CN111923858A - 一种基于地面投影的汽车防碰撞预警装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地面投影技术的汽车防碰撞预警装置及方法，属于智能汽车技术领域。本发明在已有的智能汽车基础上增加了地面投影仪和向后监测的毫米波雷达和单目测距摄像头，智能汽车通过监测后方车辆并获取后方车辆的速度和位置信息，利用安全距离模型计算安全距离和预警距离，利用蜂鸣报警器和地面投影技术分别对智能汽车和后方车辆驾驶员进行防碰撞预警。本发明在一定程度了降低了行车时追尾碰撞的风险和概率，不仅提高了自车的安全性，也提升了其他车辆的安全性。

Description

一种基于地面投影的汽车防碰撞预警装置及方法

技术领域

本发明属于智能汽车技术领域，具体涉及一种基于地面投影的汽车防碰撞预警装置及方法。

背景技术

随着汽车工业技术的不断更新和发展，汽车的保有量大幅度增加，但是随之而来的是不断发生的交通事故和逐年增加的因交通事故而伤亡的人数。在已发生的道路交通事故中，有很大一部分事故是由于车辆追尾所造成的，追尾碰撞也是造成伤亡程度较大的一种交通事故。在车辆行驶过程中，有多种原因可能导致追尾事故的发生，比如由于驾驶员注意力下降未能及时注意到前方行车环境的变化、车辆的制动力不足而造成制动距离增加等。而在一些恶劣的行车环境下，此类交通事故的发生率会大幅上升，比如在雨天和雾天等能见度较低的天气或者夜晚通行于没有路灯的路段时，驾驶员不能够清晰地观察到前方的行车环境；在雨天和雪天等路面附着系数较小的路面下，由于地面湿滑而导致制动距离的增加，而在这种情况下仅仅依靠驾驶员的主管感知和判断是不能保证行车的安全的。

近年来，人工智能技术在汽车工业上得到了丰富的应用，汽车也在不断的向着智能化的方向发展，许多车辆都装配了一定的驾驶辅助装置和智能装置来辅助驾驶员对车辆进行感知和控制，从而可以进一步提高行车时的安全性。在前后跟车行驶时，智能汽车可以通过车载驾驶辅助装置中的自动紧急制动技术来避免自车追尾前方车辆，但是当智能汽车被后方车辆追尾时则不能够进行主动避险。尤其是目前大部分的车辆仍然是没有配备智能装置的传统汽车，若后方车辆为普通车辆并且存在与智能汽车追尾碰撞风险的时候，后方车辆自身并不存在主动避险的功能，此时发生追尾碰撞事故的概率更大。所以，智能汽车可以通过自车车尾部分的智能装置去感知后方潜在的风险并利用地面投影技术来对后方车辆进行预警并通过自车车内的报警器对自车驾驶员进行提醒，使两车的驾驶员意识到潜在的风险从而可以提前进行避险，从而避免事故的发生。

发明内容

为了让汽车在雨天雾天以及夜晚等能见度低或者不利于观察周边情况的环境下具有更好的行驶安全性，考虑到智能汽车和其他车辆之间的交互性，本发明提出了一种识别后方车辆是否具有追尾碰撞风险并且利用蜂鸣报警器和地面投影技术来对自车和后方车辆分别进行防碰撞预警的装置及方法。

为实现上述目的，本发明具体技术方案如下：一种基于地面投影的汽车防碰撞预警方法，包括如下步骤：

1)智能汽车通过毫米波雷达判断后方是否有车辆，如果后方没有车辆转步骤1)，否则转步骤2)；

2)智能汽车获取驾驶环境信息，所述驾驶环境信息包括：智能汽车的行驶速度V₁、智能汽车的行驶加速度a₁、后方车辆的速度V₂，智能汽车与后方车辆的距离d和当前雨量信息；其中，所述智能汽车的行驶速度V₁、智能汽车的行驶加速度a₁通过车载CAN总线获取；所述当前雨量信息通过智能汽车的雨量传感器获取；所述后方车辆的速度V₂、智能汽车与后方车辆的距离d通过智能汽车的毫米波雷达和单目测距摄像头获取；

3)计算安全距离b，所述安全距离b是后方车辆紧急制动时的最短制动距离；

4)计算预警距离c；所述预警距离c的计算公式为c＝b+a，a是提前预警的冗余距离；

5)判断是否满足d＞c，如果d＞c，使地面投影仪和蜂鸣报警器处于关闭状态，转步骤1)，否则转步骤6)；

6)判断是否满足b＜d＜c，如果b＜d＜c，转步骤7)，否则转步骤8)；

7)控制器控制地面投影仪对后方投影区域进行投影预警，即车载控制器向车尾顶端的地面投影仪发出控制指令启动地面投影仪，调整地面投影仪的投影角度β，利用闪烁的红色光束对投影区域进行投影，转步骤1)；

8)加强对于后方车辆的预警信号并通过蜂鸣报警器提醒智能汽车驾驶员后方存在风险，即控制器控制地面投影仪加强地面投影仪光源的亮度，提高地面投影仪闪烁的频率，同时向智能汽车车内安装的蜂鸣报警器发出指令，通过蜂鸣报警器提醒智能汽车驾驶员后方存在风险，转步骤1)。

进一步地，上述步骤3)中，安全距离b的计算公式如下：

式中，τ′₂₁为后方车辆制动踏板的响应时间，τ″₂₁为后方车辆制动器制动力的起作用时间，a_max为后方车辆所能产生的最大制动减速度。

进一步地，上述步骤7)中，所述投影区域为智能汽车后方的路面上一个长度为安全距离b，宽度为智能汽车车身宽度的矩形区域。

进一步地，上述步骤7)中，所述地面投影仪的角度β的计算公式如下：

其中，h为地面投影仪安装位置距离路面的垂直高度，规定投影区域靠近智能汽车的边界为顶部边界，s₂为地面投影仪安装位置到投影区域顶部边界距离和安全距离b之和，即地面投影仪安装位置距离投影区域底部边界的水平距离。

进一步地，本发明还提供一种基于地面投影的汽车防碰撞预警装置，该装置是在已有智能汽车的基础上增加一个地面投影仪、毫米波雷达以及单目测距摄像头；期中，地面投影仪安装在车辆尾部顶端，与车载控制器相连，用于对后方投影区域进行投影；毫米波雷达和单目测距摄像头安装在车辆尾部，用于监测后方车辆的速度、以及距离信息。

本发明的有益效果是在雨天雾天或者夜晚等能见度较低的行车环境下以及在雨天雪天等道路湿滑而造成路面附着系数下降的环境下，智能与后方车辆两车前后行驶，后方车辆由于驾驶员观察欠缺导致两车之间产生潜在的追尾碰撞风险，此时智能汽车通过自身的智能化装置对潜在风险进行感知并对自车和后方车辆进行碰撞风险预警，提醒自车和后方车辆的驾驶员及时作出反应，可以有效地减少此类交通事故的发生，降低了追尾碰撞的事故率，增加了道路交通行驶的安全性。

附图说明

图1是本发明的侧面效果示意图。

图2是本发明的俯视效果示意图。

图3是本发明的方法流程图。

图4是本发明中地面投影仪的角度示意图。

图5是本发明投影区域效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，需要指出的是，下面仅以一种最优化的技术方案对本发明的技术方案以及设计原理进行详细阐述，但本发明的保护范围并不限于此。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

图1、图2所示为本发明的侧向和俯视效果示意图，在基于目前智能汽车已有的智能化装置的基础上，包括雨量传感器、车载控制器和蜂鸣报警器等，另外增加位于车辆尾部顶端的地面投影仪用于向智能汽车后方的地面进行投影预警；增加安装在车辆尾部的毫米波雷达以及单目测距摄像头用于监测后方车辆的速度、以及距离信息。

在智能汽车正常行驶时，通过车尾部分的毫米波雷达和单目测距摄像头实时监测后方车辆的速度、和相对于自车的位置距离，并通过车辆CAN总线获取智能汽车目前的速度和加速度信息，以及雨量传感器所采集到的当前雨量信息，然后将这些信息全部输入到安全距离模型中，通过安全距离模型进行计算得到两车当前行驶状态下的纵向安全距离b。另外，设计冗余距离a作为提前预警距离来增加车辆纵向安全距离裕量，将计算得到的纵向安全距离b加上提前预警距离a得到预警距离c，即当后方车辆进入到距离c的范围内便会触发智能汽车的预警机制进行预警。预警机制具体是通过车载控制器控制车尾顶部的地面投影仪向智能汽车车身后方的路面投影出一个红色的预警区域，区域的纵向长度为当前车速下两车之间的纵向安全距离b，横向长度为智能汽车车身的宽度，投影在地面上的红色区域伴随着闪烁作为对后方车辆的预警信号，两车之间的距离越近，地面投影仪闪烁的频率就会越高，用于提醒后方车辆潜在的碰撞风险，使后方车辆驾驶员能够及时意识到前方的危险并做出制动等避险操作；若后方车辆无规避措施，两车之间的距离越来越小，碰撞风险持续上升，当后方车辆进入安全距离b范围内，控制器进一步地控制车内的蜂鸣报警器，用于提醒智能汽车驾驶员后方潜在的被追尾风险，在车辆前方行驶条件允许的情况下，智能汽车驾驶员可以进行适当的加速或者变道来增加与后方车辆之间的距离，使两车之间的距离达到一个安全的范围。

图3所示为本发明的基于地面投影的汽车防碰撞预警方法流程图，包括以下步骤：

1)智能汽车通过毫米波雷达判断后方是否有车辆，如果后方没有车辆转步骤1)，否则转步骤2)；

2)智能汽车获取驾驶环境信息，驾驶环境信息具体包括：智能汽车的行驶速度V₁、智能汽车的行驶加速度a₁、后方车辆的速度V₂，智能汽车与后方车辆的距离d和当前雨量信息；其中，智能汽车的行驶速度V₁、智能汽车的行驶加速度a₁通过车载CAN总线获取；当前雨量信息通过智能汽车的雨量传感器获取；后方车辆的速度V₂，智能汽车与后方车辆的距离d通过智能汽车的毫米波雷达和单目测距摄像头获取；

3)计算安全距离b，安全距离b是后方车辆紧急制动时的最短制动距离；

作为本发明的优选实施例，安全距离b的计算公式如下：

式中，τ′₂₁为后方车辆制动踏板的响应时间，τ″₂₁为后方车辆制动器制动力的起作用时间，a_max为后方车辆制动时所能产生的最大制动减速度；本发明具体实施例中，取τ′₂₁＝0.2s、τ″₂₁＝0.5s；a_max在良好天气下取a_max＝6m/s²，在雨雪天气下取a_max＝4m/s²。

4)计算预警距离c；在通过步骤2中不同情况下安全距离模型计算得的目前两车行驶状态下安全距离b后，出于增加车辆纵向安全距离裕量的目的，增加冗余距离a作为提前预警距离，即安全距离b加上提前预警距离a得到距离c，为此时行驶状态下的预警距离。

即：

c＝b+a

本发明具体实施例中，a＝5m。

5)判断是否满足d＞c，如果d＞c，此时后方车辆没有进入预警距离，控制器使地面投影仪和蜂鸣报警器均处于关闭状态，转步骤1)，否则转步骤6)；

6)判断是否满足b＜d＜c，如果b＜d＜c，此时后方车辆进入了预警距离c，转步骤7)触发了预警机制，否则转步骤8)。

7)控制器控制地面投影仪对后方车辆进行投影预警，即车载控制器向车尾的地面投影仪发出控制指令启动地面投影仪，将安全距离b范围内的投影区域用红色光束进行投影，并且伴随着闪烁，以极强的视觉效果来引起后方车辆驾驶员的注意力，作为对后方车辆的预警信号，如图4所示；转步骤1)。

作为本发明的优选实施例，步骤7)中投影区域为智能汽车后方的路面上一个长度为安全距离b，宽度为智能汽车车身宽度的矩形区域。

作为本发明的优选实施例，地面投影仪的角度β的计算公式如下：

其中，h为地面投影仪安装位置距离路面的垂直高度，规定投影区域靠近智能汽车的边界为顶部边界，s₂为地面投影仪安装位置到投影区域顶部边界距离和安全距离b之和，即地面投影仪安装位置距离投影区域底部边界的水平距离，如图5所示。

8)此时后方车辆进入安全距离b范围内，加强对于后方车辆的预警信号并通过蜂鸣报警器提醒智能汽车驾驶员后方存在的风险，即控制器控制地面投影仪加强地面投影仪光源的亮度，提高地面投影仪闪烁的频率，同时向智能汽车车内安装的蜂鸣报警器发出指令，通过蜂鸣报警器提醒智能汽车驾驶员后方存在风险，转步骤1)。

Claims (5)

1.一种基于地面投影的汽车防碰撞预警方法，其特征在于包括如下步骤：

1)智能汽车通过毫米波雷达判断后方是否有车辆，如果后方没有车辆转步骤1)，否则转步骤2)；

2)智能汽车获取驾驶环境信息，所述驾驶环境信息包括：智能汽车的行驶速度V₁、智能汽车的行驶加速度a₁、后方车辆的速度V₂，智能汽车与后方车辆的距离d和当前雨量信息；其中，所述智能汽车的行驶速度V₁、智能汽车的行驶加速度a₁通过车载CAN总线获取；所述当前雨量信息通过智能汽车的雨量传感器获取；所述后方车辆的速度V₂、智能汽车与后方车辆的距离d通过智能汽车的毫米波雷达和单目测距摄像头获取；

3)计算安全距离b，所述安全距离b是后方车辆紧急制动时的最短制动距离；

4)计算预警距离c；所述预警距离c的计算公式为c＝b+a，a是提前预警的冗余距离；

5)判断是否满足d＞c，如果d＞c，使地面投影仪和蜂鸣报警器处于关闭状态，转步骤1)，否则转步骤6)；

6)判断是否满足b＜d＜c，如果b＜d＜c，转步骤7)，否则转步骤8)；

7)控制器控制地面投影仪对后方投影区域进行投影预警，即车载控制器向车尾顶端的地面投影仪发出控制指令启动地面投影仪，调整地面投影仪的投影角度β，利用闪烁的红色光束对投影区域进行投影，转步骤1)；

8)加强对于后方车辆的预警信号并通过蜂鸣报警器提醒智能汽车驾驶员后方存在风险，即控制器控制地面投影仪加强地面投影仪光源的亮度，提高地面投影仪闪烁的频率，同时向智能汽车车内安装的蜂鸣报警器发出指令，通过蜂鸣报警器提醒智能汽车驾驶员后方存在风险，转步骤1)。

2.如权利要求1所述的基于地面投影的汽车防碰撞预警方法，其特征在于所述步骤3)中，安全距离b的计算公式如下：

式中，τ′₂₁为后方车辆制动踏板的响应时间，τ″₂₁为后方车辆制动器制动力的起作用时间，a_max为后方车辆所能产生的最大制动减速度。

3.如权利要求1所述的基于地面投影的汽车防碰撞预警方法，其特征在于所述步骤7)中，所述投影区域为智能汽车后方的路面上一个长度为安全距离b，宽度为智能汽车车身宽度的矩形区域。

4.如权利要求1所述的基于地面投影的汽车防碰撞预警方法，其特征在于所述步骤7)中，所述地面投影仪的投影角度β的计算公式如下：

其中，h为地面投影仪安装位置距离路面的垂直高度，规定投影区域靠近智能汽车的边界为顶部边界，s₂为地面投影仪安装位置到投影区域顶部边界距离和安全距离b之和，即地面投影仪安装位置距离投影区域底部边界的水平距离。

5.一种基于地面投影的汽车防碰撞预警装置，其特征在于，在已有智能汽车的基础上增加一个地面投影仪、毫米波雷达以及单目测距摄像头；所述地面投影仪安装在车辆尾部顶端，与车载控制器相连，用于对后方投影区域进行投影；所述毫米波雷达和单目测距摄像头安装在车辆尾部，用于监测后方车辆的速度、以及距离信息。

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