一种基于曲线的车辆辅助变道系统

1.本发明涉及智能驾驶与主动安全技术领域，具体涉及一种基于曲线的车辆辅助变道系统。


背景技术：

2.超车是车辆行驶过程中常见的驾驶行为，相关统计显示，每年因超车引发的道路交通事故约占事故总数的20％，其中大多数事故都是人为因素导致。超车过程中，人类驾驶员由于自身感知能力的局限性难以准确获取周围行车环境信息，未能合理地规划超车轨迹，从而引发交通事故。无人车通过车载感知传感器能够获取丰富的环境信息，并结合本车与周围车辆行驶状况变化实时规划出安全的行车轨迹。
3.申请号为201810337901.8，发明创造名称为“一种结构化道路的智能车辆平滑轨迹规划方法”的发明专利通过传感器检测本车当前行驶车道前方是否有车辆，以碰撞时间为超车条件，在满足超车条件的前提下检测目标车道车辆的行驶状态，建立局部栅格地图并规划所有可能的轨迹，最后进行轨迹评价和最优轨迹筛选。
4.然而，上述的发明专利虽然制定了超车条件，并且能够动态生成超车轨迹，但忽略了在超车的过程中，后车的车辆知否会形成安全隐患，并没有考虑到自身车辆车尾和车后的情况，形成安全隐患。


技术实现要素：

5.针对上述的技术问题，本技术方案提供了一种基于曲线的车辆辅助变道系统，根据其行驶环境中车与车之间的相对速度与距离，以及车辆周边的其它环境的变化信息，相应的做出调整来达到驾驶要求；车辆会对安全变道的通过性要求做出准确评估，从而使车辆安全的行驶；能有效的解决上述问题。
6.本发明通过以下技术方案实现：
7.一种基于曲线的车辆辅助变道系统，包括控制器，所述的控制器包括单片机模块，以及与单片机模块连接的激光雷达模块、蜂鸣报警模块、曲线模块和电源模块，所述的激光雷达模块与安装在车底的激光雷达信号连接；所述激光雷达的激光探头周期性地向四周发射激光，根据统一参照的坐标，对传回的数据进行分析，以最右侧路肩为参照坐标，可以得本车至两侧路肩的距离来确定本车所在的车道，以及周围的环境车辆信息；对传回数据进行分析的具体公式为：
[0008][0009]
3.75+3.75+3.5＜li1＜3.75+3.5；
[0010]
3.75+3.5＜l
i2
＜3.5；
[0011]
[0012]
式中，li为激光雷达的探头向最右侧路肩发射的激光长度，由于激光雷达是对周围进行360
°
平面发射激光进行扫描的，导致同一时间发射的激光长度差距很大，为了结果更加精确优化长度范围，超过或低于长度范围的舍去，la为在优化范围内所有激光长度的平均长度；有了到达路肩后返回的激光平均长度后，可以判断车辆所行驶的车道，其公式为：
[0013][0014][0015][0016]
式中，wc为车自身的宽度，d1、d2为所在的行驶车道为第一车道、第二车道。
[0017]
进一步的，所述激光雷达的激光探头，发射的激光能确定与前车的距离，再利用时间和距离的配合，能确定自身的超车加速度；所述的本车在超越目标车辆左右转向变道时，本车的尾部属于危险区域；以本车车辆的宽度和本车左右转向时所需的安全距离为半径做圆，圆形范围为确定的危险区域，变道时的最小转向角度为该圆形区域上一点的切线方向角度，变道时最晚的起点为最小安全距离，该最小安全距离点公式为：
[0018][0019][0020][0021][0022][0023]
式中，vi为某一时刻一秒内的瞬时速度，si为ti时刻与前车的距离，ti为每间隔时间为1秒的时间参数，可以任意多；δv为相对速度，v1为t1时刻内的速度，v2为t2时刻内的速度，v3为t3时刻内的速度，只要vi足够多，则相对速度也越精确；a为自身车辆的加速度，δt为相对时间，由时间范围内的ti相加除以i所得，t为自身车辆开始准备超车时与前方车辆共同的行驶时间，s
自
为自身车辆行驶的距离，s
前
为前方车辆行驶的距离，x
min
即为自身车辆
在超越前方车辆时的最小安全距离；由最小安全距离可以确定车辆超车变道时的最晚转向起点，该点到前方车辆的距离与x
min
相等；然后便根据这个特定点以及前面所述的限制点生成辅助变道的曲线结果。
[0024]
进一步的，所述蜂鸣报警模块与安装在车内的语音播报器连接，在本车与前车的距离小于安全距离时，则发出警报提示；以及在本车准备超车变道时，本车位置与前车位置的距离小于安全距离时，蜂鸣报警模块接收命令后，通过语音播报器发出警报，提示此时不能超车变道。
[0025]
进一步的，所述单片机模块采用的是stm32单片机，单片机模块与汽车的总控制器连接，接收总控制器的命令信号，并通过激光雷达模块和蜂鸣报警模块分别与激光雷达和语音播报器进行信息交互。
[0026]
进一步的，所述曲线分析模块根据车辆自身位置与目标位置的相对距离，以及本车的相对速度，安全的规划出一条呈曲线状的超车变道路径。
[0027]
有益效果
[0028]
本发明提出的一种基于曲线的车辆辅助变道系统，与现有技术相比较，其具有以下有益效果：
[0029]
(1)本技术方案根据行驶环境中车与车之间的相对速度与距离，以及车辆周边的其它环境的变化信息，相应的做出调整来达到驾驶要求；车辆会对安全变道的通过性要求做出准确评估，可靠性高，系统稳定，在一定的路况条件下辅助驾驶人员驾驶车辆，辅助警示驾驶人员的行车速度和安全距离，增加了驾驶人员行驶的安全度。
[0030]
(2)本技术方案通过激光雷达的激光探头，发射的激光能确定与前车的距离，再利用时间和距离的配合，能确定自身的超车加速度；本车在超越目标车辆左右转向变道时，以本车车辆的宽度和本车左右转向时所需的安全距离为半径做圆，圆形范围为确定的危险区域，变道时的最小转向角度为该圆形区域上一点的切线方向角度，变道时最晚的起点为最小安全距离，根据两个特定点生成辅助变道的曲线结果；考虑了车后的安全距离，避免了车尾后部的危险区域，进一步额增加了本车在超速时的安全性。
附图说明
[0031]
图1为本发明的原理示意图。
[0032]
图2为本发明中激光雷达发射激光的覆盖示意图。
[0033]
图3为本发明中规划的曲线变道路线示意图。
具体实施方式
[0034]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。
[0035]
实施例1：
[0036]
如图1所示，一种基于曲线的车辆辅助变道系统，包括控制器，所述的控制器包括单片机模块，以及与单片机模块连接的激光雷达模块、蜂鸣报警模块、曲线模块和电源模
块。
[0037]
所述单片机模块采用的是stm32单片机，单片机模块与汽车的总控制器连接，接收总控制器的命令信号，并通过激光雷达模块和蜂鸣报警模块分别与激光雷达和语音播报器进行信息交互。
[0038]
所述蜂鸣报警模块与安装在车内的语音播报器连接，在本车与前车的距离小于安全距离时，则发出警报提示；以及在本车准备超车变道时，本车位置与前车位置的距离小于安全距离时，蜂鸣报警模块接收命令后，通过语音播报器发出警报，提示此时不能超车变道。
[0039]
所述曲线分析模块根据车辆自身位置与目标位置的相对距离，以及本车的相对速度，安全的规划出一条呈曲线状的超车变道路径。
[0040]
如图2所示，所述的激光雷达模块与安装在车底中心的激光雷达信号连接；所述激光雷达的激光探头周期性地向四周发射激光，根据统一参照的坐标，对传回的数据进行分析，以最右侧路肩为参照坐标，可以得本车至两侧路肩的距离来确定本车所在的车道，以及周围的环境车辆信息；对传回数据进行分析的具体公式为：
[0041][0042]
3.75+3.75+3.5＜l
i1
＜3.75+3.5；
[0043]
3.75+3.5＜l
i2
＜3.5；
[0044][0045]
式中，li为激光雷达的探头向最右侧路肩发射的激光长度，由于激光雷达是对周围进行360
°
平面发射激光进行扫描的，导致同一时间发射的激光长度差距很大，为了结果更加精确优化长度范围，超过或低于长度范围的舍去，la为在优化范围内所有激光长度的平均长度；有了到达路肩后返回的激光平均长度后，可以判断车辆所行驶的车道，其公式为：
[0046][0047][0048][0049]
式中，wc为车自身的宽度，d1、d2为所在的行驶车道为第一车道、第二车道。
[0050]
所述激光雷达的激光探头，发射的激光能确定与前车的距离，再利用时间和距离的配合，能确定自身的超车加速度；所述的本车在超越目标车辆左右转向变道时，本车的尾部属于危险区域；以本车车辆的宽度和本车左右转向时所需的安全距离为半径做圆，圆形范围为确定的危险区域，变道时的最小转向角度为该圆形区域上一点的切线方向角度，变道时最晚的起点为最小安全距离，该最小安全距离点公式为：
[0051][0052][0053][0054][0055][0056]
式中，vi为某一时刻一秒内的瞬时速度，si为ti时刻与前车的距离，ti为每间隔时间为1秒的时间参数，可以任意多；δv为相对速度，v1为t1时刻内的速度，v2为t2时刻内的速度，v3为t3时刻内的速度，只要vi足够多，则相对速度也越精确；a为自身车辆的加速度，δt为相对时间，由时间范围内的ti相加除以i所得，t为自身车辆开始准备超车时与前方车辆共同的行驶时间，s
自
为自身车辆行驶的距离，s
前
为前方车辆行驶的距离，x
min
即为自身车辆在超越前方车辆时的最小安全距离；由最小安全距离可以确定车辆超车变道时的最晚转向起点，该点到前方车辆的距离与x
min
相等；然后便根据这个特定点以及前面所述的限制点生成辅助变道的曲线结果，如图3所示。