CN105313769B - 一种基于毫米波雷达的车载主动预警方法、系统及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于毫米波雷达的车载主动预警方法、系统及装置，其中，该方法包括以下步骤：获取来自各传感器的车辆行驶信息；根据车辆与目标车辆的相对角度和相对距离，判断两车是否处于同一车道；若两车处于同一车道，则进行纵向制动安全距离的判断；根据报警安全距离Sw、制动安全距离Sbr和相对距离R，若R＞Sw，则说明车辆处于安全行驶状态；若Sw≥R＞Sbr，则说明车辆存在潜在碰撞风险；若R≤Sbr，说明车辆处于极度危险的状态。本发明能够提前判断车辆安全状态并作出预警，可以有效的降低事故发生率，信号处理时间为毫秒级，并且装置便于安装和维护，使用效果好。
Description
技术领域
本发明涉及车辆主动安全技术领域，尤其涉及一种基于毫米波雷达的车载主动预警方法、系统及装置。
背景技术
汽车逐渐成为一种大众的生活方式，其极大的缩短了人们日常出行和物资运输的时间，推动了经济增长和社会进步，但随之而来的交通安全问题也严重威胁着人们的生命和财产安全，交通安全问题是一个常见的社会问题，也是一项世界性的难题。
交通事故的发生具有较大的随机性，受到驾驶环境中众多因素的制约，一项重要因素是驾驶员特性，如驾驶经验、驾驶状态和驾驶风格等；另一项因素是驾驶环境，如在雨雪天气或者泥泞的路面行驶是非常容易发生交通事故的；还有一项因素为车的因素，如配备了ABS防抱死刹车系统，其安全性能相对高于没有配备以上系统的车辆。由于造成交通事故的因素众多，目前汽车上常见的安全策略主要属于被动型的，如安全带、安全气囊和吸能车体等，这些举措能起到一定程度的安全防护作用，但其特点均是在交通事故发生之后开始产生作用，只能减弱事故造成的伤害，并不能降低事故发生率，因此很有必要对汽车主动预警技术进行研究，当汽车行驶状态存在碰撞风险时，就主动对驾驶员进行提醒或者警示，进而达到避免交通事故发生的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中被动安全技术不能降低事故发生率的缺陷，提供一种信号处理时间为毫米级，并且能够实时高效的判断车辆安全状态的基于毫米波雷达的车载主动预警方法、系统及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种基于毫米波雷达的车载主动预警方法，包括以下步骤：
S1、获取来自各传感器的车辆行驶信息，包括车辆的行驶速度v1，车辆与左右车道线的距离dL和dR，车辆与目标车辆的相对速度、相对距离R和相对角度α以及路面附着系数f；
S2、根据车辆与目标车辆的相对角度和相对距离，判断两车是否处于同一车道；
S3、若车辆与目标车辆处于同一车道，则进行纵向制动安全距离的判断；根据报警安全距离Sw、制动安全距离Sbr和相对距离R，若R＞Sw，则说明车辆处于安全行驶状态；若Sw≥R＞Sbr，则说明车辆存在潜在碰撞风险；若R≤Sbr，说明车辆处于极度危险的状态；
其中，Sw和Sbr的计算公式为：
目标车辆行驶速度为v2，如遇紧急情况需制动，驾驶员制动反应时间t1，汽车制动系统延迟时间t2，在这两个时间段内，两车均还处于原来的行驶状态，车辆和目标车辆行驶的距离分别为d1、d2，它们的计算公式为：
d1＝v1(t1+t2)
d2＝v2(t1+t2)
车辆经过S1的制动距离与目标车辆处于相对静止状态，S1的计算公式为：
g为重力加速度，这段时间内目标车辆行驶的距离为S2，此时车辆车头与目标车辆车尾的最小车间距为S0。
步骤S2中判断车辆与目标车辆处于同一车道的判别条件为：
其中，车辆相对于基准线的位移D＝R×sinα，W为车体宽度，h为车道线宽度；当目标车辆处于自车左前方时，相对角度α小于0，当目标车辆处于自车右前方时，相对角度α大于0，当目标车辆处于自车正前方时，相对角度α等于0。
步骤S1中车辆与目标车辆的相对速度、相对距离和相对角度的获取方法为：
DSP信号处理机对毫米波雷达中频信号进行实时AD采样，通过自适应滤波器滤除其中的杂波干扰信号，应用全相位快速傅里叶变换方法提取出车辆与目标车辆的相对速度、相对距离和相对角度。
步骤S3的预警结果可以在液晶触摸屏上显示，同时显示各项行车数据信息和行车图像信息。
本发明还提供一种基于毫米波雷达的车载主动预警系统，包括以下部分：
车辆行驶信息获取单元，用于获取来自各传感器的车辆行驶信息，包括车辆的行驶速度v1，车辆与左右车道线的距离dL和dR，车辆与目标车辆的相对速度、相对距离R和相对角度α以及路面附着系数f；
车道辨识单元，用于根据车辆与目标车辆的相对角度和相对距离，判断两车是否处于同一车道；
车辆安全制动距离判断单元，用于若车辆与目标车辆处于同一车道，进行纵向制动安全距离的判断；根据报警安全距离Sw、制动安全距离Sbr和相对距离R，若R＞Sw，则说明车辆处于安全行驶状态；若Sw≥R＞Sbr，则说明车辆存在潜在碰撞风险；若R≤Sbr，说明车辆处于极度危险的状态；
其中，Sw和Sbr的计算公式为：
目标车辆行驶速度为v2，如遇紧急情况需制动，驾驶员制动反应时间t1，汽车制动系统延迟时间t2，在这两个时间段内，两车均还处于原来的行驶状态，车辆和目标车辆行驶的距离分别为d1、d2，它们的计算公式为：
d1＝v1(t1+t2)
d2＝v2(t1+t2)
车辆经过S1的制动距离与目标车辆处于相对静止状态，S1的计算公式为：
g为重力加速度，这段时间内目标车辆行驶的距离为S2，此时车辆车头与目标车辆车尾的最小车间距为S0。
车道辨识单元中判断车辆与目标车辆处于同一车道的判别条件为：
其中，车辆相对于基准线的位移D＝R×sinα，W为车体宽度，h为车道线宽度；当目标车辆处于自车左前方时，相对角度α小于0，当目标车辆处于自车右前方时，相对角度α大于0，当目标车辆处于自车正前方时，相对角度α等于0。
该系统还包括DSP数据处理单元，用于对毫米波雷达中频信号进行实时AD采样，通过自适应滤波器滤除其中的杂波干扰信号，应用全相位快速傅里叶变换方法提取出车辆与目标车辆的相对速度、相对距离和相对角度。
该系统还包括预警信息显示单元，用于在液晶触摸屏上显示预警结果，同时显示各项行车数据信息和行车图像信息。
本发明还提供一种基于毫米波雷达的车载主动预警装置，包括车载ARM管理平台，以及均与其相连的DSP信号处理机和传感器组，所述DSP信号处理机还连接有毫米波雷达，所述毫米波雷达和所述传感器组设置在车辆头部；
所述DSP信号处理机接收并处理所述毫米波雷达采集到的车辆信号，从中提取车辆与目标车辆的相对速度、相对距离和相对角度信息，并将这些信息发送给所述车载ARM管理平台；
所述车载ARM管理平台接收到所述毫米波雷达和所述传感器组发送来的车辆信息后，实时的计算车辆行驶状态，并对车辆安全程度进行评价；
所述传感器组包括路面状况传感器、车道线传感器、速度传感器。
该装置还包括均与所述车载ARM管理平台相连的胎压监测传感器、GPS传感器、行车摄像头、驾驶风格选择模块、液晶触摸屏、报警蜂鸣器、报警指示灯和无线网卡。
本发明产生的有益效果是：本发明提供一种基于毫米波雷达的车载主动预警方法、系统及装置，通过对传感器获取到的车辆行驶信息进行计算，判断车辆的安全状态，并提前作出预警，能够有效的降低事故发生率；通过使用毫米波雷达来采集信号，大幅提高了危险情况下的反应速度，使信号处理时间降低为毫秒级；并通过使用嵌入式设备，有效的设备的空间体积和制造成本，便于安装和维护。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的基于毫米波雷达的车载主动预警方法的流程图；
图2是本发明实施例的基于毫米波雷达的车载主动预警系统的结构示意图；
图3是本发明实施例的基于毫米波雷达的车载主动预警装置的电路连接方式示意图；
图4是本发明实施例的车道辨识模型的示意图；
图5是本发明实施例的纵向制动安全距离模型的示意图；
图中1-毫米波雷达，2-DSP信号处理机，3-路面状况传感器，4-车道线传感器，5-胎压监测传感器，6-速度传感器，7-GPS传感器，8-行车摄像头，9-驾驶风格选择模块，10-车载ARM管理平台，11-液晶触摸屏，12-报警蜂鸣器，13-报警指示灯，14-无线网卡，15-传感器组。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的基于毫米波雷达的车载主动预警方法，包括以下步骤：
S1、获取来自各传感器的车辆行驶信息，包括车辆的行驶速度v1，车辆与左右车道线的距离dL和dR，车辆与目标车辆的相对速度、相对距离R和相对角度α以及路面附着系数f；其中，车辆与目标车辆的相对运动信息的获取方法具体为，DSP信号处理机对毫米波雷达中频信号进行实时AD采样，通过自适应滤波器滤除其中的杂波等干扰信号，应用全相位快速傅里叶变换(All-phase FFT,apFFT)方法提取出雷达相对于目标车辆的速度、距离和角度信息，由于全相位快速傅里叶变换具有“相位不变性”，即非同步采样也能保证相位精度，经过DSP信号处理机一次信号处理即可提取出速度、距离和角度信息。将各目标车辆的相对速度、相对距离和相对角度信息实时发送给车载ARM管理平台。
车载ARM管理平台实时接收DSP信号处理机发送的各目标信息，与此同时，实时接收来自路面状况传感器的路面附着系数、来自车道线传感器的自车与左右车道线的距离、来自胎压监测传感器的各车轮胎压值、来自速度传感器的自车的车辆行驶速度、来自GPS传感器的地理位置信息、来自行车摄像头的行驶道路图像。
S2、根据车辆与目标车辆的相对角度和相对距离，判断两车是否处于同一车道；判断车辆与目标车辆处于同一车道的判别条件为：
如图4所示，是本发明的车道辨识模型的示意图，其中，车辆相对于基准线的位移D＝R×sinα，W为车体宽度，h为车道线宽度；当目标车辆处于自车左前方时，相对角度α小于0，当目标车辆处于自车右前方时，相对角度α大于0，当目标车辆处于自车正前方时，相对角度α等于0。
S3、若车辆与目标车辆处于同一车道，则进行纵向制动安全距离的判断；根据报警安全距离(Warning safe driving distance)Sw、制动安全距离(Braking safe drivingdistance)Sbr和相对距离R，若R＞Sw，则说明车辆处于安全行驶状态；若Sw≥R＞Sbr，则说明车辆存在潜在碰撞风险，主动预警系统开始通过声光报警等形式提醒驾驶员采取制动措施；若R≤Sbr，说明车辆处于极度危险的状态，必须立即采取最大的制动措施或者侧向变道才有可能避免事故的发生。
其中，Sw和Sbr的计算公式为：
如图5所示，是本发明的纵向制动安全距离模型的示意图，A车表示装有雷达的本车，B车表示为在相同车道前方的目标车辆。其中，目标车辆行驶速度为v2，如遇紧急情况需制动，驾驶员制动反应时间t1，汽车制动系统延迟时间t2，在这两个时间段内，两车均还处于原来的行驶状态，车辆和目标车辆行驶的距离分别为d1、d2，它们的计算公式为：
d1＝v1(t1+t2)
d2＝v2(t1+t2)
车辆经过S1的制动距离与目标车辆处于相对静止状态，S1的计算公式为：
g为重力加速度，这段时间内目标车行驶的距离为S2，此时车辆车头与目标车车尾的最小车间距为S0。
车载ARM管理平台在液晶触摸屏上显示评价结果，如果评价结果显示存在碰撞风险，则启用声光报警，同时显示各项行车数据信息和行车图像信息。
如图2所示，本发明实施例的基于毫米波雷达的车载主动预警系统，用于实现上述实施例的基于毫米波雷达的车载主动预警方法，具体包括：
车辆行驶信息获取单元201，用于获取来自各传感器的车辆行驶信息，包括车辆的行驶速度v1，车辆与左右车道线的距离dL和dR，车辆与目标车辆的相对速度、相对距离R和相对角度α以及路面附着系数f；
车道辨识单元202，用于根据车辆与目标车辆的相对角度和相对距离，判断两车是否处于同一车道；该车道辨识单元中判断车辆与目标车辆处于同一车道的判别条件为：
其中，车辆相对于基准线的位移D＝R×sinα，W为车体宽度，h为车道线宽度；当目标车辆处于自车左前方时，相对角度α小于0，当目标车辆处于自车右前方时，相对角度α大于0，当目标车辆处于自车正前方时，相对角度α等于0。
车辆安全制动距离判断单元203，用于若车辆与目标车辆处于同一车道，进行纵向制动安全距离的判断；根据报警安全距离Sw、制动安全距离Sbr和相对距离R，若R＞Sw，则说明车辆处于安全行驶状态；若Sw≥R＞Sbr，则说明车辆存在潜在碰撞风险；若R≤Sbr，说明车辆处于极度危险的状态；
其中，Sw和Sbr的计算公式为：
目标车辆行驶速度为v2，如遇紧急情况需制动，驾驶员制动反应时间t1，汽车制动系统延迟时间t2，在这两个时间段内，两车均还处于原来的行驶状态，车辆和目标车辆行驶的距离分别为d1、d2，它们的计算公式为：
d1＝v1(t1+t2)
d2＝v2(t1+t2)
车辆经过S1的制动距离与目标车辆处于相对静止状态，S1的计算公式为：
g为重力加速度，这段时间内目标车辆行驶的距离为S2，此时车辆车头与目标车辆车尾的最小车间距为S0。
该系统还包括DSP数据处理单元，用于对毫米波雷达中频信号进行实时AD采样，通过自适应滤波器滤除其中的杂波干扰信号，应用全相位快速傅里叶变换方法提取出车辆与目标车辆的相对速度、相对距离和相对角度。
该系统还包括预警信息显示单元，用于在液晶触摸屏上显示预警结果，同时显示各项行车数据信息和行车图像信息。
本发明实施例的基于毫米波雷达的车载主动预警装置，用于实现上述实施例的基于毫米波雷达的车载主动预警方法，具体包括行车信息采集模块、主动预警决策模块和预警输出模块三部分。如图3所示，行车信息采集模块主要包括毫米波雷达1及DSP信号处理机2、路面状况传感器3、车道线传感器4、胎压监测传感器5、速度传感器6、GPS传感器7和行车摄像头8；主动预警决策模块主要包括车载ARM管理平台10；预警输出模块包括液晶触摸屏11、报警蜂鸣器12、报警指示灯13和无线网卡14。
与车载ARM管理平台10相连的有DSP信号处理机2和传感器组15，DSP信号处理机2还连接有毫米波雷达1，毫米波雷达1和传感器组15设置在车辆头部；
DSP信号处理机2接收并处理毫米波雷达1采集到的车辆信号，从中提取车辆与目标车辆的相对速度、相对距离和相对角度信息，并将这些信息发送给车载ARM管理平台10；
车载ARM管理平台10接收到所述毫米波雷达1和所述传感器组15发送来的车辆信息后，实时的计算车辆行驶状态，并对车辆安全程度进行评价；
传感器组15包括路面状况传感器3、车道线传感器4、速度传感器6。该装置还包括均与车载ARM管理平台10相连的胎压监测传感器5、GPS传感器7、行车摄像头8、驾驶风格选择模块9、液晶触摸屏11、报警蜂鸣器12、报警指示灯13和无线网卡14。
嵌入式平台的处理器采用ARM11系列的S3C6410芯片。
DSP信号处理机2采用TMS320F28335芯片。
毫米波雷达1与各传感器实时采集相关行车数据信息，如相对速度、相对距离、相对角度、路面附着系数、距离左右车道线距离、胎压、车速、GPS和行车视频，对以上数据进行分析，首先通过车道辨识模型判别各目标车辆所在车道，对处在当前车道的目标车辆启用纵向制动安全距离模型进行安全程度评价，如果毫米波雷达1测量的车间距小于报警安全行车距离，则进行第一次警告报警，蜂鸣器和信号报警频率较小；如果驾驶员未采取任何制动等措施，导致两车车间距小于制动安全行车距离，则进行第二次危险报警，蜂鸣器和信号报警频率较大。在车辆处于碰撞风险阶段即对驾驶员进行主动预警，提醒和警告其采取相应的制动等措施，达到避免交通事故发生的目的。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于毫米波雷达的车载主动预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取来自各传感器的车辆行驶信息，包括车辆的行驶速度v1，车辆与左右车道线的距离dL和dR，车辆与目标车辆的相对速度、相对距离R和相对角度α以及路面附着系数f；
S2、根据车辆与目标车辆的相对角度和相对距离，判断两车是否处于同一车道；判断车辆与目标车辆处于同一车道的判别条件为：
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其中，车辆相对于基准线的位移D＝R×sinα，W为车体宽度，h为车道线宽度；当目标车辆处于自车左前方时，相对角度α小于0，当目标车辆处于自车右前方时，相对角度α大于0，当目标车辆处于自车正前方时，相对角度α等于0；
S3、若车辆与目标车辆处于同一车道，则进行纵向制动安全距离的判断；根据报警安全距离Sw、制动安全距离Sbr和相对距离R，若R＞Sw，则说明车辆处于安全行驶状态；若Sw≥R＞Sbr，则说明车辆存在潜在碰撞风险；若R≤Sbr，说明车辆处于极度危险的状态；
其中，Sw和Sbr的计算公式为：
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目标车辆行驶速度为v2，如遇紧急情况需制动，驾驶员制动反应时间t1，汽车制动系统延迟时间t2，在这两个时间段内，两车均还处于原来的行驶状态，车辆和目标车辆行驶的距离分别为d1、d2，它们的计算公式为：
d1＝v1(t1+t2)
d2＝v2(t1+t2)
车辆经过S1的制动距离与目标车辆处于相对静止状态，S1的计算公式为：
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g为重力加速度，这段时间内目标车辆行驶的距离为S2，此时车辆车头与目标车辆车尾的最小车间距为S0。
2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的车载主动预警方法，其特征在于，步骤S1中车辆与目标车辆的相对速度、相对距离和相对角度的获取方法为：
DSP信号处理机对毫米波雷达中频信号进行实时AD采样，通过自适应滤波器滤除其中的杂波干扰信号，应用全相位快速傅里叶变换方法提取出车辆与目标车辆的相对速度、相对距离和相对角度。
3.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的车载主动预警方法，其特征在于，步骤S3的预警结果可以在液晶触摸屏上显示，同时显示各项行车数据信息和行车图像信息。
4.一种基于毫米波雷达的车载主动预警系统，其特征在于，包括以下部分：
车辆行驶信息获取单元，用于获取来自各传感器的车辆行驶信息，包括车辆的行驶速度v1，车辆与左右车道线的距离dL和dR，车辆与目标车辆的相对速度、相对距离R和相对角度α以及路面附着系数f；
车道辨识单元，用于根据车辆与目标车辆的相对角度和相对距离，判断两车是否处于同一车道；判断车辆与目标车辆处于同一车道的判别条件为：
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其中，车辆相对于基准线的位移D＝R×sinα，W为车体宽度，h为车道线宽度；当目标车辆处于自车左前方时，相对角度α小于0，当目标车辆处于自车右前方时，相对角度α大于0，当目标车辆处于自车正前方时，相对角度α等于0；
车辆安全制动距离判断单元，用于若车辆与目标车辆处于同一车道，进行纵向制动安全距离的判断；根据报警安全距离Sw、制动安全距离Sbr和相对距离R，若R＞Sw，则说明车辆处于安全行驶状态；若Sw≥R＞Sbr，则说明车辆存在潜在碰撞风险；若R≤Sbr，说明车辆处于极度危险的状态；
其中，Sw和Sbr的计算公式为：
<mfenced open = "{" close = "">
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<mo>+</mo>
<msub>
<mi>S</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
目标车辆行驶速度为v2，如遇紧急情况需制动，驾驶员制动反应时间t1，汽车制动系统延迟时间t2，在这两个时间段内，两车均还处于原来的行驶状态，车辆和目标车辆行驶的距离分别为d1、d2，它们的计算公式为：
d1＝v1(t1+t2)
d2＝v2(t1+t2)
车辆经过S1的制动距离与目标车辆处于相对静止状态，S1的计算公式为：
<mrow>
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<mi>S</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
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<mrow>
<mo>-</mo>
<mn>2</mn>
<mi>g</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
g为重力加速度，这段时间内目标车辆行驶的距离为S2，此时车辆车头与目标车辆车尾的最小车间距为S0。
5.根据权利要求4所述的基于毫米波雷达的车载主动预警系统，其特征在于，该系统还包括DSP数据处理单元，用于对毫米波雷达中频信号进行实时AD采样，通过自适应滤波器滤除其中的杂波干扰信号，应用全相位快速傅里叶变换方法提取出车辆与目标车辆的相对速度、相对距离和相对角度。
6.根据权利要求4所述的基于毫米波雷达的车载主动预警系统，其特征在于，该系统还包括预警信息显示单元，用于在液晶触摸屏上显示预警结果，同时显示各项行车数据信息和行车图像信息。
7.一种基于毫米波雷达的车载主动预警装置，其特征在于，包括车载ARM管理平台(10)，以及均与其相连的DSP信号处理机(2)和传感器组(15)，所述DSP信号处理机(2)还连接有毫米波雷达(1)，所述毫米波雷达(1)和所述传感器组(15)设置在车辆头部；
所述DSP信号处理机(2)接收并处理所述毫米波雷达(1)采集到的车辆信号，从中提取车辆与目标车辆的相对速度、相对距离和相对角度信息，并将这些信息发送给所述车载ARM管理平台(10)；
所述车载ARM管理平台(10)为如权利要求4所述的基于毫米波雷达的车载主动预警系统，接收到所述毫米波雷达(1)和所述传感器组(15)发送来的车辆信息后，实时的计算车辆行驶状态，并对车辆安全程度进行评价；
所述传感器组(15)包括路面状况传感器(3)、车道线传感器(4)、速度传感器(6)；
该装置还包括均与所述车载ARM管理平台(10)相连的胎压监测传感器(5)、GPS传感器(7)、行车摄像头(8)、驾驶风格选择模块(9)、液晶触摸屏(11)、报警蜂鸣器(12)、报警指示灯(13)和无线网卡(14)。
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