專利名稱：一種后方車輛碰撞危險性監測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及車輛行駛安全預警技術，尤其涉及一種后方車輛碰撞危險性監測
直O
背景技術：
交通事故的發生大多數與車輛之間的碰撞存在直接關系，因而在車輛運行過程中，對車輛與車輛之間的碰撞危險性進行實時監控可以用于對駕駛員進行提示，可以減少事故的發生。車輛與車輛的碰撞可以分為自身車輛與前方車輛的碰撞、自身車輛與后方車輛的碰撞兩種情況。駕駛員在駕駛過程中，主要的注意力集中在向前方向，而且駕駛員對前方車輛的注意情況要明顯優于后方，這是由于向后的觀察是通過后視鏡來實現的。通過后視鏡觀察后方車輛存在距離、速度估計不準確的問題，因而目前汽車安全市場上出現了向后的碰撞預警系統，這類系統對自身車輛后方的車輛進行監控，當存在碰撞危險時提前對駕駛員發出警告，保證車輛的安全行駛。對于后方車輛碰撞報警系統，目前存在著一個很重要的問題是如何判斷后方車輛與自身車輛相對位置關系，如后方車輛是否和自身車輛處于同一車道，或者是處于左側車道，不同的位置關系與不同類型碰撞危險關系緊密，如后方車輛位于自身車輛左側相鄰車道時，自身車輛在這種情況下的向左車道變換是不安全的。因此針對后方的車輛碰撞系統需要準確識別出后方其他車輛與自身車輛的位置關系，而這些位置關系與車輛行駛軌跡的曲率半徑緊密聯系，這類系統首要的需求是測量計算出自身車輛的行駛軌跡曲率半徑，然后根據該曲率半徑對后方車輛進行碰撞危險性判斷。針對車輛行駛軌跡曲率半徑測量，目前一般有兩種方法，一種是基于圖像處理的車道標志線提取，計算道路曲率半徑。第二種是利用相關傳感器計算道路的曲率半徑，如 GPS傳感器，車速傳感器等。這兩種方法目前均存在一定的局限性，基于圖像處理的第一種方法所識別的車道標志線是自身車輛前方的目標，因而計算得到的曲率半徑不是自身車輛當前所行駛軌跡的曲率半徑，不能直接用于對后方車輛進行碰撞危險性判斷。第二種方法所計算得到的是道路曲率半徑，不是車輛行駛軌跡的曲率半徑。由于道路上通常存在多個車道，而駕駛員的行駛軌跡不完全是遵循某個車道行駛，因而這種方法所測量得到的曲率半徑也不能直接用于對后方車輛進行碰撞危險性判斷。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種投資費用少、操作簡單、測量精度高的后方車輛碰撞危險性監測裝置。本實用新型的基本原理是通過使用兩個車輪轉速傳感器、一個慣量傳感器、一臺激光掃描器來實時監控車輛的運動狀態，利用微處理器采集來自車輪轉速傳感器和慣量傳感器的數據。微處理器根據慣量傳感器所輸出的橫擺角速度計算出按照此橫擺角速度穩定行駛一周所需要的時間，然后利用兩個車輪轉速傳感器所輸出的轉速計算出車輪按照此轉速勻速行駛一周的距離。在微處理器采樣頻率較高的情況下，上述所計算得到的距離與圓周弧長近似相等，然后基于圓周弧長計算出圓弧半徑，該半徑即為該車輪當前行駛軌跡的曲率半徑。計算得到兩個車輪的行駛軌跡曲率半徑之后利用車輛的幾何尺寸關系計算車輛質心行駛軌跡的曲率半徑。計算得到當前車輛質心行駛軌跡的曲率半徑之后，使用基于激光掃描器所得到的后方車輛與自身車輛的相對距離、相對角度、相對速度等數據基于幾何公式進行后方其他車輛與自身車輛相對位置關系判斷，判斷結果包括后方車輛與自身車輛處于同一車道、后方車輛處于自身車輛左側車道、后方車輛處于自身車輛右側車道等類型。 得到這些相對位置關系類型之后根據激光掃描器所得到的相對速度關系進行后方車輛與自身車輛碰撞危險性判斷，并將判斷結果向駕駛員提示。為了達到上述技術目的，本實用新型采用以下技術方案予以實現。一種后方車輛碰撞危險性監測裝置，其特征在于，包括兩個車輪轉速傳感器，分別安裝在車輛左后車輪和右后車輪上，用于測量車輛左后車輪和右后車輪的轉速；一個慣量傳感器，安裝在車輛質心位置，測量自身車輛的橫擺角速度；一臺激光掃描儀，向后安裝在車輛后保險桿中間，測量后方其他車輛與自身車輛的相對距離、相對角度和相對速度；一個微處理器，安裝在駕駛室，分別電連接兩個車輪轉速傳感器、慣量傳感器和激光掃描儀；所述微處理器接收車輪轉速傳感器、慣量傳感器和激光掃描器所輸出的數據，通過數據計算自身車輛行駛軌跡的曲率半徑，并基于自身車輛行駛軌跡的曲率半徑、以及后方其他車輛與自身車輛的相對距離、相對角度、相對速度，作出碰撞危險性判斷，輸出報警 fn息O上述技術方案的進一步改進和特點在于所述微處理器電連接有顯示器或報警器，用于輸出報警信息。所述車輪轉速傳感器為AD22517霍爾式轉速傳感器。所述慣量傳感器采用IMU02慣量傳感器。所述激光掃描儀采用IBEO XT激光掃描儀。所述微處理器采用ARM 7 STM32F103。本實用新型的后方車輛碰撞危險性的測量裝置，主要部件采用傳感器和微處理器，投資費用少、操作簡單、檢測方便、測量精度高。所使用到的傳感器目前在中高端轎車上通常已經存在，不需要安裝額外的傳感器。本實用新型的測量方法中，傳感器的數據采集以及測量數據的計算由微處理器直接完成，因此，操作簡單，檢測結果直觀、可靠。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步詳細說明。
圖1為本實用新型的后方車輛碰撞危險性監測裝置中，傳感器和微處理器安裝位置示意圖；圖2為自身車輛與后方車輛的相對位置關系示意圖；圖中1、第一車輪轉速傳感器；2、第二車輪轉速傳感器；3、慣量傳感器；4、激光掃描器；5、微處理器；6、自身車輛；7、后方其他車輛。
具體實施方式
參照
圖1，在后方車輛碰撞危險性監測裝置中，第一、第二車輪轉速傳感器1、2分別安裝在自身車輛的左后車輪和右后車輪上，測量車輪的轉速。慣量傳感器3安裝于車輛的質心位置，激光掃描器4安裝在車輛后保險桿中間，微處理器5安裝在駕駛室內。本實施例中，車輪轉速傳感器采用AD22517轉速傳感器，將兩個轉速傳感器通過導線連接到微處理器，接收轉速傳感器所輸出的轉速信號。本實施例中，慣量傳感器采用IMU02慣量傳感器，將慣量傳感器通過導線連接到微處理器，接收慣量傳感器所輸出的橫擺角速度信號。本實施例中，激光掃描器采用IBEO XT激光掃描器，將慣量傳感器通過導線連接到微處理器，接收激光掃描器所輸出的自身車輛與其他車輛的相對距離、相對角度和相對速度。在測量車輛碰撞危險性時，為滿足計算精度和實時要求，本實施例中，選用的微處理器采樣頻率為100Hz，即微處理器每秒對碰撞危險性進行100次計算處理。此外，微處理器電連接有顯示器或報警器，用于輸出報警信息；自身車輛有顯示器時，可以利用其固有顯示器；沒有顯示器時，可以連接聲音報警器。為了能夠更好地利用好本實用新型后方車輛碰撞危險性監測裝置，下面詳細說明其監測方法，具體步驟如下(1)標定后車輪行駛半徑，獲取后車輪的行駛半徑。轉速傳感器所測量得到的原始參數為脈沖數，由脈沖數計算車輪轉速需要乘以車輪行駛半徑。而車輪行駛半徑隨不同輪胎類型、不同輪胎氣壓是不同的，因而首先需要對車輪行駛半徑進行標定，即測量出車輪的行駛半徑。以左后車輪為例，在一段長直道路上測量一段距離，如100米，劃定起始線，駕駛車輛從起點行駛到終點，記錄該過程中轉速傳感器所輸出的脈沖數。所劃定的距離除以脈沖數即得到左后車輪行駛半徑。以同樣的方法對右后車輪進行行駛半徑標定。(2)數據采集微處理器實時采集輪速傳感器所輸出的車輪轉速、慣量傳感器所輸出的橫擺角速度、激光掃描器所輸出的后方其他車輛與自身車輛的相對距離、相對角度、相對速度參數。啟動車輛和裝置之后，微處理器以IOOHz的頻率連續采集來自兩個后車輪轉速傳感器、慣量傳感器和激光掃描器所輸出的數據，并使用第一步中標定所得到的左后車輪行駛半徑和右后車輪行駛半徑，計算得到左后車輪的線速度和右后車輪的線速度，單位為m/
So(3)計算后車輪曲率半徑，利用車輪轉速和橫擺角速度計算相應車輪行駛軌跡的曲率半徑。微處理器首先對橫擺角速度進行計算，計算按照當前穩定的橫擺角速度圓周勻速行駛一圈所需要的時間。計算公式如下T=360/w其中，w為車輛橫擺角速度，T為計算得到的繞圓周行駛一圈所需要的時間。計算得到T以后，分別單獨計算左后車輪行駛軌跡的曲率半徑和右后車輪行駛軌跡的曲率半徑。[0040]以左后車輪為例，計算按照當前車輪轉動速度繞圓周行駛一圈所通過的距離S，計算公式如下S=VXT其中，V為左后車輪的線速度，T為繞圓周行駛一圈所需要的時間。計算得到s之后，根據圓周長與半徑關系，計算圓弧半徑r，即左后車輪行駛軌跡曲率半徑rl，計算公式如下rl=s/2 π以相同的方法計算右后車輪行駛軌跡的曲率半徑r2。(4)修正質心曲率半徑(即自身車輛行駛軌跡曲率半徑)計算根據計算得到的自身車輛行駛軌跡曲率半徑，以及與后方其他車輛的相對距離、 相對角度，利用幾何公式計算，并判斷自身車輛與后方其他車輛的相對位置關系。計算得到rl，r2之后，由于車輛行駛過程是一個隨時間不斷變換的動態過程，慣量傳感器所測量輸出的橫擺角速度存在一定程度上的誤差，根據
圖1可知質心的行駛軌跡曲率半徑R有兩種計算途徑，分別為采用左后車輪行駛軌跡曲率半徑rl和右后車輪行駛軌跡曲率半徑r2，計算公式如下R= (rl2+(L/2)2) 1/2R=((r2-B/2)2+(L/2)2)1/2其中，B為車輛輪距，L為車輛軸距。從實際計算過程來講，上面兩個公式中的任何一個都可以計算出質心行駛軌跡曲率半徑R，但由于橫擺角速度和車輪轉速傳感器均存在一定的測量誤差，特別是連續的測量過程中存在較大的測量誤差，為保證將測量誤差減小，本系方法同時采用上述兩種計算，得到兩個R值，然后取這兩個R值的平均值，用于減小單次測量所帶來的誤差。同時，在多次連續測量過程中也可采用平均的思想，其理論基礎是道路的曲率是一個逐漸緩慢變換的參數。如果在連續測量過程中，某次測量得到的數據與前幾次測量結果存在較大差異，則認為該次測量誤差較大，采用前幾次測量的平均值作為該次測量的結果，用于減小連續測量帶來的誤差。(5)判斷相對位置關系參考圖2，根據計算得到的自身車輛6行駛軌跡曲率半徑R，以及獲得的與后方其他車輛7的相對距離、相對角度，利用幾何公式計算，判斷自身車輛6與后方其他車輛7的相對位置關系，此處的相對距離為自身車輛6后保險桿到后方其他車輛7前保險桿的縱向距離。自身車輛與后方其他車輛的橫向相對距離用d表示，即自身車輛與后方其他車輛在垂直車道標志線方向上的相對距離。d受到自身車輛行駛軌跡曲率半徑R、自身車輛和后方其他車輛的相對距離d3、相對角度a、車道寬度b的影響，根據幾何關系，這些參數之間符合以下幾何關系。d22=dl2+ (d3+L/2)2-2 XdlX (d3+L/2) X cos (c)c=90-ad= I dl-d2 |dl=Rd2+d=R，后方其他車輛處于彎道內側[0060]d2_d=R，后方其他車輛處于彎道外側其中d2為后方其他車輛到行駛軌跡圓中心的距離。利用上述公式解算出后方其他車輛的d2，然后根據以下邏輯關系判斷自身車輛與后方其他車輛的相對位置關系。1、后方其他車輛與自身車輛處于同一車道d2 e (R-b/2, R+b/2)。2、后方其他車輛處于自身車輛右側相鄰車道d2 e (R-b-b/2, R-b/2)并且后方其他車輛處于彎道內側。3、后方其他車輛處于自身車輛左側相鄰車道d2 e (R+b/2, R+b+b/2)并且后方其他車輛處于外道外側。4、同方向車道數大于2，后方其他車輛處于自身車道右側不相鄰車道: d<R-b-b/2并且后方其他車輛處于彎道內側。5、同方向車道數大于2，后方其他車輛處于自身車道左側不相鄰車道: d>R+b+b/2并且后方其他車輛處于外道外側。(6)判斷碰撞危險性完成自身車輛與后方其他車輛相對位置關系判斷之后，根據激光掃描器所測量得到的自身車輛與其他車輛的相對速度進行碰撞危險性判斷，當后方車輛高速接近自身車輛，即相對速度較大時如果駕駛員此時進行制動或者轉向，裝置將根據駕駛員的具體操作對駕駛員進行碰撞危險性提示。例如，當計算判斷得到后方左側相鄰車道的車輛正高速接近自身車輛，而此時自身車輛駕駛員想要進行向左車道變換，這種情況下很容易導致碰撞事故的發生，因而需要對駕駛員發出提示。碰撞危險性判斷的基礎是自身車輛與后方其他車輛的相對位置關系、自身車輛與后方其他車輛的相對速度、自身車輛駕駛員意圖采取的操作，根據這些數據進行自身車輛與后方其他車輛碰撞危險性判斷。
權利要求1.一種后方車輛碰撞危險性監測裝置，其特征在于，包括兩個車輪轉速傳感器，分別安裝在車輛左后車輪和右后車輪上，用于測量車輛左后車輪和右后車輪的轉速；一個慣量傳感器，安裝在車輛質心位置，測量自身車輛的橫擺角速度；一臺激光掃描儀，向后安裝在車輛后保險桿中間，測量后方其他車輛與自身車輛的相對距離、相對角度和相對速度；一個微處理器，安裝在駕駛室，分別電連接兩個車輪轉速傳感器、慣量傳感器和激光掃描儀；所述微處理器接收車輪轉速傳感器、慣量傳感器和激光掃描器所輸出的數據，通過數據計算自身車輛行駛軌跡的曲率半徑，并基于自身車輛行駛軌跡的曲率半徑、以及后方其他車輛與自身車輛的相對距離、相對角度、相對速度，作出碰撞危險性判斷，輸出報警信息。
2.根據權利要求1所述的后方車輛碰撞危險性監測裝置，其特征在于，所述微處理器電連接有顯示器或報警器，用于輸出報警信息。
3.根據權利要求1所述的后方車輛碰撞危險性監測裝置，其特征在于，所述車輪轉速傳感器為AD22517霍爾式轉速傳感器。
4.根據權利要求1所述的后方車輛碰撞危險性監測裝置，其特征在于，所述慣量傳感器采用IMU02慣量傳感器。
5.根據權利要求1所述的后方車輛碰撞危險性監測裝置，其特征在于，所述激光掃描儀采用IBEO XT激光掃描儀。
6.根據權利要求1所述的后方車輛碰撞危險性監測裝置，其特征在于，所述微處理器采用 ARM 7 STM32F103。
專利摘要本實用新型涉及車輛行駛安全預警裝置，公開了一種后方車輛碰撞危險性監測裝置，包括兩個車輪轉速傳感器，分別安裝在車輛左后車輪和右后車輪上，用于測量車輛左后車輪和右后車輪的轉速；一個慣量傳感器，安裝在車輛質心位置，測量自身車輛的橫擺角速度；一臺激光掃描儀，向后安裝在車輛后保險桿中間，測量后方其他車輛與自身車輛的相對距離、相對角度和相對速度；一個微處理器，安裝在駕駛室，并分別電連接兩個車輪轉速傳感器、慣量傳感器和激光掃描儀。
文檔編號B60R21/013GK202098409SQ20112018819
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月7日 優先權日2011年6月7日
發明者付銳, 袁偉, 郭應時, 馬勇 申請人:長安大學