一种多情景车道偏离预警系统及方法与流程

本发明属于汽车主动安全技术领域，尤其涉及一种多情景车道偏离预警系统及方法。

背景技术：

交通安全问题的影响日益显著催生并促进了汽车主动安全技术领域的不断发展，其中，车道偏离预警系统(lanedeparturewarningsystem，ldws，在驾驶员无意识且未打转向灯的情况下车辆偏离车道时，系统提前做出判断，并对驾驶员进行预警提醒)通过车辆电控系统智能判断目标车辆的偏离状态，并提前对驾驶员进行预警提醒，从而大大减少了因驾驶员疲劳、长时间驾驶或者转向系统失控造成的车道偏离，减少碰撞事故的发生。

现有车道偏离系统大多采用单一算法结合其他车辆或道路状态判断目标车辆的偏离状态，存在一定判断偏差；使用估计算法大多是根据时间或距离来计算阈值，没有考虑驾驶员弯道越线转弯的驾驶习惯，其中存在一定误报，造成驾驶员的驾驶困扰；同时系统不适用于非结构道路等难以检测出车道线的复杂道路环境。

现有车道偏离预警方案中，比较有代表性的算法模型主要有：横向速度决策模型、tlc(timetolanecrossing)决策模型和fod(futureoffsetdistance)决策模型。其中，横向速度决策算法以侧向速度作为决策指标，但作为单一的决策算法，当车辆左右摆动或驾驶员急调方向时，则会产生过多误警；tlc决策模型应用最为广泛，其预警时间比较长，能给驾驶员预留较长的反应时间，假设车辆当前的行驶状态，即方向盘转角、车速等保持不变；fod决策模型根据驾驶员的驾驶习惯设置虚拟车道边界线，有多个阈值，可以避免驾驶员在弯道转弯行驶时，由于驾驶习惯而跨越部分车道线引起的误警。

技术实现要素：

发明目的：针对现有发明中的不足和缺陷，本发明基于各种算法的优点和适用范围，提出了一种应用于多情景的车道偏离预警方法，在不同的驾驶环境和驾驶状况下分别使用适当的预警决策算法，判断车辆是否偏离当前车道，从而有效提高车道偏离预警控制系统的灵敏度，减少车道偏离误报警，增加偏离判断的准确性。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种应用于多情景的车道偏离预警系统及方法。

所述预警系统包括数据采集单元、数据判断单元和偏离预警单元；

所述数据采集单元，安装于车辆内部，用于实时采集数据，并将采集到的数据传递至数据判断单元；

所述数据判断单元，用于接收采集到的数据，并进行偏离预警判断，将预警指令传递至偏离预警单元；

所述偏离预警单元，用于接收偏离预警指令，提醒驾驶员阻止车辆进一步偏离。

进一步，所述数据采集单元包括摄像头、车速传感器、方向盘转角传感器、转向灯和危险警报灯；

通过车速传感器获取当前车速；

通过方向盘转角传感器获取方向盘转向转角；

通过摄像头采集车辆的偏移距离和偏移角度、当前道路车道线位置、车道宽度、道路曲率半径；

通过捕捉转向灯和危险警报灯信号线上的信号获取转向灯和危险警报灯状态。

进一步，所述数据判断单元包括抑制偏离判断单元、车速判断单元、道路曲率半径判断单元、车道偏离判断单元。

为了避免在驾驶员转弯、变道或起步情况下，车道偏离预警系统发生不必要的报警，影响驾驶员的驾驶体验，因此，在进行车道偏离判断之前，首先进行抑制偏离预警条件的判断。

所述抑制偏离预警条件包括：当前车速、转向灯与危险警报灯状态、车辆偏离距离、方向盘转角速率、两次报警时间间隔。

所述抑制偏离判断单元，用于接收数据采集单元传递的数据，判断当前时刻是否满足抑制偏离预警条件，并将判断信号传递到车速判断单元；

所述车速判断单元，用于接收数据采集单元传递的数据，以及抑制偏离判断单元的判断信号，判断车辆是否大于预先设定的车速阈值，并将判断信号传递给车道偏离判断单元和道路曲率半径判断单元；

所述道路曲率半径判断单元，用于接收数据采集单元传递的数据，以及车速判断单元发送的判断信号，判断当前道路为直道或弯道，并将判断信号传递给车道偏离判断单元；

所述车道偏离判断单元，用于接收数据采集单元传递的数据，以及车速判断单元和道路曲率半径判断单元传递的判断信号，判断车辆是否偏离当前车道，并将判断信号传递给偏离预警单元。

进一步，所述偏离预警单元在车辆偏离车道时，通过视觉、触觉或者听觉提醒驾驶员，或者向转向盘施加适当阻力，以阻止车辆的进一步偏离。

一种多情景的车道偏离预警决策方法，包括以下步骤：

步骤1，实时采集车辆的当前车速、偏移距离和偏移角度、方向盘转向转角、当前道路车道线位置、车道宽度、道路曲率半径、转向灯和危险警报灯状态；

步骤2，根据步骤1中采集的数据，判断当前时刻是否满足抑制偏离预警条件；

若满足抑制条件，设定阻断时长，阻断后续操作，达到阻断时长后，继续判断下一时刻采集的数据；若不满足抑制条件，执行步骤3；

所述抑制偏离预警条件包括：当前车速、转向灯与危险警报灯状态、车辆偏离距离、方向盘转角速率、两次报警时间间隔；

步骤3，判断当前车速是否大于预先设定的车速阈值vth2，如果小于阈值vth2，执行步骤4；如果大于或等于阈值vth2，执行步骤5；

步骤4，判断当前道路曲率半径是否大于设定的曲率半径阈值rth；如果大于阈值rth，判断当前车道为直道，执行步骤6；如果小于或等于阈值rth，判断当前车道为弯道，执行步骤7；

步骤5，采用基于横向偏移速度的预警决策方法，判断车辆是否偏离当前车道，转入步骤8；

步骤6，采用基于车辆跨越车道线的剩余时间(timetolanecrossing，tlc)的预警决策方法，判断车辆是否偏离当前车道，转入步骤8；

步骤7，采用基于未来偏移距离(futureoffsetdistance，fod)的预警决策方法，判断车辆是否偏离当前车道，进入步骤8；

步骤8，若车辆没有偏离车道，则返回步骤1；若车辆偏离车道，发出偏离预警指令，阻止车辆的进一步偏离。

优选地，车速阈值vth2取值为60km/h；曲率半径阈值rth取值为250m。

进一步，所述步骤1中，采集当前道路车道线位置时，需要检测并识别两侧车道线和道路宽度；具体如下：

如果可以检测到车道线，获取道路线和道路宽度；

如果未能获取当前道路车道线，根据检测的路基宽度，分别在与车道两边路缘内侧一定距离处划分出虚拟车道线，以代替真实车道线；

车道宽度与路基宽度的计算方法为：

其中，d为车道宽度，dsubgrade为路基宽度，dsmax为路基宽度最大值。

进一步，所述步骤2，根据采集的数据，判断当前时刻是否满足抑制偏离预警条件；具体如下：

2-1，当前车速v小于车速阈值vth1时，表明车辆处于起步或者预备靠边停车状况，满足抑制偏离预警条件；

2-2，驾驶员开启危险警报灯或偏离侧的转向灯时，表明驾驶员有变换车道、掉头或者停车意图，满足抑制偏离预警条件；

2-3，直道行驶时，检测到车辆距离其偏离侧车道线的横向距离小于设定的距离阈值时，表明车辆处于预备变换车道或者掉头的状况，满足抑制偏离预警条件；

2-4，检测到驾驶员向偏离侧相反方向转动转向盘，且转角速率大于设定速率阈值时，表明驾驶员发现车辆偏离并有调整偏离方向的意图，满足抑制偏离预警条件；

2-5，在距离上一次偏离报警的t1时间段内，满足抑制偏离预警条件；

2-6，在满足以上任意一种抑制偏离预警条件时，阻断后续操作，阻断时长设为t2，达到阻断时长后，继续判断下一时刻数据。

优选地，车速阈值vth1取值为30km/h；t1取值为3s，t2取值为1min。

进一步，所述步骤5中，采用基于横向偏移速度的预警决策方法，判断车辆是否偏离当前车道，具体如下：

以车辆的当前侧向速度vy作为车辆是否偏离当前车道的决策指标；

所述侧向速度vy是与车辆当前纵向速度vx垂直方向的速度；

将侧向速度vy与给定的速度阈值vde进行比较，若vy＞vde，车辆偏离当前车道，若vy≤vde，车辆没有偏离当前车道。

进一步，所述步骤6中，采用基于车辆跨越车道线的剩余时间(tlc)的预警决策方法，判断车辆是否偏离当前车道，具体如下：

车辆跨越车道线的剩余时间(tlc)是指车辆从当前时刻位置到偏离侧车道线的剩余时间，其计算方法是：

首先计算当前时刻车辆前轮到偏离侧车道线的纵向距离；

然后根据该纵向距离，以及车辆当前的纵向速度，计算车辆跨越车道线的剩余时间；

tlc的计算公式为：

其中，tlc表示车辆跨越车道线的剩余时间，vx表示车辆当前纵向速度，l表示从当前时刻车辆前轮到偏离侧车道线的纵向距离。

设车辆偏离过程中航向角，纵向和横向速度保持不变，转向盘转角保持恒定；

将车辆跨越车道线的剩余时间(tlc)与给定的时间阈值tde进行比较，若tlc＜tde，车辆偏离当前车道，若tlc≥tde，车辆没有偏离当前车道。

优选地，时间阈值tde取0.3s。

进一步，所述步骤7中，采用基于未来偏移距离(fod)的预警决策方法，判断车辆是否偏离当前车道；具体如下：

判断驾驶员在前n次行程中行驶至弯道处转向时是否存在跨越车道线的行为；

若跨越车道线，将实际车道线向外侧一定距离拓展，得到虚拟的车道边界线；

若没有跨越车道线，虚拟车道边界线和真实车道线重合；

计算预测汽车未来状态的时刻距当前时刻的时间，即前视时间tlookahead；

前视时间tlookahead的计算公式为：

式中，lvirtual是车辆跨越虚拟车道边界线的纵向距离，lwarning是偏离预警期望出发位置，vy是车辆当前侧向速度；

计算经过前视时间tlookahead后车辆的侧向位置lt；

车辆侧向位置lt的计算公式为：

lt＝lcurrent+tlookahea*vy

式中，lcurrent是当前车辆与虚拟车道线的距离；

将车辆跨越虚拟车道边界线的纵向距离lvirtual与车辆的侧向位置lt进行比较；

若lt＞lvirtual，车辆偏离当前车道，若lt≤lvirtual，车辆没有偏离当前车道。

进一步，本发明中所涉及的各种阈值可以由实验或者经验所得，凡是符合车辆偏离预警实际要求的都可以作为决策判断阈值。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：

本发明系统符合中国驾驶员在各种路况之下的驾驶习惯，在驾驶员高速行驶时，系统的高度灵敏性，有助于纠正驾驶员不良驾驶习惯。低速行驶时，增加驾驶员的预留反应时间，增加驾驶员对于系统的驾驶适应，减少预警偏差，适应多种道路条件。并在驾驶员有车辆起步、转向、变道等意识时或者上一次报警刚刚结束时抑制报警，防止频繁报警，提高驾驶的舒适性。

附图说明

图1是本发明提供的一种车道偏离预警系统的结构示意图；

图2是本发明提供的一种车道偏离预警方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中提供的附图，对本发明中的技术流程和实例结构进行清晰、完整的描述。基于本发明中的例子，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围之内。

如图1所示，本发明所述的一种车道偏离预警系统，包括数据采集单元、数据判断单元和偏离预警单元。

所述数据采集单元，安装于车辆内部，用于实时采集数据，并将采集到的数据传递至数据判断单元；

所述数据采集单元包括摄像头、车速传感器、方向盘转角传感器、转向灯和危险警报灯；

通过车速传感器获取当前车速；

通过方向盘转角传感器获取方向盘转向转角；

通过摄像头采集车辆的偏移距离和偏移角度、当前道路车道线位置、车道宽度、道路曲率半径；

通过捕捉转向灯和危险警报灯信号线上的信号获取转向灯和危险警报灯状态。

所述数据判断单元，用于接收采集到的数据，并进行偏离预警判断，将预警指令传递至偏离预警单元；

为了避免在驾驶员转弯、变道或起步情况下，车道偏离预警系统发生不必要的报警，影响驾驶员的驾驶体验，因此，在进行车道偏离判断之前，要首先进行抑制偏离预警条件的判断。

所述抑制偏离预警条件包括：当前车速、转向灯与危险警报灯状态、车辆偏离距离、方向盘转角速率、两次报警时间间隔。

所述抑制偏离判断单元，用于接收数据采集单元传递的数据，判断当前时刻是否满足抑制偏离预警条件，并将判断信号传递到车速判断单元；

所述车速判断单元，用于接收数据采集单元传递的数据，以及抑制偏离判断单元的判断信号，判断车辆是否大于预先设定的车速阈值，并将判断信号传递给车道偏离判断单元和道路曲率半径判断单元；

所述道路曲率半径判断单元，用于接收数据采集单元传递的数据，以及车速判断单元发送的判断信号，判断当前道路为直道或弯道，并将判断信号传递给车道偏离判断单元；

所述车道偏离判断单元，用于接收数据采集单元传递的数据，以及车速判断单元和道路曲率半径判断单元传递的判断信号，判断车辆是否偏离当前车道，并将判断信号传递给偏离预警单元。

所述偏离预警单元，用于接收偏离预警指令，提醒驾驶员阻止车辆进一步偏离。

所述偏离预警单元在车辆继续偏离车道时，通过视觉、触觉或者听觉提醒驾驶员，或者向转向盘施加适当阻力，以阻止车辆的进一步偏离。

如图2所示，一种多情景车道偏离预警方法，包括以下步骤：

s101、实时采集车辆的当前车速、偏移距离和偏移角度、方向盘转向转角、当前道路车道线位置、车道宽度、道路曲率半径、转向灯和危险警报灯状态；

如果可以检测到车道线，获取道路线和道路宽度；

如果未能获取当前道路车道线，根据检测的路基宽度，分别在与车道两边路缘内侧一定距离处划分出虚拟车道线，以代替真实车道线；

车道宽度与路基宽度的计算方法为：

其中，d为车道宽度(m)，dsubgrade为路基宽度(m)，dsmax为路基宽度最大值。

s102、根据步骤s101中采集的数据，判断当前时刻是否满足抑制偏离预警条件；

若满足抑制条件，设定阻断时长，阻断后续操作，达到阻断时长后，继续判断下一时刻采集的数据；若不满足抑制条件，执行步骤s103；

根据采集的数据，判断当前时刻是否满足抑制偏离预警条件；具体如下：

s1021、当前车速y小于车速阈值vth1时，表明车辆处于起步或者预备靠边停车状况，满足抑制偏离预警条件；本实施例中车速阈值vth1取值为30km/h；

s1022、驾驶员开启危险警报灯或偏离侧的转向灯时，表明驾驶员有变换车道、掉头或者停车意图，满足抑制偏离预警条件；

s1023、直道行驶时，检测到车辆距离其偏离侧车道线的横向距离小于设定的距离阈值时，表明车辆处于预备变换车道或者掉头的状况，满足抑制偏离预警条件；

s1024、检测到驾驶员向偏离侧相反方向转动转向盘，且转角速率大于设定速率阈值时，表明驾驶员发现车辆偏离并有调整偏离方向的意图，满足抑制偏离预警条件；

s1025、在上一次偏离报警之后3秒内，满足抑制偏离预警条件；

s1026、在满足以上任意一种抑制偏离预警条件时，阻断后续操作，阻断时长设为1min，达到阻断时长后，继续判断下一时刻数据。

s103、判断当前车速是否大于预先设定的车速阈值vth2；如果小于阈值vth2，执行步骤s104；如果大于或等于阈值vth2，执行步骤s105；

s104、判断当前道路曲率半径是否大于设定的曲率半径阈值rth；如果大于阈值rth，判断当前车道为直道，执行步骤s106；如果小于或等于阈值rth，判断当前车道为弯道，执行步骤s107；

本实施例中车速阈值vth2取60km/h；曲率半径阈值rth取250m；

s105、采用基于横向偏移速度的预警决策方法，判断车辆是否偏离当前车道，转入步骤s108；

s106、采用车辆跨越车道线的剩余时间(tlc)与时间阈值进行比较的预警决策方法，判断车辆是否偏离当前车道，转入步骤s108；

s107、采用基于未来偏移距离(fod)的预警决策方法，判断车辆是否偏离当前车道，进入步骤s108；

s108、根据相应情景下的预警决策方法，判断车辆是否偏离车道；

若车辆没有偏离车道，则返回步骤s101；

若车辆偏离车道，在车辆继续偏离车道时，车道偏离判断单元向偏离预警单元发出指令，通过视觉、触觉或者听觉提醒驾驶员，或者向转向盘施加适当阻力，阻止车辆的进一步偏离。

所述步骤s105中，采用基于横向偏移速度的预警决策方法，判断车辆是否偏离当前车道，具体如下：

以车辆的当前侧向速度vy作为车辆是否偏离当前车道的决策指标；

所述侧向速度vy是与车辆当前纵向速度vx垂直方向的速度；

将侧向速度vy与给定的速度阈值vde进行比较，若vy＞vde，车辆偏离当前车道，若vy≤vde，车辆没有偏离当前车道。

所述步骤s106中，采用基于车辆跨越车道线的剩余时间(tlc)的预警决策方法，判断车辆是否偏离当前车道，具体如下：

车辆跨越车道线的剩余时间(tlc)是指车辆从当前时刻位置到偏离侧车道线的剩余时间，其计算方法是：

首先计算当前时刻车辆前轮到偏离侧车道线的纵向距离；

然后根据该纵向距离，以及车辆当前的纵向速度，计算车辆跨越车道线的剩余时间；

tlc的计算公式为：

其中，tlc表示车辆跨越车道线的剩余时间，vx表示车辆当前纵向速度，l表示从当前时刻车辆前轮到偏离侧车道线的纵向距离。

设车辆偏离过程中航向角，纵向和横向速度保持不变，转向盘转角保持恒定；

将车辆跨越车道线的剩余时间(tlc)与给定的时间阈值tde进行比较，若tlc＜tde，车辆偏离当前车道，若tlc≥tde，车辆没有偏离当前车道。

本实施例中，时间阈值tde取0.3s。

所述步骤s107中，采用基于未来偏移距离(fod)的预警决策方法，判断车辆是否偏离当前车道；具体如下：

判断驾驶员在前n次行程中行驶至弯道处转向时是否存在跨越车道线的行为；

若跨越车道线，将实际车道线向外侧一定距离拓展，得到虚拟的车道边界线；

若没有跨越车道线，虚拟车道边界线和真实车道线重合；

计算预测汽车未来状态的时刻距当前时刻的时间，即前视时间tlookahead；

前视时间tlookahead的计算公式为：

式中，lvirtual是车辆跨越虚拟车道边界线的纵向距离，lwarning是偏离预警期望出发位置，vy是车辆当前侧向速度；

计算经过前视时间tlookahead后车辆的侧向位置lt；

车辆侧向位置lt的计算公式为：

lt＝lcurrent+tlookahead*vy

式中，lcurrent是当前车辆与虚拟车道线的距离；

将车辆跨越虚拟车道边界线的纵向距离lvirtual与车辆的侧向位置lt进行比较；

若lt＞lvirtual，车辆偏离当前车道，若lt≤lvirtual，车辆没有偏离当前车道。