CN109094457B - 一种考虑驾驶员外周视野的车辆防碰撞预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种考虑驾驶员外周视野的车辆防碰撞预警系统及方法。本发明系统包括：眼动仪、车载激光雷达、OBD接口、车载单元、微处理器、LED灯、蜂鸣器以及液晶显示屏。本发明方法采集车辆当前车速、车辆至驾驶员外周视野内其它车辆的距离和方位；根据车辆防碰撞预警算法分别计算自车到驾驶员外周视野内其它车辆的提醒报警距离和自车到驾驶员外周视野内其它车辆的极限制动距离，并根据警算法计算获得的车辆制动距离与所述车辆至驾驶员外周视野内其它车辆间距离的比对结果确定当前车辆预警策略进行预警。与现有技术相比，本发明在车辆的各种行驶状态下，都能准确、有效、实时地对碰撞风险做出相应的评估和提醒，可以有效地避免碰撞事故的发生。

Description

一种考虑驾驶员外周视野的车辆防碰撞预警系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车主动安全领域，具体涉及一种考虑驾驶员外周视野的车辆防碰撞预警系统及方法。

背景技术

智能车辆主动安全是一款目前广泛应用于道路交通协调的系统，它不仅可以减少道路事故死亡率、提高交通运输效率，而且还起到了环境保护的作用。防碰撞预警系统是其关键技术，通过对数字图像处理、通信、控制等相关技术的有机结合，将呈现更加和谐的道路规划，进而达到安全、智能、环保的目标。汽车行驶安全状态判断是汽车主动避撞系统功能实现的基础，而其核心内容之一是提出有效的安全车距模型。从提高汽车主动避撞系统实用性出发，安全距离模型要保证多数交通情况下主动避撞系统正常工作，减小由于误判断造成误操作的可能性。

道路交通是一个纵横交错、错综复杂的体系，只有保证整个体系中的三大部分人、车、路相互配合、相互协调才能有效运转。机动车驾驶员是人—车—道路系统的信息枢纽，所有与人有关的因素引发的交通事故占其总量的90％以上，而驾驶员通过眼睛获得的信息最多的，所占比例居然高达80％。人对视野中的信息只能有选择地进行加工，这被称为视觉选择性注意。机动车驾驶员在自然驾驶状态下，对位于中央视野和外周视野的刺激物的注意机制是不同的，进而对危险知觉的认知加工过程也不同。而在高速状态下，驾驶员一点小的失误更容易引发严重的交通事故。

前方视野忽视区在很多交通工具中都存在，例如汽车、船舶和飞机中。而行车的前方视野区探测和方法是通过高级驾驶辅助系统和加装各种传感器进行探测，这样加大了安全系统的处理模块，降低了安全系统的处理速度，并没有有效快速的处理方法。综上所述，该方法运用前景比较宽广，且对设备要求不高，有较高的经济价值。已有的图像处理方法基本是对驾驶员视线点来优先处理该区域图像，而往往忽视了驾驶员外周视野区域，这样在现实中容易造成侧向，事故的发生。

发明内容

为了克服现有技术不适用于实际应用、识别的准确性和可靠性不高的缺点，本发明提出了一种考虑驾驶员外周视野的车辆防碰撞预警系统及方法。

本发明系统的技术方案为一种考虑驾驶员外周视野的车辆防碰撞预警系统，其特征在于，包括：眼动仪、车载激光雷达、OBD接口、车载单元、微处理器、LED灯、蜂鸣器以及液晶显示屏；所述眼动仪与所述微处理器通过导线连接；所述车载激光雷达与所述微处理器通过导线连接；所述OBD接口与所述微处理器通过导线连接；所述车载单元与所述微处理器通过导线连接；所述眼动仪与所述微处理器通过导线连接；所述微处理器与所述LED灯通过导线连接；所述微处理器与所述蜂鸣器通过导线连接；所述微处理器与所述液晶显示屏通过导线连接。

作为优选，所述眼动仪用于获取驾驶员的注视点坐标、驾驶员外周视野刺激区域浏览率和驾驶员眼跳角变化率；所述车载激光雷达用于发射和接收光波信号以测量车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的距离、车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角；所述车载单元与驾驶员外周视野内其它车辆上的车载单元通过无线通信获得驾驶员外周视野内其它车辆的速度、驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角；所述OBD接口从车辆内部仪表盘控制器局域网总线获取车辆当前车速；所述微处理器对输入的信号进行处理并判断当前预警策略以及准确执行该预警策略；所述LED灯用于碰撞预警时点亮报警；所述蜂鸣器用于碰撞预警时鸣叫报警；所述LCD液晶显示器用于碰撞预警时显示预警策略、驾驶员外周视野内其它车辆位置、距离、速度。

本发明方法的技术方案为一种考虑驾驶员外周视野的车辆防碰撞预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过车辆内部仪表盘控制器局域网总线提取行驶车速，通过眼动仪采集驾驶员注视点坐标、驾驶员外周视野刺激区域游览率和驾驶员眼跳角变化率，根据行驶车速依次计算驾驶员最大视野范围、驾驶员有效视野范围以及驾驶员有效视野距离，并计算驾驶员当前视野范围；

步骤2：通过车载激光雷达测量车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的距离、车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角，通过车载单元接收驾驶员外周视野内其它车辆的速度、驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角；

步骤3：分别计算车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的提醒报警距离和车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的极限制动距离；

步骤4：将车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的距离分别与车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的提醒报警距离以及车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的极限制动距离进行比对，通过比对结果确定当前车辆预警策略；

作为优选，步骤1中所述行驶车速为V，所述外周视野刺激区域浏览率为AOI_P，所述眼跳角变化率为w,所述驾驶员注视点坐标为(x,y)；

步骤1中所述驾驶员最大视野范围为：

VF＝19.345-0.089V

其中，VF为驾驶员最大视野范围单位为(°)，V为行驶车速(Km/h)；

步骤1中所述驾驶员有效视野范围为：

VEF＝14.563-0.079V

其中，VEF为驾驶员有效视野范围(°)，V为行驶车速(Km/h)；

步骤1中所述驾驶员有效视野距离为：

R＝458-3.8V

其中，R为驾驶员的有效视野距离(m)，V为行驶车速(Km/h)；

步骤1中所述驾驶员当前的视野范围模型：

其中，x和y分别表示驾驶员注视点横纵坐标；

作为优选，步骤2中所述通过车载激光雷达测量车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的距离L为：

车载激光雷达发出光脉冲进行逆时针扫描，经物体表面反射回到车载激光雷达，测定接受光脉冲和发射光脉冲的时间差Δt，车辆至驾驶员外周视野内其它车辆的距离L：

其中，c为光速；

步骤2中所述通过车载激光雷达测量车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角为：

以车载激光雷达发射器为原点，选定车辆坐标系X轴为车载激光雷达扫描角度为零时的光脉冲指向，车载激光雷达发射光脉冲并进行逆时针扫描，经物体表面反射回到车载激光雷达，测定当前物体与X轴的夹角从而确定车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角β；

步骤2中所述通过车载单元接收驾驶员外周视野内其它车辆的速度以及驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角；

车载单元通过与驾驶员外周视野内其它车辆的车载单元进行短程无线通讯，采集驾驶员外周视野内其它车辆的速度以及驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角α；

作为优选，步骤3中所述车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的提醒报警距离为：

其中，t_a为驾驶员对外周视野内其它车辆的反应时间，t_b为驾驶员采取措施踏上制动踏板的时间，t_c为制动力滞后时间，t_s为制动力增长时间，a_max为最大制动减速度，AOI_P为通过眼动仪采集的外周视野刺激区域浏览率，w为通过眼动仪采集的眼跳角变化率，α为驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角，β为车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角，V_a为车辆车速，V_c为驾驶员外周视野内其它车辆的速度；

步骤3中所述车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的极限制动距离：

其中，V_rel为车辆与驾驶员外周视野内其它车辆的相对速度，a_max为自车最大减速度，t₁为减速时间，t₂为延迟时间，d₀为允许车间距离；

作为优选，步骤4中所述比对为：

若L≥S₁为则系统为报警策略；

若L＜S₂为则系统为自动控制策略。

与现有技术相比，本发明在车辆的各种行驶状态下，都能准确、有效、实时地对可能出现的碰撞风险做出相应的评估和提醒，可以有效地避免碰撞事故的发生。

附图说明

图1:本发明系统结构示意图；

图2:本发明方法流程示意图；

图3:本发明提供的驾驶员视野搜索范围示意图；

图4:本发明提供的驾驶员视野区域示意图；

图5:本发明提供的安全距离示意图；

图6:本发明提供的车载激光雷达俯视扫描示意图。

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。

本发明认为在车辆行驶过程中，驾驶员的注视点集中在前方车道中心位置上；本发明中所述视野范围均为单侧视野范围；本发明提醒报警距离需考虑驾驶员的反应时间，极限制动距离不需考虑驾驶员的反应时间。

图1为本发明实施例中的系统结构图。本发明系统实施例的技术方案为一种考虑驾驶员外周视野的车辆防碰撞预警系统，其特征在于，包括：眼动仪、车载激光雷达、OBD接口、车载单元、微处理器、LED灯、蜂鸣器以及液晶显示屏；所述眼动仪与所述微处理器通过导线连接；所述车载激光雷达与所述微处理器通过导线连接；所述OBD接口与所述微处理器通过导线连接；所述车载单元与所述微处理器通过导线连接；所述眼动仪与所述微处理器通过导线连接；所述微处理器与所述LED灯通过导线连接；所述微处理器与所述蜂鸣器通过导线连接；所述微处理器与所述液晶显示屏通过导线连接。

所述眼动仪用于获取驾驶员的注视点坐标、驾驶员外周视野刺激区域浏览率和驾驶员眼跳角变化率；所述车载激光雷达用于发射和接收光波信号以测量车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的距离、车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角；所述车载单元与驾驶员外周视野内其它车辆上的车载单元通过无线通信获得驾驶员外周视野内其它车辆的速度、驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角；所述OBD接口与车辆的OBD接口连接并从车辆内部仪表盘控制器局域网总线获取车辆当前车速；所述微处理器对输入的信号进行处理并判断当前预警策略以及准确执行该预警策略；所述LED灯用于碰撞预警时点亮报警；所述蜂鸣器用于碰撞预警时鸣叫报警；所述LCD液晶显示器用于碰撞预警时显示预警策略、驾驶员外周视野内其它车辆位置、距离、速度。

本发明实施例中，所述眼动仪为Dikablis Professional眼镜式眼动仪；所述车载激光雷达为HDL-64E型车载激光雷达；所述车载单元为Quipass 011型车载单元；所述微处理器为FPGA；所述蜂鸣器为ECCO 610型97分贝蜂鸣器；所述液晶显示屏为SJ-904DVR型LCD液晶显示屏。

下面结合图1至图6论述本发明实施的具体过程。本发明实施例具体过程为：

步骤1：通过车辆内部仪表盘控制器局域网总线提取行驶车速，通过眼动仪采集驾驶员注视点坐标、驾驶员外周视野刺激区域游览率和驾驶员眼跳角变化率，根据行驶车速依次计算驾驶员最大视野范围、驾驶员有效视野范围以及驾驶员有效视野距离，并计算驾驶员当前视野范围；

步骤1中所述行驶车速为V，所述外周视野刺激区域浏览率为AOI_P，所述眼跳角变化率为w,所述驾驶员注视点坐标为(x,y)；

步骤1中所述驾驶员最大视野范围为：

VF＝19.345-0.089V

其中，VF为驾驶员最大视野范围单位为(°)，V为行驶车速(Km/h)；

步骤1中所述驾驶员有效视野范围为：

VEF＝14.563-0.079V

其中，VEF为驾驶员有效视野范围(°)，V为行驶车速(Km/h)；

步骤1中所述驾驶员有效视野距离为：

R＝458-3.8V

其中，R为驾驶员的有效视野距离(m)，V为行驶车速(Km/h)；

步骤1中所述驾驶员当前的视野范围模型：

其中，x和y分别表示驾驶员注视点横纵坐标；

步骤2：通过车载激光雷达测量车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的距离、车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角，通过车载单元接收驾驶员外周视野内其它车辆的速度、驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角；

步骤2中所述通过车载激光雷达测量车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的距离L为：

车载激光雷达发出光脉冲进行逆时针扫描，经物体表面反射回到车载激光雷达，测定接受光脉冲和发射光脉冲的时间差Δt，车辆至驾驶员外周视野内其它车辆的距离L：

其中，c为光速；

步骤2中所述通过车载激光雷达测量车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角为：

以车载激光雷达发射器为原点，选定车辆坐标系X轴为车载激光雷达扫描角度为零时的光脉冲指向，车载激光雷达发射光脉冲并进行逆时针扫描，经物体表面反射回到车载激光雷达，测定当前物体与X轴的夹角从而确定车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角β；

步骤2中所述通过车载单元接收驾驶员外周视野内其它车辆的速度以及驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角；

车载单元通过与驾驶员外周视野内其它车辆的车载单元进行短程无线通讯，采集驾驶员外周视野内其它车辆的速度以及驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角α；

步骤3：分别计算车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的提醒报警距离和车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的极限制动距离；

步骤3中所述车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的提醒报警距离为：

其中，t_a为驾驶员对外周视野内其它车辆的反应时间，t_b为驾驶员采取措施踏上制动踏板的时间，t_c为制动力滞后时间，t_s为制动力增长时间，a_max为最大制动减速度，AOI_P为通过眼动仪采集的外周视野刺激区域浏览率，w为通过眼动仪采集的眼跳角变化率，α为驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角，β为车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角，V_a为车辆车速，V_c为驾驶员外周视野内其它车辆的速度；

步骤3中所述车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的极限制动距离：

其中，V_rel为车辆与驾驶员外周视野内其它车辆的相对速度，a_max为自车最大减速度，t₁为减速时间，t₂为延迟时间，d₀为允许车间距离；

步骤4：将车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的距离分别与车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的提醒报警距离以及车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的极限制动距离进行比对，通过比对结果确定当前车辆预警策略；

步骤4中所述比对为：

若L≥S₁为则系统为报警策略；

若L＜S₂为则系统为自动控制策略。

尽管本文较多地使用了眼动仪、车载激光雷达、OBD接口、车载单元、微处理器、LED灯、蜂鸣器以及液晶显示屏等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种基于车辆防碰撞预警系统的车辆防碰撞预警方法，其特征在于，

所述车辆防碰撞预警系统包括：眼动仪、车载激光雷达、OBD接口、车载单元、微处理器、LED灯、蜂鸣器以及液晶显示屏；所述眼动仪与所述微处理器通过导线连接；所述车载激光雷达与所述微处理器通过导线连接；所述OBD接口与所述微处理器通过导线连接；所述车载单元与所述微处理器通过导线连接；所述微处理器与所述LED灯通过导线连接；所述微处理器与所述蜂鸣器通过导线连接；所述微处理器与所述液晶显示屏通过导线连接；

所述眼动仪用于获取驾驶员的注视点坐标、驾驶员外周视野刺激区域浏览率和驾驶员眼跳角变化率；所述车载激光雷达用于发射和接收光波信号以测量车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的距离、车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角；所述车载单元与驾驶员外周视野内其它车辆上的车载单元通过无线通信获得驾驶员外周视野内其它车辆的速度、驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角；所述OBD接口从车辆内部仪表盘控制器局域网总线获取车辆当前车速；所述微处理器对输入的信号进行处理并判断当前预警策略以及准确执行该预警策略；所述LED灯用于碰撞预警时点亮报警；所述蜂鸣器用于碰撞预警时鸣叫报警；所述液晶显示屏用于碰撞预警时显示预警策略、驾驶员外周视野内其它车辆位置、距离、速度；

所述车辆防碰撞预警方法，包括以下步骤：

步骤1：通过车辆内部仪表盘控制器局域网总线提取行驶车速，通过眼动仪采集驾驶员注视点坐标、驾驶员外周视野刺激区域游览率和驾驶员眼跳角变化率，根据行驶车速依次计算驾驶员最大视野范围、驾驶员有效视野范围以及驾驶员有效视野距离，并计算驾驶员当前视野范围；

步骤2：通过车载激光雷达测量车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的距离、车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角，通过车载单元接收驾驶员外周视野内其它车辆的速度、驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角；

步骤3：分别计算车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的提醒报警距离和车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的极限制动距离；

步骤4：将车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的距离分别与车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的提醒报警距离以及车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的极限制动距离进行比对，通过比对结果确定当前车辆预警策略。

2.根据利用权利要求1所述的基于车辆防碰撞预警系统的车辆防碰撞预警方法，其特征在于，步骤1中所述行驶车速为V，所述外周视野刺激区域浏览率为AOI_P，所述眼跳角变化率为w,所述驾驶员注视点坐标为(x,y)；

步骤1中所述驾驶员最大视野范围为：

VF＝19.345-0.089V

其中，VF为驾驶员最大视野范围单位为(°)，V为行驶车速(Km/h)；

步骤1中所述驾驶员有效视野范围为：

VEF＝14.563-0.079V

其中，VEF为驾驶员有效视野范围(°)，V为行驶车速(Km/h)；

步骤1中所述驾驶员有效视野距离为：

R＝458-3.8V

其中，R为驾驶员的有效视野距离(m)，V为行驶车速(Km/h)；

步骤1中所述驾驶员当前的视野范围模型：

其中，x和y分别表示驾驶员注视点横纵坐标。

3.根据利用权利要求1所述的基于车辆防碰撞预警系统的车辆防碰撞预警方法，其特征在于，步骤2中所述通过车载激光雷达测量车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的距离L为：

车载激光雷达发出光脉冲进行逆时针扫描，经物体表面反射回到车载激光雷达，测定接受光脉冲和发射光脉冲的时间差Δt，车辆至驾驶员外周视野内其它车辆的距离L：

其中，c为光速；

步骤2中所述通过车载激光雷达测量车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角为：

以车载激光雷达发射器为原点，选定车辆坐标系X轴为车载激光雷达扫描角度为零时的光脉冲指向，车载激光雷达发射光脉冲并进行逆时针扫描，经物体表面反射回到车载激光雷达，测定当前物体与X轴的夹角从而确定车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角β；

步骤2中所述通过车载单元接收驾驶员外周视野内其它车辆的速度以及驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角；

车载单元通过与驾驶员外周视野内其它车辆的车载单元进行短程无线通讯，采集驾驶员外周视野内其它车辆的速度以及驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角α。

4.根据利用权利要求1所述的基于车辆防碰撞预警系统的车辆防碰撞预警方法，其特征在于，步骤3中所述车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的提醒报警距离为：

其中，t_a为驾驶员对外周视野内其它车辆的反应时间，t_b为驾驶员采取措施踏上制动踏板的时间，t_c为制动力滞后时间，t_s为制动力增长时间，a_max为最大制动减速度，AOI_P为通过眼动仪采集的外周视野刺激区域浏览率，w为通过眼动仪采集的眼跳角变化率，α为驾驶员外周视野内其它车辆的速度方向角，β为车辆到驾驶员外周视野内其它车辆间的方向角，V_a为车辆车速，V_c为驾驶员外周视野内其它车辆的速度；

步骤3中所述车辆到驾驶员外周视野内其它车辆的极限制动距离：

其中，V_rel为车辆与驾驶员外周视野内其它车辆的相对速度，a_max为自车最大减速度，t₁为减速时间，t₂为延迟时间，d₀为允许车间距离。

5.根据利用权利要求1所述的基于车辆防碰撞预警系统的车辆防碰撞预警方法，其特征在于，步骤4中所述比对为：

若L≥S₁为则系统为报警策略；

若L＜S₂为则系统为自动控制策略。

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