一种基于车辆主动安全的防撞预警装置及方法与流程

本发明涉及交通系统的主动安全领域，具体涉及一种基于车辆主动安全的防撞预警装置及方法。

背景技术：

追尾是指同车道行驶的车辆尾随而行时，后车车头与前车车尾相撞的行为，主要由于跟进间距小于最小安全间距和驾驶员反应迟缓或制动系统性能不良所致，一般情况下都会要求两车之间保持一定的安全距离，没有距离，驾驶者就损失了反应的时间，而再优秀的车辆制动也失去了发挥作用的舞台，要想防止发生追尾事故，保持相应的安全距离是至关重要的；但是，在高速行驶的过程中，对于本车与非本车道内的危险车辆预汇入或者突然闯入本车道的情形不能做出提前预判，或者是针对城市道路行车环境，车流密集且相互交织与换道行为较频繁，均会导致追尾事故频发，并且对于安全距离的估算多数还是只针对本车道内的前方车辆进行估算，这也导致了本车与非本车车道内的车辆频发摩擦事故，因此，针对道路中本车道以及非本车道的前方车辆进行全面防撞预警显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明设计开发了一种基于车辆主动安全的防撞预警装置，本发明的发明目的是解决对前方车辆进行精准测距以及准确测量方向盘转角的问题。

本发明设计开发了一种基于车辆主动安全的防撞预警方法，本发明的发明目的是解决本车与前方车辆的是否能够汇入同一车道提前做出预判，将能够汇入同一车道的前方车辆与本车道内的前方车辆同时进行防撞预警的判断，并且在车辆高速行驶时，对本车与前方车辆的是否能够汇入同一车道的重合概率进行校正，进而提高预判的准确性。

本发明提供的技术方案为：

一种基于车辆主动安全的防撞预警装置，包括：

测距装置，其设置在车辆前部，用于实时监测本车与前方车辆的距离；

转角传感器，其与方向盘转向柱的转轴部分通过扎带连接，用于实时监测方向盘转角；

控制器，其与所述测距装置以及所述转角传感器相连，用于接收距离信息以及方向盘转角信息，并且对本车状态进行危险性判断；

提示装置，其与所述控制器相连，用于对驾驶员进行危险性提示。

优选的是，所述测距装置包括：激光测距仪，其固定于所述测距装置内部，能够发射出光；

其中，所述激光测距仪在照射到前方车辆后，所述测距装置能够接收反射光，并将所述反射光转换为电信号，所述控制器能够接收所述电信号，转换成所述距离信息。

优选的是，所述测距装置中还设置电机，其与所述控制器相连，能够用于控制所述测距装置进行旋转。

一种基于车辆主动安全的防撞预警方法，包括如下步骤：

步骤一、在车辆行驶过程中，采用模糊控制模型对本车与前方车辆汇入同一车道进行重合概率预测，确定本车与前方车辆汇入同一车道的重合概率是否达到设定的重合阈值；

步骤二、在前方车辆中确定重合概率达到设定的重合阈值的车辆；

步骤三、确定在本车车道内前方车辆和达到设定的重合阈值的车辆与本车的距离；

步骤四、对本车状态进行危险性判断：

当本车车道内前方车辆以及全部达到重合阈值的车辆与本车的距离均大于充分安全车距时，本车处于安全提示；

当本车车道内前方车辆或者至少一辆达到重合阈值的车辆与本车的距离小于充分安全车距并且大于临界安全车距时，本车处于提示性预警；

当本车车道内前方车辆或者至少一辆达到重合阈值的车辆与本车的距离小于临界安全车距时，本车处于紧急性预警；

其中，在所述步骤一中，所述模糊控制模型包括：

分别将前方车辆与本车之间的夹角θ、本车方向盘转角δ以及重合概率P转换为模糊论域中的量化等级；

将所述夹角θ以及方向盘转角δ输入模糊控制模型，所述夹角θ分为5个等级，所述方向盘转角δ分为5个等级；

模糊控制模型输出为重合概率P，将所述重合概率P分为5个等级；

当V₀＞V₁，并且V₀＞80时，对所述重合概率P进行校正，得到经验校正概率式中，η为校正常数，η＝1.12～1.23，V₀为本车车速，V₁为前车车速，L为本车与前方车辆的距离，D为前方车辆所在车道与本车所在车道的间距。

优选的是，所述夹角θ的论域为[90，0]，所述方向盘转角δ的论域为[0，180]，所述重合概率P的论域为[0，1]，所述重合阈值为0.43～0.51中的一个值；

所述夹角θ分为5个等级，模糊集为{L，ML，M，NM，N}；所述方向盘转角δ分为5个等级，模糊集为{N，NM，M，ML，L}；所述重合概率P分为5个等级，模糊集为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用三角形隶属函数。

优选的是，当前方车辆与本车的夹角θ输入为NM或者N，方向盘转角δ输入为L，则本车与前方车辆的重合概率P输出为B，即本车与前方车辆汇入同一车道；

当前方车辆与本车的夹角θ输入为L或者ML，方向盘转角δ输入为N，则重合概率P输出为S，即本车与前方车辆不汇入同一车道；

当本车与前方车辆的重合概率P输出为S或者SM，则本车与前方车辆不汇入同一车道；当本车与前方车辆的重合概率P输出为B或者MB，则本车与前方车辆汇入同一车道；当本车与前方车辆的重合概率输出为M，即本车与前方车辆的重合概率P为重合阈值。

优选的是，在所述模糊控制模型中，前方车辆与本车之间的夹角为式中，D为前方车辆所在车道与本车所在车道的间距，L为本车与前方车辆的距离。

优选的是，在所述步骤四中，所述充分安全车距计算如下：

本车所在车道内的前方车辆的充分安全车距为

非本车所在车道内的前方车辆的充分安全车距为

其中，式中，d为静止时两车之间最小距离，T₁为驾驶员神经反应时间，T₂为制动器起作用时间，T₃为两车制动减速增长时间，λ为经验常数，V₀为本车车速，a_max为本车最大持续减速度，D为前方车辆所在车道与本车所在车道的间距，T′为本车驾驶员发现前车开始减速时的反应时间。

优选的是，在所述步骤四中，所述临界安全车距计算如下：

本车所在车道内的前方车辆的临界安全车距为

非本车所在车道内的前方车辆的临界安全车距为

其中，式中，d为静止时两车之间最小距离，V_rel为两车相对速度，T₁为驾驶员神经反应时间，T₂为制动器起作用时间，T₃为两车制动减速增长时间，λ为经验常数，V₀为本车车速，a_max为本车最大持续减速度，D为前方车辆所在车道与本车所在车道的间距，T′为本车驾驶员发现前车开始减时速的反应时间。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、将测距装置安装在车辆前部，同时，旋转电机能够使测距装置进行角度变换，使监测的范围不仅仅局限在本车道内的前方车辆，还可以准确的监测非本车道内的前方车辆；使测距具有灵活性以及广角性；并且，能够对方向盘转角做出同步监测；

2、采用模糊控制模型对本车与前方车辆是否汇入同一车道做出提前预判，对达到重合概率的前方车辆与本车道内的前方车辆分别进行充分安全距离和临界安全距离比较，进行更为全面的预警提示，更为有效的减少碰撞发生危险；

3、在高速行驶时，对本车与前方车辆是否汇入同一车道的重合概率进行校正，提高预判的准确性，减少高速行驶过程中碰撞发生危险。

附图说明

图1为本发明所述测距装置的结构示意图。

图2为本发明所述测角装置的结构示意图。

图3为本发明的预警方法原理图。

图4为本发明所述的对前方车辆进行防撞预警的示意图。

图5为本发明所述的前方车辆与本车夹角的隶属函数图。

图6为本发明所述的方向盘转角的隶属函数图。

图7为本发明所述的重合概率的隶属函数图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1～图3所示，本发明提供了一种基于车辆主动安全的防撞预警装置，包括测距装置100、测角装置200、控制器300以及提示装置400；

其中，测距装置100设置在车辆前部，用于实时监测本车与前方车辆的距离，测距装置100包括激光测距仪110，其通过“U”型托盘111与控制盒120通过轴承122固定连接，控制盒120内部设置旋转电机121；测角装置200中的转角传感器230与方向盘转向柱220的转轴部分通过扎带240连接，用于监测方向盘210的转角信息；控制器300分别与测距装置100以及转角传感器230电联，用于接收距离信息以及方向盘转角信息；提示装置400与控制器300电联，用于对驾驶员进行危险性提示。

在另一种实施例中，采用红外激光器作为激光测距仪，使激光测距仪具有更高的稳定性，抗外界干扰强，单色性好，使测量准确。

在另一种实施例中，激光测距仪110在照射到前方车辆后，测距装置100能够接收反射光，并将反射光转换为电信号，控制器300能够接收电信号，转换成距离信息。

在另一种实施例中，旋转电机121与控制器300相连，能够用于控制测距装置100进行旋转。

在另一种实施例中，转向柱220的转轴部分以及转角传感器230的轴端均开设凹槽，扎带240嵌入到凹槽中。

在另一种实施例中，提示装置400为语音提示装置。

如图4所示，本发明还提供了一种基于车辆主动安全的防撞预警方法，包括如下步骤：

步骤一、在车辆行驶过程中，采用模糊控制模型对本车与前方车辆汇入同一车道进行重合概率预测，确定本车与前方车辆汇入同一车道的重合概率是否达到设定的重合阈值，即确定本车与前方车辆是否汇入同一车道；

步骤二、在前方车辆中确定重合概率达到设定的重合阈值的车辆，此时该车辆与本车汇入同一车道；

步骤三、确定在本车车道内前方车辆和重合概率达到设定的重合阈值的车辆与本车的距离；

步骤四、对本车状态进行危险性判断：

当本车车道内前方车辆以及重合概率全部达到重合阈值的车辆与本车的距离均大于充分安全车距时，本车处于安全提示；

当本车车道内前方车辆或者至少一辆重合概率达到重合阈值的车辆与本车的距离小于充分安全车距并且大于临界安全车距时，本车处于提示性预警；

当本车车道内前方车辆或者至少一辆重合概率达到重合阈值的车辆与本车的距离小于临界安全车距时，本车处于紧急性预警；

其中，在步骤一中，模糊控制模型具体包括如下：

分别将前方车辆与本车之间的夹角θ、本车方向盘转角δ以及重合概率P转换为模糊论域中的量化等级；将夹角θ以及方向盘转角δ输入模糊控制模型，模糊控制模型输出为重合概率P，重合概率P的重合阈值为0.43～0.51中的一个值；在本实施例中，为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复实验，将重合阈值确定为0.48。

前方车辆与本车之间夹角θ的变化范围为[90，0]，本车方向盘转角δ的变化范围为[0，180]，设定的量化因子均为1，因此前方车辆与本车之间夹角θ的论域为[90，0]，本车方向盘转角δ的论域为[0，180]，重合概率P的变化范围为[0，1]，设定的比例因子也为1，因此重合概率P的论域为[0，1]；为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复试验，最终将前方车辆与本车之间夹角θ分为5个等级，模糊集为{L，ML，M，NM，N}，N表示小角度，NM示较小角度，M表示中等角度，ML表示较大角度，L表示大角度；方向盘转角δ分为5个等级，模糊集为{N，NM，M，ML，L}；N表示小角度，NM示较小角度，M表示中等角度，ML表示较大角度，L表示大角度；将重合概率P分为5个等级，模糊集为{S，SM，M，MB，B}，S表示小，SM表示较小，M表示中等，MB表示较大，B表示大；隶属函数均选用三角形隶属函数，如图5～7所示。

模糊控制模型的控制规则选取经验为：

如果前方车辆与本车之间夹角θ为“较小角度”或者“小角度”，本车方向盘转角δ为“大角度”，则重合概率P为“大”，即本车与前方车辆汇入同一车道。

如果前方车辆与本车之间夹角θ为“较大角度”或者“大角度”，本车方向盘转角δ为“小角度”，则重合概率P为“小”，即本车与前方车辆不汇入同一车道。

也就是说，如果本车与前方车辆的重合概率P为“小或者较小”，则该重合概率P未达到重合阈值，即本车与前方车辆不汇入同一车道，如果本车与前方车辆重合概率P为“大或者较大”，则该重合概率P达到重合阈值，即本车与前方车辆汇入同一车道，如果本车与前方车辆的重合概率为“中等”，则本车与前方车辆汇入同一车道的重合概率为重合阈值，此种情况，如果本车或者前方车辆的运行状态稍有变化，则会形成汇入同一车道或者不汇入同一车道情况的切换。

表1模糊控制规则

在另一种实施例中，在模糊控制模型中，前方车辆与本车之间的夹角为式中，D为前方车辆所在车道与本车所在车道的间距，单位为m，L为本车与前方车辆的距离，单位为m。

在另一种实施例中，当V₀＞V₁，并且V₀＞80时，对重合概率P进行校正，得到经验校正概率式中，η为校正常数，η＝1.12～1.23，V₀为本车车速，单位为km/h，V₁为前车车速，单位为km/h，L为本车与前方车辆的距离，单位为m，D为前方车辆所在车道与本车所在车道的间距，单位为m；在本实施例中，η＝1.19。

在另一种实施例中，在步骤四中，充分安全车距以及临界安全车距计算如下：

本车所在车道内的前方车辆的充分安全车距为

非本车所在车道内的前方车辆的充分安全车距为

本车所在车道内的前方车辆的临界安全车距为

非本车所在车道内的前方车辆的临界安全车距为

其中，式中，d为静止时两车之间最小距离，单位为m，V_rel为两车相对速度，单位为km/h，T₁为驾驶员神经反应时间，单位为s，T₂为制动器起作用时间，单位为s，T₃为两车制动减速增长时间，单位为s，λ为经验常数，λ＝1.49～1.55，V₀为本车车速，单位为km/h，a_max为本车最大持续减速度，单位为m/s²，D为前方车辆所在车道与本车所在车道的间距，单位为m，T′为本车驾驶员发现前车开始减时速的反应时间，单位为s，π＝3.14；在本实施例中，T₁为0.49s～0.58s，T₂为0.043s～0.051s，T₃为0.22s，a_max为-6m/s²，D为2.5m～4.5m，λ为1.53，T′为1.09s～1.31s；作为一种优选，T₁为0.53s，T₂为0.048s，T₃为0.22s，a_max为-6m/s²，D为4m，λ为1.53，T′为1.26s。

实施例

如图4所示，对本发明所述的防撞预警方法作进一步的具体说明，本发明所述的防撞预警方法包括如下步骤：

步骤一、在本车行驶过程中，采用模糊控制模型对本车与前方车辆a以及本车与前方车辆b是否汇入同一车道进行预测，确定本车与前方车辆a以及本车与前方车辆b汇入同一车道的重合概率P是否达到设定的重合阈值，即确定本车与前方车辆a以及前方车辆b是否汇入同一车道，分别将前方车辆a与本车之间的夹角θ、本车方向盘转角δ以及重合概率P转换为模糊论域中的量化等级，将夹角θ以及方向盘转角δ输入模糊控制模型，模糊控制模型输出为重合概率，重合概率的重合阈值为0.48；分别将前方车辆b与本车之间的夹角θ′、本车方向盘转角δ以及重合概率转换为模糊论域中的量化等级，将夹角θ′以及方向盘转角δ输入模糊控制模型，模糊控制模型输出为重合概率，重合概率的重合阈值为0.48；

步骤二、确定车辆a、车辆b中重合概率P达到重合阈值的车辆，此时该车辆与本车汇入同一车道；

步骤三、通过测距装置确定车辆c与本车的距离，车辆a以及车辆b中重合概率达到重合阈值的车辆与本车的距离；

步骤四、对本车状态进行危险性判断：

(1)当车辆c与本车的距离大于充分安全车距，以及车辆a、车辆b中重合概率达到重合阈值的车辆与本车的距离均大于充分安全车距时，本车处于安全提示；

(2)当车辆c与本车的距离小于充分安全车距并且大于临界安全车距，或者车辆a、车辆b中至少一辆重合概率达到重合阈值的车辆与本车的距离小于充分安全车距并且大于临界安全车距时，本车处于提示性预警；

(3)当车辆c与本车的距离小于临界安全车距，或者车辆a、车辆b中至少一辆重合概率达到重合阈值的车辆与本车的距离小于临界安全车距时，本车处于紧急性预警。

在本实施例中，充分安全车距以及临界安全车距分别计算如下：

车辆c的充分安全车距为

车辆c的临界安全车距为

车辆a的充分安全车距为

车辆b的充分安全车距为

车辆a的临界安全车距为

车辆b的临界安全车距为

其中，式中，d为静止时两车之间最小距离，单位为m，V_rel为两车相对速度，单位为km/h，T₁为驾驶员神经反应时间，单位为s，T₂为制动器起作用时间，单位为s，T₃为两车制动减速增长时间，单位为s，λ为经验常数，λ＝1.49～1.55，V₀为本车车速，单位为km/h，a_max为本车最大持续减速度，单位为m/s²，D、D′为前方车辆所在车道与本车所在车道的间距，单位为m，T′为本车驾驶员发现前车开始减时速的反应时间，单位为s；在本实施例中，T₁为0.53s，T₂为0.048s，T₃为0.22s，a_max为-6m/s²，D、D′均为4m，λ为1.53，T′为1.26s，π＝3.14。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。