一種直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)及預測方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于直道路段換道預警【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)及預測方法。該直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)，包括：車載CAN總線、數(shù)據(jù)處理單元、安裝在車輛變速器上的車速傳感器、用于測量車輛和車道線距離的視覺傳感器、安裝在車輛底盤中央的陀螺儀；所述視覺傳感器安裝在車輛外部的前端；所述車速傳感器的輸出端電連接所述車載CAN總線，所述數(shù)據(jù)處理單元的信號輸入端分別電連接所述陀螺儀的信號輸出端、所述視覺傳感器的信號輸出端以及所述車載CAN總線。
【專利說明】一種直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)及預測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于直道路段換道預警【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)及預測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]換道預警系統(tǒng)能夠自動分析車輛換道過程中與后方其他車輛發(fā)生沖突的可能性，并根據(jù)沖突嚴重等級對駕駛?cè)藛T進行提示。從本質(zhì)而言，車輛間發(fā)生交通沖突的原因在于不同的車輛在相同的時間內(nèi)達到了同一地點。分析車輛換道過程中的運動狀態(tài)可知，從時間序列而言，換道過程中自車越過車道線而進入到目標車道是引發(fā)交通沖突的開始點。因此，如果能夠準確的預測越線時刻TLC(Time to Line Crossing),則可以根據(jù)傳感器所返回的車輛間相對距離、相對角度等參數(shù)來實時分析換道過程的風險性。
[0003]一些研究人員提出利用換道軌跡對越線時刻進行預測，但換道軌跡受到較多因素的影響，在目前的研究中，部分研究將換道過程中的橫向加速度設(shè)定為滿足正弦狀分布，由此通過積分原理來描述車輛在橫向上的運動規(guī)律。但實際換道過程中采集得到的橫向加速度分布表明，正常換道過程中，橫向加速度的變化范圍較小，而這個范圍通常與漂移有關(guān)，因而從加速度信號中分離出由換道行為引發(fā)的橫向加速度是一個較為復雜的問題。
[0004]總體而言，目前與TLC相關(guān)的預測方法并不多見，研究人員所提出的一些預測方法盡管具有較好的理論深度，但這些預測方法中涉及參數(shù)較多，而車輛在實際道路行駛過程中這些參數(shù)的獲取本身就較為復雜，從而使得這些預測方法無法得到較好的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)及預測方法。該直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)及預測方法可以準確、快速、穩(wěn)定地預測直道路段換道過程中的越線時刻。
[0006]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0007]技術(shù)方案一:
[0008]一種直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)，包括:車載CAN總線、數(shù)據(jù)處理單元、安裝在車輛變速器上的車速傳感器、用于測量車輛和車道線距離的視覺傳感器、安裝在車輛底盤中央的陀螺儀；所述視覺傳感器安裝在車輛外部的前端；
[0009]所述車速傳感器的輸出端電連接所述車載CAN總線，所述數(shù)據(jù)處理單元的信號輸入端分別電連接所述陀螺儀的信號輸出端、所述視覺傳感器的信號輸出端以及所述車載CAN總線。
[0010]所述車速傳感器用于采集車輛的實時速度，并用于將車輛的實時速度通過車載CAN總線發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元；所述視覺傳感器用于實時采集車輛與左車道線的垂直距離、以及車輛與右車道線的垂直距離，并用于將實時采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元；所述陀螺儀用于實時采集車輛的橫擺角速度，并用于將實時采集的車輛的橫擺角速度發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)車輛的實時速度、車輛與左車道線之間的實時垂直距離、車輛與右車道線之間的實時垂直距離、以及車輛的實時橫擺角速度，計算得出車輛在直道路段換道過程中的越線時刻。
[0011]本技術(shù)方案的特點和進一步改進在于:
[0012]所述車速傳感器為磁電式車速傳感器，所述車速傳感器的采樣精度為0.01km/ho
[0013]所述視覺傳感器汽車碰撞預警系統(tǒng)(AWS)中的視覺傳感器，所述視覺傳感器的測量精度為5cm，測量范圍為±635cm，輸出頻率為IOHz ；
[0014]所述陀螺儀為MU02陀螺儀，所述陀螺儀的橫擺角速度采集范圍為±150° /s，橫擺角速度分辨率為0.1° /S，最大輸出頻率為100Hz。
[0015]所述數(shù)據(jù)處理單元的輸出端電連接有顯示屏，所述顯示屏安裝在車輛儀表盤上。
[0016]所述直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)，還包括卡爾曼離散型濾波器，所述陀螺儀的信號輸出端通過卡爾曼離散型濾波器電連接所述數(shù)據(jù)處理單元的信號輸入端。
[0017]技術(shù)方案二:
[0018]一種直道路段換道過程越線時刻預測方法，基于上述一種直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)，包括以下步驟:
[0019]數(shù)據(jù)采集:當車輛在直道路段進行換道時，車速傳感器采集車輛的實時速度，并將車輛的實時速度通過車載CAN總線發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元；視覺傳感器實時采集車輛與左車道線的垂直距離、以及車輛與右車道線的垂直距離，并將實時采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元；陀螺儀實時采集車輛的橫擺角速度，并將實時采集的車輛的橫擺角速度發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元；
[0020]數(shù)據(jù)處理:在數(shù)據(jù)處理單元中，根據(jù)車輛的實時速度、車輛與左車道線之間的實時垂直距離、車輛與右車道線之間的實時垂直距離、以及車輛的實時橫擺角速度，計算得出車輛在直道路段換道過程中的越線時刻。
[0021]本技術(shù)方案的特點和進一步改進在于:
[0022]在進行數(shù)據(jù)處理時，首先計算車輛在換道過程中任一時刻車輛行駛方向與車道線方向的夾角Y，計算過程如下:對于在換道過程中任一時刻h前的設(shè)定時間段，根據(jù)在所述設(shè)定時間段起點時車輛與對應車道線的垂直距離L1、以及在所述設(shè)定時間段終點時車輛與對應車道線的垂直距離L2，將L2與L1進行作差運算，得出車輛在所述設(shè)定時間段內(nèi)的橫向位移Ltl，所述設(shè)定時間段終點為時刻& ;根據(jù)車輛在所述設(shè)定時間段內(nèi)的行駛速度，得出車輛在所述設(shè)定時間段內(nèi)的行駛長度Dtl;然后根據(jù)以下反三角函數(shù)計算公式得出Y:
【權(quán)利要求】
1.一種直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)，其特征在于，包括:車載CAN總線(I)、數(shù)據(jù)處理單元、安裝在車輛變速器上的車速傳感器、用于測量車輛和車道線距離的視覺傳感器、安裝在車輛底盤中央的陀螺儀；所述視覺傳感器安裝在車輛外部的前端； 所述車速傳感器的輸出端電連接所述車載CAN總線(I )，所述數(shù)據(jù)處理單元的信號輸入端分別電連接所述陀螺儀的信號輸出端、所述視覺傳感器的信號輸出端以及所述車載CAN 總線(I)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)，其特征在于，所述車速傳感器為磁電式車速傳感器，所述車速傳感器的采樣精度為0.01km/ho
3.如權(quán)利要求1所述的一種直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺傳感器的測量精度為5cm，測量范圍為±635cm，輸出頻率為IOHz ； 所述陀螺儀的橫擺角速度采集范圍為±150° /s，橫擺角速度分辨率為0.1° /s，最大輸出頻率為IOOHz。
4.如權(quán)利要求1所述的一種直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元的輸出端電連接有顯示屏，所述顯示屏安裝在車輛儀表盤上。
5.如權(quán)利要求1所述的一種直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)，其特征在于，還包括卡爾曼離散型濾波器，所述陀螺儀的信號輸出端通過卡爾曼離散型濾波器電連接所述數(shù)據(jù)處理單元的信號輸入端。
6.一種直道路段換道過程越線時刻預測方法，基于權(quán)利要求1所述的一種直道路段換道過程越線時刻預測系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟: 數(shù)據(jù)采集:當車輛在直道路段進行換道時，車速傳感器采集車輛的實時速度，并將車輛的實時速度通過車載CAN總線發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元；視覺傳感器實時采集車輛與左車道線的垂直距離、以及車輛與右車道線的垂直距離，并將實時采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元；陀螺儀實時采集車輛的 橫擺角速度，并將實時采集的車輛的橫擺角速度發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元； 數(shù)據(jù)處理:在數(shù)據(jù)處理單元中，根據(jù)車輛的實時速度、車輛與左車道線之間的實時垂直距離、車輛與右車道線之間的實時垂直距離、以及車輛的實時橫擺角速度，計算得出車輛在直道路段換道過程中的越線時刻。
7.如權(quán)利要求6所述的一種直道路段換道過程越線時刻預測方法，其特征在于，在進行數(shù)據(jù)處理時，首先計算車輛在換道過程中任一時刻車輛行駛方向與車道線方向的夾角Y，計算過程如下:對于在換道過程中任一時刻h前的設(shè)定時間段，根據(jù)在所述設(shè)定時間段起點時車輛與對應車道線的垂直距離Lp以及在所述設(shè)定時間段終點時車輛與對應車道線的垂直距離L2,將L2與L1進行作差運算，得出車輛在所述設(shè)定時間段內(nèi)的橫向位移Lci,所述設(shè)定時間段終點為時刻h ;根據(jù)車輛在所述設(shè)定時間段內(nèi)的行駛速度，得出車輛在所述設(shè)定時間段內(nèi)的行駛長度Dtl;然后根據(jù)以下反三角函數(shù)計算公式得出Y::/-arcsin(^)；






^ O 然后根據(jù)Y、車輛在對應時刻的實時速度、車輛在對應時刻與對應車道線之間的實時垂直距離、以及車輛在對應時刻的實時橫擺角速度，并根據(jù)幾何關(guān)系，得出車輛在直道路段換道過程中的越線時刻。
8.如權(quán)利要求6所述的一種直道路段換道過程越線時刻預測方法，其特征在于，在數(shù)據(jù)采集的過程中，在得到車輛的橫擺角速度數(shù)據(jù)之后，利用卡爾曼離散型濾波器對所述橫擺角速度數(shù)據(jù)進行濾波。
9.如權(quán)利要求6所述的一種直道路段換道過程越線時刻預測方法，其特征在于，將顯示屏電連接數(shù)據(jù)處理單元的輸出端，在進行數(shù)據(jù)處理之后，將車輛在直道路段換道過程中的越線時刻發(fā)送至顯示屏?！?br> 【文檔編號】B60W40/10GK103587529SQ201310475967
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】王暢, 徐遠新, 石涌泉, 魯玉萍 申請人:長安大學