一种大型车辆转弯预警方法及系统与流程

本发明属于大型车辆转弯预警系统领域，具体涉及一种大型车辆转弯预警方法及系统。

背景技术：

大型车辆在进行转弯时，前后轮的运行轨迹是不一样的，后轮并不是沿着前轮的轨迹行驶，会产生偏差，这种偏差叫内轮差。车辆的长度越大，所产生的内轮差就越大。货车事故中，因为内轮差所导致的事故占了很大的比重。货车在进行转弯时，如果所转向一侧的行人或车辆距离较近，易发生车身前部未发生碰撞而车身后部发生碰撞的事故，且车身中后部处于驾驶者的视觉盲区，驾驶者无法及时应对突发情况，导致严重交通事故。

随着传感器和单片机控制技术的不断发展，非接触式检测技术已被广泛应用于多个领域。雷达测距具有全天候工作，适合于恶劣的环境中进行短距离、高精度测距的优点，但容易受电磁波干扰。激光测距具有高方向性、高单色性、高亮度、测量速度快等优势，尤其是对雨雾有一定的穿透能力，抗干扰能力强，但其成本高、数据处理复杂。超声波测距可以直接测量近距离目标，纵向分辨率高，适用范围广，方向性强，并具备不受光线、烟雾、电磁干扰等因素影响，且覆盖面较大等优点。

国内尚无针对转向时内轮差特性进行的预警系统，无主动对周边车辆、行人进行提示预警的系统。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本发明提供一种大型车辆转弯预警方法及系统，用以实现大型车辆转弯时占用路幅灯光标识，以及当大型车辆转弯路幅上有障碍物时对大型车辆驾驶员的声音警示。

为实现上述目的，本发明具体技术方案如下：一种大型车辆转弯预警方法，包括如下步骤：

1)驾驶员打开了转向灯，电子控制单元ecu开启大型车辆转弯预警系统；

2)确定驾驶员驾驶意图和指示灯带开启模式，即电子控制单元ecu通过can总线获取方向盘转向角度及gps定位信息，判断驾驶员驾驶意图，确定指示灯带开启模式；其中，所述驾驶员驾驶意图包括变道和转弯两种；所述指示灯带开启模式包括左侧开启模式和右侧开启模式；

3)构建基于线性二自由度的路幅范围计算模型；所述基于线性二自由度的路幅范围计算模型包括：质心侧偏角β、前轮速度方向与纵向的夹角ε、后轮侧偏角α2和转向内侧后轮转弯半径r；

4)确定车辆即将占用的路幅范围，即以r为半径，转向中心o为圆心的圆弧与内侧车身、前轴向内侧的延长线组成的曲线三角形区域即为车辆即将占用的路幅范围；

5)利用灯光模块照亮车辆即将占用的路幅范围，即电子控制模块ecu计算出用于描出路幅范围的边界的第一排指示灯的角度，并将角度数据发送给车身控制模块bcm，车身控制模块bcm控制灯带描出占用路幅范围的边界，其余指示灯将剩余占用路幅区域填充；

6)判断车辆转向内侧是否有障碍物，如有障碍物转步骤7)，否则转步骤8)，其中，判断车辆转向内侧是否有障碍物的方法为：使用雷达组合模块对转向内侧的障碍物进行探测，若超声波传感器接收到回波则说明在转向内侧有障碍物；

7)判断障碍物是否在车辆即将占用的路幅范围内，如果障碍物在车辆即将占用的路幅范围内，则电子控制单元ecu向车身控制模块bcm发出指令，控制音频发生器发出提示音，警示驾驶员注意避让，转步骤2)，否则转步骤8)；

8)检测转向灯是否关闭，若未关闭则转步骤2)，否则转步骤9)；

9)关闭大型车辆转弯预警系统。

进一步的，上述步骤1)中，大型车辆转弯预警系统包括：gps定位模块、雷达组合模块、六轴传感器、方向盘转角传感器、电子控制单元ecu、车身控制模块bcm、灯光模块、音频发生器、can总线和车速传感器；其中，电子控制单元ecu用于通过can总线获取gps定位模块、六轴传感器、方向盘转角传感器的信号，确定驾驶员驾驶意图，并计算车辆完成当前动作占用的路幅范围，电子控制单元ecu还用于从can总线上读取雷达组合模块的信息，判断在占用的路幅范围内是否有障碍物；车身控制模块bcm用于从灯光模块读取转向灯信号控制系统开关状态，用于通过can总线与电子控制单元ecu通信，获取占用路幅范围，控制灯光模块使用侧边指示灯带在路面上标识出范围，还用于获取在占用范围内是否有障碍物的判断结果，确定是否控制音频发生器提醒驾驶员；雷达组合模块由超声波传感器组成，用于采集的数据，判断是否探测到障碍物，以及计算处障碍物相对于大型车辆的坐标。

进一步的，上述步骤2)中，所述驾驶员意图的判断方法为：当车辆处于直行车道且方向盘转角较小时，判断驾驶员意图为变道，否则判断驾驶员意图为转向；所述指示灯带开启模式确定方法为：当驾驶员意图为转向时，根据转向灯开启方向确定指示灯带开启模式，左转时为左侧开启模式，右转时为右侧开启模式；当驾驶员意图为变道时，通过方向盘转角角度的正负确定指示灯带开启模式，当方向盘转角角度为正时，指示灯带开启模式为左侧开启模式，否则为右侧开启模式。

进一步的，上述步骤3)中，所述质心侧偏角β参数计算公式如下：

其中u为汽车纵向速度分量，v为汽车横向速度分量，通过车速传感器和六轴传感器取得；所述前轮速度方向与纵向的夹角ε参数计算公式如下：

其中wr为汽车横摆角速度，通过六轴传感器取得，a为前轴到汽车质心的纵向距离；所述后轮侧偏角α2参数计算公式如下：

其中b为后轴到汽车质心的纵向距离；所述转向内侧后轮转弯半径r参数计算公式如下：

其中l为汽车轴距。

进一步的，上述步骤5)中，第一排指示灯角度的计算公式如下：

其中，θn为第一排指示灯角度，n为第一排指示灯的序号，n为单侧第一排指示灯总个数减一，in为已经获得的路幅范围到车辆的距离，hlight为指示灯带离地高度。

与现有技术相比，本发明能够警示周边行人车辆注意大型车辆的转弯，解决了附近行人、车辆对大型货车转弯覆盖范围的错误判断，导致躲避不及的问题；能够在转弯内侧盲区内出现障碍物时提醒驾驶员，减少大型车辆转弯时由于转向视野盲区信息缺失造成的事故。

附图说明

图1为本发明大型车辆转弯预警系统逻辑示意图。

图2为本发明大型车辆预警方法流程图。

图3为占用路幅范围计算模型。

图4为占用路幅示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，需要指出的是，下面仅以一种最优化的技术方案对本发明的技术方案以及设计原理进行详细阐述，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示的大型车辆转弯预警系统，包括gps定位模块、雷达组合模块、六轴传感器、方向盘转角传感器、电子控制单元ecu(electroniccontrolunit)、车身控制模块bcm(bodycontrolmodule)、灯光模块、音频发生器、can总线和车速传感器；其中，电子控制单元ecu用于通过can总线获取gps定位模块、六轴传感器、方向盘转角传感器的信号，确定系统工作模式(转弯或变道)，并计算车辆完成当前动作占用的路幅范围，电子控制单元ecu还用于从can总线上读取雷达组合模块的信息，判断在占用的路幅范围内是否有障碍物(行人、车辆)；车身控制模块bcm用于从灯光模块读取转向灯信号控制系统开关状态，用于通过can总线与电子控制单元ecu通信，获取占用路幅范围，控制灯光模块使用侧边指示灯带在路面上标识出范围，还用于获取在占用范围内是否有障碍物的判断结果，确定是否控制音频发生器提醒驾驶员；雷达组合模块包括车身两侧数个(一侧3～5个，视车身长度而定)超声波传感器组成，这些传感器离地高度相同，每一侧的分布间距相等，采用分时复用的方法控制，即一个运行完毕后运行另一个，避免互相干扰，它们的测量范围最远设定在三米左右，呈锥形分布，使车侧的大部分范围能够同时被两个超声波传感器探测范围覆盖。雷达组合模块用于控制超声波传感器依次工作，并综合它们采集的数据，确定是否探测到障碍物，以及计算处障碍物相对于大型车辆的坐标。

如图2所示，上述大型车辆转弯预警系统的控制方法，包括：

1)当驾驶员打开了转向灯时，由电子控制单元ecu开启大型车辆转弯预警系统；

2)确定驾驶员驾驶意图和指示灯带开启模式，即电子控制单元ecu通过can总线获取方向盘转向角度及gps定位信息，判断驾驶员驾驶意图，确定指示灯带开启模式；其中，驾驶员驾驶意图包括变道和转弯两种；指示灯带开启模式包括左侧开启模式和右侧开启模式；驾驶员意图的判断方法为：当车辆处于直行车道且方向盘转角较小时，判断驾驶员意图为变道，否则判断驾驶员意图为转向；指示灯带开启模式确定方法为：当驾驶员意图为转向时，根据转向灯开启方向确定指示灯带开启模式，左转时为左侧开启模式，右转时为右侧开启模式；当驾驶员意图为变道时，通过方向盘转角角度的正负确定指示灯带开启模式，当方向盘转角角度为正时，指示灯带开启模式为左侧开启模式，否则为右侧开启模式；

3)构建基于线性二自由度的路幅范围计算模型；如图3所示，基于线性二自由度的路幅范围计算模型包括：质心侧偏角β、前轮速度方向与纵向的夹角e、后轮侧偏角α2和转向内侧后轮转弯半径r参数；各参数的计算方法如下：

质心侧偏角β参数计算公式如下：

其中u为汽车纵向速度分量，v为汽车横向速度分量，通过车速传感器和六轴传感器取得；

前轮速度方向与纵向的夹角ε参数计算公式如下：

其中wr为汽车横摆角速度，通过六轴传感器取得，a为前轴到汽车质心的纵向距离；

后轮侧偏角α2参数计算公式如下：

其中b为后轴到汽车质心的纵向距离；

转向内侧后轮转弯半径r参数计算公式如下：

其中l为汽车轴距，x为转向中心到汽车后轴的纵向距离；

4)确定车辆即将占用的路幅范围，即以r为半径，转向中心o为圆心的圆弧与内侧车身、前轴向内侧的延长线组成的曲线三角形区域即为车辆即将占用的路幅范围；如图3所示，曲线三角形pqm区域即为车辆即将占用的路幅范围。

5)利用灯光模块照亮车辆即将占用的路幅范围，即电子控制模块ecu计算出用于描出路幅范围的边界的第一排指示灯的角度，将指示灯角度数据发送给车身控制模块bcm，车身控制模块bcm控制灯带描出占用路幅范围的边界，其余指示灯将剩余占用路幅区域填充。第一排指示灯角度计算公式如下：

其中，θn为第一排指示灯角度，n为第一排指示灯的序号，n为单侧第一排指示灯总个数减一，ln为已经获得的路幅范围到车辆的距离，hlight为指示灯带离地高度。

6)判断车辆转向内侧是否有障碍物，如有障碍物转步骤7)，否则转步骤8)，其中，判断是否有障碍物的方法为：使用雷达组合模块对转向内侧的障碍物进行探测，若超声波传感器接收到回波则说明在转向内侧有障碍物。

7)判断障碍物是否在车辆即将占用的路幅范围内，如果障碍物在车辆即将占用的路幅范围内，则电子控制单元ecu向车身控制模块bcm发出指令，控制音频发生器发出提示音，警示驾驶员注意避让，转步骤2)，否则转步骤8)，其中，判断方法是：雷达组合模块中每个采集到回波的超声波传感器都记录下探测时间，算出各自与障碍物的距离，雷达组合模块结合多个超声波传感器获得的距离计算出障碍物相对于大型车辆的瞬时位置坐标，并上传至can总线。电子控制单元ecu经由can总线获取障碍物坐标，并与车辆即将占用的路幅范围进行比对，判断探测到的障碍物是否处于占用路幅范围内。建立坐标轴，以转向内侧后车轮为原点，汽车纵向为x轴，指向前进方向，y轴垂直于车身，指向转向内侧。障碍物纵坐标y计算公式如下：

其中，dk为超声波传感器测得的距离，k为传感器序号，b为连续两个传感器的间隔，m为一侧超声波传感器总数减一；横坐标x计算公式为：

8)检测转向灯是否关闭，若未关闭则转步骤2)，否则转步骤9)；

9)关闭大型车辆转弯预警系统。

如图4所示，左图为转弯时占用路幅，随着转向角增大、保持不变和减小，每次循环的占用路幅面积也在增大、保持不变和减小，最终将会形成左图中阴影部分，即为指示灯带扫过的区域；右部分为变道时占用路幅，变道过程可以分为转向、直行和反向转向三部分，转向角会从0增加然后减小到0，再反向增大然后减小到0，形成右图中的阴影部分。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。