专利名称：一种车道偏离预警方法
技术领域：
本发明主要涉及到车辆安全系统领域，特指一种用于对车道偏离进行预警的方法，主要适用于车辆用主动安全系统。
背景技术：
随着社会的发展，汽车作为人类主要的代步工具，正在渐渐成为人们生活中必不可少的一部分，但是随之而来的交通事故也越来越引起人们的重视。人们在追求车辆所带来的方便性的同时，也越来越关注车辆的安全性问题，这一强烈需求便推动了一系列汽车主动安全系统的研究。对于汽车主动安全系统，目前研究的比较多的是车道偏离预警系统及前向追尾预警系统，这是由目前汽车安全领域的主要需求所决定的。多份调查报告显示，车道偏离与前向追尾在交通事故中占了相当大的比例，尤其是在高速公路及一些结构化道路下更是如此。正如奔驰公司的一份报告所写的，目前交通事故的主要原因可以分为五类，其中车道偏离占了 19%，前向追尾占了沈％，其他的还包括换道超车、汇入车流等。因此，对车道偏离预警系统(LaneD印arture Warning System)的研究是非常有意义的。车道偏离预警系统用于实时地监视车、路之间的关系。当驾驶员由于疲劳、分心等原因无意识的驾驶车辆偏离车道中心线时，预警系统会善意地提醒驾驶员，必要时采取一些强制性的措施，以防止车辆超出车道线而带来不必要的危险。传统的车道偏离预警方法主要分为车辆行驶轨迹预估方法和车道线夹角法。车辆行驶轨迹预估方法是根据当前车辆的速度、前轮摆角等数据，结合车辆的运动学模型来预测车辆的运动轨迹，从而计算得到预测轨迹与车道线的接触时间；或者是通过车辆与左、右车道线的横向安全距离及车辆到前方道路的纵向安全距离来判断车辆是否偏离车道。在这类方法的实际应用过程中，所需要的传感器非常多，从而大大降低了系统的可靠性和实用性。同时，依靠传感器来测量前轮摆角，测量误差对低速行驶情况下的轨迹预测影响不大，但是在高速情况下，由于前轮摆角及其变化率都是非常小的，基于一般的传感器所得到的观测值，很可能包含了较大比例的噪声信号，映射后得到的预测轨迹与实际轨迹偏差较大，将严重影响轨迹与道路边界的相对关系。虽然采用高精度的传感器可以得到较精确地测量值，但是高精度的传感器又存在成本高、维护难等问题，很难适应车载的实际应用，不利于其推广使用。车道线夹角法是对车道线进行建模，通过前方道路车道线的检测点来拟合车道线方程，并基于车道线方程计算左、右车道线之间的夹角或者是车道线与水平轴之间的夹角来判断车辆是否偏离车道。但是到目前为止，车道线模型不能很好的匹配各种条件下的车道线，在弯道情况下两者之间的差别更大。同时由于车道线检测点受到光照、地面条件的影响，检测结果存在一些噪声信号，这些会影响拟合得到的车道线方程的准确性，对于车路之间的评价影响较大，因此该方法也存在一定的局限性。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作简便、检测精度高，实施后整体结构非常简单、成本低廉、工作稳定可靠的车道偏离预警方法。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案一种车道偏离预警方法，其特征在于步骤为(1)信息感知通过车载传感器提供当前车辆运动的状态信息及环境信息；其中， 所述环境信息是指根据道路图像获得的前方车道标志线信息，以前方道路标志线上所检测到的左、右道路边界点列I1, 12，. . .，Ik及r1; r2，. . .，rk_1 rk表示，所述车辆运动状态信息为当前时刻的车辆速度ν及换道信息；(2)轨迹预测通过人类驾驶员驾驶行为模型，结合车辆运动学、动力学模型对未来一段时间内车辆的可能行驶轨迹范畴进行预测；(3)车道偏离预警决策根据车辆可能行驶轨迹与前方道路标志线上所检测到的左、右道路边界点列，将车辆可能行驶轨迹到车道标志线上的检测点列的计算时间与预设阈值时间Tthre的相对关系作为车道偏离预警的评价指标，对车辆运动安全性进行分析。(4)人机接口 若经过步骤(3)的决策后，判断车辆存在偏离车道的危险，则通过声音等方式提醒驾驶员采取适当的动作。作为本发明的进一步改进所述步骤O)的具体流程为(2. 1)计算最大侧向加速度；首先建立离散的速度-侧向加速度查找表(V_av))， 对于实际的当前时刻的车辆速度v，在查找表内找到包含ν的最小区间[V1, V2]及其相对应的侧向加速度值a” a2 ；基于插值的原理，计算得到对应于当前时刻的车辆速度ν的最大侧
向加速度
权利要求
1.一种车道偏离预警方法，其特征在于步骤为(1)信息感知通过车载传感器提供当前车辆运动的状态信息及环境信息；其中，所述环境信息是指根据道路图像获得的前方车道标志线信息，以前方道路标志线上所检测到的左、右道路边界点列I1, 12，. . .，Ilri，Ik及r1; r2，. . .，rk_1 rk表示，所述车辆运动状态信息为当前时刻的车辆速度ν及换道信息；(2)轨迹预测通过人类驾驶员驾驶行为模型，结合车辆运动学、动力学模型对未来一段时间内车辆的可能行驶轨迹范畴进行预测；(3)车道偏离预警决策根据车辆可能行驶轨迹与前方道路标志线上所检测到的左、 右道路边界点列，将车辆可能行驶轨迹到车道标志线上的检测点列的计算时间与预设阈值时间Tthre的相对关系作为车道偏离预警的评价指标，对车辆运动安全性进行分析；(4)人机接口若经过步骤(3)的决策后，判断车辆存在偏离车道的危险，则提醒驾驶员O
2.根据权利要求1所述的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤O)的具体流程为(2. 1)计算最大侧向加速度；首先建立离散的速度侧向加速度查找表(V_av)，对于实际的当前时刻的车辆速度V，在查找表内找到包含ν的最小区间[V1, V2]及其相对应的侧向加速度值a” a2 ；基于插值的原理，计算得到对应于当前时刻的车辆速度ν的最大侧向加速度 V-V2 *
3.根据权利要求1所述的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体流程为(3. 1)计算期望圆弧轨迹；计算从当前车辆状态到前方道路标志线上的检测点T(Xi， Yi)的期望圆弧轨迹欢与期望半径Ri,R' = %2 * sin(0)) “ %2 * sin(0 - β)) >其中，T (xi; Yi)为当前时刻车体坐标系下的前方道路标志线上某一检测点，车辆前轮摆角为δ”质心侧偏角为β，d为当前车体质心位置S与检测点的直线距离，θ为ST直线与质心速度方向之间的夹角；(3. 2)搜索左右最近连续关键点；根据前方道路标志线上所检测到的左右道路边界点列11;12，. . .，Ilrl，Ik及ri，r2，. . .，IV1^k所计算得到的期望半径Ri与最小转弯半径R。Hti。al的相对关系，在由I1,12，...， lk-l，k 及r1，r2，···， rk-1，rk 所组成的所有点 Pi，P2，· · ·，Pk-1， pk; pk+1，Pk+2，...，P2k-1，P2k内搜索得到包含左临界轨迹Lboundary的最近连续关键点Pm，Pm+1，与包含右临界轨迹Rboundary的最近连续关键点Pn，Pn+1 ；(3. 3)计算最近连续关键点的行驶时间；对应最近连续关键点Pm，Plrt与pn，pn+1，计算相应的圆弧轨迹的行驶时间tm、tm+1、tn、tn+1 ；根据期望圆弧轨迹，结合当前时刻的车辆速度V， 依据下式计算与最近连续关键点Pm，Pm+1及Pn，Pn+1相应的圆弧轨迹的行驶时间
4.根据权利要求3所述的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤(3.4)的具体流程为(3. 4. 1) tm>Tthre且 tm+1>Tthre， 则车辆以当前状态沿左临界轨迹Lboundary到达道路边界的时间应大于预设阈值时间Tthre， 即 tL > Tthre ；若 tm ≤ Tthre且tm+1≤Tthre，则车辆以当前状态沿左临界轨迹Lboundary到达道路边界的时间必然小于或者等于预设阈值时间Tthre，即tL≤ Tthre ；(3. 4. 2)若tm≤Tthre而tm+1 > Tthre,则车辆以当前状态沿左临界轨迹Lboundary运动阈值时间Tthre，可能位于道路边界内，也可能超出道路边界，此时设定为tL≤Tthre ；(3. 4. 3)若tm > Tthre而tm+1 < Tthre,则显然某些检测误差导致了该结果，在这种情况下利用点1m前的其他点或者是lm+1后的其他点来进行判断；若根据1m前的其他点或者是lm+1 后的其他点得到大于Tthre的运动时间，则可以得到tL> Tthre ；
5.根据权利要求3所述的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤(3.5)的具体流程为(3. 5. 1)若tL> Tthre且tR > Tthre，则车辆的运动轨迹在预设阈值时间Tthre内必然位于道路边界范围内，在该条件下车辆的运动位于安全的范畴内；反之，若tL≤STthre且 tR≤Tthre，车辆以当前状态行驶预设阈值时间Tthre车辆将超出道路边界线，因此车辆的运动存在较大的危险性，需要采取预警的措施；(3. 5. 2)若tL> Tthre且tK≤Tthre,或者是tL≤Tthre且tK > Tthre,此时车辆的运动可能超出道路的边界，但若是采取适当的措施，仍可保证车辆位于安全的范围内，应提醒驾驶员采取适当的动作。
全文摘要
本发明公开了一种车道偏离预警方法，其步骤为(1)信息感知通过车载传感器提供当前车辆运动的状态信息及环境信息；(2)轨迹预测通过人类驾驶员驾驶行为模型，结合车辆运动学、动力学模型对未来一段时间内车辆的可能行驶轨迹范畴进行预测；(3)车道偏离预警决策根据车辆可能行驶轨迹与前方道路标志线上所检测到的左、右道路边界点列，将车辆可能行驶轨迹到车道标志线上的检测点列的计算时间与预设阈值时间Tthre的相对关系作为车道偏离预警的评价指标，对车辆运动安全性进行分析。(4)人机接口若系统判断车辆存在偏离车道的危险，则通过声音等方式提醒驾驶员采取适当的动作。本发明具有原理简单、操作简便、检测精度高，实施后整体结构非常简单、成本低廉、工作稳定可靠等优点。
文档编号B60Q9/00GK102295004SQ201110154458
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者孙振平, 安向京, 戴斌, 贺汉根, 陈清阳 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学