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专利号: 2023108056042
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种交叉口右转车辆行驶席卷区域动态预测及警示方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)在道路交叉口建立信息获取系统,所述交叉口包括右转正交的十字交叉口、T型交叉口以及错位交叉口,用于捕获即将右转车辆的类型、车辆自身参数以及运动参数,其中,右转车辆的类型分为刚性一体式车辆与挂式车辆;

(2)收集该交叉口右转车辆的历史视频,对视频信息进行处理,获取刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内前轮各阶段的经验半径值,获取该交叉口道路的几何参数;

(3)规定当刚性一体式车辆内后轮、货车挂车牵引头内后轮到达停止线时,驾驶员开始右转,为了贴近驾驶员的实际驾驶情况,采用分阶段转弯分析,即将右转车辆转弯分为n阶段,每一阶段视车辆内前轮做匀速圆周运动,每一阶段车辆内前轮转过的圆心角是相同的,在此条件下,构建预测右转车辆行驶席卷区域模型;

(4)将步骤(1)中获取数据以及步骤(2)中获得的将刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内前轮各阶段的经验半径值,代入到预测右转车辆行驶席卷区域模型中,并预测刚进入该交叉口的右转车辆的行驶席卷区域,利用智能投影装置,将预测出右转车辆的行驶席卷区域投影到地面;

(5)建立右转车辆行驶席卷区域的迭代模型,根据步骤(1)实时捕获的右转车辆参数迭代出右转车辆行驶席卷区域,并将迭代出来的右转车辆的行驶席卷区域实时投影到地面;

所述预测右转车辆行驶席卷区域模型预测右转车辆行驶席卷区域的具体步骤如下:(4.1)构建坐标系

根据交叉口几何参数,获取刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内前轮A点距圆心的初始转弯半径R1,h1为右转车道外边线距相交道路出口道停止线距离、h2为相交道路入口道距停止线交点距离;

对每一辆进入交叉口的车辆进行分类和建立独立的坐标系,以停止线为X轴,垂直于停止线的车辆前进方向为Y轴,在刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内后轮B点右侧处取点,以该点为原点O1(0,0);

(4.2)根据刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内前轮A各阶段的经验半径值,车辆轴距、车辆轮距、内前轮圆心偏转角θ、车辆内前轮运动速度,获得刚性一体式车辆的外前轮行驶轨迹与内后轮行驶轨迹,以及货车挂车牵引车的外前轮行驶轨迹以及挂车的内后轮行驶轨迹;

(4.3)刚性一体式车辆行驶席卷区域:由外前轮行驶轨迹、内后轮行驶轨迹、车头前方、右转车辆出道口停止线之间的区域构成;挂式车辆行驶席卷区域为牵引车的外前轮行驶轨迹、挂车的内后轮行驶轨迹、挂车前方、右转车辆出道口停止线之间区域;

步骤(4.2)中获得刚性一体式车辆的外前轮行驶轨迹与内后轮行驶轨迹,以及货车挂车牵引车的外前轮行驶轨迹以及挂车的内后轮行驶轨迹,具体如下:根据刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头各阶段的内前轮经验半径值得到刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内前轮A点经验轨迹坐标,刚性一体式车辆内前轮A点运动到第i阶段转弯时,A点坐标(xA,yA)满足:Ri表示第i阶段内前轮绕圆心旋转的半径;θ表示任意时刻车辆内前轮与当前阶段圆心的连线与O1坐标系下负方向X轴的夹角,θi表示第i阶段结束时车辆内前轮和当前阶段圆心的连线与O1坐标系下负方向X轴的夹角,刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内前轮A点运动速度vA方向沿着切线方向ε1=(sinθ,cosθ);

刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内后轮B点运动速度vB方向沿着 方向,l是刚性的普通车辆、挂式车辆牵引头内前轮与内后轮之间的轴距,(xB,yB)为B点轨迹坐标;

根据匀速圆周运动几何规律得出第i阶段车辆运动时间t与θ的关系为:根据A点运动速度方向和AB连线间夹角α满足:

刚体在转弯中中轴距保持不变有:

2 2 2

(xA‑xB) +(yA‑yB) =l    (5)

vB方向与 方向一致,大小呈倍数关系,有:

计算得

由速度投影定理可知,vA与vB在AB上投影大小相等,即 整理得B点轨迹方程:

结合式(3),对式(7)进行积分即可得B点的轨迹;

根据外前轮A’点与内前轮A点几何关系,得到外前轮A’的坐标(xA’,yA’)表达式,A’轨迹方程:视为车辆在第i阶段内前轮作匀速圆周运动的圆心Oi的坐标(xoi,yoi)如下:此外,得到刚性一体式车辆内后轮、挂式车辆牵引头内后轮B点与当前阶段转弯圆心Oi的距离RB:以及刚性一体式车辆内前轮、挂式车辆牵引头内前轮A点与当前阶段转弯圆心Oi的距离RA:以Oi为原点,牵引车内后轮B与Oi连线为x轴, 为正方向,垂直于x轴的车辆行进方向为y轴正方向,建立新的动态直角坐标系;

在动态直角坐标系,挂式车辆牵引头内后轮B、挂式车辆挂车内后轮C点的坐标为:其中,l1为挂式车辆牵引头内后轮与车辆挂车内后轮之间的轴距,μ为牵引车与挂车中轴线夹角,第一阶段,μ→β1,其余阶段, β1、βf分别为刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内前轮在第一阶段和最后阶段开始时的最大转角;

其中,Rf是车辆转弯最后阶段的转弯半径,是车辆最大转弯角度;

根据步骤(5)实时捕获的右转车辆参数迭代出右转车辆行驶席卷区域,主要是对刚性一体式车辆的外前轮行驶轨迹与内后轮行驶轨迹,以及货车挂车牵引车的外前轮行驶轨迹以及挂车的内后轮行驶轨迹进行迭代,具体如下:实时抓取右转刚性一体式车辆内前轮和挂式车辆牵引头内前轮A点在O1坐标系下第j阶段结束时即第j+1阶段开始时的真实轨迹坐标Aej 计算出内前轮绕圆心O1转角γj,0

当满足临界条件 时,γ j表示经验轨迹中第j阶段结束时内前轮A点与坐标原点O1连线和横坐标轴形成的锐角夹角,表示右转刚性一体式车辆内前轮进入第j+1阶段;

抓取当前刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内前轮偏转角βej、车速vA;

右转刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内前轮在第j次迭代时第i阶段的转弯半径 如下式(17),i=1,2,…,n,其中,刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内前轮右转经验轨迹半径0

Rj=Rj;

右转刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内前轮在第j次迭代时第i阶段的转弯圆心 的坐标如式(18),其中,i=j+1,…,n,刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内前轮右转经验轨迹0

圆心Oj=Oj;

此时,当i=j时, 其他θi不变;

将式(17)、(19)迭代到下式(20)中,获得刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内前轮A第j迭代时第i阶段及后续的阶段的轨迹方程:将式(17)、(19)迭代到下式(21)中,获得刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头内后轮B第j迭代在第i阶段及后续的阶段轨迹方程:根据式(3)、(20)、(21)代入到式(7)中;获得刚性一体式车辆、挂式车辆牵引头外前轮A’第j迭代在第i阶段及后续的阶段轨迹方程;

以 点为原点,i=j+1,…,n, 点与牵引车内后轮B的连线为x轴, 方向为正方向,垂直于x轴的车辆行进方向为y轴正方向,建立新的动态直角坐标系;

得到第i阶段的RB和RA的值为:

将式(21)、(18)代入下式(22)获得牵引车第i阶段及后续的阶段的RB:将式(20)、(18)代入下式(23)获得牵引车第i阶段及后续的阶段的RA:第i阶段及后续的阶段,随时间变化的动态过程如下式:

其中,ω1为挂式车辆牵引车角速度,单位为rad/s;ω2为挂式车辆挂车角速度,单位为rad/s;vB为挂式车辆牵引头内后轮B点运动速度,单位为m/s;

对上式作积分处理,在所述动态直角坐标系中,第i阶段及后续的阶段牵引车与挂车中轴线夹角μ:其中,Ci表示第i阶段的牵引车与挂车中轴线夹角μ与时间t的函数表达式的待定常数,由每一个阶段开始时,即t=0时,牵引车与挂车中轴线夹角μ的初始值决定,初始值由摄像头获取;t为第i阶段开始后车辆的运动时间,C点在动态坐标系中的坐标为:

2.根据权利要求1所述交叉口右转车辆行驶席卷区域动态预测及警示方法,其特征在于,刚性一体式车辆行驶席卷区域与其最前方车轴的外轮行驶轨迹、最后方车轴的内轮行驶轨迹相关,将刚性一体式车辆最前方车轴的外轮、内轮分别记为外前轮A’、内前轮A,将刚性一体式车辆最后方车轴的外轮、内轮分别记为外后轮B’、内后轮B;

挂式车辆的牵引头为刚性一体式车辆,将挂式车辆的牵引头最前方车轴的外轮、内轮分别记为牵引头外前轮A’、牵引头内前轮A,将挂式车辆的牵引头最后方车轴的外轮、内轮分别记为牵引头外后轮B’、牵引头内后轮B;将挂车最后方车轴的外轮、内轮分别记为挂车外后轮C’、挂车内后轮C。