CN1796940A - 导航系统的弯道安全预警及行车纪录方法 - Google Patents

Abstract

一种导航系统的弯道安全预警方法，用以避免车内驾驶因疲劳或疏忽造成安全上的危害，所设计的一套弯道安全预警方式；其利用GPS得知车辆目前的坐标点，及惯性量测装置得知车辆行进方向，并利用车辆目前的坐标点往前取一段距离作为预估距离，依照目前车速与预估距离内的电子地图所预存的安全车速值进行比对，若车速超过安全车速值则予以警示；同时，在车辆行进过程中，将车辆实际车速、方向盘转角、GPS坐标点及时间，予以全程纪录。

Description

导航系统的弯道安全预警及行车纪录方法

技术领域

本发明与导航系统有关，特别是指一种导航系统的弯道安全预警及行车纪录方法。

背景技术

就交通运输方面，目前有越来越多的使用者，渐渐仰赖导航系统来指引行车路径及地名；然，早期许多导航系统的道路信息仅用图像的方式来显示信息，对于行车前方的路况条件，并无任何指引，使得此种导航系统，仅能提供行车方向的参考，其导航的价值较低。

近来，导航系统的功能已提升，对于前方的路况条件，有较充分的指引，如提供前方的法定最高速限指引，或撷取前方路口形状，并予以显示放大，或前方弯道的指引，以提供此弯道条件下的最高安全速限；对于前述弯道条件下的最高安全速限的设计，如美国专利US 5,315,295「VEHICLE SPEED CONTROL SYSTEM」是利用坐标侦测装置、路面温度感知器、路面湿度感知器、速度感知器检测相关讯息后，传回内部的CPU进行「实时运算(real-time calculation)」出安全速限值，若现行车速超过安全速限值，则予以警告，此种「实时运算(real-time calculation)」，只要任何一感知器故障或实时讯息错误，将会计算错误而提供一错误的安全速限值，进而造成驾驶者判断错误而易酿成重大的车祸，另外，上述安全速限值的计算模式仍有不足之处，因此此种系统的风险度较高。

再者，现行的导航系统，对于行车的前端服务已提供信息，如提供前述的车辆的行车方向及速限值，然而，对于行车的后端服务却嫌不够。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一导航系统的弯道安全预警及行车纪录方法，系统的风险度较低。

本发明的另一目的在于提供一导航系统的弯道安全预警及行车纪录方法，其提供行车纪录的记载，可用以监控的前的行车踪迹或事后肇事的判断。

为实现上述目的，本发明提供的导航系统的弯道安全预警方法，其利用GPS得知车辆目前的坐标点，及惯性量测装置得知车辆行进方向，并利用车辆目前的坐标点往前取一段距离作为预估距离并取出对比坐标点，依照目前车速与电子地图所预存的对比坐标点的安全车速值进行比对，若车速超过安全车速值则予以警示。

所述的导航系统的弯道安全预警方法，利用两相邻的行径直线夹角θ，依据θ变化量，使用动力学表达式来估算转弯车辆的力平衡下，求出安全车速值。

所述的导航系统的弯道安全预警方法，其依据弯道组合中的三点坐标值，求出其路径方程式y＝f(x)，再求出曲率 $\mathrm{\ρ}(X,Y)=\left|\frac{{[1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2]}^{\frac{3}{2}}}{\frac{d^{2}y}{{\mathrm{dx}}^2}}\right|,$ 则每一坐标点的弯道半径可得R＝ρ(X_n，Y_n)，并使用动力学表达式来估算转弯车辆的力平衡下，求出安全车速值。

所述的导航系统的弯道安全预警方法，利用两相邻的行径直线夹角θ，依据θ变化量，使用动力学表达式来估算转弯车辆的力平衡下，求出车速值V_S1＝f(θ)；再依据弯道组合中的三点坐标值，求出其路径方程式y＝f(x)，再求出曲率 $\mathrm{\ρ}(X,Y)=\left|\frac{{[1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2]}^{\frac{3}{2}}}{\frac{d^{2}y}{{\mathrm{dx}}^2}}\right|,$ 则每一坐标点的弯道半径可得R＝ρ(X_n，Y_n)，并使用动力学表达式来估算转弯车辆的力平衡下，求出车速值V_S2＝f(R)，则安全车速值为V_S＝Min(V_S1，V_S2)。

所述的导航系统的弯道安全预警方法，在预估距离设定方面，以固定模式取值。

所述的导航系统的弯道安全预警方法，在预估距离设定方面，以变动模式取值。

所述的导航系统的弯道安全预警方法，预估距离依现行车速每增加10km/hr，则增加一车身长单位。

所述的导航系统的弯道安全预警方法，若车辆到达对比坐标点时的当下车速超过标准安全车速值，且无任何肇事车祸，则图资信息将自动更新安全车速值，以提供下次车辆行经速度的判断标准。

所述的导航系统的弯道安全预警方法，于上述步骤中，在车辆上置设车速侦测器、G-sensor侦测器、方向盘角度侦测器，在行车过程中全程纪录GPS坐标点、GPS时间、车速值、G-sensor值、方向盘角度讯号。

本发明的一种导航系统的行车纪录方法，其车辆由GPS定位，并在车辆上置设车速侦测器、G-sensor侦测器、方向盘角度侦测器，同时，在行车过程中全程纪录GPS坐标点、GPS时间、车速值、G-sensor值、方向盘角度讯号。

附图说明

以下，配合附图列举若干较佳实施例对本发明的结构与功效作进一步说明，其中附图的简要说明如下：

图1为本发明一较佳实施例的安全预警及行车纪录方法流程图。

图2A为本发明单曲线的示意图。

图2B为本发明复曲线的示意图。

图2C为本发明反向曲线的示意图。

图3为本发明图资中任意区段的地图信息与道路坐标点的范例。

图4为本发明图资中作预估行驶路径区段内与车辆目前行驶路线的夹角示意图。

图5为本发明车辆实际车速与车辆行进方向δθ的比对表。

图6为本发明车辆实际车速与车辆行进方向-δθ的比对表。

图7为本发明车辆实际车速与车辆行进方向中的R值比对表。

图8为本发明将弯道安全车速预估值放入第三图的范例。

具体实施方式

本发明的一种导航系统的弯道安全预警及行车纪录方法，首先在弯道安全预警方法方面：

步骤一：建立图资信息：

(A)首先将区域图资内所有道路，先定义出如图2A的单曲线，或如图2B的复曲线及或如图2C的反向曲线等三种曲线组合；

(B)先自行定义车辆重量，并依据道路工程设计规范，定义出每一坐标点上的道路平均外轨超高率，路面μ值；

(C)如图3及图4所示，其中如图3，范例路段中共取出18点，亦即由S₀至S₁₇；并依上述弯道组合中，计算出两相邻的行进直线夹角；例如取L1为S₀(X₀，Y₀)至S₁(X₁，Y₁)的直线方程式，其中该两点之间距为15”(1”为经纬度的单位，1”＝31.0281公尺)，L2为S₁(X₁，Y₁)至S₂(X₂，Y₂)的直线方程式，由数学公式可计算出L1与L2的θ夹角；依上述的类推；可算出直线L2与L3的θ夹角，直线L3与L4的θ夹角等等；

(D)取出上述弯道组合中的三点S₀(X₀，Y₀)，S₁(X₁，Y₁)，S₂(X₂，Y₂)，其中任两点之间距为15”(1”为经纬度的单位，1”＝31.0281公尺)，并求出其路径方程式y＝f(x)，由路径方程式可分别求出：曲率 $\mathrm{\ρ}(X,Y)=\left|\frac{{[1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2]}^{\frac{3}{2}}}{\frac{d^{2}y}{{\mathrm{dx}}^2}}\right|;$ 并利用递增区间为f’(x)＞0可求出x的范围值；

递减区间为f’(x)＜0可求出x的范围值；

上凹区间为f”(x)＞0可求出x的范围值；

下凹区间为f”(x)＜0可求出x的范围值；

反曲点为f”(x)＝0可求出x值；

亦即每一坐标点的弯道半径可得：

R＝ρ(X_n，Y_n)

(E)依据θ变化量，结合道路平均外轨超高率，路面μ值及车重，分别使用动力学表达式来估算转弯车辆的力平衡下的安全车速值V_S1＝f(θ)；此安全车速值是考虑弯道中的角动量对车辆的影响，避免车辆翻转；

(F)依据弯道R值，结合道路平均外轨超高率，路面μ值及车重，分别使用动力学表达式来估算转弯车辆的力平衡下的安全车速值V_S2＝f(R)；此安全车速值是考虑弯道中的离心力对车辆的影响，避免车辆偏离路面；

(G)建立θ值所对应的安全车速值的对照表，如图5及图6所示；

(H)建立R值所对应的安全车速值的对照表，如图7所示；

(I)在取较大的安全系数下，以上述(G)及(H)中的较低安全车速值，作为每一坐标点的标准安全车速值，即标准安全车速值V_S＝Min(V_S1，V_S2)；并整合至卫星导航系统的电子地图信息中，如图8所示，在范例路段中的18点，均建立标准安全车速值，如S₀至S₁为直线段路，标准安全车速值为60Km/hr，如S₂至S₆为弯道段路，标准安全车速值为55Km/hr，如S₁₀至S₁₂为连续弯道段路，标准安全车速值的最低值为40Km/hr；

步骤二：请参阅图1所示，首先利用GPS定位信息撷取目前车辆的坐标位置，并侦测车辆是否移动；

步骤三：在车辆上置设惯性量测装置(gyro)与直角平面坐标系(地球经纬度坐标系)，以得知目前车辆行进方向；其中惯性量测装置为一种角动量量测工具，如陀螺仪；

步骤四：利用车辆目前位置坐标点往前取一段适当长度作为预估距离取出一对比坐标点；在预估距离设定方面，可以固定模式往前取100km，或以变动模式取值，例如现行车速为100km/hr，则取10个车身为预估距离，若现行车速为50km/hr，则取5个车身长为预估距离，换言之，预估距离依现行车速每增加10km/hr，则增加一车身长单位；

步骤五：在车辆上置设车速侦测器、G-sensor侦测器、方向盘角度侦测器，以侦测并撷取目前车速、G-sensor数值与方向盘的角度讯号；

步骤六：依照目前车速与图资资料的预估安全车速进行比对；亦即，目前车速与预估距离取出的对比坐标点上的标准安全车速值(依步骤一所得的标准安全车速值)作比对；

步骤七：若车速超过标准安全车速值，则予以警示；若车辆到达对比坐标点时的当下车速超过标准安全车速值，且无任何肇事车祸，则图资信息将自动更新标准安全车速值，以提供下次车辆行经速度的判断标准；

另外，就本发明导航系统的行车纪录方法，是于上述步骤中，在车辆上置设车速侦测器、G-sensor侦测器、方向盘角度侦测器，同时由GPS定位，在行车过程中全程纪录GPS坐标点、GPS时间、车速值、G-sensor值、方向盘角度讯号，由于上述的讯号，均为数字纪录，因此占取内存空间并不大，当然，若考虑内存空间问题，则设计内存储存方式，为储存一段时间后或一段记忆容量空间，旧数据自动被新数据覆盖的模式；

事实上，本发明导航系统的行车纪录方法，对于行车的后端服务，具有一大贡献；亦即，假设车辆肇事后，可将行车纪录GPS坐标点、GPS时间、车速值、G-sensor值、方向盘角度讯号汇入具有判读功能的装置上(如笔记型计算机或PDA...)，即可判读肇事过程中车辆状态与驾驶人操作状况；或可将行车纪录GPS坐标点、GPS时间、车速值、G-sensor值、方向盘角度讯号汇入具有电子图资的装置上(如笔记型计算机或PDA...)，即可仿真行驶过的路径及车辆状态；换言的，本发明导航系统的行车纪录，间接提供了行驶过的路径、车辆状态与驾驶人操作状况，对于车祸鉴定，刑事办案，或追踪监控具有一定的参考价值；

因此，本发明在弯道安全预警方法方面，每一坐标点的标准安全车速值，以预存方式整合至卫星导航系统的电子地图信息中，可排除感知器实时故障或实时讯息错误所提供的错误安全速限值，以降低使用的风险性；同时，本发明的标准安全速现值的计算模式，除考虑R值下的安全速限值外，亦考虑θ值下的安全速限值，因此在多重考虑下，具有较大的安全系数，亦具有自我更新数据的功能，所以本发明相较于常用导航系统更具多重功效；再者，本发明导航系统的行车纪录方法，将行车纪录GPS坐标点、GPS时间、车速值、G-sensor值全程记载，对于车辆行车的后端服务，功能果更佳。

Claims (10)

1.一种导航系统的弯道安全预警方法，其利用GPS得知车辆目前的坐标点，及惯性量测装置得知车辆行进方向，并利用车辆目前的坐标点往前取一段距离作为预估距离并取出对比坐标点，依照目前车速与电子地图所预存的对比坐标点的安全车速值进行比对，若车速超过安全车速值则予以警示。

2.依据权利要求1所述的导航系统的弯道安全预警方法，其特征在于，利用两相邻的行径直线夹角θ，依据θ变化量，使用动力学表达式来估算转弯车辆的力平衡下，求出安全车速值。

3.依据权利要求1所述的导航系统的弯道安全预警方法，其特征在于，其依据弯道组合中的三点坐标值，求出其路径方程式y＝f(x)，再求出曲率ρ(X，Y)＝

$\left|\frac{{[1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2]}^{\frac{3}{2}}}{\frac{d^{2}y}{{\mathrm{dx}}^2}}\right|,$

则每一坐标点的弯道半径可得R＝ρ(X_n，Y_n)，并使用动力学表达式来估算转弯车辆的力平衡下，求出安全车速值。

4.依据权利要求1所述的导航系统的弯道安全预警方法，其特征在于，利用两相邻的行径直线夹角θ，依据θ变化量，使用动力学表达式来估算转弯车辆的力平衡下，求出车速值V_S1＝f(θ)；再依据弯道组合中的三点坐标值，求出其路径方程式y＝f(x)，再求出曲率ρ(X，Y)＝

$\left|\frac{{[1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2]}^{\frac{3}{2}}}{\frac{d^{2}y}{{\mathrm{dx}}^2}}\right|,$

则每一坐标点的弯道半径可得R＝ρ(X_n，Y_n)，并使用动力学表达式来估算转弯车辆的力平衡下，求出车速值V_S2＝f(R)，则安全车速值为V_S＝Min(V_S1，V_S2)。

5.依据权利要求1所述的导航系统的弯道安全预警方法，其特征在于，在预估距离设定方面，以固定模式取值。

6.依据权利要求1所述的导航系统的弯道安全预警方法，其特征在于，在预估距离设定方面，以变动模式取值。

7.依据权利要求6所述的导航系统的弯道安全预警方法，其特征在于，预估距离依现行车速每增加10km/hr，则增加一车身长单位。

8.依据权利要求1所述的导航系统的弯道安全预警方法，其特征在于，若车辆到达对比坐标点时的当下车速超过标准安全车速值，且无任何肇事车祸，则图资信息将自动更新安全车速值，以提供下次车辆行经速度的判断标准。

9.依据权利要求1所述的导航系统的弯道安全预警方法，其特征在于，于上述步骤中，在车辆上置设车速侦测器、G-sensor侦测器、方向盘角度侦测器，在行车过程中全程纪录GPS坐标点、GPS时间、车速值、G-sensor值、方向盘角度讯号。

10.一种导航系统的行车纪录方法，其车辆由GPS定位，并在车辆上置设车速侦测器、G-sensor侦测器、方向盘角度侦测器，同时，在行车过程中全程纪录GPS坐标点、GPS时间、车速值、G-sensor值、方向盘角度讯号。

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