一種基于彎道縱向曲率的車輛行駛航向預(yù)測裝置及預(yù)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽車領(lǐng)域，具體涉及一種基于彎道縱向曲率的車輛行駛航向預(yù)測裝置 及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車已經(jīng)成為當(dāng)今生活中的主要交通工具，其安全性能也成為人們越來越關(guān)注的 焦點(diǎn)。一輛汽車在公路上行駛至彎道前時(shí)由于視線受阻、經(jīng)驗(yàn)不足、過度疲勞以及酒駕，很 容易發(fā)生駛離該車所在車道的情況。這往往會(huì)導(dǎo)致汽車駛向來車道或撞上路牙，若在車速 快的情況下還有可能發(fā)生側(cè)翻。加上我國現(xiàn)如今的霧霾天氣越來越頻繁，在彎道上出現(xiàn)事 故的概率將進(jìn)一步提尚。
[0003] 當(dāng)前對于車輛在彎道中行駛的研究主要分為兩大類：第一類是通過對車輛技 術(shù)升級輔助駕駛員控制車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的狀態(tài)，比如福特的彎道控制技術(shù)、沃爾沃的Corner TractionControl系統(tǒng)、歐姆龍紅外線控制彎道車速等，但出于對成本的控制，并不是所有 的車型都裝有此類裝置。且在視線受阻、經(jīng)驗(yàn)不足、過度疲勞以及酒駕情況下，即使裝有這 類裝置的汽車也無法保障汽車的安全性。第二類是利用無人駕駛技術(shù)通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制 汽車在彎道上的行駛，這類技術(shù)在紅旗HQ3上已得到實(shí)驗(yàn)，但由于成本巨大以及無法應(yīng)對 各種復(fù)雜路況，這項(xiàng)技術(shù)近階段還無法得到普及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中成本過高、技術(shù)上有局限性、以及霧靄 天氣等能見度不高的情況下作用不明顯的缺陷，提出了一種低成本、實(shí)用性較強(qiáng)、可應(yīng)對復(fù) 雜路況的車輛彎道行駛航向預(yù)測的解決方案。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0005] -種基于彎道縱向曲率的車輛行駛航向預(yù)測裝置，包括：傳感器單元、處理單元以 及顯示與報(bào)警單元；
[0006] 所述處理單元包括：導(dǎo)航天線、導(dǎo)航信號差分接收模塊、導(dǎo)航模塊、控制單元和存 儲單元；所述導(dǎo)航天線和所述導(dǎo)航信號差分接收模塊均與所述導(dǎo)航模塊相連接，所述導(dǎo)航 模塊和所述存儲單元模塊均與所述控制單元相連接；所述導(dǎo)航天線用于接收衛(wèi)星導(dǎo)航電 文，所述導(dǎo)航信號差分接收模塊用于接收地面基站的導(dǎo)航差分信號，所述導(dǎo)航模塊用于計(jì) 算車輛定位信息，所述存儲單元用于存儲高精地圖；
[0007] 所述傳感器單元包括：車速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和轉(zhuǎn)向燈信號傳感器；所 述車速傳感器、所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和所述轉(zhuǎn)向燈信號傳感器均與所述控制單元相連 接；所述車速傳感器用于獲取車速信號，所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于獲取車輛實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)角值 信號，所述轉(zhuǎn)向燈信號傳感器用于獲取車輛轉(zhuǎn)向信號；所述車速傳感器、所述方向盤轉(zhuǎn)角傳 感器和所述轉(zhuǎn)向燈信號傳感器均將獲取的信號傳輸給所述控制單元；
[0008] 所述顯示與報(bào)警單元包括：語音提示系統(tǒng)和LCD顯示器；所述語音提示系統(tǒng)和所 述LCD顯示器均與所述控制單元相連接；所述控制單元控制所述語音提示系統(tǒng)發(fā)出聲音警 示信號，所述控制單元控制所述LCD顯示器顯示建議轉(zhuǎn)角信息；
[0009] 所述控制單元根據(jù)所述導(dǎo)航模塊提供的車輛定位信息、所述存儲單元提供的高精 地圖信息、所述車速傳感器提供的車速信息、所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器提供的車輛轉(zhuǎn)角信息 和所述轉(zhuǎn)向燈信號傳感器提供的車輛轉(zhuǎn)向信息，計(jì)算車輛轉(zhuǎn)角信息、最佳轉(zhuǎn)角范圍以及車 輛行駛路線。
[0010] 進(jìn)一步地，所述車速傳感器為車輛自帶的車速傳感器。
[0011] 進(jìn)一步地，所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器安裝于轉(zhuǎn)向軸上。
[0012] 進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)向燈信號傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)向開關(guān)處。
[0013] 進(jìn)一步地，所述導(dǎo)航天線和導(dǎo)航信號差分接收模塊安裝于車輛頂部無金屬遮擋 部位；導(dǎo)航模塊、控制單元、存儲單元安裝于前儀表臺下方儀表臺橫梁處；語音提示系統(tǒng)和 IXD顯示器安裝于中控臺處。
[0014] 進(jìn)一步地，所述控制單元采用以專用汽車級MCU為核心和外圍電路，所述外圍電 路包括輪速處理電路、方向盤轉(zhuǎn)角處理電路和轉(zhuǎn)向燈信號處理電路；所述MCU捕獲接口信 號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；所述輪速處理電路采用PWM波形調(diào)理電路；所述方向盤轉(zhuǎn)角處理電路針 對模擬輸出類傳感器和數(shù)字輸出類傳感器分別采用AD轉(zhuǎn)換電路和中斷加定時(shí)器方式進(jìn)行 數(shù)據(jù)采集；所述轉(zhuǎn)向燈信號處理電路采用隔離電路加中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；所述導(dǎo)航模 塊和控制單元7采用串行通信方式，語音提示系統(tǒng)和IXD顯示器分別采用同步串行通信和 SPI接口與控制單元7通信。
[0015] 基于上述預(yù)測裝置，本發(fā)明還提出了一種基于彎道縱向曲率的車輛行駛航向預(yù)測 方法，包括如下步驟：
[0016] 步驟1 :控制單元根據(jù)存儲單元中的高精地圖計(jì)算前方彎道曲率半徑
：以及路 面寬度S并生成車道線；其中，k為彎道曲率；
[0017] 步驟2 :控制單元根據(jù)導(dǎo)航模塊的差分精確定位信息獲取車輛位置與步驟1模擬 出的車道線計(jì)算出最佳轉(zhuǎn)角范圍（
，由IXD顯示器顯示出；
[0018] 其中，Y為車長,R1為車輛最小轉(zhuǎn)角行駛路線L1的曲率半徑，R2為車輛最大轉(zhuǎn)角行 駛路線L2的曲率半徑；
[0019] 步驟3 :由當(dāng)前的方向盤轉(zhuǎn)角與最佳轉(zhuǎn)角范圍對比分析此時(shí)車輛方向盤轉(zhuǎn)角值是 否安全，從而預(yù)先判斷車輛是否即將駛離車道，并由語音提示系統(tǒng)提示駕駛員調(diào)整方向；
[0020] 步驟4 :通過車輛在車道中的定位及車輛轉(zhuǎn)角P模擬出車輛行駛路線L，其半徑為
對車輛行駛路線L與左邊界線W1、右邊界線^進(jìn)行比較，并通過語音提示系統(tǒng)提 示駕駛員；其中，Y為車長，P為車輛轉(zhuǎn)角；
[0021] 步驟5 :控制單元根據(jù)導(dǎo)航模塊的差分精確定位與高精地圖的精確道路信息計(jì)算 出此時(shí)車輛在車道中車輛前定位點(diǎn)A的坐標(biāo)、車輛后定位點(diǎn)B的坐標(biāo)、車輛最右前點(diǎn)C的坐 標(biāo)、車輛最右后點(diǎn)D的坐標(biāo)、車輛最左前點(diǎn)E的坐標(biāo)、車輛最左后點(diǎn)F的坐標(biāo)，并通過坐標(biāo)計(jì) 算出車輛與左車道線N1最近距離Si、車輛與右車道線隊(duì)最近距離S2;
[0022] 步驟6 :控制單元根據(jù)步驟5的計(jì)算結(jié)果，實(shí)時(shí)判斷車輛是否會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，若S1S S2小于20cm，則通過語音提示系統(tǒng)報(bào)警。
[0023]進(jìn)一步地，所述步驟5中車輛與左車道線N1最近距離Si、車輛與右車道線N2最近 距離S2分別為：
[0024]
[0025]其中，a、b為車輛前定位點(diǎn)A的坐標(biāo)（a，b),c、d為車輛后定位點(diǎn)B的坐標(biāo)（c，d)， X為車寬，r為道路曲率半徑，S為路面寬度。
[0026] 和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0027] (1)本發(fā)明利用導(dǎo)航模塊提供的差分精確定位與存儲單元存儲的高精地圖的精確 道路信息的功能，避免了使用各種距離傳感器，使結(jié)構(gòu)上得到了簡化同時(shí)提高了測量精度 且節(jié)約了成本。
[0028] (2)本發(fā)明的技術(shù)方案是在高精導(dǎo)航定位功能的基礎(chǔ)上加以延伸，利用高精地圖 的精確道路信息獲取前方道路信息的功能，并集成加以輔助的以道路曲率與寬度模擬車道 線程序、以方向盤轉(zhuǎn)角模擬行車路線程序、實(shí)時(shí)生成車輛在車道中的坐標(biāo)程序、計(jì)算最小 間距程序和語音提示系統(tǒng)和LCD顯示器，通過計(jì)算出安全轉(zhuǎn)角和模擬出車道線與車輛行駛 線以及生成車輛在車道中的坐標(biāo)，來判斷車輛在彎道中行駛的安全性，并提供安全的駛離 彎道轉(zhuǎn)角來輔助駕駛員駛離彎道，從而達(dá)到預(yù)測和報(bào)警的功能。
[0029] (3)利用控制單元完成對各個(gè)部分的控制以及數(shù)據(jù)的處理，使得整個(gè)裝置具有更 高的集成度。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明基于彎道縱向曲率的車輛行駛航向預(yù)測裝置及方法的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖2是本發(fā)明基于彎道縱向曲率的車輛行駛航向預(yù)測裝置及方法的工作流程圖；
[0032] 圖3是本發(fā)明基于彎道縱向曲率的車輛行駛航向預(yù)測裝置及方法模擬出的車道 線圖；
[0033] 圖4是本發(fā)明基于彎道縱向曲率的車輛行駛航向預(yù)測裝置及方法的最佳轉(zhuǎn)角路 線圖；
[0034] 圖5是本發(fā)明基于彎道縱向曲率的車輛行駛航向預(yù)測裝置及方法的最大轉(zhuǎn)角計(jì) 算說明圖；
[0035] 圖6是本發(fā)明基于彎道縱向曲率的車輛行駛航向預(yù)測裝置及方法模擬出的車輛 行駛路線；
[0036] 圖7是本發(fā)明基于彎道縱向曲率的車輛行駛航向預(yù)測裝置及方法生成的車輛在 彎道中的坐標(biāo)示意圖。
[0037] 圖中標(biāo)記：