專利名稱：一種檢測(cè)車輛碰撞并預(yù)測(cè)行駛路線的系統(tǒng)和方法
技術(shù)范圍本發(fā)明涉及適用于車輛防止碰撞的系統(tǒng)，更具體地，涉及一種改進(jìn)的可預(yù)測(cè)主車輛的預(yù)定路線并檢測(cè)主車輛與至少一個(gè)其他物體之間的碰撞的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已經(jīng)研制出各種控制碰撞的系統(tǒng)來減少運(yùn)輸機(jī)械例如船只、飛機(jī)和機(jī)動(dòng)車輛之間碰撞的可能性。對(duì)于運(yùn)輸車輛而言，上述的常規(guī)安全措施依賴于其確定主車輛和周圍車輛的精確相對(duì)定位和預(yù)測(cè)行駛路線以發(fā)出前方碰撞警報(bào)并在某種情況下實(shí)施自動(dòng)剎車的能力。在通常情況下，為了識(shí)別構(gòu)成碰撞威脅的目標(biāo)車輛，現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用來自各種可檢測(cè)周圍車輛和其他物體的外部的車輛探測(cè)器的輸入信息，然后由一種控制器利用這些感知的輸入信息來確定要出現(xiàn)的碰撞。
雖然上述的以多臺(tái)探測(cè)器為基礎(chǔ)的系統(tǒng)得到普遍采用，但是這些系統(tǒng)帶有大眾的擔(dān)心而且效率較低。例如，為了進(jìn)行360°的檢測(cè)，就需要用許多個(gè)探測(cè)器，這就大大提高主車輛的制造和維修成本。上述的許多探測(cè)器由于在形成系統(tǒng)規(guī)則的最終測(cè)定中解釋和消化感知的輸入信息方面過于復(fù)雜而變得不可靠。而且，這些常規(guī)系統(tǒng)的復(fù)雜性也提高了與設(shè)計(jì)、制造和培訓(xùn)有關(guān)的勞動(dòng)力成本。
上述的控制系統(tǒng)由于車輛特有的結(jié)構(gòu)不可改變而在操作上受到限制。對(duì)這些系統(tǒng)主要擔(dān)心的是其探測(cè)器的能力有限。例如，在探測(cè)器檢測(cè)范圍之外快速逼近的車輛可能由于在離發(fā)生碰撞的足夠時(shí)間之前還缺乏檢測(cè)信息而發(fā)生與主車輛碰撞。良好的感知性能也受逐漸復(fù)雜的和負(fù)擔(dān)過重的車輛通訊網(wǎng)絡(luò)的影響。在此情況下，每個(gè)成為電控制裝置的獨(dú)立工作的探測(cè)器要使用現(xiàn)有的內(nèi)部樞紐通訊的寬帶。在發(fā)報(bào)速率或者說能力不足的情況下，感知的輸入信息積壓可引起性能變差，或使上述常規(guī)系統(tǒng)失效。
最后，碰撞控制系統(tǒng)在預(yù)測(cè)主車輛的未來行駛路線方面的能力也有限。在這方面，通常采用偏轉(zhuǎn)速率和轉(zhuǎn)向角探測(cè)器來預(yù)測(cè)車輛的未來路線，但先假設(shè)車輛在通常行駛時(shí)在即刻的將來會(huì)經(jīng)受同樣的行駛方向變化。然而，這些系統(tǒng)的預(yù)測(cè)能力使駕駛員難于使轉(zhuǎn)向角和行駛方向的波動(dòng)減至最小，這就使預(yù)定的路線發(fā)生劇烈變化。而且，車輛行駛路線常常是遵循道路的形態(tài)，因此，許多系統(tǒng)試圖將道路或者說車道形態(tài)視為同等來進(jìn)行路線預(yù)測(cè)，并且常常為此目的而使用地圖數(shù)據(jù)庫和觀測(cè)系統(tǒng)，但是，地圖系統(tǒng)是昂貴的，而觀測(cè)系統(tǒng)又由于道路觀察受限制而不容易克服復(fù)雜的環(huán)境狀態(tài)。
本發(fā)明概述針對(duì)上述的和其他的擔(dān)心，這里說明一種控制碰撞的系統(tǒng)和預(yù)測(cè)車輛路線的方法。本發(fā)明的系統(tǒng)依靠一個(gè)至車輛和至少一個(gè)遠(yuǎn)處車輛的多個(gè)位置坐標(biāo)來測(cè)定它們的中間動(dòng)態(tài)路線(IDP)。本發(fā)明的系統(tǒng)應(yīng)用車輛間的三角關(guān)系來預(yù)測(cè)主車輛的碰撞或預(yù)定路線。
根據(jù)車輛間(V2V)通訊連絡(luò)原理，本發(fā)明的第一方面涉及適用于與至少一輛行駛中的遠(yuǎn)處車輛相隔開并與之保持通訊聯(lián)絡(luò)的行駛中的主車輛的路線預(yù)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有一個(gè)可測(cè)定并且在至少一段時(shí)間內(nèi)貯存上述的主車輛和至少一輛遠(yuǎn)處車輛各自的當(dāng)前位置坐標(biāo)和多個(gè)軌跡坐標(biāo)的定位裝置。該裝置與一個(gè)控制器保持通訊聯(lián)絡(luò)，所述的控制器可根據(jù)當(dāng)前位置坐標(biāo)和多個(gè)軌跡坐標(biāo)測(cè)定上述主車輛和遠(yuǎn)處車輛各自的行駛方向和中間動(dòng)態(tài)路線。該控制器還可測(cè)定上述主車輛和遠(yuǎn)處車輛的行車速度，并在相對(duì)速度、位置和行駛方向預(yù)測(cè)到同時(shí)相交路線的場(chǎng)合下發(fā)出信號(hào)或指令。
本發(fā)明的第二方面涉及一種通過控制器應(yīng)用至少一車輛行駛中的遠(yuǎn)處前導(dǎo)車輛來預(yù)測(cè)行駛中的主車輛的行車路線的方法。該方法包含測(cè)定和貯存至少一輛行駛中的遠(yuǎn)處車輛的多個(gè)軌跡坐標(biāo)、一個(gè)當(dāng)前位置坐標(biāo)和行駛方向，并測(cè)定主車輛的當(dāng)前位置坐標(biāo)和行駛方向，然后將上述主車輛和上述至少一輛行駛中的遠(yuǎn)處車輛的當(dāng)前位置坐標(biāo)和行駛方向加以比較，以確定至少一輛行駛中的遠(yuǎn)處前導(dǎo)車輛，該前方車輛通常在主車輛的前面并沿著與主車輛相同的總體方向行駛。最后，測(cè)定主車輛的多個(gè)連續(xù)的預(yù)定路線坐標(biāo)，將每個(gè)路線坐標(biāo)與前方車輛的相應(yīng)的軌跡坐標(biāo)相對(duì)照，并同等地與前方車輛的相應(yīng)的軌跡坐標(biāo)建立關(guān)系。
本發(fā)明的第三方面涉及一種通過控制器測(cè)定行駛中的主車輛和至少一輛行駛中的遠(yuǎn)處車輛的路線，并且避免未來發(fā)生路線同時(shí)相交的方法。該方法包含測(cè)定和貯存主車輛的多個(gè)路線坐標(biāo)和上述至少一輛遠(yuǎn)處車輛的多個(gè)路線坐標(biāo)，然后將上述的多個(gè)路線坐標(biāo)加以比較，以測(cè)定未來發(fā)生的路線坐標(biāo)同時(shí)相交，最后，改變主車輛或遠(yuǎn)處車輛的路線坐標(biāo)，以便消除未來發(fā)生的路線相交。
顯然，本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有許多的優(yōu)點(diǎn)，例如，可預(yù)選告知主車輛的駕駛員有關(guān)急迫地逼近的碰撞的信息。本發(fā)明不采用測(cè)定主車輛周圍情況的多個(gè)探測(cè)器而提高了碰撞控制系統(tǒng)的效率，采用V2V通訊連絡(luò)原理，使本發(fā)明系統(tǒng)比普通的以探測(cè)器為基礎(chǔ)的系統(tǒng)具有更大的范圍和功用。本發(fā)明也可用于建立一種跟蹤通過直觀地受阻的狀況的前方車輛的方法。
通過下面詳細(xì)說明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例和附圖，將會(huì)明白本發(fā)明的其他的方面和優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)述下面參看附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中

圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一輛主車輛和一輛與該主車輛保持通訊聯(lián)絡(luò)的遠(yuǎn)處車輛的正視圖；圖1a是通過中間第三者進(jìn)行通訊連絡(luò)的圖1所示的主車輛和遠(yuǎn)處車輛的正視圖；圖2是圖1所示碰撞控制系統(tǒng)的操縱盤的正視圖，具體示出監(jiān)控器和地圖記錄數(shù)據(jù)；圖2a是顯示碰撞變更信號(hào)的監(jiān)控器的正視圖；圖2b是顯示路線偏離信號(hào)的監(jiān)控器的正視圖；圖3是行駛在主干道上的主車輛和該主車輛的軌跡坐標(biāo)、軌跡多邊圖和中間動(dòng)態(tài)路線多邊圖的平面圖；圖4是行駛在相鄰車道內(nèi)的主車輛和兩輛遠(yuǎn)處車輛的俯視圖，具體示出車道測(cè)定矢量；圖5是行駛在相鄰車道內(nèi)的主車輛和遠(yuǎn)處車輛的俯視圖，具體示出側(cè)向偏離；圖6是行駛在主車道內(nèi)的主車輛和遠(yuǎn)處車輛的俯視圖，具體示出測(cè)定的主車輛的多個(gè)預(yù)定路線坐標(biāo)；圖7是主車輛和行駛在鄰近主車道的車道內(nèi)的遠(yuǎn)處前導(dǎo)車輛的俯視圖，具體示出測(cè)定的主車輛的多個(gè)預(yù)定路線坐標(biāo)；和圖8是主車輛和行駛在鄰近主車道的左車道和右車道內(nèi)的兩輛遠(yuǎn)處前導(dǎo)車輛的俯視圖，具體示出主車輛的相對(duì)于前方車輛的最初的多個(gè)預(yù)定路線坐標(biāo)。
實(shí)施本發(fā)明的方法本發(fā)明涉及一種適合于主車輛12及其駕駛員14應(yīng)用的改進(jìn)的碰撞控制與路線預(yù)測(cè)系統(tǒng)10，如圖1所示。這里，針對(duì)于車輛如小汽車、無拖車車輛(SUV’s)、卡車等示出并且描述上述的系統(tǒng)10，但是該系統(tǒng)10也可應(yīng)用于飛機(jī)、水上飛機(jī)、載人輸送工具(human motility)或其他類型的需要預(yù)測(cè)預(yù)定路線或者避免碰撞的運(yùn)輸裝置。上述的系統(tǒng)10可測(cè)定主車輛12的多個(gè)軌跡坐標(biāo)12t、一個(gè)為前位置坐標(biāo)12c和多個(gè)中間動(dòng)態(tài)路線(“IDP”)坐標(biāo)12c，并可測(cè)定至少一輛遠(yuǎn)處車輛16的一套類似的坐標(biāo)16t、16c、16i(見圖2)。在以下討論中，如果不是必需涉及多輛遠(yuǎn)處車輛16，將只對(duì)一輛遠(yuǎn)處車輛16來說明本發(fā)明，但要明白，本發(fā)明的有創(chuàng)意的各方面是可對(duì)多輛遠(yuǎn)處車輛同時(shí)實(shí)施的。
熟悉本技術(shù)的普通人們都會(huì)明白，對(duì)于能夠應(yīng)用車輛間(V2V)通訊連絡(luò)例如優(yōu)選的系統(tǒng)10的場(chǎng)合，許多有效的安全措施需要由V2V通訊簡(jiǎn)化的車道高度相對(duì)定位(lane level relative positioning)和近處車輛的預(yù)測(cè)行駛路線。因此，按照本發(fā)明，主車輛12和遠(yuǎn)離車輛16通過合適的無線通訊技術(shù)相連接，例如可通過局部地區(qū)無線電網(wǎng)絡(luò)、射頻(RF)技術(shù)、或其他的能使車輛間實(shí)時(shí)共用信息的常規(guī)方法將車輛12、16互相連接。另外，車輛12、16也可通過一種中間的第三裝置18(見圖1a)實(shí)行通訊連絡(luò)，該第三裝置18可連續(xù)地收集相關(guān)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行上述的測(cè)定，并發(fā)送連續(xù)的預(yù)定路線數(shù)據(jù)、信號(hào)和/或指令返回到主車輛12。顯然，上述安全措施的可靠性取決于所涉及的V2V通訊系統(tǒng)的精度。
一般說來，系統(tǒng)10可將信息傳遞給駕駛員14，幫助駕駛員避免可能發(fā)生的車輛12、16的碰撞，更有利的是，當(dāng)預(yù)測(cè)出會(huì)發(fā)生碰撞時(shí)可自動(dòng)地使車輛12改變其路線和/或速度。優(yōu)選的系統(tǒng)10還可通過測(cè)定多個(gè)相對(duì)于遠(yuǎn)處車輛軌跡坐標(biāo)16t的主車輛預(yù)定路線坐標(biāo)12p(見圖6)使遠(yuǎn)處車輛16作為主車輛12的前方車輛。
更具體地，主車輛12應(yīng)用一種定位裝置20，該定位裝置20可測(cè)定并且至少在一段時(shí)間內(nèi)貯存車輛12、16的當(dāng)前位置坐標(biāo)12c、16c和多個(gè)軌跡坐標(biāo)12t、16t。如圖1所示，優(yōu)選的定位裝置20可采用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)來測(cè)定經(jīng)度、緯度和高度坐標(biāo)，如此，它還具有一個(gè)安置于車輛12內(nèi)的GNSS接收器22和一套與該接收器22保持通訊聯(lián)絡(luò)的測(cè)繪衛(wèi)星24，26，28，30。因此，上述定位裝置20可以在一個(gè)絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行。另外，位于控制區(qū)的其他信號(hào)源也可以與接收器22實(shí)行保持通訊聯(lián)絡(luò)，并且還可以應(yīng)用建立在多種測(cè)地資料、裝置、地圖和參照體例如軍用網(wǎng)絡(luò)參照系統(tǒng)(MGRS)或ECEF、X，Y，Z上的其他坐標(biāo)系統(tǒng)。
優(yōu)選的定位裝置20還可建立多個(gè)車輛位置間的關(guān)系，以便在相對(duì)的坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)確定車輛12、16之間的相對(duì)坐標(biāo)，當(dāng)車輛12、16行駛時(shí)，系統(tǒng)10會(huì)適時(shí)進(jìn)行修正。在相對(duì)的坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)，可以應(yīng)用車輛間信息傳遞的接收信號(hào)強(qiáng)度或行駛時(shí)間，或原始GNSS接收器量程數(shù)據(jù)例如至衛(wèi)星的量程來確定車輛間的相對(duì)位置，然后用來發(fā)出軌跡信息。
優(yōu)選的定位裝置20還可具有一個(gè)地圖數(shù)據(jù)庫32，該數(shù)據(jù)庫32具有至少一個(gè)包含全部定位點(diǎn)的地圖記錄數(shù)據(jù)32a。定位裝置20可使主車輛的和遠(yuǎn)處車輛的當(dāng)前位置和軌跡坐標(biāo)與地圖記錄數(shù)據(jù)32a上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)相對(duì)照，如圖2所示。在這種布局中，優(yōu)選的系統(tǒng)10還具有一個(gè)用于顯示地圖記錄32a的監(jiān)控器34。數(shù)據(jù)庫32可采用普通的貯存工具例如DVD-ROM、內(nèi)部硬盤、或可抽取的記憶卡進(jìn)行貯存。
一種新型的控制器36與定位裝置20保持通訊聯(lián)絡(luò)，該控制器36可根據(jù)收集到的剛過去的位置資料數(shù)據(jù)自動(dòng)地測(cè)定主車輛12和遠(yuǎn)處車輛16的行駛方向、速度、和軌跡及IDP多邊圖，并測(cè)定主車輛12的預(yù)定路線坐標(biāo)。優(yōu)選的控制器36還可在測(cè)出同時(shí)相交路線(即時(shí)間和位置上相符)的地方發(fā)出信號(hào)34a。另外，在未測(cè)定多邊圖的地方，也可以在測(cè)出路線坐標(biāo)大致同時(shí)相交時(shí)，發(fā)出信號(hào)34a、其中所說的“大致同時(shí)”意思是指在根據(jù)車輛12、16的速度和維數(shù)的一段時(shí)間內(nèi)。最后，更有利的是控制器36可向至少一個(gè)控制車輛12的加速或減速部件的致動(dòng)器(未示出)發(fā)送指令。例如，在測(cè)出同時(shí)相交路線時(shí)，優(yōu)選的控制器36就會(huì)向制動(dòng)組件發(fā)出指令以使車輛減速。
如圖2a所示，典型的碰撞測(cè)定信號(hào)34a可包括監(jiān)控器34上顯示的停車信號(hào)。另外，或者說除了顯示信號(hào)以外，也可根據(jù)車輛12、16的坐標(biāo)和行駛方向產(chǎn)生多種可聽信號(hào)中的一種例如“從后面逼近危險(xiǎn)車輛”信號(hào)。上述的信號(hào)34a也可通過可觸知的通訊連絡(luò)方法或一種或多種可聽的、可視的或可觸的信息相結(jié)合的方法傳播出來。
優(yōu)選的控制器36也可在主車輛12的當(dāng)前位置坐標(biāo)12c和行駛方向從預(yù)定路線偏離到大于最小門檻值時(shí)發(fā)出偏離信號(hào)34b。如圖2b所示，典型的路線偏離信號(hào)34b可以是多個(gè)將駕駛員14導(dǎo)引向下一個(gè)接近的預(yù)定路線坐標(biāo)12p的箭頭中的一個(gè)顯示箭頭。
更有利的是，控制器36可傳遞多個(gè)顯示改變偏離度或者說變更值的信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)。例如，信號(hào)34a和34b可以分別是多個(gè)在顏色、音調(diào)、響度、位置、字型、用語、閃現(xiàn)速度等方面不同的信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)。最后，信號(hào)34a和34b在一段足以使駕駛員滿意地變更的預(yù)定時(shí)間并且最好是可改變的時(shí)間發(fā)出。
測(cè)定車輛相對(duì)位置和預(yù)測(cè)預(yù)定的主車輛路線的優(yōu)選方法包括測(cè)定主車輛的軌跡坐標(biāo)和IDP坐標(biāo)，然后根據(jù)軌跡坐標(biāo)和主車輛寬度測(cè)定主車輛的軌跡多邊圖38(見圖3)。并對(duì)主車輛的中間動(dòng)態(tài)路線(IDP)測(cè)定另一個(gè)多邊圖40。例如，可以對(duì)軌跡多邊圖38采用在一秒間隔的軌跡坐標(biāo)中的10秒，并可對(duì)IDP多邊圖40計(jì)算出未來數(shù)據(jù)中的2秒。同理，也可對(duì)每輛遠(yuǎn)處車輛16確定遠(yuǎn)處車輛路線軌跡多邊圖42和遠(yuǎn)處車輛中間動(dòng)態(tài)路線(IDP)多邊圖44。應(yīng)用主車輛12和遠(yuǎn)處車輛16的軌跡坐標(biāo)和當(dāng)前位置坐標(biāo)以及它們的相對(duì)行駛方向確定遠(yuǎn)處車輛16是否正在沿著與主車輛12相同的方向、相反的方向、或在交叉路線上行駛。將遠(yuǎn)處車輛16歸類到多種車道高度(Lane levd)和位置類別中的一類，包括前方主車道、前方相鄰車道、前方偏離車道、后面主車道、后面相鄰車道和后在偏離車道。然后，通過分析主車輛12和遠(yuǎn)處車輛16之間的路線和軌跡的相交情況確定遠(yuǎn)處車輛是否正在并入和脫離主車輛車道。最后，應(yīng)用至少一輛在主車輛的前方沿同一條車道或相鄰車道行駛的遠(yuǎn)處前導(dǎo)車輛的軌跡坐標(biāo)確定主車輛的預(yù)定行駛路線。下面更具體地說明本發(fā)明的規(guī)則系統(tǒng)及控制器36在完成上述任務(wù)中的功用的優(yōu)選實(shí)施例I.鑒別沿相同方向行駛的車輛通過比較相對(duì)的行駛方向，確定沿著與主車輛12相同方向行駛的遠(yuǎn)處車輛16，下面的不等式(1)產(chǎn)生了這類車輛的子組CosθhCosθs+SinθhSinθs＞0.5(1)式中θh是主車輛方位角，θs是遠(yuǎn)處車輛的方位角，該不等式的成立使我們得出一個(gè)相同的相對(duì)行駛方向。相反地，小于0.5的乘積之總和使我們得出主車輛12和遠(yuǎn)處車輛16的相反的相對(duì)行駛方向。為了簡(jiǎn)化控制過程，對(duì)于所選定的坐標(biāo)系統(tǒng)最好將主車輛方位角θh設(shè)定為0。
II.將沿相同方向行駛的車輛分類通過比較主車輛12和遠(yuǎn)處車輛16的當(dāng)前位置坐標(biāo)，將沿著與主車輛12大致相同的方向行駛的遠(yuǎn)處車輛16歸類為多個(gè)相對(duì)位置中的一個(gè)相對(duì)位置?？紤]到主車輛行駛方向，首先將這些遠(yuǎn)處車輛16分為“后面組”和“前方組”，其中，當(dāng)主車輛行駛而拉大它們間的距離時(shí)便確定一般在后面的遠(yuǎn)處車輛16。更有利的是，位于主車輛12后面的遠(yuǎn)處車輛16由下面的不等式(2)計(jì)算確定之(xs-xh)Cosθh+(ys-yh)Sinθh＜0 (2)，式中xsys是遠(yuǎn)處車輛16的坐標(biāo)，xhyh是主車輛12的坐標(biāo)。位于主車輛12前方的遠(yuǎn)處車輛16按下列不等式(2b)計(jì)算確定(xs-xh)Cosθs+(ys-yh)Sinθs＞0 (2b)最好不考慮高度坐標(biāo)zx，以便進(jìn)行簡(jiǎn)化的平面分析。顯然，未處理高度坐標(biāo)對(duì)于碰撞測(cè)定提供一個(gè)相對(duì)于主車輛12與遠(yuǎn)處車輛16間的高度差異的安全因素。但是，也可看出，在V2V通訊不限于大致平坦的車輛的場(chǎng)合下，可能需要進(jìn)行高度分析，以避免跨路段行駛時(shí)的虛假信號(hào)。
當(dāng)車輛12、16正沿相同方向行駛且主車輛12的軌跡多邊圖38與遠(yuǎn)處車輛16的IDP多邊圖44相交時(shí)，遠(yuǎn)處車輛16位于正對(duì)著主車輛12的后面。相反地，在主車輛12的IDP多邊圖44與遠(yuǎn)處車輛的軌跡多邊圖38相交的場(chǎng)合下，車輛12、16便沿相同方向行駛，遠(yuǎn)處車輛16在主車輛12的前方，且沿同一車道行駛。
III.將車輛歸類為車道高度信號(hào)(lane vevel traffic)通過計(jì)算一種三角形的面積確定相對(duì)于主車輛車道的車道位置(即右邊相鄰車道/偏離車道、左邊相鄰車道/偏離車道)，上述的三角形面積是由依序地取自主車輛參數(shù)內(nèi)的點(diǎn)a(例如它的GPS接收器22的點(diǎn))、主車輛12上最前端點(diǎn)b(例如最前端的中心點(diǎn))、遠(yuǎn)處車輛16的參數(shù)內(nèi)的點(diǎn)S(例如最接近于主車輛的當(dāng)前位置的過去GPS軌跡位置)的方向矢量與主車輛12和遠(yuǎn)處車輛16的相對(duì)坐標(biāo)封閉的。如圖4所示，為了計(jì)算不等式(3)，設(shè)想逆時(shí)針方向的矢量構(gòu)成正值面積，并在遠(yuǎn)處車輛16處于相對(duì)地左邊的車道內(nèi)時(shí)出現(xiàn)。再設(shè)想順時(shí)針方向的矢量構(gòu)成負(fù)值面積，并且在遠(yuǎn)處車輛處于相對(duì)地右邊的車道內(nèi)的情況下出現(xiàn)。例如圖4中abs1三角形46具有正值面積，而abs2三角形48具有負(fù)值面積。
下列不等式(3)確定遠(yuǎn)處車輛出現(xiàn)在左側(cè)的車道上(bx-ax)(sy-ay)-(sx-ax)(by-ay)＞0 (3)，式中，ax，ay是a點(diǎn)的坐標(biāo)值，bx，by是b點(diǎn)的坐標(biāo)值，sx，sy是s點(diǎn)的坐標(biāo)值，而且，在式中的乘積之差小于0(＜0)的情況下，遠(yuǎn)處車輛16位于右車道內(nèi)，但是，對(duì)于車輛12、16之間的在曲線上相對(duì)于曲率半徑的一定距離來說，確定車道位置的方向矢量法顯然就不可用了，因?yàn)樯嫌蔚淖筌嚨篮陀臆嚨酪烟幵谥鬈囕v的同一側(cè)。
因此，也可通過計(jì)算主車輛12和遠(yuǎn)處車輛16的軌跡坐標(biāo)與當(dāng)前位置坐標(biāo)之間的側(cè)向偏離來確定相對(duì)的車道位置。采用這種方法(如圖5所示)，可應(yīng)用門檻值來界定車道偏離值。例如，“-1”與“+1”之間的側(cè)向偏離可表示主車輛和遠(yuǎn)處車輛共用同一條車道(“-1”～“-2”可表示遠(yuǎn)處車輛處于左鄰車道內(nèi)，“+1”～“+2”表示遠(yuǎn)處車輛處在右鄰車道內(nèi)，等等)。若在給定的坐標(biāo)取出垂直地側(cè)向偏離值，則可看出，這種方法對(duì)于直線干道和曲線干道的功用都是相同的。在圖5中，遠(yuǎn)處車輛16作為前方車輛的情況下，DA(過去距離)是主車輛12和遠(yuǎn)處車輛16的軌跡之間的正交距離，DC(當(dāng)前距離)是主車輛的當(dāng)前位置坐標(biāo)12c與遠(yuǎn)處車輛軌跡之間的距離，DF(未來距離)是主車輛12的未來路線坐標(biāo)與遠(yuǎn)處車輛16的當(dāng)前位置之間的距離。
IV.確定并入和離開車輛的車道當(dāng)遠(yuǎn)處車輛16從后面并入主車輛車道時(shí)，遠(yuǎn)處車輛的IDP多邊圖44開始與主車輛軌跡多邊圖38相交，而構(gòu)成一個(gè)增大面積中的一個(gè)重疊面積(A)(未示出)，這種情況由下列不等式(4)表示的重疊面積(A)的變化速率來測(cè)定dAdt>0---(4)]]>同理，遠(yuǎn)處車輛16離開主車輛車道，表示上述面積減小，使上述變化速率小于0(＜0)。
這樣，每輛遠(yuǎn)處車輛16可根據(jù)車輛行駛方向和當(dāng)前位置坐標(biāo)相對(duì)于主車輛12歸類到下列多個(gè)類別中的一類，所述的多個(gè)類別包括不同的路面高度(在進(jìn)行高度分析的場(chǎng)合下)、迎面來的車輛、左邊相交、右邊相交、自己車道前方、自己車道后面、前方相鄰車道、前方偏離車道、后面相鄰車道、和后面偏離車道。更有利的是，每輛遠(yuǎn)處車輛16還可根據(jù)遠(yuǎn)處車輛16的位置坐標(biāo)和行駛方向測(cè)定車道變化，并將車道變化的坐標(biāo)和時(shí)間信息傳送給主車輛12。這樣，主車輛12就可以很好地應(yīng)用遠(yuǎn)處車輛車道變化信息來改變?cè)谙乱还?jié)(V)所述的分類和側(cè)向偏離計(jì)算。
V.預(yù)測(cè)主車輛路線如上所述，主車輛12的預(yù)定路線最好相對(duì)于至少一輛遠(yuǎn)處車輛來確定，更具體地說，一旦將至少一輛遠(yuǎn)處車輛設(shè)想為所需的前方車輛，三種情況中的一種情況便影響著預(yù)定路線坐標(biāo)12p的確定。首先，在前方車輛16處在與主車輛12相同的車道內(nèi)的情況下，可設(shè)定未來路線坐標(biāo)12p大致與前方車輛16的軌跡坐標(biāo)16t相對(duì)應(yīng)，如圖6所示。
在一輛前方車輛16處于相鄰車道內(nèi)的情況下，可在離軌跡坐標(biāo)16t恒定的偏離距離D0(該D0從前方車輛16的軌跡多邊圖垂直地測(cè)量，如圖7所示)確定未來路線坐標(biāo)12p。測(cè)定最佳的偏離距離，并設(shè)定其等于主車輛IDP坐標(biāo)12p與前方車輛16最接近的軌跡坐標(biāo)16t引伸的線之間的實(shí)際垂直距離Dj，也見圖7所示。
最后，在多輛前方車輛16處于左、右相鄰車道內(nèi)的情況下(如圖8所示)，同樣相對(duì)于每輛前方車輛16分別確定各自的路線。將所確定的預(yù)定路線加以比較，以測(cè)定偏差和/或其他方面的誤差，在未發(fā)現(xiàn)偏差或誤差的場(chǎng)合下，取預(yù)測(cè)路線中較長(zhǎng)者作為主車輛的預(yù)定路線。另外，主車輛12的預(yù)定路線也可以取自從各條路線確定的平均路線或者說中間路線。
上面所述的本發(fā)明的最佳形式僅僅用于示意說明本發(fā)明，不應(yīng)用于限制本發(fā)明的范圍。熟悉本技術(shù)的人們很容易在不違背本發(fā)明的精神的情況下對(duì)上面所述的典型實(shí)施例和運(yùn)作方法進(jìn)行顯著的改進(jìn)。因此，本發(fā)明人聲明，他們的意思是依靠“等同原則”確定和評(píng)價(jià)本發(fā)明的合理的范圍，該范圍適合于任何實(shí)際上不違背下列權(quán)利要求書所規(guī)定的本發(fā)明實(shí)際范圍但在該范圍之外的任何系統(tǒng)和方法。
附圖中的標(biāo)號(hào)及相應(yīng)名稱一覽表10車輛碰撞與路線預(yù)測(cè)系統(tǒng)32a 地圖記錄數(shù)據(jù)12主車輛34 監(jiān)控器14駕駛員34a 路線相交信號(hào)16遠(yuǎn)處車輛 34b 路線偏離信號(hào)18中間第三裝置 36 控制器20定位裝置 38 軌跡多邊圖22GNSS裝置 40 IDP多邊圖24GNS測(cè)繪衛(wèi)星 42 軌跡多邊圖26GNS測(cè)繪衛(wèi)星 44 IDP多邊圖28GNS測(cè)繪衛(wèi)星 46 abs1三角形30GNS測(cè)繪衛(wèi)星 48 abs2三角形32地圖數(shù)據(jù)庫
權(quán)利要求
1.一種適用于一輛行駛中的與至少一輛行駛中的遠(yuǎn)處車輛(16)相隔一段距離并與該遠(yuǎn)處車輛(16)保持通訊聯(lián)絡(luò)的主車輛(12)的路線預(yù)測(cè)系統(tǒng)(10)，該系統(tǒng)具有一個(gè)用來為上述的主車輛(12)和至少一輛遠(yuǎn)處車輛(16)的每一車輛測(cè)定并且在至少一段時(shí)間內(nèi)貯存當(dāng)前位置坐標(biāo)和多個(gè)軌跡坐標(biāo)的定位裝置(20)；一個(gè)與上述定位裝置(20)保持通訊聯(lián)絡(luò)并可根據(jù)當(dāng)前位置坐標(biāo)和多個(gè)軌跡坐標(biāo)來獨(dú)立地確定上述主車輛(12)和遠(yuǎn)處車輛(16)各自的行駛方向和路線的控制器(36)；上述控制器(36)還用來測(cè)定上述的主車輛(12)和遠(yuǎn)處車輛(16)各自的車速，并在該相對(duì)速度、位置坐標(biāo)和行駛方向預(yù)定同時(shí)相交路線情況下產(chǎn)生信號(hào)或指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，上述的定位裝置(20)還用來測(cè)定并且至少在一段時(shí)間內(nèi)貯存上述主車輛(12)與上述至少一輛遠(yuǎn)處車輛(16)之間的相對(duì)當(dāng)前位置和軌跡坐標(biāo)，以便給出一相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，上述的控制器(36)用來還測(cè)定主車輛(12)的預(yù)定路線，并在主車輛當(dāng)前位置坐標(biāo)偏離該預(yù)定路時(shí)產(chǎn)生一第二信號(hào)或指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征在于，上述的控制器(36)還用來產(chǎn)生多種不同的信號(hào)，其中每種信號(hào)表示偏離該預(yù)定路線的不同程度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其特征在于，上述的信號(hào)還用來將主車輛(12)導(dǎo)向該預(yù)定的路線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，上述的定位裝置(20)具有一個(gè)帶有至少一個(gè)記錄數(shù)據(jù)(32a)的地圖數(shù)據(jù)庫(32)，其中上述記錄數(shù)據(jù)(32a)給出多個(gè)全球定位點(diǎn)，上述定位裝置(20)用來將該當(dāng)前位置坐標(biāo)和至少一部分遠(yuǎn)處車輛軌跡坐標(biāo)與記錄數(shù)據(jù)(32a)上的相應(yīng)點(diǎn)相對(duì)照，并顯示上述記錄數(shù)據(jù)，上述的控制器(36)與上述的數(shù)據(jù)庫(32)保持通訊聯(lián)絡(luò)，并用來測(cè)定主車輛(12)的多個(gè)預(yù)定路線坐標(biāo)，并使該預(yù)定路線坐標(biāo)與記錄數(shù)據(jù)(32a)上的相應(yīng)點(diǎn)相符合。
7.一種相對(duì)于至少一輛行駛中的遠(yuǎn)處前導(dǎo)車輛(16)采用控制器(36)預(yù)測(cè)行駛中的主車輛(12)的路線的方法，該方法包含如下步驟a)測(cè)定并貯存至少一輛行駛中的遠(yuǎn)處車輛(16)的多個(gè)軌跡坐標(biāo)、一個(gè)當(dāng)前位置坐標(biāo)、和行駛方向；b)確定主車輛(12)的當(dāng)前位置坐標(biāo)和行駛方向；c)將上述主車輛(12)和上述的至少一輛行駛中的遠(yuǎn)處車輛(16)的當(dāng)前位置坐標(biāo)和行駛方向加以比較，以確定至少一輛遠(yuǎn)處前導(dǎo)車輛，其中，該前導(dǎo)車輛通常處在前方并沿與主車輛(12)大致相同的方向行駛；和d)測(cè)定主車輛(12)的多個(gè)預(yù)定路線坐標(biāo)，其中每個(gè)路線坐標(biāo)都與該前導(dǎo)車輛的相應(yīng)軌跡坐標(biāo)相對(duì)照，并對(duì)應(yīng)地相關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，步驟a)，b)和c)還包含如下步驟測(cè)定上述主車輛(12)和遠(yuǎn)處車輛(16)各自的車速V，根據(jù)該相應(yīng)的多個(gè)軌跡坐標(biāo)、當(dāng)前位置坐標(biāo)、行駛方向和車速測(cè)定和貯存各自的多個(gè)IDP坐標(biāo)，并將主車輛(12)和上述至少一輛行駛中的遠(yuǎn)處車輛(16)的當(dāng)前位置坐標(biāo)、行駛方向、車速和IDP坐標(biāo)加以比較，以確定至少一輛行駛中的遠(yuǎn)處前導(dǎo)車輛。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，步驟a)和b)還包含如下步驟測(cè)定上述主車輛(12)和遠(yuǎn)處車輛(16)各自的車輛加速度f、偏轉(zhuǎn)速度、方向盤角度，并測(cè)定該多個(gè)IDP坐標(biāo)，從而根據(jù)該相應(yīng)車輛的V，f，偏轉(zhuǎn)速度和/或方向盤角度使該IDP坐標(biāo)給出長(zhǎng)度L。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，步驟a)和b)還包含如下步驟測(cè)定上述主車輛(12)和遠(yuǎn)處車輛(16)各自的車輛加速度f，并確定各自的IDP坐標(biāo)，從而按照下列方程式使該IDP坐標(biāo)給出IDP長(zhǎng)度LL＝2(V+f)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，步驟c)還包含如下步驟根據(jù)車輛(12，16)間的相對(duì)行駛方向確定上述至少一輛遠(yuǎn)處車輛(16)相對(duì)于主車輛(12)的行駛方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，步驟c)還包含如下步驟按照下列不等式確定上述的至少一輛遠(yuǎn)處車輛(16)相對(duì)于主車輛(12)的行駛方向CosθhCosθs+SinθhSinθs＞0.5，式中，θh是主車輛的方位角，θs是遠(yuǎn)處車輛的方位角，上述不等式的實(shí)際值使我們得出相同的相對(duì)行駛方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，步驟c)還包含如下步驟根據(jù)車輛(12、16)的行駛方向和當(dāng)前位置坐標(biāo)確定上述的至少一輛遠(yuǎn)處車輛(16)相對(duì)于主車輛(12)的領(lǐng)前或落后狀況。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于，步驟c)還包含如下步驟根據(jù)下列不等式確定上述至少一輛遠(yuǎn)處車輛(16)相對(duì)于主車輛(12)的狀況(xs-xh)Cosθh+(ys-yh)Sinθh＜0，式中，θh是主車輛的方位角，xsys是遠(yuǎn)處車輛(16)的坐標(biāo)值，xh，yh是主車輛(12)的坐標(biāo)值，當(dāng)遠(yuǎn)處車輛(16)位于主車輛(12)的后面時(shí)，上述不等式的真值存在。
15.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，步驟c)還包含如下步驟根據(jù)車輛行駛方向和當(dāng)前位置坐標(biāo)將上述至少一輛遠(yuǎn)處車輛(16)歸類為如下多個(gè)類別中的一種，其中所述的多個(gè)類別選自基本由不同的路面高度、迎面車輛、左相交、右相交、前方主車道、前方相鄰車道、前方偏離車道、后方主車道、后方相鄰車道和后面偏離車道組成的組群。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，通過分析連續(xù)取自參數(shù)內(nèi)的主車輛點(diǎn)a至最前方主車輛點(diǎn)b和至參數(shù)內(nèi)的遠(yuǎn)處車輛軌跡點(diǎn)S的方向矢量確定每一遠(yuǎn)處車輛(16)的相對(duì)車道位置、從而只使逆時(shí)針方向矢量為正值，而且，當(dāng)下列不等式成立時(shí)，遠(yuǎn)處車輛(16)處于左側(cè)車道內(nèi)(bx-ax)(sy-ay)-(sx-ax)(by-ay)＞0，式中，ax，ay是點(diǎn)a的坐標(biāo)值，bx，by是b點(diǎn)的坐標(biāo)值，sx，xy是S點(diǎn)的坐標(biāo)值。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，通過計(jì)算主車輛(12)和上述至少一輛遠(yuǎn)處車輛(1 6)的軌跡坐標(biāo)與當(dāng)前位置坐標(biāo)之間的側(cè)向偏離值并將該偏離值與多個(gè)門檻值相比較來確定上述至少一輛遠(yuǎn)處車輛(16)的相對(duì)車道位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，將遠(yuǎn)處車輛(16)歸類在該前方主車道上，并測(cè)定主車輛(12)的多個(gè)預(yù)定路線坐標(biāo)，以使每一路線坐標(biāo)與相應(yīng)的遠(yuǎn)處車輛軌跡坐標(biāo)相一致。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，將遠(yuǎn)處車輛(16)歸類到前方相鄰或偏離車道上，并確定主車輛(12)的多個(gè)預(yù)定路線坐標(biāo)，以使每一路線坐標(biāo)隔開一個(gè)從相應(yīng)的遠(yuǎn)處車輛軌跡坐標(biāo)垂直測(cè)量的大致恒定的側(cè)向偏離值。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其特征在于，該領(lǐng)前車輛還用來檢測(cè)車道變化，并將該車道變化的坐標(biāo)和時(shí)間傳輸給主車輛(12)，主車輛(12)還用來根據(jù)該遠(yuǎn)處車輛的車道變化信息修改其類別或側(cè)向偏離值。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其特征在于，將多輛遠(yuǎn)處車輛(16)歸類到該前方相鄰車道和偏離車道上，相對(duì)于每一上述多輛遠(yuǎn)處車輛(16)確定主車輛(12)的多個(gè)初始預(yù)定路線坐標(biāo)，并加以比較，根據(jù)上述的多個(gè)初始路線坐標(biāo)中最長(zhǎng)者確定最終的多個(gè)預(yù)定路線坐標(biāo)。
22.一種應(yīng)用控制器(36)預(yù)測(cè)行駛中的主車輛(12)和至少一輛行駛中的遠(yuǎn)處車輛(1 6)的路線并且避免未來同時(shí)發(fā)生的路線相交的方法，該方法包含如下步驟a)測(cè)定和主車輛(12)的多個(gè)路線坐標(biāo)；b)測(cè)定和貯存上述的至少一輛遠(yuǎn)處車輛(16)的多個(gè)路線坐標(biāo)；c)用電子學(xué)的方法比較上述的多個(gè)路線坐標(biāo)以檢測(cè)未來同時(shí)發(fā)生的路線坐標(biāo)相交；和d)產(chǎn)生修改主車輛或遠(yuǎn)處車輛的路線坐標(biāo)的電信號(hào)，以消除未來同時(shí)發(fā)生的路線相交。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于，步驟a)，b)和d)還包括如下步驟測(cè)定主車輛的速度和遠(yuǎn)處車輛的速度，并使主車輛(12)減速或加速。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于，步驟a)，b)和c)還包括如下步驟根據(jù)相應(yīng)的多個(gè)路線坐標(biāo)和車輛寬度確定上述主車輛(12)和遠(yuǎn)處車輛(16)各自的路線多邊圖，并檢測(cè)該路線多邊圖之間的同時(shí)重疊面積。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于，步驟c)還包含如下步驟將多個(gè)路線坐標(biāo)加以比較，以檢測(cè)未來的大致同時(shí)發(fā)生的路線坐標(biāo)相交。
26.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于，步驟a)，b)和c)還包括如下步驟測(cè)定和貯存上述主車輛(12)和遠(yuǎn)處車輛(16)各自的多個(gè)軌跡坐標(biāo)和一個(gè)當(dāng)前位置坐標(biāo)，并將該多個(gè)軌跡坐標(biāo)和當(dāng)前位置坐標(biāo)加以比較。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其特征在于，步驟a)，b)和c)還包括如下步驟根據(jù)相應(yīng)的多個(gè)路線坐標(biāo)或軌跡坐標(biāo)和車輛寬度確定上述主車輛(12)和遠(yuǎn)處車輛(16)各自的路線多邊圖和軌跡多邊圖，并檢測(cè)該主車輛路線和主車輛軌跡多邊圖中的一個(gè)與該遠(yuǎn)處車輛路線和遠(yuǎn)處車輛軌跡多邊圖中的一個(gè)之間的重疊面積。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其特征在于，步驟c)還包含如下步驟測(cè)定短暫的增大或減小面積。
29.一種實(shí)施權(quán)利要求22規(guī)定的方法的計(jì)算機(jī)程序，所述方法是由一種與行駛了離至少一輛行駛中的遠(yuǎn)處車輛(16)或物體一段距離的主車輛(12)相聯(lián)系的電子裝置完成的。
全文摘要
一種適用于由駕駛員駕駛行進(jìn)的主車輛(12)的測(cè)定車輛碰撞和預(yù)測(cè)路線的系統(tǒng)(10)，它具有一種可測(cè)定主車輛(12)的當(dāng)前位置坐標(biāo)和多個(gè)軌跡坐標(biāo)和中間動(dòng)態(tài)路線坐標(biāo)并與行駛中的遠(yuǎn)處車輛(16)保持通訊聯(lián)絡(luò)的定位裝置(20)，該系統(tǒng)(10)還具有一個(gè)可根據(jù)上述坐標(biāo)來預(yù)測(cè)車輛(12，16)之間的碰撞并可測(cè)定主車輛(12)的相對(duì)于遠(yuǎn)處車輛軌跡坐標(biāo)的多個(gè)預(yù)定路線坐標(biāo)的優(yōu)選的控制器(36)。
文檔編號(hào)B60W40/02GK1916991SQ20061011106
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者U·P·馬達(dá)利奇, C·C·克盧姆 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司