一種車輛轉彎時防剮蹭裝置及方法與流程

本發明涉及汽車主動安全技術領域，尤其涉及一種車輛轉彎時防剮蹭裝置及方法。

背景技術：

剮蹭是行車過程中常見的一種交通事故形式，駕駛人往往由于沒有注意到視野內的障礙物，或者對障礙物與車輛間的位置關系把握不準確，或者障礙物位于駕駛人視野盲區，從而導致了剮蹭事故的發生。由于駕駛人位于車輛的一側，駕駛人對另一側車身位置的感知能力存在差異，同時由于車型大小的差異，雖然車輛的操作機構原理類似，但反映到不同車型上，其操作也存在較大差異，典型的，如大客車在進行轉彎時，轉彎會造成客車向轉彎一側劃過一個扇形區域，客車越長，扇形區域越大，因此，為避免剮蹭事故的發生，客車轉彎時轉彎半徑均較大。普通乘用車在轉彎時所需空間雖不如客車大，但在特殊的交通環境下，如垂直彎道且彎道內側存在電線桿、臺階等易于與車輛發生剮蹭的障礙物時，若駕駛人對車輛位置把握不當或者沒有注意到障礙物時，極易發生剮蹭事故。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明提供了一種車輛轉彎時防剮蹭裝置及其方法，該車輛轉彎時防剮蹭裝置投資費用少、適合規模化推廣，其工作方法，智能化、自動化，無需操作，且可靠性高。

本申請所采用的技術方案為：一種車輛轉彎時防剮蹭裝置，包括：

兩個激光掃描雷達，分別安裝在車輛前保險桿左右兩側，用于探測車輛周圍的交通環境信息，根據掃描結果辨識出車輛是否位于內側有障礙物的彎道；

方向盤轉角傳感器，安裝在車輛方向盤轉向軸上，用于獲取車輛方向盤轉角數據；

智能CAN轉換器，獲取車身CAN總線上轉向信號數據，轉向信息可作為系統開啟的信號；。

報警提示單元，報警提示單元采用可變色LED燈，LED燈顏色隨著車輛安全狀態變化而變化；

處理單元，包括左激光雷達數據接口，右激光雷達數據接口，智能CAN轉換器接口、方向盤轉角傳感器接口、LED燈接口，分別通過數據線將處理器與激光掃描雷達、方向盤轉角傳感器、智能CAN轉換器和報警單元連接，并采用金屬盒封裝在車內空閑處。

作為本發明的一個優選的技術方案，所述激光掃描雷達采用Velodyn公司生產的360°激光掃描雷達。

作為本發明的一個優選的技術方案，所述的方向盤轉角傳感器采用德國博世GMR轉角傳感器。

作為本發明的一個優選的技術方案，所述的智能CAN轉換器采用周立功CAN485智能CAN轉換器。

作為本發明的一個優選的技術方案，所述報警單元為晶元F5全彩共陰發光二極管。

作為本發明的一個優選的技術方案，所述處理單元采用ARM9處理器，具體型號為S3C2410。

本發明所述的一種車輛轉彎時防剮蹭方法，包括以下步驟：

S1、轉向信號獲取：通過CAN485智能CAN轉換器獲取車輛轉向燈信號，用于開啟整個系統；

S2、目標彎道辨識：采用激光掃描雷達掃描轉向側，掃描范圍水平360°，垂直30°，并測量不同線束探測得到的目標點的位置關系，目標點位置關系進行分析，若這些點在空間上存在連續性，則認為存在障礙物，并記錄與雷達最近的目標點；

S3、車輛行駛軌跡確定：此步驟包括通過方向盤轉角確定車輪轉角、通過車輪轉角確定車輛軌跡兩步：第一步，通過方向盤轉角確定車輪轉角，采用經驗公式，即當方向盤轉角小于等于360°時，車輛前輪轉角均值＝方向盤轉角角度/12，當方向盤轉角大于360°時，車輛前輪轉角角度均值＝30+(方向盤轉角角度-360)/24；第二步，根據車輪轉角確定車輛運動軌跡，此步驟采用車輛動力學關系進行推導；

S4、車輛位置與障礙物位置確定：建立以車輛中心為坐標原點行駛方向為縱軸、側向為橫軸的坐標系，根據推導得到車輛運行軌跡，以軌跡為中心，考慮車輛寬度，得到車輛轉彎行駛所需空間范圍，以1cm為單位，確定車輛轉彎空間內側邊緣點的坐標，同時根據激光掃描雷達獲取的障礙物目標點，計算障礙物目標點與轉彎空間內側軌跡邊緣點兩兩之間的距離，取距離最小值，即為車輛與障礙物之間的距離；

S5、車輛安全狀態劃分：根據前面測量得到的車輛與障礙物之間的距離，由遠到近依次確定車輛安全性等級從安全到危險；。

S6、車輛安全狀態提示：根據上述劃分出的車輛安全狀態，當車輛處于安全狀態下，LED燈顯示綠色，存在潛在危險情況下，LED燈顯示黃色，當車輛處于危險狀態時，LED燈顯示紅色。

本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：

采用激光掃描雷達獲取車輛周圍道路環境信息，激光雷達探測不受環境光線干擾，且識別精度高。同時，采用方向盤轉角確定車輛軌跡，進一步確定車輛下一步位置，系統具有較強的預測性，方法簡單，屬較先進的主動安全系統。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為系統應用場景俯視圖；

圖2為系統應用場景側視圖；

圖3為根據車輪轉角確定車輛運動軌跡的推導說明圖；

圖4為系統處理器引腳說明圖；

圖中：1、自車；2、彎道內側障礙物；3、車輛行駛路線；4、左激光掃描雷達；5、右激光掃描雷達；6、處理單元；7、左激光雷達數據接口；8、右激光雷達數據接口；9、智能CAN轉換器接口；10、方向盤轉角傳感器接口；11、LED燈接口。

具體實施方式

為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術方案進行詳細的說明。

如圖1-圖4所示，本實施例所述的一種車輛轉彎時防剮蹭裝置，包括：

兩個激光掃描雷達4、5，分別安裝在車輛前保險桿左右兩側，用于探測車輛周圍的交通環境信息，根據掃描結果辨識出車輛是否位于內側有障礙物的彎道；

方向盤轉角傳感器，安裝在車輛方向盤轉向軸上，用于獲取車輛方向盤轉角數據；

智能CAN轉換器，獲取車身CAN總線上轉向信號數據，轉向信息可作為系統開啟的信號；

報警提示單元，報警提示單元采用可變色LED燈，LED燈顏色隨著車輛安全狀態變化而變化；

處理單元6，包括左激光雷達數據接口7，右激光雷達數據接口8，智能CAN轉換器接口9、方向盤轉角傳感器接口10，LED燈接11，分別通過數據線將處理器與激光掃描雷達4、5、方向盤轉角傳感器、智能CAN轉換器和報警單元連接，并采用金屬盒封裝在車內空閑處。

其中，在本實施例中，所述激光掃描雷達4、5采用Velodyn公司生產的360°激光掃描雷達。

其中，在本實施例中，所述的方向盤轉角傳感器采用德國博世GMR轉角傳感器。

其中，在本實施例中，所述的智能CAN轉換器采用周立功CAN485智能CAN轉換器。

其中，在本實施例中，所述報警單元為晶元F5全彩共陰發光二極管。

其中，在本實施例中，所述處理單元6采用ARM9處理器，具體型號為S3C2410。

本發明所述的一種車輛轉彎時防剮蹭方法，包括以下步驟：

在車輛轉彎時防剮蹭裝置中，激光掃描雷達4和5分別安裝在車輛前保險杠的左方和右方，分別負責車輛左右兩側交通環境的探測。車輛1行駛在T型路段，將沿著路徑3行駛至主干道，右側存在潛在碰撞障礙物2。在系統工作時，駕駛人開啟轉向燈，系統啟動激光掃描雷達5，掃描車輛右方的道路環境信息，根據掃描探測目標的坐標點之間的關系，判斷出右方是否存在潛在碰撞障礙物。當判斷為是的情況下，系統采集方向盤轉角信息，推算出車輛在此方向盤輸入下的運動軌跡，處理器判斷軌跡與障礙物之間的距離，根據距離的大小，對車輛轉彎安全狀態進行評價，并根據評價結果采用發光LED燈對駕駛人進行提示。

考慮到系統應用情況下，車輛與障礙物之間的距離較小，因此本實施例中激光雷達探測距離需求很低，同時，本實施例采用的激光雷達可實現水平360°掃描，垂直30°掃描，將激光掃描雷達安裝在車輛前保險杠上，探測范圍基本能覆蓋車輛行駛的所有環境。

為了實現本發明的車輛轉彎時防剮蹭工作方法方法，結合上述車輛轉彎時防剮蹭裝置為基礎，具體步驟如下：

(1)激光掃描雷達、方向盤轉角傳感器、智能CAN轉換器、LED報警單元和處理單元安裝

首先安裝激光掃描雷達。采用兩個激光掃描雷達，分別安裝在車輛前保險杠的左右兩端，兩個激光掃描雷達分別負責對車輛左右兩側交通環境的探測。采用細紋螺栓將激光掃描雷達固定安裝，采用數據線將激光掃描雷達與處理單元連接。

然后安裝方向盤轉角傳感器。方向盤轉角傳感器固定安裝在車輛方向盤轉軸上，其轉動端與方向盤轉軸剛性連接，靜止端與方向盤轉軸周圍車身固定連接。將方向盤轉角傳感器數據輸出接口與處理單元I/O接口連接。

安裝智能CAN轉換器。智能CAN轉換器用于采集車輛轉向信號燈信息。將智能CAN轉換器的數據輸入端與車輛CAN總線連接，數據輸出端與處理單元I/O接口連接，采用細紋螺栓將智能CAN轉換器與車身固定連接。智能CAN轉換器安裝在車輛中控臺下方空閑出。

然后安裝報警單元。報警單元采用可變色LED燈。報警單元安裝在車輛左方A柱與儀表盤外殼交界處，采用膠粘的方式進行安裝。此處不遮擋駕駛人正常視線，在LED燈亮起時，駕駛人易于觀察到亮燈信息。采用數據線將LED燈與處理單元I/O接口連接。

最后安裝處理單元。處理單元采用金屬盒封裝，安裝在車輛中控臺下方空閑出，挨著智能CAN轉換器。通過數據線與外界進行數據傳輸。采用細紋螺栓將封裝處理單元的金屬盒與車身固定連接。

(2)轉向信號獲取

由于系統應用場景需要車輛進行轉向操作，為保證系統的節能高效，需要系統的開始信號。車輛的轉向信號為系統的開啟信號。轉向信號可以通過車身CAN總線獲取。由于處理器采用數據傳輸協議為串行數據，不能正確獲取CAN總線數據，因此，采用智能CAN轉換器，通過智能CAN轉換器采集車身CAN總線數據，并讀取總線上轉向信號數據，當智能CAN轉換器采集到轉角信號后，想處理單元發出系統開啟信號。

(3)目標彎道識別

此步驟在于確定車輛轉彎時所處的彎道為系統針對的彎道情況。即，彎道內側存在潛在可能導致與車輛剮蹭的突出障礙物。根據轉向信號燈信息，確定車輛轉向方向，開啟對應側的激光掃描雷達。激光掃描雷達探測其探測范圍內的目標位置信息，根據探測到的目標位置信息，識別出彎道是否為系統針對的目標彎道，具體做法如下：選取一次掃描反饋的所有目標點位置信息，隨機挑選其中一個目標點(稱之為目標點1)，以此目標點為圓心，以1cm為半徑畫圓，計算此圓的位置范圍，將此次探測的所有點位置為此圓包含的位置進行比較，若存在另一目標點(稱之為目標點2)位于此圓內，則以目標點2為圓心，以1cm為半徑畫圓，重新確定新的圓，同樣對比新的圓范圍內是否存在除上一步確定的目標點外的其他目標點。依次循環，直至所有目標點都被選取，則這些目標點能組成一個曲面。根據曲面周圍點的坐標，采用積分方法計算曲面的面積，若曲面面積大于零，且曲面上任意一點與車輛之間的距離小于2m時，認為該彎道為目標彎道。

(4)車輛行駛軌跡確定

此步驟包括通過方向盤轉角確定車輪轉角、通過車輪轉角確定車輛軌跡兩步。

第一步，通過方向盤轉角確定車輪轉角，采用經驗公式，即當方向盤轉角小于等于360°時，車輛前軸中心轉角＝方向盤轉角角度/12，當方向盤轉角大于360°時，車輛前前軸中心轉角＝30+(方向盤轉角角度-360)/24。

第二步，根據前軸中心轉角確定車輛運動軌跡，此步驟采用車輛動力學關系進行推導。結合圖3具體如下：

在圖3中，(x_f,y_f)為前軸中心點坐標；(x_b,y_b)為后軸中心點坐標；v為前軸中心點速度；l為軸距；w為輪距；為前輪中心點的轉向角度；θ為車輛中心軸與朔評方向的夾角。一般情況下，轉向時車速較低，出現滑移的概率較小，后輪軌跡的橫向速度可以認為是0.

通過圖3可以確定下列方程：

v_yb＝v_xb tanθ (1)

前軸中心點左邊函數關系為：

x_f＝x_b-lcosθ (2)

y_f＝y_b-lsinθ (3)

對上式進行求導，可得到前輪速度函數關系：

$v_{xf}=v_{xb}+\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}}lsin\mathrm{\θ}---\left(4\right)$

$v_{yf}=v_{yb}-\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}}lcos\mathrm{\θ}---\left(5\right)$

其中θ求導后為前輪角速度。將公式4、5代入公式1，可以求得：

$v_{xf}sin\mathrm{\θ}-v_{yf}cos\mathrm{\θ}-\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}}l=0---\left(6\right)$

根據圖3中的位置關系，有：

將公式7、8代入公式6可得：

將：

代入公式9，可得到角速度的表達：

將公式7、8、12代入公式4、5，可得：

將公式12對時間積分，得到：

其中C為常數，可以設為0。

將公式15代入公式13、14得：

將公式16、17對時間積分，可得到后輪中心點軌跡曲線方程：

由公式18、19可得：

由圖3和公式18、19，可以推導左后輪軌跡方程為：

有公式21、22可得：

同理可以求得右后輪軌跡方程為：

由于車輛在轉向時，駕駛人比較容易忽視后方車輛的位置，因此，在本發明中考慮后輪的軌跡為車輛位置的依據。從公式23和24中可以看出，軌跡位置只與軸距l、軸距w和前軸中心轉向角有關。因此，對于一款確定的車型，只要確定前軸中心轉向角便可以得到車輛后輪的軌跡。

(5)車輛位置與障礙物位置確定

建立如圖3所示的坐標系。根據推到得到車輛后軸內側車輪運行軌跡，以1cm為單位，確定車輛后軸內側車輪邊緣點的坐標。同時根據激光掃描雷達獲取的障礙物目標點坐標，計算障礙物目標點與車輛后軸內側車輪軌跡邊緣點兩兩之間的距離。取距離最小值，即為車輛與障礙物之間的距離。

(6)車輛安全狀態劃分

根據前面測量得到的車輛與障礙物之間的距離，當車輛與障礙物之間的距離大于1.5m小于2m時，為安全狀態；當車輛與障礙物之間的距離大于1m小于1.5m時，為潛在危險狀態；當車輛與障礙物之間的距離小于1m時，為危險狀態。

(7)車輛安全狀態提示

根據上述劃分出的車輛安全狀態，當車輛處于安全狀態下，LED燈顯示綠色，存在潛在危險情況下，LED燈顯示黃色，當車輛處于危險狀態時，LED燈顯示紅色。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。