一种前车紧急切入及时响应的智能检测方法及系统
阅读说明：本技术 一种前车紧急切入及时响应的智能检测方法及系统 (Intelligent detection method and system for timely response of emergency cut-in of front vehicle ) 是由 李飘 于晓阳 胡进 赵梓彤 杨帆 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种前车紧急切入及时响应的智能检测方法及系统,该方法包括：通过传感设备获取车道线信息和前方车辆运动状态信息,判断前方车辆所处的车道信息；将传感设备检测到的多个前方车辆依据其与本车的相对纵向距离进行筛选,得到多个危险目标车辆；综合决策出危险目标车辆,并判断危险目标车辆是否有切入意图；对有切入意图的危险目标车辆,根据其运动状态计算出危险目标车辆变换车道标志位以及本车的减速度信息；当危险目标车辆变换车道标志位持续时间达到设定的时间阈值后,向驾驶员发出提示；并对本车进行制动。本发明通过引入危险目标车辆变换车道标志位,实现对减速度逐渐减小的控制,在满足安全的基础上,还提高了舒适性。(The invention discloses an intelligent detection method and system for timely response of emergency cut-in of a front vehicle, wherein the method comprises the following steps: acquiring lane line information and front vehicle motion state information through sensing equipment, and judging lane information of a front vehicle; screening a plurality of front vehicles detected by the sensing equipment according to the relative longitudinal distance between the front vehicles and the vehicle to obtain a plurality of dangerous target vehicles; comprehensively deciding a dangerous target vehicle and judging whether the dangerous target vehicle has a cut-in intention; calculating lane change mark bits of the dangerous target vehicle and deceleration information of the vehicle according to the motion state of the dangerous target vehicle with the cut-in intention; when the duration time of the lane change marker bit of the dangerous target vehicle reaches a set time threshold, a prompt is sent to a driver; and brakes the vehicle. The invention realizes the control of gradually reducing the deceleration by introducing the dangerous target vehicle to change the lane marker, and improves the comfort on the basis of meeting the safety.)
技术领域
本发明涉及自动驾驶系统
技术领域
，尤其涉及一种前车紧急切入及时响应的智能检测方法及系统。背景技术
近年来，互联网技术、高精度地图和人工智能的迅速发展和广泛应用促进了自动驾驶技术的发展。相关报道表明，自动驾驶技术可减少90％交通事故，降低70％出行成本，以及有望成为下一代计算平台。自动驾驶技术主要包括感知、决策和执行三大环节。首先通过摄像头、激光雷达或毫米波雷达等传感器设备，采集与处理环境信息和车内信息；然后依据获取的信息和驾驶员意图进行决策判断，制定相应的控制策略；最后由执行系统对车辆机械能控制，反馈到底层模块执行任务，包括线控加减速、线控制动和线控转向等。
由于传感设备可探测范围有限及其它原因，在前车紧急切入等场景下传感设备可能无法及时检测到前方车辆，或为降低目标车辆误识别率造成前车检测为目标车的时机延迟，从而使得车辆来不及减速以保证与前车的安全距离，此种场景存在碰撞前方车辆的风险。
在对比文件一种切入车辆监测方法及系统(201811634253.9)中，基于本车的运动信息得到本车定曲率行驶路径的曲率半径，通过该曲率半径，将切入车辆的运动信息转换到本车定曲率行驶路径的坐标系下，从而得到切入车辆相对于定曲率行驶路径的相对运动信息，当基于该相对运动信息确定切入车辆处于预设切入车辆位置预警区域，且切入车辆为对本车具有威胁的横向切入目标车辆时，对本车的纵向速度进行控制,实现对切入车辆的提前反应，因此大大降低了车辆之间碰撞的风险，提高了行车安全以及自动紧急制动系统和自适应巡航系统的性能，并同时适用于本车处于直道和弯道轨迹的情况。
该对比文件中仅考虑在空间上切入车辆进入本车预警区域时，本车通过控制纵向速度降低碰撞风险，并未考虑切入车辆迅速切入时，本车来不及减速而存在与切入车辆碰撞的风险，且本车开始减速时的减速度较大，导致本车舒适性不好。
在前车紧急切入等场景时，由于传感设备可能无法及时检测到前方车辆，或为降低目标车辆误识别率造成前车检测为目标车的时机延迟，使得本车来不及减速以保证与前车的安全距离或者本车请求较大减速度，导致本车舒适性不好。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种前车紧急切入及时响应的智能检测方法及系统，基于目标车辆与本车运动状态等信息判断目标车辆变换车道的意图大小，可进行前车紧急切入预警及主动控制，避免与前方车辆碰撞的风险并保证车辆安全及其舒适性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种前车紧急切入及时响应的智能检测方法，该方法包括以下步骤：
S1、通过传感设备获取车道线信息和前方车辆运动状态信息，判断前方车辆所处的车道信息；
S2、根据前方车辆所处的车道信息，将传感设备检测到的多个前方车辆依据其与本车的相对纵向距离进行筛选，初步得到多个危险目标车辆；
S3、计算邻车道的危险目标车辆与本车的相对横/纵向距离信息、相对横/纵向速度、安全横/纵向距离，综合决策出危险目标车辆，并判断危险目标车辆是否有切入意图；
S4、对有切入意图的危险目标车辆，根据其运动状态计算出危险目标车辆变换车道标志位以及本车的减速度信息；标志位用于表示危险目标车辆切入意图的大小；
S5、设定时间阈值，当危险目标车辆变换车道标志位持续时间达到设定的时间阈值后，向驾驶员发出提示；
S6、根据危险目标车辆变换车道标志位以及本车的减速度信息，通过驱动/制动系统对本车进行制动。
进一步地，本发明的所述步骤S1的方法包括两种：
1)通过摄像头识别获取车道线信息，结合前方车辆运动状态信息，判断前方车辆所处的车道信息；
2)通过V2R、V2I和高精度地图的方式获取车道线信息，通过V2V的方式获取前方车辆的运动状态信息，进而判断前方车辆所处的车道信息。
进一步地，本发明的所述步骤S1中，通过摄像头识别获取车道线信息C0、C1、C2、C3，结合前方车辆运动状态信息，判断前方车辆所处的车道信息，即车道中心轨迹曲线方程f(x)；其具体公式为：
f(X)＝C3×X3+C2×X2+C1X+C0
其中，X为自本车前进方向上的点距离摄像头的纵向距离，f(X)为随X变化的车道线相对于摄像头的偏移距离；C0为车道线位置，C1为航向角，C2为车道线曲率，C3为车道线曲率随X的变化率。
进一步地，本发明的所述步骤S2的方法包括：
根据得到的前方车辆所处的车道信息，即车道中心轨迹曲线方程f(x)；将前方车辆的纵向距离x(i)代入到车道中心轨迹曲线方程中，得到其对应的f(x(i))值进行前方车辆所在车道的判断；若前方车辆与本车的相对横向距离y(i)值大于(f(x(i))+C0 L)，则前方车辆i位于左侧车道；若y(i)值小于(f(x(i))+C0 R)，则前方车辆i位于右侧车道，C0 L为本车道的左侧车道线，C0 R为本车道的右侧车道线；否则前方车辆i位于本车道，其中i表示前方车辆的ID；再次依据左侧车道、右侧车道、本车道的前方车辆的纵向距离筛选出多个危险目标车辆。
进一步地，本发明的所述步骤S2中，确定前方车辆与本车的相对横向距离的方法为：
如果摄像头能看到完整的前车尾部且与本车有重叠率，此时相对横向距离是前车尾部中间点到本车摄像头的横向偏移距离；
如果摄像头只能看到前车尾部的一部分或者前车与本车无重叠率，此时相对横向距离是前车离本车最近的面或最近的点到本车摄像头的横向偏移距离。
进一步地，本发明的所述步骤S3的方法包括：
基于得出的多个危险目标车辆，根据邻车道危险目标车辆与本车的相对横向距离△y信息，判断其是否大于相对横向距离阈值y0，若邻车道危险目标车辆的相对横向距离大于其相对横向距离阈值y0，则认为该危险目标车辆无切入意图；若邻车道危险目标车辆的相对横向距离小于其相对横向距离阈值y0，则认为该危险目标车辆有切入意图；相对横向距离阈值y0的计算公式为：
y0＝d+c△Vy
其中，d为危险目标车辆与本车的基础横向距离，c为危险目标车辆与本车的相对横向车速的调节参数，△Vy为危险目标车辆与本车的相对横向车速；基础横向距离d是标定量，值是由实车调试路试标定；调节参数c是标定量，值是由实车调试路试标定。
进一步地，本发明的所述步骤S4中计算出危险目标车辆变换车道标志位的方法包括：
危险目标车辆变换车道标志位Flag的计算公式为：
Flag＝min(△y/y0,1)
其中，y0为相对横向距离阈值，△y为相对横向距离；Flag值的范围为[0,1]，Flag值为0时表示前方危险目标车辆切入意图强烈，Flag值为1时表示前方目标车辆无切入意图。
进一步地，本发明的所述步骤S4中计算本车的减速度信息的方法包括：
若危险目标车辆的相对纵向距离△x大于其相对纵向距离阈值x0，则认为该危险目标车辆距离本车较远，目前暂不将其作为考虑的危险目标车辆；若危险目标车辆的相对纵向距离△x小于其相对纵向距离阈值x0，则求出危险目标车辆对应的自车期望纵向减速度aexp；
本车的减速度信息a的计算公式为：
a＝Flag*aexp＝Flag*k*(△x/max(x0,1))
其中，k为根据与前车相对纵向距离及期望距离查表得出的比例系数，x0为相对纵向距离阈值，△x为相对纵向距离。
进一步地，本发明的所述步骤S5中向驾驶员发出提示的方法包括：通过仪表或扬声器设备提示驾驶员。
本发明提供一种前车紧急切入及时响应的智能检测系统，该系统包括以下单元：
车道信息获取单元，用于通过传感设备获取车道线信息和前方车辆运动状态信息，判断前方车辆所处的车道信息；
危险目标车辆检测单元，用于根据前方车辆所处的车道信息，将传感设备检测到的多个前方车辆依据其与本车的相对纵向距离进行筛选，初步得到多个危险目标车辆；
切入意图判断单元，用于计算邻车道的危险目标车辆与本车的相对横/纵向距离信息、相对横/纵向速度、安全横/纵向距离，综合决策出危险目标车辆，并判断危险目标车辆是否有切入意图；
车道标志位及减速度计算单元，用于对有切入意图的危险目标车辆，根据其运动状态计算出危险目标车辆变换车道标志位以及本车的减速度信息；标志位用于表示危险目标车辆切入意图的大小；
预警单元，用于设定时间阈值，当危险目标车辆变换车道标志位持续时间达到设定的时间阈值后，向驾驶员发出提示；
主动控制单元，用于根据危险目标车辆变换车道标志位以及本车的减速度信息，通过驱动/制动系统对本车进行制动。
本发明产生的有益效果是：利用本发明提供的方法预测目标车辆变化车道的意图大小及紧急程度，可以解决在前车紧急切入等场景时，由于传感设备可能无法及时检测到前方车辆，或为降低目标车辆误识别率造成前车检测为目标车的时机延迟，使得本车来不及减速以保证与前车的安全距离或者本车请求较大减速度的问题。本发明源自于在实际道路驾驶时，随着前车切入到本车道的过程中，驾驶员会逐渐减速以保证安全，而非是前车已切入到本车道再进行较大的减速度。通过引入危险目标车辆变换车道标志位Flag，实现该系统的减速度a请求逐渐减小，已达到与实际驾驶员操作的效果，在满足其安全的基础上，还实现了其舒适性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的系统原理图；
图2是本发明实施例的逻辑算法框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
本发明实施例的前车紧急切入及时响应的智能检测方法，该方法包括以下步骤：
S1、通过传感设备获取车道线信息和前方车辆运动状态信息，判断前方车辆所处的车道信息；
S2、根据前方车辆所处的车道信息，将传感设备检测到的多个前方车辆依据其与本车的相对纵向距离进行筛选，初步得到多个危险目标车辆；
S3、计算邻车道的危险目标车辆与本车的相对横/纵向距离信息、相对横/纵向速度、安全横/纵向距离，综合决策出危险目标车辆，并判断危险目标车辆是否有切入意图；
S4、对有切入意图的危险目标车辆，根据其运动状态计算出危险目标车辆变换车道标志位以及本车的减速度信息；标志位用于表示危险目标车辆切入意图的大小；
S5、设定时间阈值，当危险目标车辆变换车道标志位持续时间达到设定的时间阈值后，向驾驶员发出提示；
S6、根据危险目标车辆变换车道标志位以及本车的减速度信息，通过驱动/制动系统对本车进行制动。
实施例二
如图2所示，本发明实施例的前车紧急切入及时响应的智能检测方法，该方法包括以下步骤：
S1、据传感设备检测到的车道线信息C0，C1，C2，C3，结合前方车辆运动状态等信息，判断前方车辆所处的车道信息，即车道中心轨迹曲线方程f(x)。车道线信息还可通过V2R(Vehicle to Road)、V2I(Vehicle to Infrastructure)和高精度地图等等方式获得，前方车辆运动状态等信息可通过V2V(Vehicle to Vehicle)等方式获得。车道线信息主要依靠摄像头进行识别获取，通过摄像头识别到车道线时可输出车道中心轨迹曲线方程的系数C0、C1、C2、C3。车道中心轨迹曲线方程为：
f(X)＝C3×X3+C2×X2+C1X+C0
其中，X为自本车前进方向上的点距离摄像头的纵向距离，规定本车前进方向为正；f(X)为随X变化的车道线相对于摄像头的偏移距离，规定本车左侧方向为正；C0为车道线位置，f(0)＝C0，单位m；C1为航向角，f＇(0)＝C1，单位rad；C2为车道线曲率，f(2)(0)＝2C2，单位m-1；C3为车道线曲率随X的变化率，f(3)(0)＝6C3，单位m-2。
其中，以一个车道具有左右两条车道线为标准，当两侧车道线质量都好时，取两侧车道线C0、C1、C2、C3的平均值作为车道中心轨迹曲线方程的参数；当只有一侧车道线质量好时，取该侧车道线C1、C2、C3作为车道中心轨迹曲线方程的参数，C0设为0；当没有车道线或车道线质量差时，C0、C1、C2、C3均为0。
因C0代表本车道的车道线中心与本车摄像头之间的横向距离，对判断前方车辆所处的车道具有重要的影响，此处说明一下C0、C0 L、C0 R取值判断：
若两侧车道线质量都好时，车道中心轨迹曲线方程的参数C0为本车道的左侧车道线C0 L和本车道的右侧车道线C0 R的平均值；当只有一侧车道线时，车道中心轨迹曲线方程的参数C0为0，其另一侧车道线的C0参数取该车道线的相反数-C0 L/R；当没有车道线或车道线质量差时，两侧车道线的C0参数取C0_Calib、-C0_Calib(相反数)，该变量为标定量，值由实车调试路试标定，范围在2.5～3.75m(该值大小与自车宽度、驾驶员驾驶风格等因素有关)。
S2、基于得出的前方车辆所处的车道信息，将传感设备检测的多个前方车辆依据其与本车的相对纵向距离进行筛选，得到多个危险目标车辆，分别在左侧车道、本车道和右侧车道。例如将传感设备检测的多个前方车辆筛选出最多6个危险目标车辆，左侧车道、本车道和右侧车道分别最多有2个危险目标车辆。
步骤得出的车道中心轨迹曲线方程，将前方车辆的纵向距离x(i)代入到车道中心轨迹曲线方程中，得到其对应的f(x(i))值进行前方车辆所在车道的判断。若前方车辆与本车的相对横向距离y(i)值大于(f(x(i))+C0 L)，则前方车辆i位于左侧车道；若y(i)值小于(f(x(i))+C0 R)，则前方车辆i位于右侧车道；否则前方车辆i位于本车道。其中i表示前方车辆的ID。
再次依据左侧车道、右侧车道、本车道的前方车辆的纵向距离筛选出多个危险目标车辆。
本车摄像头一般安装在前挡风玻璃中间处，按照调试经验，相对横向距离y分情况：如果摄像头能看到完整的前车尾部且与本车有重叠率，此时相对横向距离是前车尾部中间点到本车摄像头的横向偏移距离；如果摄像头只能看到前车尾部的一部分或者前车与本车无重叠率，此时相对横向距离是前车离本车最近的面最近的点到本车摄像头的横向偏移距离。但是在实际功能使用这个信息前，会依据前方车辆的车宽信息将该横向偏移距离转换为本车摄像头到前方车辆中间的横向偏移距离，作为目标车辆与本车的相对横向距离。
此步骤并不直接使用前方车辆的横纵向距离与自车的宽度进行比较，主要原因如下：首先传感器输出的前方车辆的物理信息精确度有限，且在研究前车紧急切入的场景下并不能将车辆当成质点处理的。因此需综合考虑车辆运动信息与车道线信息。一方面提高其稳定性，不至于前方车辆微小的变化引起车辆运动的急剧变化；另一方面提前筛选出较危险的多个目标车辆，再用于后续详尽的计算，减少后续步骤中的计算量。
S3、基于(得出的多个危险目标车辆，根据邻车道(包括左侧车道、右侧车道)危险目标车辆与本车的相对横向距离△y等信息，判断其是否大于相对横向距离阈值y0，并考虑邻车道危险目标车辆与本车的相对纵向距离及其相对速度等信息，综合决策出危险目标车辆信息。若邻车道危险目标车辆的相对横向距离大于其相对横向距离阈值y0，则认为该危险目标车辆无切入意图；若邻车道危险目标车辆的相对横向距离小于其相对横向距离阈值y0，则认为该危险目标车辆有切入意图，有必要对其进行切入意图评估。相对横向距离阈值y0的计算公式如下：
y0＝d+c△Vy
其中，d为危险目标车辆与本车的基础横向距离，c为危险目标车辆与本车的相对横向车速的调节参数，△Vy为危险目标车辆与本车的相对横向车速。
基础横向距离d是标定量，值是由实车调试路试标定，范围在1.0～2.8m。调节参数c是标定量，值是由实车调试路试标定，该变量物理含义相当于横向判断时间。以上d、c是需要结合自车车速、危险目标车辆的相对车速及其相对纵向距离、危险目标车辆的宽度查表得出的。
S4、基于得出的危险目标车辆信息，根据其运动状态如相对横纵向距离△y，△x及相对横纵向车速△Vy，△Vx等信息计算最终的加速度进行车速控制。若危险目标车辆的△x大于其相对纵向距离阈值x0，则认为该危险目标车辆距离本车较远，目前暂不将其作为考虑的危险目标车辆；若危险目标车辆的△x小于其相对纵向距离阈值x0，则求出危险目标车辆对应的自车期望纵向减速度aexp。
基于得出的危险目标车辆是否有切入意图，再通过△y、y0等信息决策出有切入意图的危险目标车辆变换车道的意图大小，并基于此信息决策出危险目标车辆变换车道标志位Flag以及本车的减速度a信息。其中Flag值的范围为[0,1]，Flag值为0时表示前方危险目标车辆切入意图强烈，Flag值为1时表示前方目标车辆无切入意图。
其计算公式为：
Flag＝min(△y/y0,1)
a＝Flag*aexp＝Flag*k*(△x/max(x0,1))
其中，y0为相对横向距离阈值，k为根据与前车相对纵向距离及期望距离查表得出的比例系数，△y为相对横向距离，x0为相对纵向距离阈值，△x为相对纵向距离。
通过步骤S2中的方法筛选出前方目标车辆所处车道，然只有当邻车道的前方目标车辆尾部中间点到达本车车道的车道线时才将此前方目标车辆的所在车道切换为本车道，对于前车紧急切入本车道的场景，再将其作为功能的目标车辆进行减速已来不及或者制动强烈。因此通过步骤S3、S4的计算判断其切入的意图大小，要知道邻车道的前方车辆△y稍微大于距离阈值y0时，本车的加速度值就已经比原来小；如果持续切入，本车的加速度值持续减小。通过此种方式实现预减速的目的。
S5、根据输出的目标车辆变换车道标志位Flag和设定时间阈值t0，当目标车辆变换车道标志位持续时间达到设定时间阈值t0后，系统通过仪表或扬声器设备提示驾驶员。
S6、根据输出的目标车辆变换车道标志位Flag及本车的减速度a信息，通过驱动/制动系统，使本车在前方车辆紧急切入本车道时以安全舒适的减速度进行跟车行驶。
实施例三
本实施例在步骤S3中进行危险目标车辆切入意图判断时，还可采用以下两种方法：
1)自动驾驶车通过V2X(Vehicle to Everything)形式进行信息交换时，切入车辆通过V2V等形式与本车进行信息交换，在切入本车道时发出变换车道信息，本车可根据该信息提前响应，避免与切入车辆发生碰撞或本车舒适性不好。
2)通过传感设备及时给出可靠的前方目标车辆的转向灯信息，本车可根据该信息提前响应，避免与切入车辆发生碰撞或本车舒适性不好。
实施例四
如图1所示，本发明实施例的前车紧急切入及时响应的智能检测系统，该系统包括以下单元：
车道信息获取单元，用于通过传感设备获取车道线信息和前方车辆运动状态信息，判断前方车辆所处的车道信息；
危险目标车辆检测单元，用于根据前方车辆所处的车道信息，将传感设备检测到的多个前方车辆依据其与本车的相对纵向距离进行筛选，初步得到多个危险目标车辆；
切入意图判断单元，用于计算邻车道的危险目标车辆与本车的相对横/纵向距离信息、相对横/纵向速度、安全横/纵向距离，综合决策出危险目标车辆，并判断危险目标车辆是否有切入意图；
车道标志位及减速度计算单元，用于对有切入意图的危险目标车辆，根据其运动状态计算出危险目标车辆变换车道标志位以及本车的减速度信息；标志位用于表示危险目标车辆切入意图的大小；
预警单元，用于设定时间阈值，当危险目标车辆变换车道标志位持续时间达到设定的时间阈值后，向驾驶员发出提示；
主动控制单元，用于根据危险目标车辆变换车道标志位以及本车的减速度信息，通过驱动/制动系统对本车进行制动。
综上所述，本发明根据传感设备检测到的车道线信息、前方车辆运动状态及本车运动状态、前方车辆与本车的相对纵向距离及横向距离等信息，判断前方车辆是否存在变换车道的意图及其大小，在搭载有定速巡航/自适应巡航等自动驾驶功能的车辆上，该智能系统能配合自动驾驶功能，依据前方车辆变换车道意图的大小适应性控制车速，保证前车与本车的相对距离在安全范围内并确保其舒适性。
本发明源自于在实际道路驾驶时，随着前车切入到本车道的过程中，驾驶员会逐渐减速以保证安全，而非是前车已切入到本车道再进行较大的减速度。通过引入危险目标车辆变换车道标志位Flag，实现该系统的减速度a请求逐渐减小，已达到与实际驾驶员操作的效果，在满足其安全的基础上，还实现了其舒适性。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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