TWI762045B - 偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統及其校正方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統及其校正方法，其利用一第一晶片上之狀態感測器，偵測機車之目前速度、傾斜狀態及轉向角度等狀態資訊，藉以預測出機車之行進位置及未來速度；利用雷達天線送出偵測訊號並接收被目標車反射之反射訊號；再利用一第二晶片依據偵測訊號及反射訊號之頻率差計算出機車與目標車之間的距離、角度及相對速度，及依據機車的狀態資訊以預測出機車之行進位置及未來速度後， 再依據機車之行進位置及未來速度及機車與目標車之間的距離、角度及相對速度，便可進一步預測目標車的行進位置、速度及一碰撞時間，以在碰撞時間內發出一警示訊息。本發明並提供可指引調整機車雷達系統的校正方法。

Description

偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統及其校正方法

本發明係有關一種機車雷達之技術，特別是指一種偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統及其校正方法。

一般機車雷達系統僅提供盲區（BSD）偵測功能，但因機車機動性較高，其騎乘環境較複雜，於市區大量車流的狀態下，假設機車與他車的距離極近，例如行駛在車縫中，雷達系統會一直警示，導致騎乘者的困擾。而且機車的行進方向也較難以預測，因為其不須轉動龍頭，只要車身傾斜一樣可改變加速度、使前進方向偏移，因此在機車防撞預警上具有相當的難度。

此外，機車使用之雷達系統，因其騎乘時的震動係數皆大於一般轎車，其長期使用或站立轉倒等等的情況，例如在機車上可能發生的一種跌落類型，這意味著當車輛停止或即將停止時，車身無法被腳支撐，並且車輛倒下，導致雷達輻射角傾斜或距離因此產生位移，無法正確檢測到物件而使防撞預警的功能失效。

因此，本發明即提出一種偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統及其校正方法，有效解決上述該等問題，具體架構及其實施方式將詳述於下：

本發明之主要目的在提供一種偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統，其係利用至少一種狀態感測器同時取得機車的目前速度、傾斜狀態及轉向角度等訊息，以針對會車身傾斜的車種，如機車，預測其未來的行進方向及速度，增加防撞預測的準確度。

本發明之另一目的在提供一種偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統之校正方法，其利用左、右警示燈及其閃爍頻率指引機車雷達系統應如何縱向或橫向校正，以直覺式的視覺化表現清楚表達機車雷達系統的歪斜方向。

為達上述目的，本發明提供一種偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統，其設於一機車之車尾端，包括：一主板；一第一晶片，設於主板上，包括：至少一狀態感測器，偵測機車之複數狀態訊息，包括目前速度、傾斜狀態及轉向角度；複數雷達天線，設於主板上，送出偵測訊號，並接收偵測訊號被至少一目標車反射之反射訊號；一第二晶片，設於主板上，與雷達天線及第一晶片電性連接，包括：一預測模組，接收雷達天線之反射訊號後，依據偵測訊號及反射訊號之頻率差計算出機車與目標車之間的距離、角度及相對速度，及接收第一晶片之狀態訊息後，利用狀態訊息預測出機車之行進位置及未來速度，再依據機車之行進位置及未來速度及機車與目標車之間的距離、角度及相對速度，進一步預測目標車的行進位置、速度及一碰撞時間；以及一警示模組，設於第二晶片中，在碰撞時間內被觸發發出一警示訊息。

根據本發明之實施例，雷達天線包含複數發射天線及複數接收天線。

根據本發明之實施例，狀態感測器包括一重力感測器（G-sensor），用以偵測機車之重力值，進而計算出機車之目前速度及傾斜狀態。

根據本發明之實施例，狀態感測器包括一陀螺儀（Gyro sensor），用以偵測機車之轉向角度。

根據本發明之實施例，預測模組係利用一卡爾曼濾波器預測機車之行進位置及未來速度。

根據本發明之實施例，預測模組係利用一卡爾曼濾波器預測目標車的行進位置、速度及碰撞時間。

根據本發明之實施例，主板更連接至機車之一電源以提供電力，及連接至一常電以保存資料。

根據本發明之實施例，主板更連接至一網路系統或一里程計，以取得機車的速度，進而依據此速度動態校正狀態感測器的誤差。

根據本發明之實施例，雷達天線之輻射水平視角範圍為120

~210

。

根據本發明之實施例，雷達天線之偵測距離為30~120公尺。

本發明另提供一種偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統之校正方法，機車雷達系統具有一外殼，外殼係包覆主板，校正方法包括下列步驟：讀取一預設值；在機車直立的狀態下，從狀態感測器取得機車目前之傾斜角度之一現況值；以及將預設值與現況值進行比對，並根據比對出的一比對值以機車之左、右警示燈指引一校正方向，以供調整機車雷達系統之外殼的角度。

根據本發明之實施例，外殼係安裝一支架上，且支架係固定於機車之車殼上。

根據本發明之實施例，預設值為機車第一次安裝執行校正時，狀態感測器所偵測到的機車之傾斜角度。

根據本發明之實施例，左、右警示燈係藉由閃爍之頻率指引向上轉、向下轉、向左轉及向右轉等校正方向。

根據本發明之實施例，左、右警示燈係以恆亮或皆不亮代表已完成校正。

本發明提供一種偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統及其校正方法，其可藉由機車駕駛的駕駛行為，包括如第1圖所示之機車22車身傾斜代表轉彎、閃避等動作，判斷機車的未來行駛路徑、位置及速度，結合雷達系統偵測周遭如機車、汽車、行人等障礙物，計算本車與目標車的碰撞時間並提出警示。由於機車遭遇碰撞或經常傾斜可能使雷達歪斜，影響偵測結果，故本發明還提出一種機車雷達系統的校正方法，可偵測機車雷達系統是否歪斜，並指示應如何調校回出廠安裝位置，例如水平位置。

請同時參考第2圖及第3圖，其中第2圖為本發明中偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統之示意圖，第3圖為本發明中偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統之方塊圖。本發明之機車雷達系統10係設於一機車22之車尾端，包括一主板12、一第一晶片14、複數雷達天線16、一第二晶片18及一警示模組184。其中，第一晶片14設於主板12上，包括至少一狀態感測器142。狀態感測器142用以偵測機車22之複數狀態訊息，包括目前速度、傾斜狀態及轉向角度。雷達天線16係設於主板12上，包括複數發射天線164及複數接收天線162，發射天線164用以送出偵測訊號，接收天線162則接收偵測訊號被至少一目標車反射後之反射訊號。

第二晶片18設於主板12上，與雷達天線16及第一晶片14電性連接。第二晶片18中包括一預測模組182及一警示模組184。預測模組182接收雷達天線16所接收到的反射訊號後，依據偵測訊號及反射訊號之頻率差計算出機車22與目標車之間的距離、角度及相對速度。此外，預測模組182也會接收第一晶片14中狀態感測器142所提供的該些機車22的狀態訊息，並利用該些狀態訊息預測出機車22之行進位置及未來速度。最後，再依據所預測出機車22之行進位置及未來速度，結合計算出的機車22與目標車之間的距離、角度及相對速度等參數，便可進一步預測出目標車的行進位置、速度及一碰撞時間。實際上，第二晶片18即為雷達系統晶片。本發明中，預測模組182係利用一卡爾曼濾波器預測機車22之行進位置及未來速度。此外，預測模組182同樣可利用一卡爾曼濾波器預測目標車的行進位置、速度及碰撞時間。警示模組184在碰撞時間內被觸發並且發出一警示訊息，例如在機車22的儀錶板上顯示警示訊息或發出警示音響等，以提醒駕駛應注意避免碰撞。

舉例而言，如第5A圖所示，其為機車22與目標車24之相對位置之示意圖。假設機車22向左傾斜使行進路線偏向左邊，如第5B圖所示，則本發明之第二晶片中的預測模組182會預測出機車22在時間為t+1、t+2、…t+n的行駛位置與速度，t為自然數，而第二晶片會預測出目標車24在時間為t+1、t+2、…t+n的行駛位置與速度，並預測會在第t+2.5秒時發生碰撞，以及時在還有足夠反應時間（例如2.5秒前）發出警示訊息給駕駛。

在本發明之實施例中，雷達天線16之輻射水平視角範圍（Field of View, FOV）為120

~210

，較佳實施例為120

和180

。雷達天線16之偵測距離為30~120公尺，目前實作上的偵測距離採用50公尺。此外，如第3圖所示，本發明之機車雷達系統10的主板12更連接至機車的電源20，此電源20可為提供電力的附加電源（Accessory, ACC），亦可為常電（如連接在機車電瓶正極的B+電源）。

在本發明之實施例中，主板12更連接至一網路系統或一里程計（圖中未示），以取得機車22的速度，進而依據此速度動態校正狀態感測器142的誤差。網路系統可為控制區域網路系統（Controller Area Network, CAN）或區域互聯網路（Local Interconnect Network, LIN）。

狀態感測器142包括一重力感測器（G-sensor），用以感應機車22之重力值，進而計算出機車之目前速度及傾斜狀態。此外，狀態感測器142還包括一陀螺儀（Gyro sensor），用以偵測機車之轉向角度。此外，主板12可連接網路系統或里程計以取得機車目前的車速，此車速為真正的實際速度，可用以校正重力感測器算出的目前速度。若主板12無法連接網路系統或里程計以取得機車目前的車速，則重力感測器可獨立運作，只是在安裝出廠時需先進行校正；此外，主板12也可結合重力感測器和陀螺儀來判斷機車的靜止狀態，進而自我校正重力感測器。

以下說明如何利用重力感測器所提供之重力值計算出機車之目前速度及傾斜狀態，請參考第4圖，其為一個30度或45度的斜坡，機車在斜坡上往前的加速度會變動，如X軸向的重力值就會因出現重力分量值而增加，故此變動需考慮進目前速度的計算中。假設機車的速度為V，機車行駛的距離為X，Δt為t與 t-1的時間差，則機車22之目前速度與行駛距離如下式（1）： V(t)=V(t-1)+a(t)*Δt X(t)=X(t-1)+V(t)*Δt　　　　　　（1） 公式（1）為計算速度與距離的基本公式，a的單位是m/s ²。由於加速度是從重力感測器得來的為重力值G，1g = 9.8m/s ²，因此公式（1）會改為下式（2）： V(t)=V(t-1)+G(t)*Δt X(t)=X(t-1)+V(t)*Δt                          （2） 因重力感測器本身存在一個偏移量（G_bias）須扣除，故速度公式更新為下式（3）： V(t)=V(t-1)+(G(t) - G_bias)*Δt                （3） 接著考慮機車的姿態問題，假設斜坡為θ度，則會出現重力加速度值，若機車正在上坡則G值需扣除重力加速度值，若機車正在下坡則G值需增加補償。故考慮斜坡上產生的重力加速度後，機車的速度如下式（4）： V(t)=V(t-1)+( (G(t) ± Sin(θ) – G_bias) )*Δt　　　　（4） 舉例而言，假設機車在30度的斜坡上，則G值為g*sin30

=0.5g，需扣除。

進一步說明第二晶片預測目標車24的行駛位置與速度之方法。如第5B圖所示，從雷達天線偵測到的資訊可計算出目標車24與機車22之間的距離D、相對速度V及夾角ψ，透過三角函數可計算出目標車24與機車22在x, y方向上的位置如下式（5）： Dx = D*sin(ψ) Dy = D*cos(ψ)　　　　　　　（5） x, y方向上的相對速度如下式（6）： Vx = V*sin(ψ) Vy = V*cos(ψ)        　　　　　 （6） 得到機車22與目標車24的相對位置與相對速度後，將這些資訊帶入卡爾曼濾波器中，便可預測接下來兩車的路徑，並預測碰撞時間。若透過卡爾曼濾波器預測出2.5秒後有機會碰撞，則給予警示。

本發明另提供一種偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統之校正方法，如第6圖所示，機車雷達系統10具有一外殼100，此外殼100連結一支架30，支架30係固定在機車22之車尾端，例如機車車殼或後車燈，或是透過其他固定座固定在機車車殼或後車燈上。外殼100包覆機車雷達系統10的主板及其上該等雷達天線和晶片。支架30上具有縱向樞紐32及橫向樞紐34，用以調節支架30的縱向角度和橫向角度。由於機車若長時間保持傾斜狀態（例如側架）或是發生碰撞，皆可能導致支架30角度不正，此時雷達天線16的輻射角和距離就會因此偏移，而影響偵測目標物的準確度，造成防撞預警功能失效。而本發明提供了一種機車雷達系統10的校正方法，請參考第7圖，其為該校正方法之流程圖。

該校正方法包括下列步驟：步驟S10中，在機車直立的狀態下，從狀態感測器142取得機車22目前之傾斜角度之一現況值，若機車雷達系統10的外殼100歪斜，則現況值不會為0。接著如步驟S12，讀取一預設值，此預設值為機車22在第一次安裝執行校正時，狀態感測器142所偵測到的機車22之傾斜角度，例如在出廠設定時所偵測的傾斜角度。一般而言，第一次安裝校正時是將機車直立，並將偵測到的預設值設為0。接著如步驟S14~S16，將預設值與現況值進行比對，並根據比對出的一比對值以機車22之左、右警示燈指引一校正方向，舉例而言，若比對值為15，則代表外殼100向右歪斜15度，機車22的右警示燈會發光，若比對值為-10，則代表外殼100向左歪斜10度，機車22的左警示燈會發光。最後如步驟S18依據左、右警示燈所指引之校正方向，調校人員便可據以調整機車雷達系統10之外殼100的角度。

在上述校正方法中，左、右警示燈係藉由閃爍之頻率指引向上轉、向下轉、向左轉及向右轉等校正方向，例如快閃代表橫向校正，慢閃代表縱向校正。而校正完成則以左、右警示燈恆亮或皆不亮表示。

綜上所述，本發明提供一種偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統，可針對G值變化大且會影響行進方向及加速度的車種，如機車，預測其未來的行進位置及速度，結合雷達系統偵測並預測的目標車行進位置及速度，預測出一碰撞位置及碰撞時間，並在碰撞發生前發出警示。此外，由於本發明的機車雷達系統將所有元件皆整合在一塊主板上，主板上包含重力感測器、陀螺儀、雷達天線及預測碰撞的雷達系統（亦即第二晶片），並將機車雷達系統設置在機車上，因此為了避免機車雷達系統歪斜導致偵測預警失效，本發明更提出了對應的校正方法，可偵測出機車雷達系統是否還是維持出廠安裝位置，若已歪斜則利用警示燈閃爍方式指引調校人員該如何調整機車雷達系統的方向，以將其回正，且校正方法簡單易懂，一般使用者也可自行校正。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10:機車雷達系統

100:外殼

12:主板

14:第一晶片

142:狀態感測器

16:雷達天線

162:接收天線

164:發射天線

18:第二晶片

182:預測模組

184:警示模組

20:電源

22:機車

24:目標車

30:支架

32:縱向樞紐

34:橫向樞紐

第1圖為機車改變行進方向時壓車導致車身傾斜之示意圖。 第2圖為本發明偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統之示意圖。 第3圖為本發明偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統之方塊圖。 第4圖為本發明偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統應用在上下坡之示意圖，用以計算上下坡的速度和機車的姿態。 第5A圖為機車與目標車之相對位置之示意圖。 第5B圖為機車與目標車之碰撞時間之示意圖。 第6圖為本發明偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統之安裝支架之示意圖。 第7圖為偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統之校正方法之流程圖。

10:機車雷達系統

12:主板

14:第一晶片

142:狀態感測器

16:雷達天線

162:接收天線

164:發射天線

18:第二晶片

Claims (14)

1. 一種偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統，其設於一機車之車尾端，該機車雷達系統包括：一主板；一第一晶片，設於該主板上，該第一晶片包括：至少一狀態感測器，偵測該機車之複數狀態訊息，包括目前速度、傾斜狀態及轉向角度，且該主板連接至一網路系統或一里程計，以取得該機車的速度，進而依據該速度動態校正該狀態感測器的誤差；複數雷達天線，設於該主板上，送出偵測訊號，並接收該偵測訊號被至少一目標車反射之反射訊號；以及一第二晶片，設於該主板上，該第二晶片與該雷達天線及該第一晶片電性連接，該第二晶片包括：一預測模組，接收該等雷達天線之該反射訊號後，依據該偵測訊號及該反射訊號之頻率差計算出該機車與該目標車之間的距離、角度及相對速度，及接收該第一晶片之該等狀態訊息後，利用該等狀態訊息預測出該機車之行進位置及未來速度，再依據該機車之行進位置及未來速度及該機車與該目標車之間的距離、角度及相對速度，進一步預測該目標車的行進位置、速度及一碰撞時間；以及一警示模組，訊號連接該預測模組，並在該碰撞時間內發出一警示訊息。
2. 如請求項1所述之偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統，其中該雷達天線包含複數發射天線及複數接收天線。
3. 如請求項1所述之偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統，其中該狀態感測器包括一重力感測器(G-sensor)，用以偵測該機車之重力值，進而計算出該機車之目前速度及傾斜狀態。
4. 如請求項1所述之偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統，其中該狀態感測器包括一陀螺儀(Gyro sensor)，用以偵測該機車之轉向角度。
5. 如請求項1所述之偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統，其中該預測模組係利用一卡爾曼濾波器預測該機車之行進位置及未來速度。
6. 如請求項1所述之偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統，其中該預測模組係利用一卡爾曼濾波器預測該目標車的行進位置、速度及碰撞時間。
7. 如請求項1所述之偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統，其中該主板更連接至該機車之一電源以提供電力，及連接至一常電以保存資料。
8. 如請求項1所述之偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統，其中該雷達天線之輻射水平視角範圍為120°~210°。
9. 如請求項1所述之偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統，其中該雷達天線之偵測距離為30~120公尺。
10. 一種應用於請求項1所述之偵測駕駛行為以預防碰撞之機車雷達系統之校正方法，該機車雷達系統具有一外殼，該外殼係包覆該主板及其上之該等雷達天線、該第一晶片和該第二晶片，當該外殼歪 斜而使該機車雷達系統偏移時，對該外殼進行校正之該校正方法包括下列步驟：在該機車直立的狀態下，從該狀態感測器取得該機車目前之傾斜角度之一現況值；該機車雷達系統讀取一預設值；以及該機車雷達系統將該預設值與該現況值進行比對，並根據比對出的一比對值以利用該機車之左、右警示燈指引一校正方向，以供調整該機車雷達系統之該外殼的角度。
11. 如請求項10所述之校正方法，其中該外殼係安裝一支架上，且該支架係固定於該機車之車殼上。
12. 如請求項10所述之校正方法，其中該預設值為該機車第一次安裝執行校正時，該狀態感測器所偵測到的該機車之傾斜角度。
13. 如請求項10所述之校正方法，其中該左、右警示燈係藉由閃爍之頻率指引向上轉、向下轉、向左轉及向右轉等校正方向。
14. 如請求項10所述之校正方法，其中該左、右警示燈係以恆亮或皆不亮代表已完成校正。

Images