CN108345019A - 一种车辆所在车道的定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆定位领域，公开了一种车辆所在车道的定位装置及方法。通过安装在车辆前端的毫米波雷达对前方道路环境进行监测，识别前方行驶的其他车辆，并记录其他车辆与自车的相对距离和相对角度；并利用安装在自车转向轴处的转向盘转角传感器测量转向盘转角，利用安装于车轮上的轮速传感器记录自车车速。将毫米波雷达采集的相对距离和相对角度信息和方向盘转角测量的自车方向盘转角及本车车速等信息发送给微处理器，微处理器通过计算分析将得到的车辆所在的车道定位，并将车道定位结果发送给车载GPS导航系统。该装置能够确定自车在道路上行驶的具体车道，对于自车的定位更加精确。且该装置结构简单而可靠，成本小且适合广泛推广。

Description

一种车辆所在车道的定位装置及方法

技术领域

本发明属于车辆定位领域，尤其涉及一种车辆所在车道的定位装置及方法。

背景技术

GPS导航系统在车辆中的应用越来越普遍，但是在车辆导航及车辆自动化驾驶研究中，其精度还远远不够，尤其是导航系统不能获取自车所在的车道，导致导航系统给出的指令不够清晰，驾驶人对这些指令的理解也不够准确，存在较大的安全隐患。随着车辆智能化和自动化的快速发展，对于车辆的精确定位要求越来越急迫，但是目前的定位系统还不能满足其对精确度的要求。

如果能够实时的获取自车的车道定位，再结合GPS的定位功能，则车载导航系统可以有效的对驾驶人给出精确导航指令，而不是目前诸如“向左、向右”这种简单的指令。虽然目前的差分GPS定位系统有较高的精度，可以实现车道定位，但是其需要建立大量的基准站，并且需要高精度的车道级别电子地图，整体成本较高，近期内无法大规模推广使用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种车辆所在车道的定位装置及方法，能够确定自车在道路上行驶的具体车道，对于自车的定位更加精确，且该装置结构简单而可靠，成本小且适合广泛推广。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种车辆所在车道的定位装置，所述定位装置包括：

安装在车辆前保险杠中央的毫米波雷达，安装在转向盘转轴上的转角传感器，安装在车辆车轮上的车速传感器，以及安装在车辆发动机舱内的微处理器；

所述毫米波雷达的信号输出端、所述转角传感器的信号输出端、所述车速传感器信号输出端分别与所述微处理器的三个信号输入端对应连接，且所述微处理器的信号输出端与车载GPS导航系统的车道位置输入端连接。

本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：

(1)所述毫米波雷达，用于采集自车前方车辆与自车的相对距离和相对角度，并发送至所述微处理器；

所述转角传感器，用于采集自车转向盘的转角，并发送至所述微处理器；

所述车速传感器，用于采集自车车速，并发送至所述微处理器；

所述微处理器，用于获取毫米波雷达发送的自车前方车辆与自车的相对距离和相对角度，转角传感器发送的自车转向盘的转角，以及车速传感器发送的自车车速，并向车载GPS导航系统发送自车所在车道的编号。

(2)所述毫米波雷达采用ESR毫米波雷达；

所述转角传感器采用KMT32B角度传感器；

所述车速传感器采用74HC573电磁式车速传感器；

所述微处理器为ARM9处理器，型号为S3C2410。

技术方案二：

一种车辆所在车道的定位方法，所述定位方法应用于如技术方案一所述的定位装置中，所述定位方法包括如下步骤：

步骤1，毫米波雷达实时探测自车前方其他车辆与自车的相对距离和相对角度数据，并发送至微处理器；

转角传感器实时测量方向盘转角的角度值，并将方向盘转角的角度值发送至微处理器；

车速传感器实时测量车轮转速，并将自车车速发送至微处理器；

步骤2，将自车当前所在道路的车道分为3类，分别为自车所在车道，自车所在车道的左侧车道以及自车所在车道的右侧车道；

当所述方向盘转角的角度值的绝对值小于或者等于预设转角，且自车车速大于或者等于预设车速时，继续执行步骤3；

步骤3，根据自车前方其他车辆与自车的相对距离和相对角度数据，计算自车所在车道的左侧车道数量L以及自车所在车道的右侧车道数量R，从而得到自车当前所在道路的车道总数Q；

步骤4，根据所述自车当前所在道路的车道总数Q，对自车当前所在道路的所有车道进行编号，从而确定自车所在车道的编号m，并将自车当前所在道路的车道总数Q和所述自车所在车道的编号m发送至车载GPS导航系统。

本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：

(1)步骤2中，预设转角为8°，预设车速为20km/h。

(2)设置自车所在车道的左侧车道数量L的取值范围为L＝0，L＝1，L＝2，其中，L＝0表示自车所在车道为最左侧车道，L＝1表示自车所在车道的左侧车道数量为1，L＝2表示自车所在车道的左侧车道数量为2；设置自车所在车道的右侧车道数量R的取值范围为R＝0，R＝1，R＝2，其中，R＝0表示自车所在车道为最右侧车道，R＝1表示自车所在车道的右侧车道数量为1，R＝2表示自车所在车道的右侧车道数量为2；且设置自车与正前方车辆的相对角度为零度，自车与左前方车辆的相对角度小于零度，自车与右前方车辆的相对角度大于零度；步骤3具体包括：

(1)计算自车所在车道的左侧车道数量L：

(a)获取自车前方车辆中与自车的相对角度小于或者等于零的第一类车辆的数据，所述第一类车辆的数据包含第一类车辆与自车的相对距离和相对角度；

(b)计算参数D1的值，D1＝|d1×sin(θ1)|，其中，d1表示自车与每个第一类车辆的相对距离，θ1表示自车与每个第一类车辆的相对角度；

(c)设置毫米波雷达的数据采集周期，在所述数据采集周期内，若计算得到的参数D1的值均小于A，则L＝0；在所述数据采集周期内，若计算得到的参数D1的值在预设时间段内大于或者等于A且小于B，则L＝1；在所述数据采集周期内，若计算得到的参数D1的值在所述预设时间段内大于或者等于B且小于C，则L＝2；

(2)计算自车所在车道的右侧车道数量R：

(a)获取自车前方车辆中与自车的相对角度大于零的第二类车辆的数据，所述第二类车辆的数据包含第二类车辆与自车的相对距离和相对角度；

(b)计算参数D2的值，D2＝|d2×sin(θ2)|，其中，d2表示自车与每个第二类车辆的相对距离，θ2表示自车与每个第二类车辆的相对角度；

(c)设置毫米波雷达的数据采集周期，在所述数据采集周期内，若计算得到的参数D2的值均小于A，则R＝0；在所述数据采集周期内，若计算得到的参数D2的值在预设时间段内大于或者等于A且小于B，则R＝1；在所述数据采集周期内，若计算得到的参数D2的值在所述预设时间段内大于或者等于B且小于C，则R＝2；

(3)确定自车当前所在道路的车道总数Q：Q＝L+R+1。

(3)A的值设置为2米，B的值设置为5.6米，C的值设置为9.2米，且所述数据采集周期设置为5分钟，所述预设时间段设置为20秒。

(4)步骤4中，根据自车当前所在道路的车道总数Q，沿自车前进方向将所有车道从左到右依次编号为1至Q，则自车所在车道m等于Q-R。

本发明技术方案实现的原理是通过安装在车辆前端的毫米波雷达对前方道路环境进行监测，识别前方行驶的其他车辆，并记录其他车辆与自车的相对距离和相对角度；并利用安装在自车转向轴处的转向盘转角传感器测量转向盘转角，利用安装于车轮上的轮速传感器记录自车车速。将毫米波雷达采集的相对距离和相对角度信息和方向盘转角测量的自车方向盘转角及本车车速等信息发送给微处理器，微处理器通过计算分析将得到的车辆所在的车道定位，并将车道定位结果发送给车载GPS导航系统。该装置能够确定自车在道路上行驶的具体车道，对于自车的定位更加精确。且该装置结构简单而可靠，成本小且适合广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种车辆所在车道的定位装置对前方车辆进行探测的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种车辆所在车道的定位装置的连接示意图；

图中：1表示转角传感器；2表示毫米波雷达；3表示自车；4表示ARM9处理器；5表示车载GPS系统；6表示车速传感器；7、8、9分别表示前方车辆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着车辆辅助驾驶系统的应用，毫米波雷达在车辆安全领域内得到了广泛的应用，比如追尾预警系统、换道预警系统等。由于毫米波雷达本身测量的是自车与周围其他车辆的位置关系，因此利用这些位置关系，并结合自车的行驶状态，可以实现对自车的车道定位，即确定自车所在车道。这样对于车辆导航系统的语音提示及自动驾驶的应用有较大的帮助。

本发明实施例提供一种利用毫米波雷达确定车辆车道位置的装置，包括：

毫米波雷达：在车辆前端中央安装毫米波雷达，毫米波雷达的发射面朝向车辆前进方向。毫米波雷达采集前方其他车辆与自车的相对距离和相对角度等信息。毫米波雷达的输出端电连接微处理器。

转角传感器：安装在转向盘转轴上，用于检测转向盘的转角。转向盘转角传感器的输出端电连接微处理器。

车速传感器：安装于车轮，用来采集本车的车速。车速传感器的输出端电连接微处理器。

微处理器：固定安装在发动机舱。一端通过输入数据接口电连接毫米波雷达、转角传感器。另一端通过输出数据接口电连接于车载GPS导航系统。

具体的：所述毫米波雷达采用ESR毫米波雷达。

所述方向盘转角传感器采用KMT32B角度传感器。

所述车速传感器采用74HC573电磁式车速传感器。

所述微处理器为ARM9处理器，具体型号为S3C2410。

参照图1和图2，在利用毫米波雷达确定车辆车道位置的装置中，毫米波雷达2采用螺栓固定在车辆前保险杠下方，用来采集前方车辆7、8、9的相对于本车的相对距离和相对角度信息。本实例采用的方向盘角度传感器1安装在转向轴上，用来采集方向盘的转角信息。车速传感器6安装于自车的任一车轮上，用于采集自车行驶速度。微处理器4采集来自毫米波雷达、转角传感器以及车速传感器的数据，并进行自车车道定位。为了实现本发明的利用毫米波雷达确定车辆车道位置工作方法，结合上述利用毫米波雷达确定车辆车道位置装置为基础，具体过程如下：

(1)数据采集：安装在车辆前端的毫米波雷达实时探测本车前方其他车辆与本车的相对距离和相对角度的运动状态数据，并将数据发送道微处理器。方向盘转角传感器实时测量方向盘转角的角度值，并将实时采集方向盘转角数据发送至微处理器器。车速传感器实时测量车轮转速，并将车速数据发送至微处理器。

(2)行驶工况判断。由方向盘转角和车速判断车辆行驶工况。车辆低速和大幅度转弯状况下，毫米波雷达测量得到的数据无法真实反映自车的车道位置关系，因此这种状态下本发明的方法无法适用。设定条件：方向盘转角的绝对值小于等于8°，且自车车速大于等于20km/h。只有满足这个条件才进行下一步判断，否则系统将结束当前的判断过程，重新采集数据判断。

(3)车道关系划分。将自车前进方向道路的所有车道划分为3类：自车所在车道，自车所在车道的左侧车道，自车所在车道的右侧车道。

(4)车辆所在道路车道总数Q的确定：Q＝L+R+1

其中，L为自车所在车道左侧车道的数量，本发明中将L的取值范围设置为0-2；其中0表示自车所在车道已经是最左侧车道，往左再无车道。R为自车所在车道的右侧车道的数量，本发明中R的取值范围设置为0-2；其中0表示自车所在车道已经是最右侧车道，往右再无车道。

(5)自车所在车道左侧车道数量L的确定：满足条件(2)之后，系统将持续对雷达返回的数据进行分析。

设定参数D，D＝|d×sin(θ)|。其中d为雷达测量返回的自车与前方其他车辆的距离值，θ为自车与前方其他车辆的相对角度值。对所有θ小于等于零的数据，L数量的确定规则如下：

1)L＝0。设定5分钟的采集周期，在采集周期内，如果所有计算得到的D值均小于2.0m，则L取为0。

2)L＝1。设定5分钟的采集周期，在采集周期内，如果所有计算得到的D值，出现超过20秒的D值处于2.0m-5.6m范围，则L取为1。

3)L＝2。设定5分钟的采集周期，在采集周期内，如果所有计算得到的D值，出现超过20秒的D值处于5.6m-9.2m范围，则L取为2。

(6)自车所在车道右侧车道数量R的确定：满足条件(2)之后，系统将持续对雷达返回的数据进行分析。

设定参数D，D＝|d×sin(θ)|。其中d为雷达测量返回的自车与前方其他车辆的距离值，θ为自车与前方其他车辆的相对角度值。对所有θ大于零的数据，R数量的确定规则如下：

1)R＝0。设定5分钟的采集周期，在采集周期内，如果所有计算得到的D值均小于2.0m，则L取为0。

2)R＝1。设定5分钟的采集周期，在采集周期内，如果所有计算得到的D值，出现超过20秒的D值处于2.0m-5.6m范围，则L取为1。

3)R＝2。设定5分钟的采集周期，在采集周期内，如果所有计算得到的D值，出现超过20秒的D值处于5.6m-9.2m范围，则L取为2。

(7)车道总数Q计算。计算得到L和R之后，Q＝L+R+1。由此计算得到Q的数值，即自车当前行驶方向的车道总数。

(8)自车所在车道位置确定。得到车道总数Q之后，沿自车前进方向，将所有车道从左到右排列，最左侧车道为1号车道，最右侧车道为Q号车道。自车所在车道m等于Q-R。

(9)向车载GPS导航系统输出Q和m值，供车载GPS系统判断自车所处的车道位置，并给出精确化的导航指令，引导驾驶人按照预定线路行驶。

本发明的利用毫米波雷达确定车辆车道位置的装置，主要采用毫米波雷达、自车转角传感器、自车车速传感器和ARM9处理器，耗能小、设计简单、可靠性高。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种车辆所在车道的定位装置，其特征在于，所述定位装置包括：

安装在车辆前保险杠中央的毫米波雷达，安装在转向盘转轴上的转角传感器，安装在车辆车轮上的车速传感器，以及安装在车辆发动机舱内的微处理器；

所述毫米波雷达的信号输出端、所述转角传感器的信号输出端、所述车速传感器信号输出端分别与所述微处理器的三个信号输入端对应连接，且所述微处理器的信号输出端与车载GPS导航系统的车道位置输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种车辆所在车道的定位装置，其特征在于，

所述毫米波雷达，用于采集自车前方车辆与自车的相对距离和相对角度，并发送至所述微处理器；

所述转角传感器，用于采集自车转向盘的转角，并发送至所述微处理器；

所述车速传感器，用于采集自车车速，并发送至所述微处理器；

所述微处理器，用于获取毫米波雷达发送的自车前方车辆与自车的相对距离和相对角度，转角传感器发送的自车转向盘的转角，以及车速传感器发送的自车车速，并向车载GPS导航系统发送自车所在车道的编号。

3.根据权利要求1所述的一种车辆所在车道的定位装置，其特征在于，

所述毫米波雷达采用ESR毫米波雷达；

所述转角传感器采用KMT32B角度传感器；

所述车速传感器采用74HC573电磁式车速传感器；

所述微处理器为ARM9处理器，型号为S3C2410。

4.一种车辆所在车道的定位方法，所述定位方法应用于如权利要求1-3中任一项所述的定位装置中，其特征在于，所述定位方法包括如下步骤：

步骤1，毫米波雷达实时探测自车前方其他车辆与自车的相对距离和相对角度数据，并发送至微处理器；

转角传感器实时测量方向盘转角的角度值，并将方向盘转角的角度值发送至微处理器；

车速传感器实时测量车轮转速，并将自车车速发送至微处理器；

步骤2，将自车当前所在道路的车道分为3类，分别为自车所在车道，自车所在车道的左侧车道以及自车所在车道的右侧车道；

当所述方向盘转角的角度值的绝对值小于或者等于预设转角，且自车车速大于或者等于预设车速时，继续执行步骤3；

步骤3，根据自车前方其他车辆与自车的相对距离和相对角度数据，计算自车所在车道的左侧车道数量L以及自车所在车道的右侧车道数量R，从而得到自车当前所在道路的车道总数Q；

步骤4，根据所述自车当前所在道路的车道总数Q，对自车当前所在道路的所有车道进行编号，从而确定自车所在车道的编号m，并将自车当前所在道路的车道总数Q和所述自车所在车道的编号m发送至车载GPS导航系统。

5.根据权利要求4所述的一种车辆所在车道的定位方法，其特征在于，步骤2中，预设转角为8°，预设车速为20km/h。

6.根据权利要求4所述的一种车辆所在车道的定位方法，其特征在于，设置自车所在车道的左侧车道数量L的取值范围为L＝0，L＝1，L＝2，其中，L＝0表示自车所在车道为最左侧车道，L＝1表示自车所在车道的左侧车道数量为1，L＝2表示自车所在车道的左侧车道数量为2；设置自车所在车道的右侧车道数量R的取值范围为R＝0，R＝1，R＝2，其中，R＝0表示自车所在车道为最右侧车道，R＝1表示自车所在车道的右侧车道数量为1，R＝2表示自车所在车道的右侧车道数量为2；且设置自车与正前方车辆的相对角度为零度，自车与左前方车辆的相对角度小于零度，自车与右前方车辆的相对角度大于零度；步骤3具体包括：

(1)计算自车所在车道的左侧车道数量L：

(a)获取自车前方车辆中与自车的相对角度小于或者等于零的第一类车辆的数据，所述第一类车辆的数据包含第一类车辆与自车的相对距离和相对角度；

(b)计算参数D1的值，D1＝|d1×sin(θ1)|，其中，d1表示自车与每个第一类车辆的相对距离，θ1表示自车与每个第一类车辆的相对角度；

(c)设置毫米波雷达的数据采集周期，在所述数据采集周期内，若计算得到的参数D1的值均小于A，则L＝0；在所述数据采集周期内，若计算得到的参数D1的值在预设时间段内大于或者等于A且小于B，则L＝1；在所述数据采集周期内，若计算得到的参数D1的值在所述预设时间段内大于或者等于B且小于C，则L＝2；

(2)计算自车所在车道的右侧车道数量R：

(a)获取自车前方车辆中与自车的相对角度大于零的第二类车辆的数据，所述第二类车辆的数据包含第二类车辆与自车的相对距离和相对角度；

(b)计算参数D2的值，D2＝|d2×sin(θ2)|，其中，d2表示自车与每个第二类车辆的相对距离，θ2表示自车与每个第二类车辆的相对角度；

(c)设置毫米波雷达的数据采集周期，在所述数据采集周期内，若计算得到的参数D2的值均小于A，则R＝0；在所述数据采集周期内，若计算得到的参数D2的值在预设时间段内大于或者等于A且小于B，则R＝1；在所述数据采集周期内，若计算得到的参数D2的值在所述预设时间段内大于或者等于B且小于C，则R＝2；

(3)确定自车当前所在道路的车道总数Q：Q＝L+R+1。

7.根据权利要求6所述的一种车辆所在车道的定位方法，其特征在于，A的值设置为2米，B的值设置为5.6米，C的值设置为9.2米，且所述数据采集周期设置为5分钟，所述预设时间段设置为20秒。

8.根据权利要求4所述的一种车辆所在车道的定位方法，其特征在于，步骤4中，根据自车当前所在道路的车道总数Q，沿自车前进方向将所有车道从左到右依次编号为1至Q，则自车所在车道m等于Q-R。