CN108608935B - 一种基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法，利用毫米波雷达及车辆自身传感器判断出本车与本车道前车、后车、相邻车道前车、后车的相对运动状态，并利用刚体运动学碰撞检测模型判断出本车是否会与周边车辆在换道时发生碰撞，根据模型判断结果通过CAN信号来控制车辆转向灯；该转向灯经过特殊改装，可以在相邻车道投射出本车的预行驶区域，投射的区域对于周边车辆会是一个非常醒目的提醒，该方法可以使智能车在换道过程中的安全性进一步得到提高。

Description

一种基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法
技术领域
本发明属于汽车主动安全技术领域，具体涉及一种基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法。
背景技术
伴随着对智能驾驶技术研究的不断深入，智能车不仅可以实现ACC、AEB等纵向控制，还逐渐的实现了车辆换道、超车等侧向控制，与纵向控制相比，智能车的侧向控制难度相对较大，需要考虑的因素比较多，就换道而言，在产生换道需求以后，并不是可以立即换道，而是需要进行碰撞检测，在检测通过以后才能进行换道操作；正确操作转向灯是安全换道的前提。
然而，传统的转向灯是依靠人为机械触发，并不能满足智能车的发展需要，而且传统转向灯的提示信息过于单一，往往会因为周边的遮挡造成信息缺失，因此需要一种智能的、信息更丰富的转向灯系统。
智能转向灯的关键技术之一是先进的传感系统、电子运算系统、车灯投射技术，其功能为在接收到上层的换道指令时，通过雷达传来的周边车辆运动学状态信息判断在换道过程中是否会有发生碰撞的可能；如果判断结果为假，则将信息反馈给上层并拒绝打开转向灯；如果判断结果为真，则打开转向灯，并且在路面上投射出预行驶区域。
发明内容
本发明针对智能车发展速度越来越快的现状，考虑到传统车辆的转向灯系统已经无法满足智能车在换道过程中的安全性需求，提出了一种基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法，该方法通过安装在车辆前方的ESR雷达与四周的角雷达，可以得到本车与周边车辆的相对运动信息，在接到换道指令以后，该系统会根据得到的相对运动学信息判断当前环境是否满足换道条件，如果满足换道条件，就控制相应一侧的转向灯打开，并在车道上投射出预行驶区域。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法，包括以下步骤：
步骤一、在车辆正前方加装一个ESR毫米波雷达，前后左右四角各加装一个角雷达，来探测本车与本车道前车、后车、相邻车道前车、后车的相对运动状态；
步骤二、根据本车与本车道前车、本车道后车、相邻车道前车、相邻车道后车的相对运动状态信息，建立基于刚体运动学的碰撞检测模型，计算出本车与周边车辆的最小初始安全距离；
步骤三、将采集的本车与本车道前车、本车道后车、相邻车道前车、相邻车道后车的初始相对距离与步骤二中计算的最小初始安全距离进行比较，判断本车与周边车辆在换道过程中是否有碰撞可能；
步骤四、根据步骤三判断出的结果控制转向灯的开闭，如果没有发生碰撞的可能，相应一侧的转向灯打开，并投射出预行驶区域；如果有发生碰撞的可能，则拒绝换道。
一种基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法，步骤二中的刚体运动学碰撞检测模型，建立过程如下：
以本车左侧边缘切线为X轴方向，换道方向为Y轴方向，原点设立在本车道后车后方处，碰撞预测模型中用到的基本参数如下：
车辆宽度为wi；车辆长度li；纵向加速度ai(t)；纵向速度vi(t)；纵向位置Xi(t)；侧向位置Yi(t)；其中Xi(t)、Yi(t)的计算是按车辆左前方最外围点距离原点的距离来计算的；
根据刚体运动学特性，计算出本车与周边车辆的最小初始安全距离，定义为MSS(i,M)；i∈{M,PA,PB,FA,FB}；M代表本车，PA代表本车道前车，PB代表相邻车道前车，FA代表本车道后车，FB代表相邻车道后车；tC(i,M)为临界碰撞时间点；θ为本车航向角；
其中，tC(i,M)为临界碰撞时间点，可以通过以下公式计算：
YM(tc(PB,M))＝YPB(tc(PB,M))-wPB
YM(tc(FB,M))-lM×sin(θ(tc(FB,M)))＝YFB(tc(FB,M))-wFB
YM(tc(PA,M))-wM×cos(θ(tc(PA,M)))＝YPA(tc(PA,M))
YM(tc(FA,M))-wM×cos(θ(tc(FA,M)))-lM×sin(θ(tc(FA,M)))＝YFA(tc(FA,M))
MSS(i,M)可由以下公式计算：
Figure BDA0001633563560000021
Figure BDA0001633563560000022
Figure BDA0001633563560000023
Figure BDA0001633563560000031
一种基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法，步骤三基于步骤二的计算结果对换道安全性进行判断，过程如下：
将雷达采集到的本车与周边车辆的初始相对距离S(i,M)，i∈{M,PA,PB,FA,FB}与步骤二中计算出来的最小安全距离比较，当且仅当：
S(PB,M)>MSS(PB,M)&S(FB,M)>MSS(M,FB)&S(PA,M)>MSS(PA,M)&S(FA,M)>MSS(M,FA)＝1时，换道操作可行。
一种基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法，步骤四通过第三步骤得到的信号来控制转向灯的开闭，如果没有发生碰撞的可能，相应一侧的转向灯打开，并投射出预行驶区域；如果有发生碰撞的可能，则拒绝换道。
本发明的有益效果在于：
通过设计一种基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法，根据周边雷达采集到的车辆运动学信息，基于碰撞检测模型来检测当前环境是否满足换道条件，如果满足换道条件，自动打开相应一侧转向灯，并在道路上投射出本车的预行驶区域，如果不满足，则拒绝换道。这种转向灯控制方法不仅可以进一步保障本车的换道安全性，对周边其它车辆的行驶安全也有一定的提高。
附图说明
图1为本发明中基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法流程图；
图2为本发明中车辆加装雷达的位置示意图；
图3为车辆在换道过程中与本车道前车的极限碰撞位置示意图；
图4为车辆在换道过程中与相邻车道前车的极限碰撞位置示意图；
图5为车辆在换道过程中与本车道后车的极限碰撞位置示意图；
图6为车辆在换道过程中与相邻车道后车的极限碰撞位置示意图；
图7为换道可行时，在路面投射可行驶区域的示意图
具体实施方式
下面将结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
实施例：实施例具体涉及一种基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法，通过毫米波雷达、角雷达得到周边车辆与本车的相对运动学信息，基于碰撞检测模型，检测车辆在换道过程中是否会与周边车辆发生碰撞，并将结果反馈给车辆，如果结果为真，则拒绝换道；如果结果为真，则自动打开相应一侧的转向灯，并在相应车道投射出本车预行驶区域。
本发明中的基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法的流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤一、在车辆正前方加装一个ESR毫米波雷达，前后左右四角加装四个角雷达，来探测本车与本车道前车、后车、相邻车道前车、后车的相对运动状态
步骤二、根据本车与本车道前车、后车、相邻车道前车、后车的相对运动状态信息建立基于刚体运动学的碰撞预测模型，计算出本车与周边车辆的最小初始安全距离；
步骤三、将采集的本车与本车道前车、后车、相邻车道前车、后车的初始相对距离与步骤二中计算的最小初始安全距离进行比较，判断本车与周边车辆在换道过程中是否有碰撞可能；
步骤四、根据步骤三判断出的结果控制转向灯的开闭，如果没有发生碰撞的可能，相应一侧的转向灯打开，并投射出预行驶区域；如果有发生碰撞的可能，则拒绝换道。
本发明步骤一中加装于车辆前方的毫米波雷达、车辆四角的角雷达如图2所示：
安装于正前方的毫米波的型号为Delphi ESR 77Hz RADAR；数量为1个；体积为130*90*39mm；参数为175m，±10°，50ms；安装位置为车辆前保险杠中心嵌入；使用用途为获取前方车辆的相对运动学信息。
安装与车辆四周的角雷达型号为：Delphi RSDS2 76-77GHZ；数量为4个；
体积为115*73*25mm；参数为80m,50ms；安装在车辆的四个角，用于探测侧前方，侧后方的车辆相对运动学信息。
本发明步骤二中的刚体运动学碰撞检测模型建立过程如下：
以本车左侧边缘切线为X轴方向，换道方向为Y轴方向，原点设立在本车道后车后方处，碰撞预测模型中用到的基本参数如下：
车辆宽度为wi；车辆长度li；纵向加速度ai(t)；纵向速度vi(t)；纵向位置Xi(t)；侧向位置Yi(t)；其中Xi(t)、Yi(t)的计算是按车辆左前方最外围点距离原点的距离来计算的；根据刚体运动学特性，计算出本车与周边车辆的最小初始安全距离，定义为MSS(i,M)；i∈{M,PA,PB,FA,FB}；M代表本车，PA代表本车道前车，PB代表左侧车道前车，FA代表本车道后车，FB代表左侧车道后车；tC(i,M)为临界碰撞时间点；θ为本车航向角；
其中tC(i,M)为临界碰撞时间点，可以通过以下公式计算：
YM(tc(PB,M))＝YPB(tc(PB,M))-wPB
YM(tc(FB,M))-lM×sin(θ(tc(FB,M)))＝YFB(tc(FB,M))-wFB
YM(tc(PA,M))-wM×cos(θ(tc(PA,M)))＝YPA(tc(PA,M))
YM(tc(FA,M))-wM×cos(θ(tc(FA,M)))-lM×sin(θ(tc(FA,M)))＝YFA(tc(FA,M))
MSS(i,M)可由以下公式计算：
Figure BDA0001633563560000051
Figure BDA0001633563560000052
Figure BDA0001633563560000053
Figure BDA0001633563560000054
本发明步骤三对换道安全性进行判断，过程如下：
将雷达采集到的本车与周边车辆的初始相对距离S(i,M)，i∈{M,PA,PB,FA,FB}与步骤二中计算出来的最小安全距离比较，当且仅当：
S(PB,M)>MSS(PB,M)&S(FB,M)>MSS(M,FB)&S(PA,M)>MSS(PA,M)&S(FA,M)>MSS(M,FA)＝1时，换道操作可行。
本发明步骤四中，根据步骤三判断出的结果控制转向灯的开闭，如果没有发生碰撞的可能，相应一侧的转向灯打开，并投射出本车预行驶区域。

Claims (2)

1.一种基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在车辆正前方加装一个ESR毫米波雷达，前后左右四角各加装一个角雷达，来探测本车与本车道前车、后车、相邻车道前车、后车的相对运动状态；
步骤二、根据本车与本车道前车、本车道后车、相邻车道前车、相邻车道后车的相对运动状态信息，建立基于刚体运动学的碰撞检测模型，计算出本车与周边车辆的最小初始安全距离；
刚体运动学碰撞检测模型建立过程如下：
以本车左侧边缘切线为X轴方向，换道方向为Y轴方向，原点设立在本车道后车后方处，碰撞预测模型中用到的基本参数如下：
车辆宽度为wi；车辆长度li；纵向加速度ai(t)；纵向速度vi(t)；纵向位置Xi(t)；侧向位置Yi(t)；其中Xi(t)、Yi(t)的计算是按车辆左前方最外围点距离原点的距离来计算的；
根据刚体运动学特性，计算出本车与周边车辆的最小初始安全距离，定义为MSS(i，M)；i∈{M，PA，PB，FA，FB}；M代表本车，PA代表本车道前车，PB代表相邻车道前车，FA代表本车道后车，FB代表相邻车道后车；tC(i，M)为临界碰撞时间点；θ为本车航向角；
其中，tC(i，M)为临界碰撞时间点，可以通过以下公式计算：
YM(tc(PB，M))＝YPB(tc(PB，M))-wPB
YM(tc(FB，M))-lM×sin(θ(tc(FB，M)))＝YFB(tc(FB，M))-wFB
YM(tc(PA，M))-wM×cos(θ(tc(PA，M)))＝YPA(tc(PA，M))
YM(tc(FA，M))-wM×cos(θ(tc(FA，M)))-lM×sin(θ(tc(FA，M)))＝YFA(tc(FA，M))
MSS(i，M)可由以下公式计算：
Figure FDA0002371826470000011
Figure FDA0002371826470000012
Figure FDA0002371826470000013
Figure FDA0002371826470000014
步骤三、将采集的本车与本车道前车、本车道后车、相邻车道前车、相邻车道后车的初始相对距离与步骤二中计算的最小初始安全距离进行比较，判断本车与周边车辆在换道过程中是否有碰撞可能；
步骤四、根据步骤三判断出的结果控制转向灯的开闭，如果没有发生碰撞的可能，相应一侧的转向灯打开，并投射出预行驶区域；如果有发生碰撞的可能，则拒绝换道。
2.如权利要求1所述的一种基于碰撞检测模型的智能车换道转向灯控制方法，其特征在于，所述步骤三基于步骤二的计算结果对换道安全性进行判断，过程如下：
将雷达采集到的本车与周边车辆的初始相对距离S(i，M)，i∈{M，PA，PB，FA，FB}与步骤二中计算出来的最小安全距离比较，当且仅当：
S(PB，M)＞MSS(PB，M)&S(FB，M)＞MSS(M，FB)&S(PA，M)＞MSS(PA，M)&S(FA，M)＞MSS(M，FA)＝1时，换道操作可行。
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