CN108437983B - 一种基于预测安全的智能车辆避障系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于预测安全的智能车辆避障系统，包括车载控制模块，可行驶区域预测模块，转向角控制模块，速度控制模块，车载GPS模块，车载测速模块，车道线识别模块，障碍车辆尾灯识别模块，雷达模块；可行驶区域预测模块接收道路信息、障碍车辆尾灯信息、障碍车辆的速度信息、障碍车辆行驶方向信息和障碍车辆位置信息，并通过上述信息预测出障碍车辆行驶意图，与道路信息相结合，计算得到一段时间的动态可行驶区域，并将所述一段时间的动态可行驶区域发送给车载控制模块；车载控制模块计算出在动态可行驶区域内行驶的转向角控制量和速度控制量，发送给转向角执行模块和速度控制模块。

Description

一种基于预测安全的智能车辆避障系统

技术领域

本发明涉及一种智能车辆避障系统，更具体的来讲，涉及一种通过预测障碍车运动姿态确定可行区域的智能车辆避障系统。

背景技术

随着汽车保有量的日益增加，道路交通逐渐趋于密集化和复杂化，进而导致驾驶压力的增大，使得驾驶员在正常交通场景下的驾驶能力下降，大大增加了交通事故的发生几率。智能车辆可以通过先进技术完成自主避障，规避风险，已经成为解决车辆安全的一个重点研究方向。

智能车辆避障系统通常由自车状态感知模块，环境感知模块，车载控制模块，执行模块。所述的车载控制模块接受来自于自车状态感知模块和环境感知模块的车辆状态信息和环境信息，确定障碍车辆的位置，道路情况以及自车的运行状态，从而优化出无碰撞的路径并计算出跟踪优化路径所需的控制量，将其输出作为执行模块的输入，完成对智能车辆的避障控制。

但是智能车辆的避障是一个动态过程，实际场景中障碍车辆并不是静止不动的。以上方法只能考虑障碍车辆当前所处的位置，不能预测障碍车辆的行驶意图，容易产生道路利用不充分或车辆安全性降低等问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于预测安全的智能车辆避障系统，可以预测障碍车的行驶意图，结合道路信息得到动态变化的可行驶区域并综合自车的状态决策出控制信号，控制智能车辆完成避障功能。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于预测安全的智能车辆避障系统，包括自车状态感知模块，环境感知模块，车载控制模块，可行驶区域预测模块，转向角控制模块和速度控制模块。

所述自车状态感知模块包括：

车载GPS模块，用于测定当前车辆的位置信息、速度信息和行驶方向角信息，并将所述位置信息、速度信息和所述行驶方向角信息发送给车载控制器模块；

车载测速模块，用于测定当前车辆的速度，并将所述速度信息发送给车载控制器模块；

所述环境感知模块包括：

车道线识别模块，用于识别可行驶道路信息，并将所述道路信息发送给可行驶区域预测模块；

障碍车辆尾灯识别模块，用于识别障碍车辆尾灯信息，并将所述障碍车辆尾灯信息发送给可行驶区域预测模块；

雷达模块，用于扫描是否存在障碍车并测定障碍车辆的速度信息、行驶方向角信息和位置信息，并将所述车辆的速度信息、行驶方向信息和位置信息发送给可行驶区域预测模块。

可行驶区域预测模块分别与车道线识别模块、障碍车辆尾灯识别模块、雷达模块和车载控制模块相连接，接收所述道路信息、障碍车辆尾灯信息、障碍车辆的速度信息、障碍车辆行驶方向角信息和障碍车辆位置信息，并通过上述信息预测出障碍车辆行驶意图，与道路信息相结合，计算得到一段时间的动态可行驶区域，并将所述一段时间的动态可行驶区域发送给车载控制模块。

车载控制模块分别与车载GPS模块、车载测速模块、可行驶区域预测模块、速度控制模块及转向角控制模块相连接，协调各部分工作，并计算出在动态可行驶区域内行驶的转向角控制量和速度控制量，将所述转向角控制量发送给转向角执行模块，将所述速度控制量发送给速度控制模块。

转向角控制模块用于接收车载控制模块的转向角控制量，控制当前车辆进行转向，完成避障的功能。

速度控制模块，用于接收车载控制模块的速度控制量，控制当前车辆车速，完成避障的功能。

所述的一种基于预测安全的智能车辆避障系统，可行驶区域模块根据既定的规则确定可行驶区域，具体规则如下，分为障碍车尾灯熄灭和障碍车尾灯闪烁两类：

当障碍车尾灯熄灭时，首先根据所述的道路可行驶范围确定一个基础道路区域，当基础道路区域内不存在障碍车时，基础道路区域即为最终的可行驶区域；当基础道路区域内存在障碍车时，当前可行区域为除障碍车所覆盖区域之外，在基础道路区域内的区域即为当前可行驶区域；为进行预测功能则需要得到一段时间内的动态可行驶区域，以短时间T进行离散，一段时间内障碍车车速为v_obs，行驶方向角为

障碍车辆在经过t时间后的位置为

从当前时刻到t时间后的动态可行驶区域即为在基础道路区域内除去预测障碍车动态覆盖区域之外的部分；

当障碍车尾灯闪烁时，首先根据所述道路可行驶范围确定一个基础道路区域，当基础道路区域内不存在障碍车时，基础道路区域即为最终的可行驶区域；当基础道路区域内存在障碍车时，根据所述障碍车尾灯信息，当某侧尾灯闪烁时，表示障碍车在短时间内将要向该侧进行转向操作，障碍车辆在当前位置及其该侧区域为当前障碍区域，其余部分即为当前可行区域；在一段时间内的动态可行区域，以短时间T进行离散，一段时间内障碍车车速为v_obs，行驶方向角为

车辆在经过时间t＝1T,2T,3T,4T…后，障碍车辆新的位置为

则经过时间t后动态障碍区域为障碍车t时间后动态位置及其尾灯闪烁侧区域，其余部分即为经过时间t的动态可行驶区域；当障碍车左右尾灯同时闪烁，表示障碍车正在减速或遇到不正常情况，超车等情况可能存在安全隐患，则当前可行区域为当前车辆到障碍车辆之间的区域，当前区域即为一段时间内的动态可行区域。

所述的一种基于预测安全的智能车辆避障系统，车载控制模块以动态可行驶区域为约束条件，以避障行驶路径最短为目标，联合优化出速度控制量和转向角控制量。

所述的一种基于预测安全的智能车辆避障系统，当车载控制模块接收到的一段时间的动态可行驶区域不足以满足当前车辆以当前速度通过时，则不产生转向角控制量，以跟随障碍车车速为目标，计算速度控制量，发送给速度控制模块，控制当前车辆的行驶速度。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明与现有技术相比，本发明可以在智能车辆行驶过程中预测障碍车辆的行驶意图，判断障碍车辆在一段时间内的位置，得到更符合实际的动态可行驶区域。不但可以满足车辆安全地完成避障的功能，还可以减少由于障碍车辆位置变化而导致的当前智能车辆频繁的控制动作，提高道路利用率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明的连接框图。

图2为本发明可行驶区域预测模块障碍车预测位置示意图。

图3为本发明可行驶区域预测模块尾灯闪烁情况下可行区域示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。

如图1所示，一种基于预测安全的智能车辆避障系统，包括自车状态感知模块，环境感知模块，车载控制模块，可行驶区域预测模块，转向角控制模块和速度控制模块。

所述自车状态感知模块包括：

车载GPS模块，用于测定当前车辆的位置信息、速度信息和行驶方向信息，并将所述位置信息、速度信息和所述行驶方向信息发送给车载控制器模块；

车载测速模块，用于测定当前车辆的速度，并将所述速度信息发送给车载控制器模块；

所述环境感知模块包括：

车道线识别模块，用于识别可行驶道路信息，并将所述道路信息发送给可行驶区域预测模块；

障碍车辆尾灯识别模块，用于识别障碍车辆尾灯信息，并将所述障碍车辆尾灯信息发送给可行驶区域预测模块；

雷达模块，用于扫描是否存在障碍车并测定障碍车辆的速度信息、行驶方向角信息和位置信息，并将所述车辆的速度信息、行驶方向信息和位置信息发送给可行驶区域预测模块。

可行驶区域预测模块分别与车道线识别模块、障碍车辆尾灯识别模块、雷达模块和车载控制模块相连接，接收所述道路信息、障碍车辆尾灯信息、障碍车辆的速度信息、障碍车辆行驶方向信息和障碍车辆位置信息，并通过上述信息预测出障碍车辆行驶意图，与道路信息相结合，计算得到一段时间的动态可行驶区域，并将所述一段时间的动态可行驶区域发送给车载控制模块。

车载控制模块分别与车载GPS模块、车载测速模块、可行驶区域预测模块、速度控制模块及转向角控制模块相连接，协调各部分工作，并计算出在动态可行驶区域内行驶的转向角控制量和速度控制量，将所述转向角控制量发送给转向角执行模块，将所述速度控制量发送给速度控制模块。

转向角控制模块用于接收车载控制模块的转向角控制量，控制当前车辆进行转向，完成避障的功能。

速度控制模块，用于接收车载控制模块的速度控制量，控制当前车辆车速，完成避障的功能。

本发明工作时，首先车道线识别模块的摄像头会拍摄当前车辆所行驶道路的车道线进行检测，标准道路的道宽距离一定，将车道线左右扩宽1/2道宽距离，可以据此确定车辆前方在道路上的可行驶区域。然后雷达模块扫描到车辆前方是否存在障碍车辆。如果存在障碍车辆，获得障碍车辆的位置、速度和障碍车辆的行驶方向，障碍车位置和方向信息用以当前车辆为坐标原点，当前车辆行进方向为x轴，垂直x轴以右手定则决定的y轴为坐标系的相对位置(x_obs，y_obs)和行驶方向角

表示，障碍车速度用v_obs表示。障碍车尾灯识别模块通过摄像头识别障碍车辆尾灯信息，并将尾灯信息分为三类，第一类只有左尾灯闪烁，第二类只有右尾灯闪烁，第三类左右尾灯同时闪烁。然后将障碍车位置信息、障碍车方向信息和障碍车尾灯信息发送给可行驶区域预测模块。

可行驶区域模块根据既定的规则确定可行驶区域。具体规则如下：分为两类，障碍车尾灯熄灭和障碍车尾灯闪烁两类。当障碍车尾灯熄灭时，首先根据所述的道路可行驶范围确定一个基础道路区域，当基础道路区域内不存在障碍车时，基础道路区域即为最终的可行驶区域。当基础道路区域内存在障碍车时，当前可行区域为除障碍车所覆盖区域之外，在基础道路区域内的区域即为当前可行驶区域。为进行预测功能则需要得到一段时间内的动态可行驶区域。以短时间T进行离散，短时间内障碍车辆速度不会突变，将一段时间内障碍车车速假设为扫描模块得到的速度v_obs，行驶方向角为

车辆在经过时间t＝1T,2T,3T,4T…后，障碍车辆在经过t时间后的位置为

障碍车预测位置示意如图2。从当前时刻到t时间后的动态可行驶区域即为在基础的道路区域内除去预测障碍车动态覆盖区域之外的部分。

当障碍车尾灯闪烁时，首先根据所述的道路可行驶范围确定一个基础的道路区域，当基础道路区域内不存在障碍车时，基础的道路区域即为最终的可行驶区域。当基础道路区域内存在障碍车时，根据所述障碍车尾灯信息，当左尾灯闪烁时，表示障碍车在短时间内将要进行左转操作，由于不同的驾驶员转向操作的时间快慢不同，这种情况下，障碍车辆在当前位置及其左侧区域为当前障碍区域，其余部分即为当前可行区域。在一段时间内的动态可行区域，以短时间T进行离散，短时间内障碍车速度不会突变，将一段时间内障碍车车速假设为扫描模块得到的速度v_obs，行驶方向角为

车辆在经过时间t＝1T,2T,3T,4T…，障碍车辆新的位置为

则经过时间t后动态障碍区域为障碍车t时间后动态位置及其左侧区域，其余部分即为经过时间t的动态可行驶区域。障碍车右尾灯闪烁时与左尾灯相似。当障碍车左右尾灯同时闪烁，表示障碍车正在减速或遇到不正常情况，超车等情况可能存在安全隐患，则当前可行区域为当前车辆到障碍车辆之间的区域，并且，当前区域即为一段时间内的动态可行区域。障碍车辆预测位置示意图如图2及尾灯闪烁情况下可行区域示意图如图3。

车载控制模块接收车载测速模块，车载GPS模块和可行驶区域预测模块的所述当前车辆的速度信息，当前车辆的位置信息和行驶方向信息以及动态可行驶区域信息。车载控制模块以动态可行驶区域为约束条件，以避障行驶路径最短为目标，联合优化出速度控制量和转向角控制量，然后当前车辆上的速度控制模块和转向角控制模块接收所述的速度控制量和转向角控制量对当前车辆进行控制，完成避障功能。

当车载控制模块接收到的一段时间的动态可行驶区域不足以满足当前车辆以当前速度通过时，则不产生转向角控制量，以跟随障碍车车速为目标，计算速度控制量，发送给速度控制模块，控制当前车辆的行驶速度。

应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (3)

1.一种基于预测安全的智能车辆避障系统，其特征在于，包括自车状态感知模块，环境感知模块，车载控制模块，可行驶区域预测模块，转向角控制模块和速度控制模块；

所述自车状态感知模块包括：

车载GPS模块，用于测定当前车辆的位置信息、速度信息和行驶方向信息，并将所述位置信息、速度信息和所述行驶方向信息发送给车载控制模块；

车载测速模块，用于测定当前车辆的速度，并将所述速度信息发送给车载控制模块；

所述环境感知模块包括：

车道线识别模块，用于识别可行驶道路信息，并将所述道路信息发送给可行驶区域预测模块；

障碍车辆尾灯识别模块，用于识别障碍车辆尾灯信息，并将所述障碍车辆尾灯信息发送给可行驶区域预测模块；

雷达模块，用于扫描是否存在障碍车并测定障碍车辆的速度信息、行驶方向信息和位置信息，并将所述障碍车辆的速度信息、行驶方向角信息和位置信息发送给可行驶区域预测模块；

可行驶区域预测模块，分别与车道线识别模块、障碍车辆尾灯识别模块、雷达模块和车载控制模块相连接，接收所述道路信息、障碍车辆尾灯信息、障碍车辆的速度信息、障碍车辆行驶方向角信息和障碍车辆位置信息，并通过上述信息预测出障碍车辆行驶意图，与道路信息相结合，计算得到一段时间的动态可行驶区域，并将所述一段时间的动态可行驶区域发送给车载控制模块；车载控制模块，分别与车载GPS模块、车载测速模块、可行驶区域预测模块、速度控制模块及转向角控制模块相连接，协调各部分工作，并计算出在动态可行驶区域内行驶的转向角控制量和速度控制量，将所述转向角控制量发送给转向角执行模块，将所述速度控制量发送给速度控制模块；

转向角控制模块，用于接收车载控制模块的转向角控制量，控制当前车辆进行转向，完成避障的功能；

速度控制模块，用于接收车载控制模块的速度控制量，控制当前车辆车速，完成避障的功能；

所述可行驶区域预测模块根据既定的规则确定可行驶区域，具体规则如下，分为障碍车尾灯熄灭和障碍车尾灯闪烁两类：

当障碍车尾灯熄灭时，首先根据所述的动态可行驶区域确定一个基础道路区域，当基础道路区域内不存在障碍车时，基础道路区域即为最终的可行驶区域；当基础道路区域内存在障碍车时，当前可行区域为除障碍车所覆盖区域之外，在基础道路区域内的区域即为当前可行驶区域；为进行预测功能则需要得到一段时间内的动态可行驶区域，以短时间T进行离散，一段时间内障碍车车速为v_obs，行驶方向角为

x_obs为障碍车的纵向位置，y_obs为障碍车的侧向位置，在经过t时间后的位置为

从当前时刻到t时间后的动态可行驶区域即为在基础道路区域内除去预测障碍车动态覆盖区域之外的部分；

当障碍车尾灯闪烁时，首先根据所述道路可行驶范围确定一个基础道路区域，当基础道路区域内不存在障碍车时，基础道路区域即为最终的可行驶区域；当基础道路区域内存在障碍车时，根据所述障碍车尾灯信息，当某侧尾灯闪烁时，表示障碍车在短时间内将要向该侧进行转向操作，障碍车辆在当前位置及其该侧区域为当前障碍区域，其余部分即为当前可行区域；在一段时间内的动态可行区域，以短时间T进行离散，一段时间内障碍车车速为v_obs，行驶方向角为

车辆在经过时间t＝1T,2T,3T,4T...后，障碍车辆新的位置为

则经过时间t后动态障碍区域为障碍车t时间后动态位置及其尾灯闪烁侧区域，其余部分即为经过时间t的动态可行驶区域；当障碍车左右尾灯同时闪烁，表示障碍车正在减速或遇到不正常情况，这种情况进行超车可能存在安全隐患，则当前可行区域为当前车辆到障碍车辆之间的区域，当前可行驶区域即为一段时间内的动态可行区域。

2.如权利要求1所述的一种基于预测安全的智能车辆避障系统，其特征在于，所述车载控制模块以动态可行驶区域为约束条件，以避障行驶路径最短为目标，联合优化出速度控制量和转向角控制量。

3.如权利要求1所述的一种基于预测安全的智能车辆避障系统，其特征在于，当所述车载控制模块接收到的一段时间的动态可行驶区域不足以满足当前车辆以当前速度通过时，则不产生转向角控制量，以跟随障碍车车速为目标，计算速度控制量，发送给速度控制模块，控制当前车辆的行驶速度。

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