CN102295004A - 一种车道偏离预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车道偏离预警方法，其步骤为：(1)信息感知：通过车载传感器提供当前车辆运动的状态信息及环境信息；(2)轨迹预测：通过人类驾驶员驾驶行为模型，结合车辆运动学、动力学模型对未来一段时间内车辆的可能行驶轨迹范畴进行预测；(3)车道偏离预警决策：根据车辆可能行驶轨迹与前方道路标志线上所检测到的左、右道路边界点列，将车辆可能行驶轨迹到车道标志线上的检测点列的计算时间与预设阈值时间T_thre的相对关系作为车道偏离预警的评价指标，对车辆运动安全性进行分析。(4)人机接口：若系统判断车辆存在偏离车道的危险，则通过声音等方式提醒驾驶员采取适当的动作。本发明具有原理简单、操作简便、检测精度高，实施后整体结构非常简单、成本低廉、工作稳定可靠等优点。

Description

一种车道偏离预警方法

技术领域

本发明主要涉及到车辆安全系统领域，特指一种用于对车道偏离进行预警的方法，主要适用于车辆用主动安全系统。

背景技术

随着社会的发展，汽车作为人类主要的代步工具，正在渐渐成为人们生活中必不可少的一部分，但是随之而来的交通事故也越来越引起人们的重视。人们在追求车辆所带来的方便性的同时，也越来越关注车辆的安全性问题，这一强烈需求便推动了一系列汽车主动安全系统的研究。

对于汽车主动安全系统，目前研究的比较多的是车道偏离预警系统及前向追尾预警系统，这是由目前汽车安全领域的主要需求所决定的。多份调查报告显示，车道偏离与前向追尾在交通事故中占了相当大的比例，尤其是在高速公路及一些结构化道路下更是如此。正如奔驰公司的一份报告所写的，目前交通事故的主要原因可以分为五类，其中车道偏离占了19％，前向追尾占了26％，其他的还包括换道超车、汇入车流等。因此，对车道偏离预警系统(LaneDeparture Warning System)的研究是非常有意义的。

车道偏离预警系统用于实时地监视车、路之间的关系。当驾驶员由于疲劳、分心等原因无意识的驾驶车辆偏离车道中心线时，预警系统会善意地提醒驾驶员，必要时采取一些强制性的措施，以防止车辆超出车道线而带来不必要的危险。

传统的车道偏离预警方法主要分为车辆行驶轨迹预估方法和车道线夹角法。

车辆行驶轨迹预估方法是根据当前车辆的速度、前轮摆角等数据，结合车辆的运动学模型来预测车辆的运动轨迹，从而计算得到预测轨迹与车道线的接触时间；或者是通过车辆与左、右车道线的横向安全距离及车辆到前方道路的纵向安全距离来判断车辆是否偏离车道。在这类方法的实际应用过程中，所需要的传感器非常多，从而大大降低了系统的可靠性和实用性。同时，依靠传感器来测量前轮摆角，测量误差对低速行驶情况下的轨迹预测影响不大，但是在高速情况下，由于前轮摆角及其变化率都是非常小的，基于一般的传感器所得到的观测值，很可能包含了较大比例的噪声信号，映射后得到的预测轨迹与实际轨迹偏差较大，将严重影响轨迹与道路边界的相对关系。虽然采用高精度的传感器可以得到较精确地测量值，但是高精度的传感器又存在成本高、维护难等问题，很难适应车载的实际应用，不利于其推广使用。

车道线夹角法是对车道线进行建模，通过前方道路车道线的检测点来拟合车道线方程，并基于车道线方程计算左、右车道线之间的夹角或者是车道线与水平轴之间的夹角来判断车辆是否偏离车道。但是到目前为止，车道线模型不能很好的匹配各种条件下的车道线，在弯道情况下两者之间的差别更大。同时由于车道线检测点受到光照、地面条件的影响，检测结果存在一些噪声信号，这些会影响拟合得到的车道线方程的准确性，对于车路之间的评价影响较大，因此该方法也存在一定的局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作简便、检测精度高，实施后整体结构非常简单、成本低廉、工作稳定可靠的车道偏离预警方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种车道偏离预警方法，其特征在于步骤为：

(1)信息感知：通过车载传感器提供当前车辆运动的状态信息及环境信息；其中，所述环境信息是指根据道路图像获得的前方车道标志线信息，以前方道路标志线上所检测到的左、右道路边界点列l₁，l₂，...，l_k-1，l_k及r₁，r₂，...，r_k-1，r_k表示，所述车辆运动状态信息为当前时刻的车辆速度v及换道信息；

(2)轨迹预测：通过人类驾驶员驾驶行为模型，结合车辆运动学、动力学模型对未来一段时间内车辆的可能行驶轨迹范畴进行预测；

(3)车道偏离预警决策：根据车辆可能行驶轨迹与前方道路标志线上所检测到的左、右道路边界点列，将车辆可能行驶轨迹到车道标志线上的检测点列的计算时间与预设阈值时间T_thre的相对关系作为车道偏离预警的评价指标，对车辆运动安全性进行分析。

(4)人机接口：若经过步骤(3)的决策后，判断车辆存在偏离车道的危险，则通过声音等方式提醒驾驶员采取适当的动作。

作为本发明的进一步改进：

所述步骤(2)的具体流程为：

(2.1)计算最大侧向加速度；首先建立离散的速度-侧向加速度查找表(V-a_V))，对于实际的当前时刻的车辆速度v，在查找表内找到包含v的最小区间[V₁，V₂]及其相对应的侧向加速度值a₁、a₂；基于插值的原理，计算得到对应于当前时刻的车辆速度v的最大侧向加速度a_critical，

(2.2)计算最小转弯半径；依据上述得到的车辆速度v与求解得到的a_critical，根据车辆运动学模型得到当前车速下允许的最小转弯半径R_critical＝v²/a_critical；

(2.3)预测车辆行驶轨迹；依据上述得到的最小转弯半径，得到该时刻、该车速v下车辆可能行驶轨迹的范畴，即为左右最小转弯半径[-R_critical，R_critical]所包含的区域，左临界轨迹为对应-R_critical的圆弧L_boundary，右临界轨迹为对应R_critical的圆弧R_boundary。

所述步骤(3)的具体流程为：

(3.1)计算期望圆弧轨迹；计算从当前车辆状态到前方道路标志线上的检测点T(x_i，y_i)的期望圆弧轨迹

与期望半径R_i，

$\left.\begin{array}{c}\mathrm{tg}(\mathrm{\θ}-\mathrm{\β})=x_i/y_i\\ R_i=d/(2*\sin \left(\mathrm{\θ}\right))\≈d(2*\sin (\mathrm{\θ}-\mathrm{\β}))\\ \stackrel{\‾}{\mathrm{ST}}=R_i*2*\mathrm{\θ}\≈R_i*2*(\mathrm{\θ}-\mathrm{\β})\end{array}\right\}$

其中，T(x_i，y_i)为当前时刻车体坐标系下的前方道路标志线上某一检测点，车辆前轮摆角为δ_f，质心侧偏角为β，d为当前车体质心位置S与检测点的直线距离，θ为ST直线与质心速度方向之间的夹角；

(3.2)搜索左右最近连续关键点；根据前方道路标志线上所检测到的左右道路边界点列l₁，l₂，...，l_k-1，l_k及r₁，r₂，...，r_k-1，r_k所计算得到的期望半径R_i与最小转弯半径R_critical的相对关系，在由l₁，l₂，...，l_k-1，l_k及r₁，r₂，...，r_k-1，r_k所组成的所有点p₁，p₂，...，p_k-1，p_k，p_k+1，p_k+2，...，p_2k-1，p_2k内搜索得到包含左临界轨迹L_boundary的最近连续关键点p_m，p_m+1，与包含右临界轨迹R_boundary的最近连续关键点p_n，p_n+1；

(3.3)计算最近连续关键点的行驶时间；对应最近连续关键点p_m，p_m+1与p_n，p_n+1，计算相应的圆弧轨迹的行驶时间t_m、t_m+1、t_n、t_n+1。根据期望圆弧轨迹，结合当前时刻的车辆速度v，依据下式计算与最近连续关键点p_m，p_m+1及p_n，p_n+1相应的圆弧轨迹的行驶时间：

$\left\{\begin{array}{c}{t}_m=\left|\stackrel{\‾}{{\mathrm{Sp}}_m}\right|/v\\ t_{m+1}=\left|\stackrel{\‾}{{\mathrm{Sp}}_{m+1}}\right|/v\\ t_n=\left|\stackrel{\‾}{{\mathrm{Sp}}_n}\right|/v\\ t_{n+1}=\left|\stackrel{\‾}{{\mathrm{Sp}}_{n+1}}\right|/v\end{array}\right.;$

(3.4)预测车辆左右临界轨迹偏离车道的时间；基于行驶时间t_m、t_m+1、t_n、t_n+1与预设阈值时间T_thre的关系，预测车辆左右临界轨迹偏离车道的时间t_L、t_R与预设阈值时间T_thre的关系。

(3.5)判断车辆偏离车道的趋势：基于t_L、t_R与预设阈值时间T_thre的关系，判断车辆偏离车道的可能性，根据不同的相互关系分为安全、提醒、预警三个层次。

所述步骤(3.4)的具体流程为：

(3.4.1)若t_m＞T_thre且t_m+1＞T_thre，则车辆以当前状态沿左临界轨迹L_boundary到达道路边界的时间应大于预设阈值时间T_thre，即t_L＞T_thre；若t_m≤T_thre且t_m+1≤T_thre，则车辆以当前状态沿左临界轨迹L_boundary到达道路边界的时间必然小于或者等于预设阈值时间T_thre，即t_L≤T_thre；

(3.4.2)若t_m≤T_thre而t_m+1＞T_thre，则车辆以当前状态沿左临界轨迹L_boundary运动阈值时间T_thre，可能位于道路边界内，也可能超出道路边界，此时设定为t_L≤T_thre；

(3.4.3)若t_m＞T_thre而t_m+1＜T_thre，则显然某些检测误差导致了该结果，在这种情况下利用点l_m前的其他点或者是l_m+1后的其他点来进行判断；若根据l_m前的其他点或者是l_m+1后的其他点得到大于T_thre的运动时间，则可以得到t_L＞T_thre；

所述步骤(3.5)的具体流程为：

(3.5.1)若t_L＞T_thre且t_R＞T_thre，则车辆的运动轨迹在预设阈值时间T_thre内必然位于道路边界范围内，在该条件下车辆的运动位于安全的范畴内；反之，若t_L≤T_thre且t_R≤T_thre，车辆以当前状态行驶预设阈值时间T_thre车辆将超出道路边界线，因此车辆的运动存在较大的危险性，需要采取预警的措施；

(3.5.2)若t_L＞T_thre且t_R≤T_thre，或者是t_L≤T_thre且t_R＞T_thre，此时车辆的运动可能超出道路的边界，但若是采取适当的措施，仍可保证车辆位于安全的范围内，应提醒驾驶员采取适当的动作。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的车道偏离预警方法，由于不再需要采用类似于车辆行驶轨迹预估方法中的传感器来测量车辆的前轮摆角数据，因此大大降低了对传感器的依赖程度，提高了检测精度，进而还降低了系统成本，非常适合在实践过程中的推广应用；

2、本发明的车道偏离预警方法，无需对车道线进行建模，可直接利用前方道路标志线上检测得到的左、右道路边界点列进行判断，克服了车道线建模存在的误差，提高了计算效率和准确性，适合实时应用；

3、本发明的车道偏离预警方法，只需要测量车辆速度，而不需要测量车辆的前轮摆角，因此大大降低了前轮摆角的测量误差造成的干扰，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明车道偏离预警方法的流程示意图；

图2是本发明中信息感知与轨迹预测两个步骤的详细流程示意图；

图3是本发明中车道偏离预警决策步骤的流程示意图；

图4是基于驾驶员驾驶行为模型及车辆运动学、动力学模型得到的车辆可能运动轨迹的范畴；

图5是基于车辆位置及方向到期望目标点的期望圆弧轨迹求解示意图；

图6是从当前车辆位置出发，到达前方道路标志线上所检测到的左右道路边界点列的期望轨迹与预计行驶时间，并基于该时间计算车辆可能轨迹范畴到达左右车道边界的可能时间的示意图；

图7是图6在具体应用实例的特殊情况下的示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1、图2和图3所示，本发明的车道偏离预警方法，包含以下步骤：

第一步，信息感知步骤。通过车载传感器提供当前车辆运动的状态信息及环境信息。其中，环境信息指根据道路图像获得的前方车道标志线信息，以前方道路标志线上所检测到的左、右道路边界点列l₁，l₂，...，l_k-1，l_k及r₁，r₂，...，r_k-1，r_k表示，车辆运动状态信息为当前时刻的车辆速度v及换道信息；

第二步，轨迹预测步骤。通过人类驾驶员驾驶行为模型，结合车辆运动学、动力学模型对未来一段时间内车辆的可能行驶轨迹范畴进行预测；

(1)计算最大侧向加速度。根据当前时刻的车辆速度v，结合人类驾驶员驾驶行为模型及车辆运动学、动力学模型，获得汽车在当前时刻的车辆速度v下允许的最大侧向加速度a_critical。

对人类驾驶员的驾驶行为进行分析，事实上衡量驾驶员驾驶行为的安全性、舒适性等指标，都可以合理地归结到车辆运动的加速度空间中。对于以不同速度V运动的车辆来说，安全、舒适的驾驶行为都存在相对应的合理侧向加速度a_V。因此，首先建立离散的速度-侧向加速度查找表(V-a_V)。对于当前时刻的车辆速度v，在查找表内找到包含v的最小区间[V₁，V₂]及其相对应的侧向加速度值a₁、a₂。基于插值的原理，计算得到对应于当前时刻的车辆速度v的最大侧向加速度a_critical，其计算见公式一。

$a_{\mathrm{critical}}=\frac{v-V_2}{V_1-V_2}*(a_1-a_2)+a_2$ 公式一

(2)计算最小转弯半径。依据(1)中得到的当前时刻的车辆速度v与求解得到的a_critical，根据车辆运动学模型可以计算得到当前车速下允许的最小转弯半径R_critical＝v²/a_critical，如图4中所示的粗实线SL、SR，即为对应当前时刻的车辆速度v的最小转弯半径的圆弧轨迹，图中R_l(t)、R_r(t)分别为检测到的左右安全边界线。

(3)预测车辆行驶轨迹。依据(2)中确定的最小转弯半径，可得到对应当前时刻的车辆速度v下车辆可能行驶轨迹的范畴，即为左右最小转弯半径[-R_critical，R_critical]所包含的区域，参见图4中两条粗实线SL、SR所包围的区域，即为对应当前时刻的车辆速度v下的可能轨迹范畴，圆弧SL、SR即为当前状态下的左右临界轨迹。

第三步，车道偏离预警决策步骤。根据车辆可能行驶轨迹与前方道路标志线上所检测到的左右道路边界点列，将车辆可能行驶轨迹到车道标志线上的检测点列的计算时间与预设阈值时间T_thre的相对关系作为车道偏离预警的评价指标，对车辆运动安全性进行分析。

(1)计算期望圆弧轨迹。计算从当前车辆状态(包括位置和方向)到前方道路标志线上的检测点T(x_i，y_i)的期望圆弧轨迹

与期望半径R_i。如图5所示，图中XSY为车体坐标系，点T(x_i，y_i)为当前时刻车体坐标系下的前方道路标志线上某一检测点，车辆前轮摆角为δ_f，质心侧偏角为β，d为当前车体质心位置S与检测点的直线距离，θ为ST直线与质心速度方向SV之间的夹角。由当前车辆位置与方向及期望目标点位置T(x_i，y_i)，可确定唯一的圆弧轨迹，具体求解见公式二，计算得到当前车辆状态到前方道路标志线上检测点的期望圆弧轨迹与期望半径(参考附图6中的黑色细圆弧)。

$\left.\begin{array}{c}\mathrm{tg}(\mathrm{\θ}-\mathrm{\β})=x_i/y_i\\ R_i=d/(2*\sin \left(\mathrm{\θ}\right))\≈d(2*\sin (\mathrm{\θ}-\mathrm{\β}))\\ \stackrel{\‾}{\mathrm{ST}}=R_i*2*\mathrm{\θ}\≈R_i*2*(\mathrm{\θ}-\mathrm{\β})\end{array}\right\}$ 公式二

(2)搜索左右最近连续关键点。对于左右边界线，根据前方道路标志线上所检测到的左右道路边界点列l₁，l₂，...，l_k-1，l_k及r₁，r₂，...，r_k-1，r_k所计算得到的期望半径R_i与最小转弯半径R_critical的相对关系，在由l₁，l₂，...，l_k-1，l_k及r₁，r₂，...，r_k-1，r_k所组成的所有点p₁，p₂，...，p_k-1，p_k，p_k+1，p_k+2，…，p_2k-1，p_2k内搜索得到包含左临界轨迹L_boundary的最近连续关键点p_m，p_m+1，与包含右临界轨迹R_boundary的最近连续关键点p_n，p_n+1。如图6所示，图中黑色粗曲线为对应-R_critical与R_critical的最小转弯半径圆弧。根据(1)中计算得到的R_i与R_critical，搜索可得到包含左临界轨迹L_boundary的最近连续关键点p_m，p_m+1，与包含右临界轨迹R_boundary的最近连续关键点p_n，p_n+1。在图6中左边界点l_m，l_m+1即包含左临界轨迹L_boundary，右边界点r_n，r_n+1即包含右临界轨迹R_boundary，从而l_m，l_m+1与r_n，r_n+1即为图中所需要的最近连续关键点。

(3)计算最近连续关键点的行驶时间。对应最近连续关键点p_m，p_m+1及p_n，p_n+1，计算相应的圆弧轨迹的行驶时间t_m、t_m+1、t_n、t_n+1。根据公式二计算得到的期望圆弧轨迹，结合第一步中读到的当前时刻的车辆速度v，依据公式三计算与最近连续关键点p_m，p_m+1及p_n，p_n+1相应的圆弧轨迹的行驶时间。

$\left\{\begin{array}{c}{t}_m=\left|\stackrel{\‾}{{\mathrm{Sp}}_m}\right|/v\\ t_{m+1}=\left|\stackrel{\‾}{{\mathrm{Sp}}_{m+1}}\right|/v\\ t_n=\left|\stackrel{\‾}{{\mathrm{Sp}}_n}\right|/v\\ t_{n+1}=\left|\stackrel{\‾}{{\mathrm{Sp}}_{n+1}}\right|/v\end{array}\right.$ 公式三

(4)预测车辆左右临界轨迹偏离车道的时间；基于行驶时间t_m、t_m+1、t_n、t_n+1与预设阈值时间T_thre的关系，预测车辆左右临界轨迹偏离车道的时间t_L、t_R与预设阈值时间T_thre的关系；

具体实现过程如下(这里主要以t_L为讨论对象)：

一、对于附图6所示的情况，若t_m＞T_thre且t_m+1＞T_thre，则车辆以当前状态沿左临界轨迹L_boundary到达道路边界的时间应大于预设阈值时间T_thre，即t_L＞T_thre；若t_m≤T_thre且t_m+1≤T_thre，则车辆以当前状态沿左临界轨迹L_boundary到达道路边界的时间必然小于或者等于预设阈值时间T_thre，即t_L≤T_thre；

二、若t_m≤T_thre而t_m+1＞T_thre，则车辆以当前状态沿左临界轨迹L_boundary运动阈值时间T_thre，可能位于道路边界内，也可能超出道路边界。此时预警系统可以由附图6中所示的

圆弧，结合公式四来预测临界轨迹偏离车道的时间，其中l_T为对应最小转弯半径的圆弧与直线l_ml_m+1的交点，

为车辆质心位置到l_T的圆弧轨迹。在这里，出于安全性的考虑，若出现该情况，则设定为t_L≤T_thre；

$t_T=\left|\stackrel{\‾}{{\mathrm{Sl}}_T}\right|/v$ 公式四

三、若t_m＞T_thre而t_m+1＜T_thre，则显然某些检测误差导致了该结果，在这种情况下利用点p_m前的其他点(如p₁...p_m-1)或者是p_m+1后的其他点(如p_m+2...)来进行判断。基于多个点的统计信息可以有效克服p_m或者p_m+1点的检测误差，提高判断的准确性。若根据p_m前的其他点或者是p_m+1后的其他点得到大于T_thre的运动时间，则可以得到t_L＞T_thre；

四、对于图6的情况，t_R的求解与t_L类似，但是可能出现的另一种特殊情况如附图7所示(在这里只表示车辆从左边界偏离的情况，右边界偏离的情况类比得到)。在这种情况下，t_L的求解与情况一中类似(在这里t_L位于t₂与t₃之间)。但是对于t_R的求解，最近连续关键点则不在右边界上，而是位于左边界线上的l′_n与l′_n+1点。在这种情况下，t_R的求解必须基于左边界线上的l′_n与l′_n+1点，根据公式三求解对应圆弧

与

的行驶时间t′_n、t′_n+1，再根据t′_n、t′_n+1与预设阈值时间T_thre的关系，根据上述讨论的三种情况判断t_R与T_thre的关系。

(5)判断车辆偏离车道的趋势。

基于t_L、t_R与预设阈值时间T_thre的关系，判断车辆偏离车道的可能性，根据不同的相互关系分为安全、提醒、预警三个层次，具体的评价方法为：

一、若t_L＞T_thre且t_R＞T_thre，则车辆的运动轨迹在阈值时间T_thre内必然位于道路边界范围内，在该条件下车辆的运动位于安全的范畴内。反之，若t_L≤T_thre且t_R≤T_thre，车辆以当前状态行驶阈值时间T_thre车辆将超出道路边界线，因此车辆的运动存在较大的危险性，需要采取预警的措施。事实上，此时对应的正是附图7所示的状况；

二、若t_L＞T_thre且t_R≤T_thre，或者是t_L≤T_thre且t_R＞T_thre，此时车辆的运动可能超出道路的边界，但若是采取适当的措施(在最大侧向加速度允许的范围内适当调整车辆的运动方向)，仍可保证车辆位于安全的范围内。因此在该情况下，预警系统应该善意地提醒驾驶员采取适当的动作，保证驾驶行为的安全性。

人机接口：若系统判断车辆存在偏离车道的危险，则通过声音等方式提醒驾驶员采取适当的动作。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种车道偏离预警方法，其特征在于步骤为：

(1)信息感知：通过车载传感器提供当前车辆运动的状态信息及环境信息；其中，所述环境信息是指根据道路图像获得的前方车道标志线信息，以前方道路标志线上所检测到的左、右道路边界点列l₁，l₂，...，l_k-1，l_k及r₁，r₂，...，r_k-1，r_k表示，所述车辆运动状态信息为当前时刻的车辆速度v及换道信息；

(2)轨迹预测：通过人类驾驶员驾驶行为模型，结合车辆运动学、动力学模型对未来一段时间内车辆的可能行驶轨迹范畴进行预测；

(3)车道偏离预警决策：根据车辆可能行驶轨迹与前方道路标志线上所检测到的左、右道路边界点列，将车辆可能行驶轨迹到车道标志线上的检测点列的计算时间与预设阈值时间T_thre的相对关系作为车道偏离预警的评价指标，对车辆运动安全性进行分析；

(4)人机接口：若经过步骤(3)的决策后，判断车辆存在偏离车道的危险，则提醒驾驶员。

2.根据权利要求1所述的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体流程为：

(2.1)计算最大侧向加速度；首先建立离散的速度侧向加速度查找表(V-a_V)，对于实际的当前时刻的车辆速度v，在查找表内找到包含v的最小区间[V₁，V₂]及其相对应的侧向加速度值a₁、a₂；基于插值的原理，计算得到对应于当前时刻的车辆速度v的最大侧向加速度a_critical，

(2.2)计算最小转弯半径；依据上述得到的当前时刻的车辆速度v与求解得到的最大侧向加速度a_critical，根据车辆运动学模型得到当前车速下允许的最小转弯半径R_critical＝v²/a_critical；

(2.3)预测车辆行驶轨迹；依据上述得到的最小转弯半径，得到当前时刻的车辆速度v下车辆可能行驶轨迹的范畴，即为左右最小转弯半径[-R_critical，R_critical]所包含的区域，左临界轨迹为对应-R_critical的圆弧L_boundary，右临界轨迹为对应R_critical的圆弧R_boundary。

3.根据权利要求1所述的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体流程为：

(3.1)计算期望圆弧轨迹；计算从当前车辆状态到前方道路标志线上的检测点T(x_i，y_i)的期望圆弧轨迹

与期望半径R_i，

$\left.\begin{array}{c}\mathrm{tg}(\mathrm{\θ}-\mathrm{\β})=x_i/y_i\\ R_i=d/(2*\sin \left(\mathrm{\θ}\right))\≈d(2*\sin (\mathrm{\θ}-\mathrm{\β}))\\ \stackrel{\‾}{\mathrm{ST}}=R_i*2*\mathrm{\θ}\≈R_i*2*(\mathrm{\θ}-\mathrm{\β})\end{array}\right\}$

其中，T(x_i，y_i)为当前时刻车体坐标系下的前方道路标志线上某一检测点，车辆前轮摆角为δ_f，质心侧偏角为β，d为当前车体质心位置S与检测点的直线距离，θ为ST直线与质心速度方向之间的夹角；

(3.2)搜索左右最近连续关键点；根据前方道路标志线上所检测到的左右道路边界点列l₁，l₂，...，l_k-1，l_k及r₁，r₂，...，r_k-1，r_k所计算得到的期望半径R_i与最小转弯半径R_critical的相对关系，在由l₁，l₂，...，l_k-1，l_k及r₁，r₂，...，r_k-1，r_k所组成的所有点p₁，p₂，...，p_k-1，p_k，p_k+1，p_k+2，...，p_2k-1，p_2k内搜索得到包含左临界轨迹L_boundary的最近连续关键点p_m，p_m+1，与包含右临界轨迹R_boundary的最近连续关键点p_n，p_n+1；

(3.3)计算最近连续关键点的行驶时间；对应最近连续关键点p_m，p_m+1与p_n，p_n+1，计算相应的圆弧轨迹的行驶时间t_m、t_m+1、t_n、t_n+1；根据期望圆弧轨迹，结合当前时刻的车辆速度v，依据下式计算与最近连续关键点p_m，p_m+1及p_n，p_n+1相应的圆弧轨迹的行驶时间：

$\left\{\begin{array}{c}{t}_m=\left|\stackrel{\‾}{{\mathrm{Sp}}_m}\right|/v\\ t_{m+1}=\left|\stackrel{\‾}{{\mathrm{Sp}}_{m+1}}\right|/v\\ t_n=\left|\stackrel{\‾}{{\mathrm{Sp}}_n}\right|/v\\ t_{n+1}=\left|\stackrel{\‾}{{\mathrm{Sp}}_{n+1}}\right|/v\end{array}\right.;$

(3.4)预测车辆左右临界轨迹偏离车道的时间；基于行驶时间t_m、t_m+1、t_n、t_n+1与预设阈值时间T_thre的关系，预测车辆左右临界轨迹偏离车道的时间t_L、t_R与预设阈值时间T_thre的关系；

(3.5)判断车辆偏离车道的趋势；基于t_L、t_R与预设阈值时间T_thre的关系，判断车辆偏离车道的可能性，根据不同的相互关系分为安全、提醒、预警三个层次。

4.根据权利要求3所述的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤(3.4)的具体流程为：

(3.4.1)若t_m＞T_thre且t_m+1＞T_thre，则车辆以当前状态沿左临界轨迹L_boundary到达道路边界的时间应大于预设阈值时间T_thre，即t_L＞T_thre；若t_m≤T_thre且t_m+1≤T_thre，则车辆以当前状态沿左临界轨迹L_boundary到达道路边界的时间必然小于或者等于预设阈值时间T_thre，即t_L≤T_thre；

(3.4.2)若t_m≤T_thre而t_m+1＞T_thre，则车辆以当前状态沿左临界轨迹L_boundary运动阈值时间T_thre，可能位于道路边界内，也可能超出道路边界，此时设定为t_L≤T_thre；

(3.4.3)若t_m＞T_thre而t_m+1＜T_thre，则显然某些检测误差导致了该结果，在这种情况下利用点l_m前的其他点或者是l_m+1后的其他点来进行判断；若根据l_m前的其他点或者是l_m+1后的其他点得到大于T_thre的运动时间，则可以得到t_L＞T_thre；

5.根据权利要求3所述的车道偏离预警方法，其特征在于，所述步骤(3.5)的具体流程为：

(3.5.1)若t_L＞T_thre且t_R＞T_thre，则车辆的运动轨迹在预设阈值时间T_thre内必然位于道路边界范围内，在该条件下车辆的运动位于安全的范畴内；反之，若t_L≤T_thre且t_R≤T_thre，车辆以当前状态行驶预设阈值时间T_thre车辆将超出道路边界线，因此车辆的运动存在较大的危险性，需要采取预警的措施；

(3.5.2)若t_L＞T_thre且t_R≤T_thre，或者是t_L≤T_thre且t_R＞T_thre，此时车辆的运动可能超出道路的边界，但若是采取适当的措施，仍可保证车辆位于安全的范围内，应提醒驾驶员采取适当的动作。

Images