车辆行驶轨迹预估及车道偏离评价方法

1、一种车辆轨迹预估及车道偏离评价方法，其特征在于包括以下步骤：
信息感知步骤：通过车载传感器提供车辆当前运动状态及行车环境信息，其中行车环境 信息指根据道路图像获得的前方道路的车道标志线信息，车辆运动状态信息包括车辆纵向速 度 横向速度 方向盘转角δsw，油门开度或者制动踏板行程比α；
轨迹预估步骤：通过模拟驾驶员的前视作用，利用车辆稳态响应特性对汽车在未来一段 时间内的预期行驶轨迹进行预估；
车道偏离危险性评价步骤：是根据汽车预期行驶轨迹以及前方道路的车道标志线，建立 预期轨迹点处汽车到左侧道路和右侧道路的横向安全距离以及汽车到前方道路的纵向安全 距离三个车道偏离危险性评价指标，通过这三个指标对预期轨迹点的偏离危险性进行分析。
2、根据权利要求1所述的一种车辆轨迹预估及评价方法，其特征在于所述的轨迹预估 步骤采用如下方法：
步骤S11，根据方向盘转角δsw和油门开度或者制动踏板的行程比α获得汽车在当前时 刻t的纵向加速度稳态值 和横向加速度稳态值
步骤S12，将前视时间Tp划分成均等的离散时间片，使用刚体运动学原理计算车辆状态， 然后逐步累加获得t+Tp时刻车辆的状态；
步骤S13，根据步骤S12得到的汽车在t+Tp时刻的质心位置(xJ，yJ)，将汽车简化成 具有四个角点的矩形，并确定汽车四个角点的位置坐标。
3、根据权利要求2所述的一种车辆轨迹预估及评价方法，其特征在于所述的前时刻t 的纵向加速度稳态值 和横向加速度稳态值 采用下述方法获得：
首先建立不同车速、不同油门开度或者制动踏板行程比所对应的纵向加速度稳态增益 Gax，以及不同车速、不同方向盘转角对应的汽车侧向加速度稳态增益Gay两个二维数表；
然后通过二维插值的方法，确定对应于当前时刻油门开度或者制动踏板行程比α和方向 盘转角δsw的汽车纵向加速度稳态增益Gax以及侧向加速度稳态增益Gay，从而确定纵向加速 度和横向加速度的稳态值，计算如下：
$\stackrel{··}{x}=G_{\mathrm{ax}}·\alpha$
$\stackrel{··}{y}=G_{\mathrm{ay}}{·\delta }_{\mathrm{sw}}.$
4、根据权利要求2所述的一种车辆轨迹预估及评价方法，其特征在于所述的 时刻车辆的状态采用下述方法获得：
$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{··}{x}}_j\\ {\stackrel{··}{y}}_j\end{array}\right]=\begin{array}{}\left[\begin{array}{c}{\stackrel{··}{x}}_0\\ {\stackrel{··}{y}}_0\end{array}\right]\end{array}$
$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{·}{x}}_j\\ {\stackrel{·}{y}}_j\end{array}\right]=\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{\stackrel{·}{x}}_{j-1}\\ {\stackrel{·}{y}}_{j-1}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\stackrel{··}{x}}_j\\ {\stackrel{··}{y}}_j\end{array}\right]\times \end{array}{\mathrm{\Delta t}}_p$
$\left[\begin{array}{c}{x}_j\\ y_j\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_{j-1}\\ y_{j-1}\end{array}\right]+A_{j-\mathrm{1,0}}(\left[\begin{array}{c}{\stackrel{·}{x}}_{j-1}\\ {\stackrel{·}{y}}_{j-1}\end{array}\right]\times \Delta t_p+\frac{1}{2}\times \left[\begin{array}{c}{\stackrel{··}{x}}_j\\ {\stackrel{··}{y}}_j\end{array}\right]\times {\mathrm{\Delta t}}_p^2)$

式中j＝1，2，…，J，(J为等分时间片的个数)，其中x0，y0表示初始汽车位置； 表 示初始纵向和横向速度； 表示初始纵向和横向加速度的稳态值，0是初始车辆航向角， Δtp＝Tp//J，Tp为前视时间， 是坐标系(xj，yj)到坐标系(x0，y0)的转换矩 阵。
5、根据权利要求2所述的一种车辆轨迹预估及评价方法，其特征在于所述的汽车四个 角点的位置坐标采用下述方法获得：
corner[i]Tp＝A*corner[i]T+(xj，yj)T，其中corner[i]Tp为四个角点在t+Tp时刻的坐 标向量， 为旋转矩阵，i＝0～3，分别代表四个角点，j为t+Tp时 刻汽车的横摆角。
6、根据权利要求1所述的一种车辆轨迹预估及车道偏离评价方法，其特征在于所述的 车道偏离危险性评价采用如下方法：
步骤S20，建立基于横向和纵向距离的偏离危险性评价指标，包括：车辆至左侧车道标 志线距离的偏离危险性评价指标IDS1、车辆至右侧车道标志线距离的偏离危险性评价指标 IDS2，以及车辆至前方车道标志线距离的偏离危险性评价指标IDS3三个基本的评价指标， 并采用单极性Sigmoid函数将评价指标表征为0～1之间的数值，
$r_{\mathrm{IDS}1}=\frac{1}{1+e^{-\mathrm{al}(x_{\mathrm{sil}}-c1)}};$
$r_{\mathrm{IDS}2}=\frac{1}{1+e^{-a2(x_{\mathrm{si}2}-c2)}};$
$r_{\mathrm{IDS}3}=\frac{1}{1+e^{-a3(x_{\mathrm{si}3}-c3)}};$
其中xsi1，xsi2，xsi3为三个评价指标的特征值，采用下述方法确定：
步骤S21，计算汽车角点连线与车道标志线的交点的坐标；
步骤S22，计算汽车角点与交点之间的距离；
步骤S23，分别取距离中的最小值作为评价指标的特征值；
a1，c1，a2，c2；a3，c3为常数，采用下述方法确定：
$a1=a2=\frac{S_a}{2},$ $a_3=\frac{S_f}{2}$
c1＝c2＝Sa，c3＝Sf
其中Sa为横向安全距离，Sf为纵向安全距离，进一步确定为：
Sa＝0.011758+0.002932v+0.000019v2；
Sf＝0.0034v+0.0045v2，其中v为汽车在t时刻的速度；
步骤S30，根据步骤S20获得的车道偏离危险性评价的三个评价指标值，判断汽车是否 即将发生车道偏离事故，当IDS1、IDS2和IDS3中任何一个评价指标都大于阈值时，认为 汽车不会发生车道偏离事故，即处于安全级别；而三个评价指标中只要任何一个小于阈值， 则认为汽车处于危险状态。
7、如权利要求6所述的一种车辆轨迹预估及评价方法，其特征在于所述安全阈值可依 据不同类型的车道偏离预警模式设定。
8、如权利要求1至7所述的一种车辆轨迹预估及评价方法，其特征在于如果偏离危险 性超过一定的阈值，则通过声音和车载LCD显示器向驾驶员发出车道偏离预警信息。
9、如权利要求1至7所述的一种车辆轨迹预估及评价方法，其特征在于在轨迹预估步 骤前根据换道信号判断汽车是否正在换道，如果汽车正在换道，停止轨迹预估工作。
10、如权利要求8所述的一种车辆轨迹预估及评价方法，其特征在于在轨迹预估步骤前 根据换道信号判断汽车是否正在换道，如果汽车正在换道，停止轨迹预估工作。

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