CN101239626A - 虚拟道路边界的辅助驾驶装置 - Google Patents

Abstract

一种虚拟道路边界的辅助驾驶装置，是设于一汽车内，该汽车内设有一用以控制方向盘转动的辅助转向构件，而该虚拟道路边界的辅助驾驶装置包括一处理器、一影像撷取模组以及一辅助控制模组，该影像撷取模组是设于汽车上以撷取车辆前方影像，并送予前述处理器分析汽车是否行驶偏离车道中央，当处理器检知汽车行驶偏离车道时，即驱动所述辅助控制模组转动该辅助转向构件以帮助汽车行驶回车道中央；这样，当汽车行驶偏离车道时本发明可辅助驾驶员将车辆行驶回到车道中央，而令驾驶员有一种行驶于一虚拟的凹状路面上的操控感觉。

Description

虚拟道路边界的辅助驾驶装置

技术领域

本发明涉及一种虚拟道路边界的辅助驾驶装置。

背景技术

在现今社会中，汽车普及程度的高，几乎达到每个家庭均拥有一台汽车；而为了适应汽车数量的逐年上升以及提高国内旅游质量，近年来几条重要的高速道路亦逐渐完工，因此民众行驶高速道路的机会也随之大增。

一般而言，当汽车行驶于高速路段时，由于车速极高，因此只要驾驶员控制方向盘稍有偏差，即会大幅度改变车辆的行驶路线，如驾驶员稍有不慎或打瞌睡造成方向盘稍许偏移，便容易导致车祸发生。

为此，有厂商推出一种车道偏移警示装置，是在汽车上设置一视讯单元以拍摄车辆前方影像，再由一处理器判断车辆是否偏移车道，若车辆确已偏离车道，则处理器驱动一声音警示单元发出警告。

前述车道偏移警示装置虽可针对汽车偏移车道作出应对动作，但由于汽车仍是由驾驶员操作，因此该车道偏移警示装置仅具有形式上的警示作用，而不具有实质防止危险发生的功效。

发明内容

为了避免驾驶员控制方向盘稍有偏差，即会大幅度改变车辆的行驶路线，从而易发生车祸的问题，本发明提供一种虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其在汽车行驶偏离车道时，可主动帮助驾驶员将汽车驶回车道中央，达到实际辅助驾驶员将车辆保持于车道中央行驶的效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其特征在于，是设于一汽车内，该汽车内设有一用以控制方向盘的辅助转向构件，而该辅助驾驶装置包括：一处理器；一影像撷取模组，是设于汽车上以撷取车辆前方影像，并送予前述处理器分析汽车是否行驶偏离车道；一辅助控制模组，是连接前述处理器与该辅助转向构件，当处理器检知汽车行驶偏离车道时，即驱动该辅助控制模组操作辅助转向构件以令汽车行驶回车道内。

前述的辅助驾驶装置，其中辅助控制模组包括一马达与一减速齿轮，该马达是连接处理器和辅助转向构件，由处理器驱动马达带动辅助转向构件转动方向盘，而该减速齿轮是与处理器和该马达连接，由处理器控制驱动减速齿轮调整马达转速，以控制马达带动辅助转向构件转动方向盘的转角大小。

前述虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其中辅助控制模组进一步包括一离合器，该离合器设于辅助转向构件与马达之间，由处理器控制所述离合器改变该辅助转向构件与马达的连接状态。

前述虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其中进一步包括一扭力传感器，该扭力传感器是设于前述辅助转向构件上以检知转动方向盘的扭力大小，并将检知结果送至前述处理器；该处理器进一步可取得方向灯信号，当处理器判断方向灯被启动或转动方向盘的扭力大于一界限值时，即控制该离合器切断辅助转向构件与马达的连接。

前述虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其中处理器进一步可取得煞车信号，当煞车被启动时，处理器将控制该离合器切断辅助转向构件与马达的连接。

前述虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其中影像撷取模组包括一影像处理器以及一摄影单元，该影像处理器是连接前述处理器，而该摄影单元则连接该影像处理器，由该影像处理器将摄影单元所撷取到的影像数据处理后送予处理器。

前述虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其中处理器进一步可取得车速信号，且内建一辅助驾驶模式，其包括下列步骤：取得影像，当该扭力传感器侦测到有扭力输入时，即判断驾驶员是手握方向盘，由处理器自影像撷取模组取得汽车前方的影像数据；取得目前行车速度，由处理器取得车速信号得知目前行车速度；分析汽车行径路线，由处理器依据汽车前方的影像数据、方向盘的转角大小以及车速信号计算预测汽车的未来行径路线；判断汽车是否即将偏离车道中央，由处理器依据前述汽车的未来行径路线判断汽车是否即将行驶偏离车道中央；若判断汽车不致偏离车道中央，则结束流程；若判断汽车将偏离车道中央，则推算转正汽车所需方向盘转角，由处理器根据方向盘的转角大小、车速信号以及汽车的未来行径路线推算出欲转正汽车回到车道中央所需的一修正转动角度；驱动方向盘转向，由处理器驱动马达带动转向机柱转动方向盘，并配合减速齿轮改变马达转速以调整方向盘按照该修正转动角度转动；判断方向盘是否已转动到修正转动角度，由处理器检知方向盘是否已按照该修正转动角度转动，若是则结束，若否则继续推算转正汽车所需的方向盘转角步骤。

前述虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其中处理器进一步可取得车速信号，且内建有一自动修正模式，该自动修正模式包括下列步骤：取得影像，当该扭力传感器并未侦测到有扭力输入时，即判断驾驶员此时并未手握方向盘，由处理器自影像撷取模组取得汽车前方的影像数据；分析汽车是否已行驶到车道边缘，由处理器解析前述影像数据，了解目前汽车是否已行驶到车道边缘；若汽车并未行驶到车道边缘，则继续该取得影像的步骤；若汽车已行驶到车道边缘，则取得目前行车速度，并推算转正汽车所需方向盘转角，由处理器取得车速信号后，配合影像数据推算出欲转正汽车回到车道中央所需的转动角度；驱动方向盘转向，由处理器驱动马达带动辅助转向构件转动车轮，并配合减速齿轮改变马达转速以调整车轮转动；持续取得影像，于驱动方向盘转向步骤后持续取得汽车前方的影像数据；分析汽车是否已回到车道中央，由处理器根据影像数据分析目前汽车是否已回到车道中央；若汽车已回到车道中央，则结束流程；若汽车尚未回到车道中央，则回到该推算转正汽车所需方向盘转角的步骤。

前述虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其中在所述推算转正汽车所需方向盘转角步骤中，是推算出一变向转动角度、一回正转动角度以及一微调转动角度以渐进地修正汽车转向，其中该变向转动角度是用以将汽车转朝回到车道中央的方向，该回正转动角度是用以进一步令汽车转正驶回车道中央，而该微调转动角度则是用作最后的调整，令汽车行驶于车道中央。

利用上述技术手段，本发明借由该影像撷取模组的拍摄以及该处理器的运算，而可获知汽车已偏离车道，此时处理器会操作该辅助控制模组向该辅助转向构件提供一力矩，令方向盘转动，进而使汽车行驶回车道中央。

本发明的有益效果是：其在汽车行驶偏离车道时，可主动帮助驾驶员将汽车驶回车道中央，达到实际辅助驾驶员将车辆保持于车道中央行驶的效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一较佳实施例安装于一汽车上的示意图。

图2是本发明一较佳实施例的功能方块图。

图3是本发明的自动修正模式的流程图。

图4是本发明的自动修正模式修正汽车行驶回车道的示意图。

图5是本发明的辅助修正模式的流程图。

图6是本发明的辅助修正模式令汽车有如行驶于一向车道中央下凹的凹状路面示意图。

图7是本发明的暂时除能机制的流程图。

图中标号说明：

101车轮

11方向盘        12转向机柱

21处理器        22影像撷取模组

221影像处理器   222摄影单元

23扭力传感器    25辅助控制模组

251马达         252减速齿轮

253离合器

具体实施方式

关于本发明虚拟道路边界的辅助驾驶装置的一较佳实施例，请参阅图1与图2所示，是设于一汽车内，该汽车具有一控制方向盘11转动的辅助转向构件，该辅助转向构件包括一连接方向盘11与车轮轴(图中未示)的转向机柱12、车轮轴上的转向齿轮(图中未示)或其它可能的辅助转向构件，而该虚拟道路边界的辅助驾驶装置包括一处理器21、一影像撷取模组22、一扭力传感器23以及一辅助控制模组25。

该处理器21是本发明虚拟道路边界的辅助驾驶装置的处理中枢，其设于汽车内，且可取得方向灯信号、煞车信号以及车速信号，而所述处理器21内建有一自动修正模式、一辅助修正模式以及一暂时除能机制(容后详述)。

该影像撷取模组22是设于汽车上以撷取前方影像，并送予前述处理器21分析汽车是否行驶偏离车道，在本实施例中，所述影像撷取模组22是设于汽车的前挡风玻璃内侧；请进一步参阅图2所示，该影像撷取模组22包括一影像处理器221以及一摄影单元222，其中：

该影像处理器221是连接前述处理器21，用以处理影像数据；

该摄影单元222则连接该影像处理器221，由该影像处理器221将摄影单元222所撷取到的影像数据处理后送予处理器21，由处理器21判断车辆是否行驶偏离车道。

该扭力传感器23在本实施例中是设于前述辅助转向构件的转向机柱12上，并连接前述处理器21以检知驾驶员转动方向盘11的扭力大小。

该辅助控制模组25是连接前述处理器21与该辅助转向构件，如图2所示，在本实施例中所述辅助控制模组25包括一马达251、一减速齿轮252以及一离合器253，其中：

该马达251是与处理器21和辅助转向构件连接，在本实施例中是和辅助转向构件中的转向机柱12连接，由处理器21控制所述马达251以带动该转向机柱12转动车轮101；

该减速齿轮252是与处理器21和马达251连接，由处理器21控制转动以调整马达251转速；

该离合器253是设于辅助转向构件中的转向机柱12与马达251之间，可由该处理器21操作所述离合器253控制转向机柱12与马达251的连接与否。

关于前述自动修正模式，请参阅图3所示，包括下列步骤：

取得影像300，当该扭力传感器23并未侦测到有扭力输入时，即判断驾驶员此时并未手握方向盘11，由处理器21自影像撷取模组22取得汽车前方的影像数据；

分析汽车是否已行驶到车道边缘301，由处理器21解析前述影像数据，了解目前汽车是否已行驶到车道边缘；

若汽车并未行驶到车道边缘，则继续该取得影像300的步骤；

若汽车已行驶到车道边缘，则取得目前行车速度302，并推算转正汽车所需方向盘转角303，处理器21取得车速信号后，配合影像数据推算出欲转正汽车回到车道所需的一变向转动角度、一回正转动角度以及一微调转动角度，该等转动角度主要是为渐进地修正汽车转向，其中该变向转动角度是用以将汽车转朝回到车道中央的方向，该回正转动角度是用以进一步令汽车转正驶回车道中央，而该微调转动角度则是用作最后的调整，令汽车行驶于车道中央；

驱动方向盘转向304，由处理器21驱动马达251带动辅助转向构件中的转向机柱12转动方向盘11，并配合减速齿轮252改变马达251转速以调整方向盘11转动，请参阅图4所示，先调整方向盘11按照该变向转动角度转动，令汽车转朝向回到车道中央的方向行驶，接着再调整方向盘11按照该回正转动角度转动，令汽车行驶于车道中央，最后，再以该微调转动角度转动方向盘11，以令汽车确实行驶于车道中央；

再取得影像305，在驱动方向盘转向304步骤后再次取得汽车前方的影像数据；

分析汽车是否已回到车道中央306，由处理器21根据影像数据分析目前汽车是否已回到车道中央；

若汽车已回到车道中央，则结束307流程；

若汽车尚未回到车道中央，则回到该推算转正汽车所需方向盘转角303的步骤。

上述自动修正模式主要是当驾驶员未手握方向盘11时，主动侦测汽车是否行驶于车道中央，若否，则在汽车行驶到车道边缘时，主动控制方向盘11以渐进方式修正汽车的行驶方向，令汽车行驶于车道中央。

另前述辅助修正模式，是在驾驶员转动方向盘11时启动，请参阅图5所示，包括下列步骤：

取得影像400，当该扭力传感器23侦测到有扭力输入时，即判断驾驶员是手握方向盘11，由处理器21自影像撷取模组22取得汽车前方的影像数据；

取得目前行车速度401，是处理器21取得车速信号后换算而知；

分析汽车行径路线402，是处理器21依据汽车前方的影像数据、方向盘11的转角大小以及车速信号计算预测汽车的未来行径路线；

判断汽车是否即将偏离车道中央403，由处理器21依据前述汽车的未来行径路线判断汽车是否即将行驶偏离车道中央；

若判断汽车不致偏离车道中央，则结束404流程；

若判断汽车将偏离车道中央，则推算转正汽车所需的方向盘转角405，由处理器21根据目前方向盘11的转角大小、车速信号以及汽车的未来行径路线推算出欲转正汽车回到车道中央所需的一修正转动角度；

驱动方向盘转向406，由处理器21驱动马达251带动辅助转向构件中的转向机柱12转动方向盘11，并配合减速齿轮252改变马达251转速以调整方向盘11按照该修正转动角度转动，当方向盘11所需转动的角度越大时，马达251所需的转速越高，因此如驾驶员可清晰地感受到方向盘11被马达251推动的力量，因而给予驾驶员一种若要令汽车驶离车道，会感受到一股反方向力量在带动方向盘11抗拒驾驶员转动方向盘11，以令汽车驶回车道中央，之后再继续进行该取得影像400的步骤。

请参阅图6所示，当汽车偏离车道中央时，上述辅助修正模式是主动控制方向盘11朝反方向转动，因此虽然汽车行驶于一平坦路面31上，若一旦汽车偏离道路中央，该辅助修正模式主动控制方向盘11的力量即会令驾驶员感觉汽车有如受到重力影响而回到道路中央一般，而如同行驶于一向道路中央下凹的凹状路面32的错觉；故，该辅助修正模式除可帮助将汽车行驶回车道内之外，亦具有告知驾驶员正转动方向盘11朝向偏离车道方向行进的功效。

又请参阅图7所示，关于该暂时除能机制，主要是当驾驶员欲变换车道，例如驾驶员欲变换行车车道或前方遭遇紧急事故而必须变换车道时，可将上述辅助驾驶模式与自动修正模式解除，避免造成驾驶员驾车受到干扰，该暂时除能机制在方向灯启动、煞车启动或方向盘强制转向任一条件符合即启动，包括下列步骤：

判断是否达到启动条件，由处理器21判断是否收到方向灯信号500或煞车信号501，或处理器21通过扭力传感器23检知驾驶员转动方向盘11的扭力大小是否大于一界限值502；

若无任一条件符合，则持续判断是否达到启动条件；

若前述条件有一符合，则解除对方向盘的控制503，由处理器21控制离合器253切断转向机柱12与马达251的连接，令本发明虚拟道路边界的辅助驾驶装置暂时不再控制方向盘11转动。

由上述可知，本发明虚拟道路边界的辅助驾驶装置可达到下列功效：

1.若汽车原本已行驶于车道内，而驾驶员在并未要改变车道的情况下令方向盘稍有偏离，该辅助驾驶模式即会启动，并配合汽车偏移程度的大小，而增减马达的转速，因此驾驶员会感受到犹如有一阻力在推动方向盘朝反方向转动，而有如行驶于一向车道中央下凹的凹状路面上，当汽车可能偏移的程度越大，则驾驶员会感受到本发明虚拟道路边界的辅助驾驶装置对方向盘施以较大的反向力矩，故有助于维持汽车行驶于车道内。

2.若驾驶员未转动方向盘时，本发明的自动修正模式亦会主动检知汽车是否行驶于车道内，若无则会主动令汽车行驶回到车道内。

3.如驾驶员欲改变车道而启动方向灯，或前方路况发生紧急事故导致驾驶员采煞车或强制转动方向盘时，本发明的暂时除能机制即会启动，由该离合器切断转向机柱与马达的连接，暂时停止对方向盘转向的控制，以避免造成驾驶员驾车受到干扰，确保行车安全。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

综上所述，本发明在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关发明专利要件的规定，故依法提起申请。

Claims (9)

1. 一种虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其特征在于，是设于一汽车内，该汽车内设有一用以控制方向盘的辅助转向构件，而该辅助驾驶装置包括：

一处理器；

一影像撷取模组，是设于汽车上以撷取车辆前方影像，并送予前述处理器分析汽车是否行驶偏离车道；

一辅助控制模组，是连接前述处理器与该辅助转向构件，当处理器检知汽车行驶偏离车道时，即驱动该辅助控制模组操作辅助转向构件以令汽车行驶回车道内。

2. 根据权利要求1所述的辅助驾驶装置，其特征在于所述辅助控制模组包括一马达与一减速齿轮，该马达是连接处理器和辅助转向构件，由处理器驱动马达带动辅助转向构件转动方向盘，而该减速齿轮是与处理器和该马达连接，由处理器控制驱动减速齿轮调整马达转速，以控制马达带动辅助转向构件转动方向盘的转角大小。

3. 根据权利要求2所述虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其特征在于所述辅助控制模组进一步包括一离合器，该离合器设于辅助转向构件与马达之间，由处理器控制所述离合器改变该辅助转向构件与马达的连接状态。

4. 根据权利要求3所述虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其特征在于进一步包括一扭力传感器，该扭力传感器是设于前述辅助转向构件上以检知转动方向盘的扭力大小，并将检知结果送至前述处理器；该处理器进一步可取得方向灯信号，当处理器判断方向灯被启动或转动方向盘的扭力大于一界限值时，即控制该离合器切断辅助转向构件与马达的连接。

5. 根据权利要求4所述虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其特征在于所述处理器进一步可取得煞车信号，当煞车被启动时，处理器将控制该离合器切断辅助转向构件与马达的连接。

6. 根据权利要求1至5中任一项所述虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其特征在于所述影像撷取模组包括一影像处理器以及一摄影单元，该影像处理器是连接前述处理器，而该摄影单元则连接该影像处理器，由该影像处理器将摄影单元所撷取到的影像数据处理后送予处理器。

7. 根据权利要求5所述虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其特征在于所述处理器进一步可取得车速信号，且内建一辅助驾驶模式，其包括下列步骤：

取得影像，当该扭力传感器侦测到有扭力输入时，即判断驾驶员是手握方向盘，由处理器自影像撷取模组取得汽车前方的影像数据；

取得目前行车速度，由处理器取得车速信号得知目前行车速度；

分析汽车行径路线，由处理器依据汽车前方的影像数据、方向盘的转角大小以及车速信号计算预测汽车的未来行径路线；

判断汽车是否即将偏离车道中央，由处理器依据前述汽车的未来行径路线判断汽车是否即将行驶偏离车道中央；

若判断汽车不致偏离车道中央，则结束流程；

若判断汽车将偏离车道中央，则推算转正汽车所需方向盘转角，由处理器根据方向盘的转角大小、车速信号以及汽车的未来行径路线推算出欲转正汽车回到车道中央所需的一修正转动角度；

驱动方向盘转向，由处理器驱动马达带动转向机柱转动方向盘，并配合减速齿轮改变马达转速以调整方向盘按照该修正转动角度转动；

判断方向盘是否已转动到修正转动角度，由处理器检知方向盘是否已按照该修正转动角度转动，若是则结束，若否则继续推算转正汽车所需的方向盘转角步骤。

8. 根据权利要求5或7所述虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其特征在于所述处理器进一步可取得车速信号，且内建有一自动修正模式，该自动修正模式包括下列步骤：

取得影像，当该扭力传感器并未侦测到有扭力输入时，即判断驾驶员此时并未手握方向盘，由处理器自影像撷取模组取得汽车前方的影像数据；

分析汽车是否已行驶到车道边缘，由处理器解析前述影像数据，了解目前汽车是否已行驶到车道边缘；

若汽车并未行驶到车道边缘，则继续该取得影像的步骤；

若汽车已行驶到车道边缘，则取得目前行车速度，并推算转正汽车所需方向盘转角，由处理器取得车速信号后，配合影像数据推算出欲转正汽车回到车道中央所需的转动角度；

驱动方向盘转向，由处理器驱动马达带动辅助转向构件转动车轮，并配合减速齿轮改变马达转速以调整车轮转动；

持续取得影像，于驱动方向盘转向步骤后持续取得汽车前方的影像数据；

分析汽车是否已回到车道中央，由处理器根据影像数据分析目前汽车是否已回到车道中央；

若汽车已回到车道中央，则结束流程；

若汽车尚未回到车道中央，则回到该推算转正汽车所需方向盘转角的步骤。

9. 根据权利要求8所述虚拟道路边界的辅助驾驶装置，其特征在于在所述推算转正汽车所需方向盘转角步骤中，是推算出一变向转动角度、一回正转动角度以及一微调转动角度以渐进地修正汽车转向，其中该变向转动角度是用以将汽车转朝回到车道中央的方向，该回正转动角度是用以进一步令汽车转正驶回车道中央，而该微调转动角度则是用作最后的调整，令汽车行驶于车道中央。

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