CN105667515A

CN105667515A - 一种基于模糊理论的车道偏离预警方法

Info

Publication number: CN105667515A
Application number: CN201610119257.8A
Authority: CN
Inventors: 王海; 蔡英凤; 陈龙; 江浩斌; 袁朝春; 徐兴; 陈小波; 何友国
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2016-06-15

Abstract

本发明公开了一种基于模糊理论的车道偏离预警方法，属于汽车安全技术领域，包括步骤1：定义和计算本车和车道线间的安全距离D_safe；步骤2：定义和计算本车和车道线间的安全时间T_safe；步骤3：定义DIS为真实路况下本车与车道线的实时检测到的实际距离，以安全距离D_safe为指标，对本车与车道线的距离DIS进行模糊安全度的计算；步骤4：定义TTD为真实路况下本车偏离车道的实时计算的偏离时间，以安全时间T_safe为指标，对TTD进行模糊安全度的计算；步骤5：建立模糊规则和模糊推理，得到各状态下的隶属度值；步骤6：依据步骤5的隶属度值，输出预警信息。本发明建立了一个预警度松紧合适，具有较强适应性的车道偏离预警方法，能够提高行车安全性，并且预警准确率高。

Description

一种基于模糊理论的车道偏离预警方法

技术领域

本发明属于汽车安全技术领域，具体涉及一种基于模糊理论的车辆车道偏离预警方法，主要应用于车辆智能辅助驾驶系统中。

背景技术

交通安全问题已成为世界性的重大问题，而汽车的安全性对人类生命财产的影响更是不言而喻。随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车行驶速度也相应加快，加之汽车数量增加以及交通运输日益繁忙，汽车事故增多所引起的人员伤亡和财产损失，已成为一个不容忽视的社会问题，汽车的行车安全更显得非常重要。

目前，大部分现有车辆车道偏离预警方法均是单独从本车至车道线的距离DIS或者偏离时间TTD(Timetodeparture)角度出发进行决策，存在虚警率高，适应性差的缺点。因此，如何建立一个预警度松紧合适，具有较强适应性的车道偏离预警策略，提高行车安全性，一直是亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出以安全距离和安全时间共同作为判断安全与否的评价指标，建立了一个以模糊理论为理论基础的车道偏离预警决策模型。本发明采用两级预警策略：一、具有较紧的低级别预警(Low-Warning)，能够给驾驶员一个较为宽裕的反应时间；二、在有较强的车道偏离预期时，才给予驾驶员一个高级别预警(High-Warning)。具有工程实用价值。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于模糊理论的车道偏离预警方法，包括如下步骤：

步骤1：定义和计算本车和车道线间的安全距离D_safe；

步骤2：定义和计算本车和车道线间的安全时间T_safe；

步骤3：定义DIS为真实路况下本车与车道线的实时检测到的实际距离，以安全距离D_safe为指标，对本车与车道线的距离DIS进行模糊安全度的计算；

步骤4：定义TTD为真实路况下本车偏离车道的实时计算的偏离时间，以安全时间T_safe为指标，对TTD进行模糊安全度的计算；

步骤5：建立模糊规则和模糊推理，得到各状态下的隶属度值；

步骤6：依据步骤5的隶属度值，输出预警信息。

进一步优选方案，所述步骤1的具体实现包括如下：

设某时刻，车辆A在车道沿行驶，车辆侧向偏离速度为为V_A，在此情况下，假设驾驶员在感受到偏离预警提醒后经过反应时间t_res后开始以减速度为a_mB将车辆行驶回本车道中心；

在上述基础上，计算该时刻本车和车道线间的安全距离：

进一步优选方案，所述步骤2的具体实现包括如下：

设某时刻，车A以速度V_A向某一侧车道线方向行驶，当驾驶员得到偏离预警提醒后，经过反应时间t_res以减速度a_mB将车辆驶回反方向；

在上述基础上，计算该时刻本车和车道线间的安全时间T_safe：

进一步优选方案，所述步骤3中的具体实现包括：根据DIS数值的不同，分别计算本车与车道线距离DIS的安全度隶属于三种状态下的隶属度值，所述三种状态分别为：高度危险、中度危险和安全；

当DIS为高度危险状态时隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 1 & D I S \leq D_{s a f e} / 2 \\ 4 (3 D_{s a f e} / 4 - D I S) / D_{s a f e} & D_{s a f e} / 2 < D I S \leq 3 D_{s a f e} / 4 \\ 0 & D I S > 3 D_{s a f e} / 4 \end{matrix};

当DIS为中度危险状态时隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 4 (D I S - D_{s a f e} / 2) / D_{s a f e} & D_{s a f e} / 2 < D I S \leq 3 D_{s a f e} / 4 \\ 4 (D_{s a f e} - D I S) / D_{s a f e} & 3 D_{s a f e} / 4 < D I S \leq D_{s a f e} \\ 0 & e l s e \end{matrix};

当DIS为安全状态时隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 0 & D I S \leq 3 D_{s a f e} / 4 \\ 4 (D I S - 3 D_{s a f e} / 4) / D_{s a f e} & 3 D_{s a f e} / 4 < D I S \leq D_{s a f e} \\ 1 & D I S > D_{s a f e} \end{matrix} .

进一步优选方案，所述步骤4中所的TTD的计算方法为：

进一步优选方案，所述步骤4的具体实现包括：根据TTD数值的不同，分别计算TTD的安全度隶属于三种状态下的隶属度值，所述三种状态分别为高度危险、中度危险和安全；

当TTD为高度危险状态时隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 1 & T T D \leq T_{s a f e} \\ 2 (3 T_{s a f e} / 2 - T T D) / T_{s a f e} & T_{s a f e} < T T D \leq 3 T_{s a f e} / 2 \\ 0 & T T D > 3 T_{s a f e} / 2 \end{matrix};

当TTD为中度危险状态时隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 2 (3 T_{s a f e} / 2 - T T D) / T_{s a f e} & T_{s a f e} < T T D \leq 3 T_{s a f e} / 2 \\ 2 (T T D - 3 T_{s a f e} / 2) / T_{s a f e} & 3 T_{s a f e} / 2 < T T D \leq 2 T_{s a f e} \\ 0 & e l s e \end{matrix};

当TTD为安全状态时隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 0 & T T D \leq 3 T_{s a f e} / 2 \\ 2 (T T D - 3 T_{s a f e} / 2) / T_{s a f e} & 3 T_{s a f e} / 2 < T T D \leq 2 T_{s a f e} \\ 1 & T T D > 2 T_{s a f e} \end{matrix} .

进一步优选方案，所述步骤5中所述模糊规则用于建立DIS、TTD安全度与最终输出预警程度的对应关系，所述输出预警程度包括：低级别预警和高级别预警。

进一步优选方案，所述步骤5中所述模糊推理采用MAX-MIN算法。

进一步优选方案，所述步骤6的具体实现包括：选取步骤5中具有最大隶属度的值为其最终隶属度，并以具有最大隶属度的状态作为最终输出状态。

本发明的有益效果：

本发明以安全距离和安全时间共同作为判断安全与否的评价指标、以模糊理论为理论基础，建立了一个预警度松紧合适，具有较强适应性的车道偏离预警方法，能够提高行车安全性，并且预警准确率高。

附图说明

图1是本发明提出的基于模糊理论的车道偏离预警方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，为本发明提出的基于模糊理论的车道偏离预警方法的流程图，具体包括如下步骤：

步骤1：定义并计算本车和车道线间的安全距离。具体实现如下：

设某时刻，车辆A在车道沿行驶，车辆侧向偏离速度为为V_A。若在此情况下，假设驾驶员在感受到偏离预警提醒后经过反应时间t_res后开始以减速度为a_mB将车辆行驶回本车道中心。

在上述假设的基础上，可以给出该时刻本车和车道线间的安全距离D_safe的计算公式：

D_{s a f e} = V_{A} t_{r e s} + \frac{V_{A}^{2}}{2 a_{m B}} - - - (1)

步骤2：定义和计算本车和车道线间的安全时间。具体实现如下：

设某时刻，车A以速度V_A向某一侧车道线方向行驶，当驾驶员得到偏离预警提醒后，经过反应时间t_res以减速度a_mB将车辆驶回反方向。

在上述假设的基础上，可以给出该时刻本车和车道线间的安全时间T_safe的计算公式：

T_{s a f e} = \frac{V_{A}}{a_{m B}} + t_{r e s} - - - (2)

步骤3：定义DIS为真实路况下本车与车道线的实时检测到的实际距离，以安全距离D_safe为指标，对本车与车道线的距离DIS进行模糊安全度的计算。其中，根据DIS数值的不同，给出了本车与车道线距离DIS的安全度隶属于三种状态计算方法。其中三种状态分别为高度危险、中度危险和安全。

DIS为高度危险状态的隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 1 & D I S \leq D_{s a f e} / 2 \\ 4 (3 D_{s a f e} / 4 - D I S) / D_{s a f e} & D_{s a f e} / 2 < D I S \leq 3 D_{s a f e} / 4 \\ 0 & D I S > 3 D_{s a f e} / 4 \end{matrix} - - - (3)

DIS为中度危险状态的隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 4 (D I S - D_{s a f e} / 2) / D_{s a f e} & D_{s a f e} / 2 < D I S \leq 3 D_{s a f e} / 4 \\ 4 (D_{s a f e} - D I S) / D_{s a f e} & 3 D_{s a f e} / 4 < D I S \leq D_{s a f e} \\ 0 & e l s e \end{matrix} - - - (4)

DIS为安全状态的隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 0 & D I S \leq 3 D_{s a f e} / 4 \\ 4 (D I S - 3 D_{s a f e} / 4) / D_{s a f e} & 3 D_{s a f e} / 4 < D I S \leq D_{s a f e} \\ 1 & D I S > D_{s a f e} \end{matrix} - - - (5)

步骤4：定义TTD为真实路况下本车偏离车道的实时计算的偏离时间。

T T D = \frac{D I S}{V_{A}} - - - (6)

以安全时间T_safe为指标，对TTD进行模糊安全度的计算。其中，仍根据TTD数值的不同，给出了TTD的安全度隶属于三种状态计算方法。其中三种状态分别为高度危险、中度危险和安全。

TTD为高度危险状态的隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 1 & T T D \leq T_{s a f e} \\ 2 (3 T_{s a f e} / 2 - T T D) / T_{s a f e} & T_{s a f e} < T T D \leq 3 T_{s a f e} / 2 \\ 0 & T T D > 3 T_{s a f e} / 2 \end{matrix} - - - (7)

TTD为中度危险状态的隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 2 (3 T_{s a f e} / 2 - T T D) / T_{s a f e} & T_{s a f e} < T T D \leq 3 T_{s a f e} / 2 \\ 2 (T T D - 3 T_{s a f e} / 2) / T_{s a f e} & 3 T_{s a f e} / 2 < T T D \leq 2 T_{s a f e} \\ 0 & e l s e \end{matrix} - - - (8)

TTD为安全状态的隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 0 & T T D \leq 3 T_{s a f e} / 2 \\ 2 (T T D - 3 T_{s a f e} / 2) / T_{s a f e} & 3 T_{s a f e} / 2 < T T D \leq 2 T_{s a f e} \\ 1 & T T D > 2 T_{s a f e} \end{matrix} - - - (9)

综上所述，步骤4给出了某时刻DIS和TTD的安全度的模糊隶属度计算公式。

步骤5：建立模糊规则和模糊推理。具体实现包括如下：

步骤5-1：建立模糊规则。依据经验，我们建立了以下一系列“如果-则”形式的模糊规则。规则建立了DIS、TTD安全度与最终输出预警程度的一种对应关系。该规则写成表1的形式：

表1模糊规则

步骤5-2：在模糊规则上建立模糊推理，基于MAX-MIN原则的算法占居了目前模糊推理方法的主流。MAX-MIN算法表述如下：某一条模糊规则的后件的隶属度等于该规则若干前件隶属度的最小值，不同模糊规则得到的相同后件的不同的隶属度，取其隶属度最大值(即是指不同模糊规则下，同一个后件会有不同的隶属度大小，选取具有最大隶属度的值为其最终隶属度)。

例如：

设DIS“高度危险”模糊隶属度为0.3，“中度危险”隶属度为0.7，“安全”模糊隶属度为0；TTD“高度危险”模糊隶属度为0，“中度危险”隶属度为0.4，“安全”模糊隶属度为0.6；

此时，在模糊规则一“如果DIS高度危险，TTD高度危险，则报警状态为High-Warning”的作用下，输出“High-Warning”的隶属度为Min(DIS＝0.3，TTD＝0)＝0。在模糊规则二“如果DIS高度危险，TTD中度危险，则报警状态为High-Warning”的作用下，输出“High-Warning”的隶属度为Min(DIS＝0.3，TTD＝0.4)＝0.3。等等。依次执行完所有九条规则后，会有如下表2结果。

表2

步骤6：预警输出。将步骤5中预警推理各类结果的隶属度中，选取具有最大隶属度的值为其最终隶属度，并以具有最大隶属度的状态作为最终状态输出。

例如：

仍以步骤5中的数据为例，状态“High-Warning”的最大隶属度为0.3，状态“Low-Warning”的最大隶属度为0.6，状态“No-Warning”的最大隶属度为0。因此，状态“High-Warning”的最终隶属度为0.3，状态“Low-Warning”的最终隶属度为0.6，状态“No-Warning”的最终隶属度为0。又因为三种状态中，状态“Low-Warning”具有最大隶属度，因此最终输出低级别的预警“Low-Warning”。

以上所述仅用于描述本发明的技术方案和具体实施例，并不用于限定本发明的保护范围，在不违背本发明实质内容和精神的前提下，所作任何修改和润饰等都将落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于模糊理论的车道偏离预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：定义和计算本车和车道线间的安全距离D_safe；

步骤2：定义和计算本车和车道线间的安全时间T_safe；

步骤6：依据步骤5的隶属度值，输出预警信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤1的具体实现包括如下：

在上述基础上，计算该时刻本车和车道线间的安全距离：

3.根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤2的具体实现包括如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤3中的具体实现包括：根据DIS数值的不同，分别计算本车与车道线距离DIS的安全度隶属于三种状态下的隶属度值，所述三种状态分别为：高度危险、中度危险和安全；

当DIS为高度危险状态时隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 1 & D I S \leq D_{s a f e} / 2 \\ 4 (3 D_{s a f e} / 4 - D I S) / D_{s a f e} & D_{s a f e} / 2 < D I S \leq 3 D_{s a f e} / 4 \\ 0 & D I S > 3 D_{s a f e} / 4 \end{matrix};

当DIS为中度危险状态时隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 4 (D I S - D_{s a f e} / 2) / D_{s a f e} & D_{s a f e} / 2 < D I S \leq 3 D_{s a f e} / 4 \\ 4 (D_{s a f e} - D I S) / D_{s a f e} & 3 D_{s a f e} / 4 < D I S \leq D_{s a f e} \\ 0 & e l s e \end{matrix};

当DIS为安全状态时隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 0 & D I S \leq 3 D_{s a f e} / 4 \\ 4 (D I S - 3 D_{s a f e} / 4) / D_{s a f e} & 3 D_{s a f e} / 4 < D I S \leq D_{s a f e} \\ 1 & D I S > D_{s a f e} \end{matrix} .

5.根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤4中所的TTD的计算方法为：

6.根据权利要求5所述的一种基于模糊理论的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤4的具体实现包括：根据TTD数值的不同，分别计算TTD的安全度隶属于三种状态下的隶属度值，所述三种状态分别为高度危险、中度危险和安全；

当TTD为高度危险状态时隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 1 & T T D \leq T_{s a f e} \\ 2 (3 T_{s a f e} / 2 - T T D) / T_{s a f e} & T_{s a f e} < T T D \leq 3 T_{s a f e} / 2 \\ 0 & T T D > 3 T_{s a f e} / 2 \end{matrix};

当TTD为中度危险状态时隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 2 (3 T_{s a f e} / 2 - T T D) / T_{s a f e} & T_{s a f e} < T T D \leq 3 T_{s a f e} / 2 \\ 2 (T T D - 3 T_{s a f e} / 2) / T_{s a f e} & 3 T_{s a f e} / 2 < T T D \leq 2 T_{s a f e} \\ 0 & e l s e \end{matrix};

当TTD为安全状态时隶属度计算公式如下：

\{\begin{matrix} 0 & T T D \leq 3 T_{s a f e} / 2 \\ 2 (T T D - 3 T_{s a f e} / 2) / T_{s a f e} & 3 T_{s a f e} / 2 < T T D \leq 2 T_{s a f e} \\ 1 & T T D > 2 T_{s a f e} \end{matrix} .

7.根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤5中所述模糊规则用于建立DIS、TTD安全度与最终输出预警程度的对应关系，所述输出预警程度包括：低级别预警和高级别预警。

8.根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤5中所述模糊推理采用MAX-MIN算法。

9.根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤6的具体实现包括：选取步骤5中具有最大隶属度的值为其最终隶属度，并以具有最大隶属度的状态作为最终输出状态。