安全返回原车道；若在前方或是后方有潜在危险的情况下检测到司机正在执行回归，则启动报警/控制器进行报警，并提示司机危险时处于哪个方位；

把预测后的距离和速度信息再返回控制器进行判断，若△t时间后的距离和速度处于危险范围，则可断定车辆有着潜在的危险。

本发明的另一目的在于提供一种危险超车预警提示系统，包括控制器，其信号输入端分别与前方测距传感器、后方测距传感器、前方视觉传感器、后方视觉传感器、轮速传感器的输出端相连，其信号输出端与报警/提示器的输入端相连。

所述前方测距传感器安装在车辆前车牌上方，后方测距传感器均安装在车辆后车牌上方，轮速传感器固定在车辆的前方车轮上，前方视觉传感器安装在前挡风玻璃位置处，后方视觉传感器安装在后挡风玻璃位置处。

由上述技术方案可知，本发明通过对自车和周围车辆运动状态实时的检测和预测，不仅可以在有危险和有潜在危险的情况下给予司机报警，有效的避免交通事故的发生，而且在没有潜在危险的情况下可以提醒司机是否可以安全超车或是安全回归原车道，同时减小了司机的负担，安全性强，主动性高。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明的系统结构框图；

图3是本发明在汽车上安装位置示意图。

具体实施方式

一种危险超车预警提示方法，该方法包括下列顺序的步骤：第一，检测自身车辆前后方的车辆状态，并判断车辆处于跟车阶段、超车阶段、欲回归阶段三种状态中的哪一种状态；第二，若判断车辆处于跟车阶段，则判断自身车辆左车道及本车道前方是否安全，若判断结果为是，则提示可以安全超车，否则，提示不可超车，若车辆正在超车，则发出警报；第三，若判断车辆处于超车阶段，则判断自身车辆的侧向和前后方是否安全，若判断结果为是，则提示可以安全行驶，否则，发出警报；第四，若判断车辆处于欲回归阶段，则判断原车道是否安全，若判断结果为是，则提示可以安全回归，否则，提示不可回归，若车辆正在回归，则发出警报。如图1所示。

以下结合图1对本发明作进一步的说明。

首先，通过前方测距传感器1和后方测距传感器4获得自身车辆前后方本车道及相邻车道的障碍物存在情况及距离信息；通过前方视觉传感器2和后方视觉传感器5获得自身车辆前后方道路环境图像；通过轮速传感器3获得自身车辆的行车速度VZ；

其次，控制器根据前、后方测距传感器1、4获得的信息和前、后方视觉传感器2、5获得的信息，利用识别算法从中提取自身车辆前后方及相邻车道的车辆信息，此信息包括车辆的数目、与自身车辆之间的纵向距离Y和与自身车辆之间的横向距离X；控制器根据前、后方测距传感器1、4获得的信息和轮速传感器3获得的信息，计算出前后方本车道及相邻车道车辆的行驶速度VE，以及其与自身车辆的纵向相对速度Uy和横向相对速度Ux。

最后，控制器根据前、后方视觉传感器2、5获得的信息，以及所述横向距离X、纵向距离Y、行车速度VZ、行驶速度VE、纵向相对速度Uy和横向相对速度Ux，利用识别算法将自车划为三个阶段：跟车阶段、超车阶段、欲回归阶段，所述识别算法是指利用激光雷达监测前方车辆的位置，以缩小在视频序列帧中的搜索区域，再利用特征点光流和车辆车身的特征检测出道路中的车辆；

建立不同车辆状态下的安全距离模型，计算出车辆在不同状态下安全行驶的运动参数，即行车速度VZ、纵向相对速度Uy和横向相对速度Ux，其中，

VZ是由轮速传感器获得的自车的行车速度；

对控制器所获得的连续的距离信息和速度信息以△t时间间隔进行采样，若在△t时间间隔前后测得的纵向和横向距离分别为Y₁、Y₂和X₁、X₂，

则可得出此时自车与环境车辆瞬时纵向相对速度Uy、横向相对速度Ux：

$\mathrm{Uy}=\frac{Y_2-Y_1}{\mathrm{\Δt}}$

$\mathrm{Ux}=\frac{X_2-X_1}{\mathrm{\Δt}}.$

若车辆正处于跟车阶段，控制器实时检测自身车辆与前方车辆的距离和速度，并通过预测算法对距离和速度进行预测，若车辆跨越了安全距离，或是存在潜在的危险时，则驱动报警/提示器进行报警；若车辆在本车道无安全隐患，控制器将检测车辆左车道的安全情况，若左车道安全且适合超车，则提醒司机可以执行超车；

所述预测算法是指卡尔曼滤波算法，运用卡尔曼滤波算法预测△t时间后的距离和速度；

把预测后的距离和速度信息再返回控制器进行判断，若△t时间后的距离和速度处于危险范围，则判定车辆有着潜在的危险；

控制器根据测距传感器和视觉传感器返回的信息实时检测左车道的障碍物情况，当左车道前后方均无车辆或是与车辆的距离处于安全距离范围，则判定此时的左车道适合超车。

若车辆正处于超车阶段，则控制器实时检测车辆正前方和右车道，跟踪和预测前方车辆和右侧被超车辆的运动参数，当车辆有纵向或是侧向碰撞的危险或是潜在危险时，驱动报警/提示器进行报警，并提示危险是来自于车辆的哪个方向；

把预测后的距离和速度信息再返回控制器进行判断，若△t时间后的距离和速度处于危险范围，则可断定车辆有着潜在的危险；

控制器在超车阶段实时的检测超车道和原车道上的车辆情况，当车辆前方有车且与其有纵向的碰撞危险或潜在危险时，给予报警；同时若与原车道的被超车辆在侧向距离上存在侧向碰撞的危险或是潜在危险时，也给予报警，并提示危险是来自于车辆的哪个方向。

当传感器检测到已超过被超车辆时，判定自身车辆正处于欲回归阶段，此时控制器检测本车道和右车道前方道路环境是否安全，同时对后方被超车辆的运行参数进行实时的跟踪和预测，当确认前后方均安全且无潜在危险时，控制器驱动报警/提示器，提示司机此时可以安全返回原车道；若在前方或是后方有潜在危险的情况下检测到司机正在执行回归，则启动报警/控制器进行报警，并提示司机危险时处于哪个方位；

把预测后的距离和速度信息再返回控制器进行判断，若△t时间后的距离和速度处于危险范围，则可断定车辆有着潜在的危险。

如图2所示，本系统包括控制器，其信号输入端分别与前方测距传感器1、后方测距传感器4、前方视觉传感器2、后方视觉传感器5、轮速传感器3的输出端相连，其信号输出端与报警/提示器的输入端相连。所述前方测距传感器1安装在车辆前车牌上方，后方测距传感器4均安装在车辆后车牌上方，轮速传感器3固定在车辆的前方车轮上，前方视觉传感器2安装在前挡风玻璃位置处，后方视觉传感器5安装在后挡风玻璃位置处。控制器将采集的数据进行融合和推算，判断和预测车辆的安全状态，并将判断结果送入预警/提示单元，由预警/提示单元给予驾驶员以报警或提示。

综上所述，本发明首先通过测距传感器检测自车前后方道路的障碍物情况，由视觉传感器收集自车前后方道路的图像信息，再由轮速传感器3检测出自车的行车速度，最后由控制器接收并处理这些信息，由距离信息和图像信息融合，检测自车前后方及相邻车道的车辆数量和与自车的距离，再结合速度信息，推算出周围车辆的行车速度以及自车与它们的横向与纵向相对速度，并由预测算法对此距离和速度进行实时的跟踪和预测，当自车与其他车辆在纵向和横向距离上产生潜在的危险时，给予驾驶员报警，以使驾驶员能有足够的时间做出调整。同时，控制器会根据周围车辆的分布情况判断车辆所处的状态，当车辆在跟车状态或是完成超车处于欲回归状态时，控制器会根据所处的车辆状态和周围环境推算出执行超车和回归时自车的安全情况，当确认执行超车和回归无潜在危险时，通过提示器，提醒驾驶员可以安全超车或是安全回归。本发明大大减小了驾驶员的误判，有效避免了由于超车而导致的交通事故，主动性强，安全性较高。

Claims (9)

1.一种危险超车预警提示方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）检测自身车辆前后方的车辆状态，并判断车辆处于跟车阶段、超车阶段、欲回归阶段三种状态中的哪一种状态；

（2）若判断车辆处于跟车阶段，则判断自身车辆左车道及本车道前方是否安全，若判断结果为是，则提示可以安全超车，否则，提示不可超车，若车辆正在超车，则发出警报；

（3）若判断车辆处于超车阶段，则判断自身车辆的侧向和前后方是否安全，若判断结果为是，则提示可以安全行驶，否则，发出警报；

（4）若判断车辆处于欲回归阶段，则判断原车道是否安全，若判断结果为是，则提示可以安全回归，否则，提示不可回归，若车辆正在回归，则发出警报。

2.根据权利要求1所述的危险超车预警提示方法，其特征在于：通过前方测距传感器和后方测距传感器获得自身车辆前后方本车道及相邻车道的障碍物存在情况及距离信息；通过前方视觉传感器和后方视觉传感器获得自身车辆前后方道路环境图像；通过轮速传感器获得自身车辆的行车速度VZ。

3.根据权利要求2所述的危险超车预警提示方法，其特征在于：控制器根据前、后方测距传感器获得的信息和前、后方视觉传感器获得的信息，利用识别算法从中提取自身车辆前后方及相邻车道的车辆信息，此信息包括车辆的数目、与自身车辆之间的纵向距离Y和与自身车辆之间的横向距离X；控制器根据前、后方测距传感器获得的信息和轮速传感器获得的信息，计算出前后方本车道及相邻车道车辆的行驶速度VE，以及其与自身车辆的纵向相对速度Uy和横向相对速度Ux。

4.根据权利要求3所述的危险超车预警提示方法，其特征在于：控制器根据前、后方视觉传感器获得的信息，以及所述横向距离X、纵向距离Y、行车速度VZ、行驶速度VE、纵向相对速度Uy和横向相对速度Ux，利用识别算法将自车划为三个阶段：跟车阶段、超车阶段、欲回归阶段，所述识别算法是指利用激光雷达监测前方车辆的位置，以缩小在视频序列帧中的搜索区域，再利用特征点光流和车辆车身的特征检测出道路中的车辆；

建立不同车辆状态下的安全距离模型，计算出车辆在不同状态下安全行驶的运动参数，即行车速度VZ、纵向相对速度Uy和横向相对速度Ux，其中，

VZ是由轮速传感器获得的自车的行车速度；

对控制器所获得的连续的距离信息和速度信息以△t时间间隔进行采样，若在△t时间间隔前后测得的纵向和横向距离分别为Y₁、Y₂和X₁、X₂，

则可得出此时自车与环境车辆瞬时纵向相对速度Uy、横向相对速度Ux：

$\mathrm{Uy}=\frac{Y_2-Y_1}{\mathrm{\Δt}}$

$\mathrm{Ux}=\frac{X_2-X_1}{\mathrm{\Δt}}.$

5.根据权利要求4所述的危险超车预警提示方法，其特征在于：若车辆正处于跟车阶段，控制器实时检测自身车辆与前方车辆的距离和速度，并通过预测算法对距离和速度进行预测，若车辆跨越了安全距离，或是存在潜在的危险时，则驱动报警/提示器进行报警；若车辆在本车道无安全隐患，控制器将检测车辆左车道的安全情况，若左车道安全且适合超车，则提醒司机可以执行超车；

所述预测算法是指卡尔曼滤波算法，运用卡尔曼滤波算法预测△t时间后的距离和速度；

把预测后的距离和速度信息再返回控制器进行判断，若△t时间后的距离和速度处于危险范围，则判定车辆有着潜在的危险；

控制器根据测距传感器和视觉传感器返回的信息实时检测左车道的障碍物情况，当左车道前后方均无车辆或是与车辆的距离处于安全距离范围，则判定此时的左车道适合超车。

6.根据权利要求4所述的危险超车预警提示方法，其特征在于：若车辆正处于超车阶段，则控制器实时检测车辆正前方和右车道，跟踪和预测前方车辆和右侧被超车辆的运动参数，当车辆有纵向或是侧向碰撞的危险或是潜在危险时，驱动报警/提示器进行报警，并提示危险是来自于车辆的哪个方向；

把预测后的距离和速度信息再返回控制器进行判断，若△t时间后的距离和速度处于危险范围，则可断定车辆有着潜在的危险；

控制器在超车阶段实时的检测超车道和原车道上的车辆情况，当车辆前方有车且与其有纵向的碰撞危险或潜在危险时，给予报警；同时若与原车道的被超车辆在侧向距离上存在侧向碰撞的危险或是潜在危险时，也给予报警，并提示危险是来自于车辆的哪个方向。

7.根据权利要求4所述的危险超车预警提示方法，其特征在于：当传感器检测到已超过被超车辆时，判定自身车辆正处于欲回归阶段，此时控制器检测本车道和右车道前方道路环境是否安全，同时对后方被超车辆的运行参数进行实时的跟踪和预测，当确认前后方均安全且无潜在危险时，控制器驱动报警/提示器，提示司机此时可以安全返回原车道；若在前方或是后方有潜在危险的情况下检测到司机正在执行回归，则启动报警/控制器进行报警，并提示司机危险时处于哪个方位；

把预测后的距离和速度信息再返回控制器进行判断，若△t时间后的距离和速度处于危险范围，则可断定车辆有着潜在的危险。

8.实现权利要求1至7中任一项所述方法的系统，其特征在于：包括控制器，其信号输入端分别与前方测距传感器、后方测距传感器、前方视觉传感器、后方视觉传感器、轮速传感器的输出端相连，其信号输出端与报警/提示器的输入端相连。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述前方测距传感器安装在车辆前车牌上方，后方测距传感器均安装在车辆后车牌上方，轮速传感器固定在车辆的前方车轮上，前方视觉传感器安装在前挡风玻璃位置处，后方视觉传感器安装在后挡风玻璃位置处。

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