CN108091176A - 一种汽车主动防碰撞虚拟斑马线控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于辅助行人过街的汽车主动防碰撞虚拟斑马线控制系统，该控制系统包括位置信息采集设备、用于判断车辆行驶状态的车辆运行状况传感设备、作为中央处理器的主控设备、安装在汽车保险杠前端的激光灯虚拟斑马线投射设备、安装在机动车上的V2P信息发射设备。该控制系统能弥补现有的依靠行人视频检测技术进行数据采集的不足，通过机动车前端的激光发射装置投射于路面形成，提示行人优先过街，一方面将机动车的避让信息实时传达给了行人，另一方面行人在虚拟斑马线上过街，保障了行人的过街安全。

Description

一种汽车主动防碰撞虚拟斑马线控制系统

技术领域

本发明涉及一种用于辅助行人过街的汽车主动防碰撞虚拟斑马线控制系统，既属于智能交通领域，也涉及智能汽车主动安全技术领域。

背景技术

在道路交通事故中，车辆与行人的碰撞是主要的事故形式之一，而行人是事故中最大的受害群体。因此，如何提高汽车的主动安全性能、有效保护行人的安全已经越来越被重视。随着车联网技术的不断发展，汽车主动防碰撞预警系统已经成为国内外研究的热点。现有的汽车主动安全系统多考虑通过车辆间通讯(V2V)、车与设施间通讯(V2I)方式实现车辆与其他车辆间的碰撞预警，很少关注机动车与行人之间的通讯(V2P)，并将此技术应用与机动车对行人的碰撞预警。

此外，目前的行人防碰撞预警系统中多提及机动车的减速或停车避让策略，而对行人如何接收到机动车的避让信息却没有提及，且现有的系统多集中于探讨机动车的主动安全策略，而如何从行人角度提供相应辅助策略帮助其安全过街却往往忽略。

发明内容

本发明的目的是要提供一种汽车主动防碰撞虚拟斑马线控制系统，该控制系统能弥补现有的依靠行人视频检测技术进行数据采集的不足，通过机动车前端的激光发射装置投射于路面形成，提示行人优先过街，一方面将机动车的避让信息实时传达给了行人，另一方面行人在虚拟斑马线上过街，保障了行人的过街安全。

本发明的目的是这样实现的。一种汽车主动防碰撞虚拟斑马线控制系统，该控制系统包括：

①、位置信息采集设备，所述位置信息采集设备由用于采集行人坐标信息的行人可携带的移动GPS设备和用于采集机动车坐标信息的车载GPS定位设备构成；

②、用于判断车辆行驶状态的车辆运行状况传感设备，所述车辆运行状况传感设备包括用于采集机动车车速V_{ve l}的车速传感器，用于采集车辆转弯时质心角速度ω的陀螺仪，用于采集车辆转弯过程中前轮的轮胎侧偏角ε_r的前轮转角传感器，用于测量车辆与前后车的车距雷达测距仪；

③、作为中央处理器的主控设备，所述主控设备对位置信息采集设备及传感器设备所传输的数据进行处理，获得机动车与行人的潜在冲突点，根据机动车与行人当前的运动状态，对两者的碰撞风险进行评估，并根据评估结果提出行人与机动车的避让策略；

④、安装在汽车保险杠前端的激光灯虚拟斑马线投射设备，当主控设备判断出行人获得通行权时，位于机动车前端的激光灯虚拟斑马线投射设备在位于行人过街位置投射出虚拟斑马线，提示行人过街；

⑤、安装在机动车上的V2P信息发射设备，当主控设备判断出机动车获得通行权后，该V2P信息发射设备发出信号至行人，提醒行人对机动车的避让。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明将基于先进的通讯技术获得实时的行人与机动车的位置信息，并将其应用于系统的开发。能弥补现有的依靠行人视频检测技术进行数据采集的不足，后者多受到外界环境因素的干扰，比如光线不足，遮挡物等。

2、本发明所述的虚拟斑马线，由机动车前端的激光发射装置投射于路面形成，提示行人优先过街，一方面将机动车的避让信息实时传达给了行人，另一方面行人在虚拟斑马线上过街，保障了行人的过街安全。

3、本发明所提出的控制方法基于实时的位置信息采集数据与车辆运动状态采集数据，能根据机动车与行人的动态轨迹实时判断潜在的碰撞风险，并自动控制风险。

附图说明

图1为本发明汽车主动防碰撞虚拟斑马线控制系统整体结构示意图。

图2为本发明汽车主动防碰撞虚拟斑马线控制系统结构框图。

图3为本发明控制系统的实施流程图。

图4为本发明机动车转弯情况下的冲突点生成方法示意图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

本发明汽车主动防碰撞虚拟斑马线控制系统的核心控制思想是保障行人过街安全，在系统判断出行人获得通行权后，由位于机动车前端的激光投射设备在行人过街位置投射出虚拟斑马线，提示行人过街。

参阅图1、2：一种汽车主动防碰撞虚拟斑马线控制系统，该控制系统包括：

①、位置信息采集设备，所述位置信息采集设备由用于采集行人坐标信息的行人可携带的移动GPS设备1和用于采集机动车坐标信息的车载GPS定位设备2构成；其中行人可携带的移动GPS设备采用现有的智能手机实现定位功能，同时兼具GPS及声控预警功能，行人位置信息可通过行人所携带的智能手机中的GPS芯片接收卫星定位信息进行采集，且可通过结合基站定位、wifi定位等手段精确获取行人的实时位置信息；车载GPS定位设备采用现有常用的车载GPS设备，包括了佳明、凯立德、e路航、北斗等品牌，定位迅速且精度高。

②、用于判断车辆行驶状态的车辆运行状况传感设备，所述车辆运行状况传感设备包括用于采集机动车车速V_vel的车速传感器3，用于采集车辆转弯时质心角速度ω的陀螺仪4，用于采集车辆转弯过程中前轮的轮胎侧偏角ε_r的前轮转角传感器5，用于测量车辆与前后车的车距雷达测距仪6。

③、作为本发明控制系统中央处理器的主控设备7，所述主控设备7对位置信息采集设备及传感器设备所传输的数据进行处理，获得机动车与行人的潜在冲突点，根据机动车与行人当前的运动状态，对两者的碰撞风险进行评估，并根据评估结果提出行人与机动车的避让策略。

④、安装在汽车保险杠前端的激光灯虚拟斑马线投射设备8，当主控设备7判断出行人获得通行权时，位于机动车前端的激光灯虚拟斑马线投射设备8在位于行人过街位置投射出虚拟斑马线，提示行人过街。

⑤、安装在机动车上的V2P信息发射设备9，当主控设备7判断出机动车获得通行权后，该V2P信息发射设备9发出信号至行人，提醒行人对机动车的避让。

此外，行人所携带的手机除了可用于提供行人位置信息功能外，还可设置防碰撞声控预警功能。当接受到V2P信息发射设备9所发出的信号以后，手机设备(行人可携带的移动GPS设备1)可发出声音报警信息，提示行人对机动车的避让。

一种如上所述汽车主动防碰撞虚拟斑马线控制系统的控制方法，包括以下步骤：

参阅图3

步骤1、通过位置信息采集设备采集行人与机动车位置信息，通过车辆运行状况传感设备实时采集机动车运行信息。

步骤2、根据车辆位置信息及行人位置信息，通过主控设备7生成行人与机动车潜在的冲突点。

行人与机动车的冲突行为根据其位置关系划分为直行冲突与转弯冲突两种情况，在这两种情况下的冲突点生成方法如下：

情况一：机动车直行与行人过街的冲突点坐标生成

初始时间t₀下机动车坐标O_v为(X_vel,Y_vel)，当经过t₁后，行人步行至机动车道时的坐标为P_Ped(X_ped，Y_ped)，此点即为行人与机动车形成的潜在冲突点坐标。

情况二：机动车转弯与行人过街的冲突点坐标生成

参阅图4

车辆转弯与行人相遇，冲突点的坐标需结合车辆的转弯轨迹生成。车辆转弯时，行人与机动车在位置上形成夹角θ。

式中Rs为车辆的转弯半径，计算公式为：I_s(Xs,Ys)为车辆转弯时形成的转弯弧的圆心坐标，设初始时间t₀下机动车坐标O_v为(0,0)，因此机动车转弯弧圆点的横坐标X_s＝0,其中机动车车速V_vel由车速传感器采集、车辆质心角速度ω由陀螺仪采集。

在获取θ的基础上，再结合前轮转角传感器获得的车辆转弯时的转向角ε_r，生成行人与机动车冲突点的坐标P_int(X_int，Y_int)，冲突点坐标的生成方法如下：

以上是以车辆质心为基准，行人及机动车碰撞通常会发生在靠近外侧车轮的位置，设定车身宽度为w，则冲突点位置坐标P_intn(X_intn，Y_intn)为：

步骤3、计算机动车至冲突点的时间TTC

判断车辆运行轨迹，用TTC_z、TTC_w分别表示车辆直行、转弯至冲突点所需的时间。

步骤4、计算行人步行至冲突点的时间T_ped

行人步行至冲突点的时间T_ped与行人的位置坐标以及行人的步行速度V_ped相关，在此用T_pedz、T_pedw分别表示机动车在直行与转弯情况下行人至冲突点的时间。

机动车直行情况下，所需时间为：

机动车转弯情况下，所需时间为：

步骤5、通过主控设备7根据步骤3及步骤4所计算得到的结果进行风险判断及实施下一步的控制，其控制流程为：

步骤①、判断TTC是否等于TTC_min？TTC_min为避免碰撞行人与机动车所需保持的最小安全距离；若是，主控设备控制车辆紧急制动，虚拟斑马线投射设备开始工作，向地面投射激光虚拟斑马线，提示行人过街，控制结束。若否，则进入步骤②。

步骤②、判断TTC是否小于T_ped？若是，则表明机动车在行人到达前到达，机动车与行人不会发生碰撞，机动车不用避让行人，主控设备控制机动车匀速前进，控制结束；若否，则表明有碰撞风险，进入步骤③。

步骤③、判断TTC是否大于t_cg+T_ped？若是，则表明行人到达前机动车还没有达到，且行人在其可接受安全间隙内过街，机动车与行人也不会发生冲突，主控设备控制机动车匀速前进，控制结束；若否，此时T_ped<TTC<t_cg+T_ped，行人与机动车存在碰撞风险，需提出规避策略，进入步骤④。

其中，t_cg为行人过马路所需的时间。影响因素包括了路幅宽度Lw、行人步行速度V_ped，行人可接受的与机动车的安全间隔时间为t_sf，公式如下：

具体的碰撞规避策略如下：

步骤④、根据雷达测距仪对车辆间距进行检查，判断车辆是否处于跟驰状态？若是，则控制车辆先通行，进入步骤⑤；若否，则表明车辆处于自由状态，控制车辆让行，行人获得通行权，进入步骤⑦。

步骤⑤、主控设备控制机动车匀速前进，同时V2P信息通讯发送信息至行人，进入步骤⑥。

步骤⑥、行人接收来自车辆的预警信息，手机发出声控警告，控制结束。

步骤⑦、主控设备控制机动车减速让行，安装在车身前端的虚拟斑马线投射设备向地面投射激光虚拟斑马线，提示行人过街，虚拟斑马线在行人过街之后会自动消失，控制结束，此时机动车恢复成原有车速继续前行。

由于此发明并非应用于有行人斑马线的主要过街路口，因此将本发明中虚拟斑马线宽度设计为以满足单个行人过街所需空间为主。根据中国人人体尺寸国家标准及累积概率，行人的肩宽参数特征，如表1所示。因此，为了给行人提供舒适的过街环境，可选取虚拟斑马线的宽度在100cm左右。

表1行人肩宽特征(单位：cm)

性别	均值	标准差	最小值	最大值
					男	39.43	19.72	35	50.6
女	36.97	18.99	32.4	47.8

Claims (2)

1.一种汽车主动防碰撞虚拟斑马线控制系统，其特征在于：该控制系统包括：

①、位置信息采集设备，所述位置信息采集设备由用于采集行人坐标信息的行人可携带的移动GPS设备和用于采集机动车坐标信息的车载GPS定位设备构成；

②、用于判断车辆行驶状态的车辆运行状况传感设备，所述车辆运行状况传感设备包括用于采集机动车车速V_vel的车速传感器，用于采集车辆转弯时质心角速度ω的陀螺仪，用于采集车辆转弯过程中前轮的轮胎侧偏角ε_r的前轮转角传感器，用于测量车辆与前后车的车距雷达测距仪；

③、作为中央处理器的主控设备，所述主控设备对位置信息采集设备及传感器设备所传输的数据进行处理，获得机动车与行人的潜在冲突点，根据机动车与行人当前的运动状态，对两者的碰撞风险进行评估，并根据评估结果提出行人与机动车的避让策略；

④、安装在汽车保险杠前端的激光灯虚拟斑马线投射设备，当主控设备判断出行人获得通行权时，位于机动车前端的激光灯虚拟斑马线投射设备在位于行人过街位置投射出虚拟斑马线，提示行人过街；

⑤、安装在机动车上的V2P信息发射设备，当主控设备判断出机动车获得通行权后，该V2P信息发射设备发出信号至行人，提醒行人对机动车的避让。

2.根据权利要求1所述的一种汽车主动防碰撞虚拟斑马线控制系统的控制方法，其特征在于：该控制方法包括以下步骤：

步骤1、通过位置信息采集设备采集行人与机动车位置信息，通过车辆运行状况传感设备实时采集机动车运行信息；

步骤2、根据机动车位置信息及行人位置信息，通过主控设备生成行人与机动车潜在的冲突点，行人与机动车的冲突行为根据其位置关系划分为直行冲突与转弯冲突两种情况；

步骤3、计算机动车至冲突点的时间；

步骤4、计算行人步行至冲突点的时间；

步骤5、通过主控设备根据步骤3及步骤4所计算得到的结果进行风险判断及实施下一步的控制。