CN104101878B - 一种车辆前方目标识别系统及识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆前方目标识别系统及识别方法，识别系统包括预设横摆角速度零点、车型信息和信号采集方式以及预警参数和启动车速的系统参数预设模块，采集自车横摆角速度信号并计算横摆角速度值的横摆角速度采集模块，采集自车信号的自车信号采集模块，曲率半径估算模块和雷达信息配置模块构成的配置信息估算模块，对目标进行识别的雷达，实时采集雷达目标信息的雷达信号采集模块，有效车辆库更新模块和目标挑选逻辑模块构成的雷达目标挑选模块，将自车与锁定的雷达目标的速度、相对速度以及距离分别进行比较并产生碰撞危险信号的预警模块，以及对碰撞危险信号进行显示的人机接口模块。本发明可以广泛应用于车辆前向碰撞预警中。

Description

一种车辆前方目标识别系统及识别方法

技术领域

本发明涉及一种目标识别系统及识别方法，特别是关于一种车辆前方目标识别系统及识别方法。

背景技术

随着汽车保有量的不断上升和驾驶员群体的日益扩大，道路交通安全已成为现代社会面临的严峻问题。驾驶安全辅助系统作为减少交通事故的重要手段之一，得到了越来越多的重视。统计数据显示，70％以上的交通事故是由驾驶员过失导致的。驾驶员的生理、心理和能力等存在一定的波动性和局限性，难免会出现疲劳、疏忽、操作失误等异常驾驶情况。车辆前向碰撞预警(Forward Collision Warning，FCW)正是以辅助驾驶员安全驾驶为目的的一种主动安全技术，成为交通安全领域的研究重点之一。

车辆前向碰撞预警的关键技术之一是雷达目标识别。目前虽然已有一些与车辆前向碰撞预警相关的技术，但这些技术得到推广应用的并不多，主要是还没有准确、有效的雷达目标识别的解决方案。例如现有技术中的汽车防撞预警控制系统或控制方法，均根据雷达返回的信息来判断报警状态并控制车辆制动，对于不可避免的碰撞采取主动减速以减小碰撞损失，但现有技术中并未给出如何筛选雷达目标以保证系统判断准确性的解决方案，因此也就不能对雷达目标进行准确、有效地筛选，这种情况下对车辆进行控制很可能会出现误操作。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够准确筛选雷达目标的车辆前方目标识别系统及识别方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种车辆前方目标识别系统，其特征在于：它包括系统参数预设模块、横摆角速度采集模块、自车信号采集模块、由曲率半径估算模块和雷达信息配置模块构成的配置信息估算模块、雷达、雷达信号采集模块、由有效车辆库更新模块和目标挑选逻辑模块构成的雷达目标挑选模块、预警模块和人机接口；所述系统参数预设模块将预设的横摆角速度零点、车型信息和信号采集方式以及预警参数和启动车速分别发送至所述横摆角速度采集模块、自车信号采集模块和预警模块；所述横摆角速度采集模块采集自车的横摆角速度信号并计算出横摆角速度值，将计算得到的横摆角速度值发送至所述配置信息估算模块；所述自车信号采集模块采集自车信号并分别发送至所述配置信息估算模块、雷达目标挑选模块和预警模块；所述曲率半径估算模块估算车辆行驶轨迹的曲率半径并分别发送至所述雷达信息配置模块和雷达目标挑选模块，所述雷达信息配置模块将自车车速和曲率半径作为配置信息发送至雷达；所述雷达对目标进行识别，所述雷达信号采集模块实时采集所述雷达识别的各目标与车辆的纵向距离、横向位置和相对速度，并发送至所述雷达目标挑选模块；所述有效车辆库更新模块建立有效车辆库并发送至所述目标挑选逻辑模块，所述目标挑选逻辑模块对雷达目标进行锁定并将锁定的雷达目标发送至所述预警模块；所述预警模块将自车与锁定的雷达目标的速度、相对速度以及距离分别进行比较，产生碰撞危险信号并发送至所述人机接口进行显示。

信号采集方式为CAN总线采集方式、IO采集方式或GPS采集方式。

所述雷达采用车载毫米波雷达。

一种采用所述车辆前方目标识别系统的车辆前方目标识别方法，其包括以下步骤：1)系统参数预设模块将预设的横摆角速度零点发送至横摆角速度采集模块，将车型信息和信号采集方式发送至自车信号采集模块，将预警参数和启动车速发送至预警模块；2)横摆角速度采集模块采集车辆的横摆角速度信号，根据采集到的横摆角速度信号和接收到的横摆角速度零点计算出横摆角速度值并发送至配置信息估算模块；自车信号采集模块采集自车信号并分别发送至配置信息估算模块、雷达目标挑选模块和预警模块；3)曲率半径估算模块根据接收到的横摆角速度和自车车速对自车行驶轨迹的曲率半径进行估算，曲率半径估算模块将估算得到的曲率半径分别发送至雷达信息配置模块和雷达目标挑选模块，雷达信息配置模块将自车车速和曲率半径作为配置信息发送至雷达；4)雷达根据接收到的曲率半径实时调整天线角度，并对车辆前方目标进行识别；雷达信号采集模块实时采集雷达识别的各目标与车辆的纵向距离、横向位置和相对速度信息，并发送至雷达目标挑选模块；5)有效车辆库更新模块根据接收到的曲率半径、自车车速和雷达目标信息建立有效车辆库；目标挑选逻辑模块根据建立的车辆库对雷达目标进行锁定，并将锁定的雷达目标发送至预警模块；6)根据接收到的标定参数、自车信号和锁定的雷达目标，预警模块将自车与锁定的雷达目标的速度、相对速度以及距离分别进行比较，产生碰撞危险信号并发送至人机接口进行显示。

所述步骤3)中，所述曲率半径估算模块估算得到的行驶轨迹的曲率半径R为：

R＝v/ω，

式中，v表示自车车速，ω表示横摆角速度，车辆右转弯时，横摆角速度ω取正值。

所述步骤5)中，所述有效车辆库更新模块建立的有效车辆库中的参数包括为纵向距离、横向位置、修正后的横向位置、相对车速、连续状态、横向位置稳定状态、围栏次数、运动状态、车辆转弯状态、反向目标和目标序号。

所述有效车辆库更新模块根据自车行驶轨迹的曲率半径R对处于弯道中目标的横向位置X进行修正，得到修正后的目标横向位置X_R为：当自车右转弯时，修正后的目标横向位置X_R为：

当自车左转弯时，修正后的目标横向位置X_R为：

所述步骤5)中，所述目标挑选逻辑模块包括新目标锁定模块、目标跟踪或丢失模块和目标切换模块，目标挑选逻辑模块根据建立的车辆库对雷达目标进行锁定，其具体包括以下步骤：①新目标锁定；新目标锁定模块首先根据目标连续状态、横向位置稳定状态、围栏次数、运动状态和反向目标对目标进行排除，然后根据修正后的横向位置锁定自车道目标；②目标跟踪或丢失；目标跟踪或丢失模块根据目标修正后的横向位置和连续状态判断是继续跟踪已锁定目标还是丢弃已锁定目标；③目标切换；目标切换模块将新出现的目标与已锁定目标进行对比，判断是继续跟踪原已锁定目标还是切换到锁定新出现的目标；④目标切换模块将最终锁定的目标发送至目标跟踪或丢失模块和预警算法模块。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于雷达根据车辆行驶轨迹的曲率半径实时调整天线角度，识别更多有效目标；在雷达目标挑选模块中设置有效车辆库更新模块和目标挑选逻辑模块，有效车辆库更新模块根据接收到的曲率半径、自车车速和雷达目标信息建立有效车辆库，有效车辆库中包含所有目标在若干周期内的全部信息，目标挑选逻辑模块根据建立的车辆库对雷达目标进行锁定，并将锁定的雷达目标发送至预警模块，由预警模块产生碰撞危险信号并发送至人机接口进行显示，因此本发明能够准确筛选雷达目标并提高识别准确率。2、本发明由于采用曲率半径估算模块根据接收到的横摆角速度和自车车速对自车行驶轨迹的曲率半径进行估算，有效车辆库更新模块根据自车行驶轨迹的曲率半径对处于弯道中目标的横向位置进行修正，得到修正后的目标横向位置，因此本发明能够实现弯道上对运动目标的跟踪，同时能够避免对干扰目标的误识别。3、本发明由于在目标挑选逻辑模块中设置新目标锁定模块、目标跟踪或丢失模块和目标切换模块，新目标锁定模块首先根据目标连续状态、横向位置稳定状态、围栏次数、运动状态和反向目标等信息对目标进行排除，然后根据修正后的横向位置锁定自车道目标；目标跟踪或丢失模块根据目标修正后的横向位置和连续状态等判断是继续跟踪已锁定目标还是丢弃已锁定目标；目标切换模块将新出现的目标与已锁定目标进行对比，判断是继续跟踪原已锁定目标还是切换到锁定新出现的目标，并将最终锁定的目标发送至目标跟踪或丢失模块和预警算法模块；因此本发明能够避免目标频繁波动，提高识别目标的稳定性及准确性。基于以上优点，本发明可以广泛应用于车辆前向碰撞预警中。

附图说明

图1是本发明车辆前方目标识别系统的系统结构图；

图2是道路半径与自车道关系示意图；R表示自车行驶轨迹的曲率半径；

图3是雷达目标挑选模块的流程图；

图4是弯道上目标位置示意图；X表示处于弯道中目标的横向位置，X_R表示修正后的目标横向位置，Y表示目标的纵向位置，Y_C表示弧线长度，θ表示目标所在弯道半径与自车所在弯道半径之间的夹角。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明的车辆前方目标识别系统包括系统参数预设模块1、横摆角速度采集模块2、自车信号采集模块3、由曲率半径估算模块41和雷达信息配置模块42构成的配置信息估算模块4、雷达5、雷达信号采集模块6、由有效车辆库更新模块71和目标挑选逻辑模块72构成的雷达目标挑选模块7、预警模块8和人机接口9。其中，在系统参数预设模块1中预设系统的横摆角速度零点、车型信息、信号采集方式、预警参数和启动车速等标定参数，系统参数预设模块1将预设的横摆角速度零点、车型信息和信号采集方式以及预警参数和启动车速分别发送至横摆角速度采集模块2、自车信号采集模块3和预警模块8。横摆角速度采集模块2采集自车的横摆角速度信号，并根据采集到的横摆角速度信号和接收到的横摆角速度零点计算出横摆角速度值，计算得到的横摆角速度值发送至配置信息估算模块4。根据接收到的车型信息和信号采集方式，自车信号采集模块3对自车车速、制动和左右转向等自车信号进行采集，并将采集到的自车信号分别发送至配置信息估算模块4、雷达目标挑选模块7和预警模块8。曲率半径估算模块41根据接收到的自车车速和横摆角速度信号估算车辆行驶轨迹的曲率半径，并将曲率半径分别发送至雷达信息配置模块42和雷达目标挑选模块7，雷达信息配置模块42将自车车速和曲率半径作为配置信息发送至雷达5。雷达5根据接收到的车辆行驶轨迹的曲率半径实时调整天线角度，从而识别更多有效目标。雷达信号采集模块6实时采集雷达5识别的各目标与车辆的纵向距离、横向位置和相对速度等雷达目标信息，并将采集到的雷达目标信息发送至雷达目标挑选模块7。有效车辆库更新模块71根据接收到的自车信号、曲率半径和雷达目标信息建立有效车辆库并发送至目标挑选逻辑模块72，目标挑选逻辑模块72根据建立的车辆库信息对雷达目标进行锁定，并将锁定的雷达目标发送至预警模块8。根据接收到的标定参数、自车信号和锁定的雷达目标，预警模块8将自车与锁定的雷达目标的速度、相对速度以及距离等分别进行比较，产生碰撞危险信号并发送至人机接口9。人机接口9对碰撞危险信号进行显示。

上述实施例中，信号采集方式为CAN总线采集方式、IO采集方式或GPS(GobalPositioning System，全球定位系统)采集方式。

上述实施例中，雷达5采用车载毫米波雷达。

采用本发明的车辆前方目标识别系统对车辆前方的目标进行识别的方法，其包括以下步骤：

1)系统参数预设模块1将预设的横摆角速度零点发送至横摆角速度采集模块2，将车型信息和信号采集方式发送至自车信号采集模块3，将预警参数和启动车速发送至预警模块8。

2)横摆角速度采集模块2采集车辆的横摆角速度信号，根据采集到的横摆角速度信号和接收到的横摆角速度零点计算出横摆角速度值并发送至配置信息估算模块4；自车信号采集模块3采集自车车速、制动和左右转向等自车信号，并将采集到的自车信号分别发送至配置信息估算模块4、雷达目标挑选模块7和预警模块8。

3)如图2所示，曲率半径估算模块41根据接收到的横摆角速度和自车车速对自车行驶轨迹的曲率半径R进行估算，得到行驶轨迹的曲率半径R为：

R＝v/ω(1)

式中，v表示自车车速，ω表示横摆角速度，车辆右转弯时，横摆角速度ω取正值。

曲率半径估算模块41将估算得到的曲率半径R分别发送至雷达信息配置模块42和雷达目标挑选模块7，雷达信息配置模块42将自车车速v和曲率半径R作为配置信息发送至雷达5。

4)雷达5根据接收到的曲率半径R实时调整天线角度，并对车辆前方目标进行识别；雷达信号采集模块6实时采集雷达5识别的各目标与车辆的纵向距离、横向位置和相对速度等雷达目标信息，并将采集到的雷达目标信息发送至雷达目标挑选模块7。

5)如图3所示，有效车辆库更新模块71根据接收到的曲率半径、自车车速和雷达目标信息建立有效车辆库；目标挑选逻辑模块72根据建立的车辆库对雷达目标进行锁定，并将锁定的雷达目标发送至预警模块8。

有效车辆库中包含所有目标在若干周期内的全部信息，其主要包括纵向距离、横向位置、修正后的横向位置、相对车速、连续状态、横向位置稳定状态、围栏次数、运动状态、车辆转弯状态、反向目标和目标序号等参数。其中，连续状态表明有效车辆库里目标是否一直存在，可以排除偶尔出现的干扰目标；横向位置稳定状态表明有效车辆库里目标横向位置的稳定状况，可以排除弯道或换道时的干扰目标；围栏次数表明有效车辆库里目标是围栏的次数，是针对静止目标而设置的，可以排除集群出现的围栏干扰目标，该信息是根据当前周期内出现的静止目标的位置分布确定的，当静止目标个数大于等于三个且呈直线排列时，将这几个目标看作围栏目标；采用车辆转弯状态可进一步排除弯道上的干扰目标；反向目标表明目标是临车道对向车辆。

如图4所示，有效车辆库更新模块71根据自车行驶轨迹的曲率半径R对处于弯道中目标的横向位置X进行修正，得到修正后的目标横向位置X_R。以自车前进方向为正方向，目标位于自车车道线右侧时，横向位置X和修正后的目标横向位置X_R取正值；目标位于自车车道线左侧时，横向位置X和修正后的目标横向位置X_R取负值。

当自车右转弯时，修正后的目标横向位置X_R为：

当自车左转弯时，修正后的目标横向位置X_R为：

当修正后的目标横向位置X_R在自车道内时，目标的纵向位置Y与弧线长度Y_C近似相等，即Y≈Y_C＝R×θ，其中θ为目标所在弯道半径与自车所在弯道半径之间的夹角。

如图3所示，目标挑选逻辑模块72包括新目标锁定模块721、目标跟踪或丢失模块722和目标切换模块723，目标挑选逻辑模块72根据建立的车辆库对雷达目标进行锁定，其具体包括以下步骤：

①新目标锁定；

新目标锁定模块721首先根据目标连续状态、横向位置稳定状态、围栏次数、运动状态和反向目标等信息对目标进行排除，然后根据修正后的横向位置锁定自车道目标，可以锁定多个目标作为初选目标。

②目标跟踪或丢失；

目标跟踪或丢失模块722根据目标修正后的横向位置和连续状态等判断是继续跟踪已锁定目标还是丢弃已锁定目标。

③目标切换；

目标切换模块723将新出现的目标与已锁定目标进行对比，判断是继续跟踪原已锁定目标还是切换到锁定新出现的目标。

④目标切换模块723将最终锁定的目标发送至目标跟踪或丢失模块722和预警算法模块8。

6)根据接收到的标定参数、自车信号和锁定的雷达目标，预警模块8将自车与锁定的雷达目标的速度、相对速度以及距离等分别进行比较，产生碰撞危险信号并发送至人机接口9进行显示。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和方法步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (4)

1.一种基于车辆前方目标识别系统的车辆前方目标识别方法，其特征在于，所述车辆前方目标识别系统包括系统参数预设模块、横摆角速度采集模块、自车信号采集模块、由曲率半径估算模块和雷达信息配置模块构成的配置信息估算模块、雷达、雷达信号采集模块、由有效车辆库更新模块和目标挑选逻辑模块构成的雷达目标挑选模块、预警模块和人机接口；

所述系统参数预设模块将预设的横摆角速度零点、车型信息和信号采集方式以及预警参数和启动车速分别发送至所述横摆角速度采集模块、自车信号采集模块和预警模块；所述横摆角速度采集模块采集自车的横摆角速度信号并计算出横摆角速度值，将计算得到的横摆角速度值发送至所述配置信息估算模块；所述自车信号采集模块采集自车信号并分别发送至所述配置信息估算模块、雷达目标挑选模块和预警模块；所述曲率半径估算模块估算车辆行驶轨迹的曲率半径并分别发送至所述雷达信息配置模块和雷达目标挑选模块，所述雷达信息配置模块将自车车速和曲率半径作为配置信息发送至雷达；所述雷达对目标进行识别，所述雷达信号采集模块实时采集所述雷达识别的各目标与车辆的纵向距离、横向位置和相对速度，并发送至所述雷达目标挑选模块；所述有效车辆库更新模块建立有效车辆库并发送至所述目标挑选逻辑模块，所述目标挑选逻辑模块对雷达目标进行锁定并将锁定的雷达目标发送至所述预警模块；所述预警模块将自车与锁定的雷达目标的速度、相对速度以及距离分别进行比较，产生碰撞危险信号并发送至所述人机接口进行显示；

信号采集方式为CAN总线采集方式、IO采集方式或GPS采集方式；

所述雷达采用车载毫米波雷达；

所述方法包括以下步骤：

1)系统参数预设模块将预设的横摆角速度零点发送至横摆角速度采集模块，将车型信息和信号采集方式发送至自车信号采集模块，将预警参数和启动车速发送至预警模块；

2)横摆角速度采集模块采集车辆的横摆角速度信号，根据采集到的横摆角速度信号和接收到的横摆角速度零点计算出横摆角速度值并发送至配置信息估算模块；自车信号采集模块采集自车信号并分别发送至配置信息估算模块、雷达目标挑选模块和预警模块；

3)曲率半径估算模块根据接收到的横摆角速度和自车车速对自车行驶轨迹的曲率半径进行估算，曲率半径估算模块将估算得到的曲率半径分别发送至雷达信息配置模块和雷达目标挑选模块，雷达信息配置模块将自车车速和曲率半径作为配置信息发送至雷达；

4)雷达根据接收到的曲率半径实时调整天线角度，并对车辆前方目标进行识别；雷达信号采集模块实时采集雷达识别的各目标与车辆的纵向距离、横向位置和相对速度信息，并发送至雷达目标挑选模块；

5)有效车辆库更新模块根据接收到的曲率半径、自车车速和雷达目标信息建立有效车辆库；目标挑选逻辑模块根据建立的车辆库对雷达目标进行锁定，并将锁定的雷达目标发送至预警模块；

有效车辆库中包括纵向距离、横向位置、修正后的横向位置、相对车速、连续状态、横向位置稳定状态、围栏次数、运动状态、车辆转弯状态、反向目标和目标序号；其中，连续状态表明有效车辆库里目标是否一直存在，排除偶尔出现的干扰目标；横向位置稳定状态表明有效车辆库里目标横向位置的稳定状况，排除弯道或换道时的干扰目标；围栏次数表明有效车辆库里目标是围栏的次数，是针对静止目标而设置的，排除集群出现的围栏干扰目标，该信息是根据当前周期内出现的静止目标的位置分布确定的，当静止目标个数大于等于三个且呈直线排列时，将这几个目标看作围栏目标；采用车辆转弯状态进一步排除弯道上的干扰目标；反向目标表明目标是临车道对向车辆；

6)根据接收到的标定参数、自车信号和锁定的雷达目标，预警模块将自车与锁定的雷达目标的速度、相对速度以及距离分别进行比较，产生碰撞危险信号并发送至人机接口进行显示。

2.如权利要求1所述的一种基于车辆前方目标识别系统的车辆前方目标识别方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述曲率半径估算模块估算得到的行驶轨迹的曲率半径R为：

R＝v/ω，

式中，v表示自车车速，ω表示横摆角速度，车辆右转弯时，横摆角速度ω取正值。

3.如权利要求1所述的一种基于车辆前方目标识别系统的车辆前方目标识别方法，其特征在于：所述有效车辆库更新模块根据自车行驶轨迹的曲率半径R对处于弯道中目标的横向位置X进行修正，得到修正后的目标横向位置X_R为：

当自车右转弯时，修正后的目标横向位置X_R为：

$X_R=R-\sqrt{{(R-X)}^2+Y^2};$

当自车左转弯时，修正后的目标横向位置X_R为：

$X_R=R+\sqrt{{(R-X)}^2+Y^2};$

式中，Y为目标的纵向位置。

4.如权利要求1或2或3所述的一种基于车辆前方目标识别系统的车辆前方目标识别方法，其特征在于：所述步骤5)中，所述目标挑选逻辑模块包括新目标锁定模块、目标跟踪或丢失模块和目标切换模块，目标挑选逻辑模块根据建立的车辆库对雷达目标进行锁定，其具体包括以下步骤：

①新目标锁定；

新目标锁定模块首先根据目标连续状态、横向位置稳定状态、围栏次数、运动状态和反向目标对目标进行排除，然后根据修正后的横向位置锁定自车道目标；

②目标跟踪或丢失；

目标跟踪或丢失模块根据目标修正后的横向位置和连续状态判断是继续跟踪已锁定目标还是丢弃已锁定目标；

③目标切换；

目标切换模块将新出现的目标与已锁定目标进行对比，判断是继续跟踪原已锁定目标还是切换到锁定新出现的目标；

④目标切换模块将最终锁定的目标发送至目标跟踪或丢失模块和预警算法模块。