CN101296833A - 可选择的车道偏离警告系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种可选择的车道偏离检测系统(10)，适用于由操作者操作和在具有车道标志线(16)的道路上行驶的车辆(12)，该系统包括至少一个车辆状况传感器(22至28)、跟踪传感器(20)或差分全球定位系统(38)，该差分全球定位系统被配置成确定车道标志线(16)的位置与配置，以及控制器(32)，该控制器通信地耦合传感器(20至28)，并且被配置成确定车辆(12)与车道标志线(16)之间的空间关系，由操作者的喜好来确定运动驾驶操作，当确定后，修改预定警告阈值，将该关系与调整的阈值相比较；并且当该关系不超过该阈值时发出警告。

Description

可选择的车道偏离警告系统及方法

技术领域

本发明涉及适用于车辆的车道偏离警告与避免系统，并且尤其涉及被配置成检测车辆与车道边界之间的空间关系并且在警告决策算法中加入操作者或者车辆输入的可选择的车道偏离警告与避免系统。

背景技术

已经开发了车道偏离警告与避免(LDW)系统，以便辅助车辆操作者有序地导航道路。更特别地，这些交通安全系统通过向操作者警报可能的无意的车道偏离而帮助操作者(即，驾驶员)保持正确的车道对准。不同于仅当他或她穿过车道标志线之后才警报操作者的通常出现在路肩上的松土和其他测量，LDW系统先于车道偏离而提供及时的警告。进一步，LDW系统为处于中间车道以及相邻的迎面而来的车辆提供有效的警告警报，然而路肩方法却是无效的。

这些LDW系统典型地利用至少一个雷达/激光雷达、DGPS/INS以及数字地图、或摄像/视频处理传感器，以检测描绘车道边界的车道标志线。检测到的车道标志线范围典型地用于确定车道中车辆的横向位置(即，车辆车道位置)，并且基于车道位置与车辆的运动来计算跨越车道时间参数(TTLC)。如果TTLC小于预定的阈值，典型地发出警告。其他横向支持系统，例如车道保持(LK)系统，同样被开发。

然而，这些LDW系统典型地提出一种一成不变的解决方案，并且不能适应不同驾驶员的驾驶风格的变化。例如，当驶入曲线，操作者可以选择通过故意切入径向内部车道标志线，并减少他或她的预定路线的曲率而完成“运动驾驶操作”，以使得将车辆横向加速度的潜能最大化，并且承受更大的横向偏离。在这些情况下，当操作者靠近车道标志线，并且继续环绕曲线时，固定的阈值可以引发妨害的警告。不必说，这样将造成操作者的不方便和/或分心。

因此，在本领域有需要一种使用可基于操作者驾驶喜好调整的，更优选地是基于车辆输入自我调整的车道偏离警告系统。

发明内容

对于这些和其他关注，本发明提供了一种改进的车道偏离警告与避免系统，该系统利用操作者喜好或车辆输入来提高无意的车道偏离检测。尤其，在运动曲线行驶过程中，新系统有利于减少错误警报的可能性。

本发明的第一方面涉及一种可选择的车道偏离警告系统，适用于在具有至少一个车道标志线的道路上行驶的车辆并且由操作者操作。该系统包括驾驶模式选择装置，该驾驶模式选择装置可通过操作者以及控制器可在多个驾驶模式之间进行选择，至少一个传感器被配置成确定车道标志线。当车辆与车道标志线之间的空间关系，例如跨越车道时间(TTLC)小于预定阈值时，传感器与控制器被协同地配置成产生车道偏离警告。控制器通信地耦合至装置，并且被配置成基于选择的驾驶模式来修改预定阈值。

本发明的第二方面涉及自调整车道警告系统，其进一步包括至少一个被配置成确定当前的车辆状况的车辆状况传感器，车辆状况例如是偏航角速度、方向、和/或横向加速度。控制器通信地耦合至车辆状况与车道标志线检测(即，跟踪(trackng))传感器，并且被配置成将该状况与状况阈值相比较，并且当该状况超过状况阈值时，自动地将预定警告阈值修改为调整的阈值。跟踪传感器与控制器被协同地配置成确定车辆与车道标志线之间的空间关系，并且当空间关系未超出调整的阈值时，产生车道偏离警告。

本发明的第三方面涉及一种可选择的车道偏离检测系统，除去跟踪传感器之外或替代跟踪传感器，该系统还包括被配置成确定车辆当前位置坐标的差分全球定位系统(DGPS)。在该配置中，该系统进一步包括由多个地图构成的地图数据库，其中每个地图均包括多个道路位置点，以及与每个点相关的标记，该标记包括车道标志线位置的指示。控制器通信地耦合至车辆状况传感器、DGPS、以及数据库，并且被配置成将当前的位置坐标与道路位置点相匹配，将该状况与状况阈值相比较，并且当该状况超过状况阈值时，自动地将预定警告阈值修改为调整的阈值。

应该理解和知道的是，本发明提供了较之现有技术的许多优势，其中例如包括，提供更灵活，并且因此可靠的车道偏离检测系统。优选的系统进一步被配置成提供车道偏离警告系统，该系统接收操作者驾驶喜好或车辆输入，并且基于喜好或输入来修改警告标记的产生。通过将折减系数应用于曲线车道上的警告阈值中，该系统允许操作者在不需要引发车道偏离警告的情况下完成运动驾驶操作。

本发明的其他方面与优势通过以下对优选实施例的详细说明以及附加的附图是显而易见。

附图说明

参考附图，以下将对本发明的优选实施例进行详细说明，其中：

图1为根据本发明的优选实施例，在具有近以曲线的道路上行驶的车辆的平面图，尤其示出了车道标志线与示例警告区域；

图1a为根据本发明的优选实施例，在弯曲道路上以及表示运动模式驾驶喜好的沿着曲线的所减小警告区域中行驶的车辆的平面图；

图2为根据本发明的具有优选的可选择的车道偏离警告系统的车辆的平面图，尤其示出了系统的一般部件；

图3为示出根据本发明的优选实施例的通过系统执行的优选处理算法的流程图；

图4示出通过系统可执行的，用以确定车辆是否处于运动驾驶操作的优选处理算法的流程图；

图5a为在弯曲道路上处于运动驾驶操作的车辆平面图，尤其示出了包括点A和B的计划车辆路径；

图5b示出图5a中所示的车辆、道路、路径的平面图，以及车辆与从点A到B的道路中心线之间的横向位移的变化的几何图表；

图6为示出通过系统执行用以修改运动曲线行驶的跨越车道时间的阈值的流程图；

图7为根据本发明的优选实施例，装配有具有差分全球定位系统(DGPS)的可选择的车道偏离警告系统的车辆的示意性结构图；以及

图8为典型DGPS系统、车辆与操作者的正视图。

具体实施方式

本发明涉及改进的车道偏离警告与避免系统10，该系统适用于在道路或公路上行驶的车辆12，并且由操作者14操作。在此相对于汽车描述与示出该系统10，然而，在本发明的范围内，无疑可以将该系统10利用于其他基于车道的运输机械，例如码头船舶。如图1中所示，系统10被配置成检测车辆12的位置，以及至少一个描绘车道的车道边界的车道标志线16。如在此所使用的，术语“车道标志线”可以包括可视标记，例如高反射涂料或热塑性条带(无论连续或虚线线型)、路缘、中线、反射镜以及其他道路可区分边界，或埋在道路下的不可视标记，例如磁性元件。

通常，系统10被配置成确定空间关系，例如车道标志线16与车辆12之间的距离(如从传感器位置测量到的)，更优选地是确定跨越车道时间(TTLC)。如果该关系不超出预定警告阈值(即，距离或TTLC小于预定安全值)，系统10被配置成向操作者14警报可能无意的车道偏离。系统10进一步被配置成一旦车辆12完成车道偏离就解除警告，并且同样地，更优选地出现在由最早或最晚的警告线18a，b限定的警告区域18(参见图1和1a)就解除警告。最后，系统10创造性地被配置成确定或接收操作者驾驶喜好，和/或车辆输入，并且因此修改警告阈值或算法。例如，可以单独接收操作者的优先输入以便为那些倾向于“漂浮”在他们车道中的驾驶员减少警告阈值；或者，如在此进一步描述的，车辆定位、曲线位置数据、以及关于适度或运动驾驶风格的操作者的喜好输入可以认为是仅当车辆驶入曲线时才减少阈值。因此，如图1a所示，其中运动操作由车辆12完成，该车辆的当前位置与确定的曲线位置相一致，系统10进一步被配置成减小警告阈值，以使得最早的警告线18a逐渐变细，并且警告区域18被减小。

在优选实施例中，主车12可以装配有可选择的车道偏离警告系统10，该系统包括前视摄像机20、转向角传感器22、加速计24、偏航陀螺仪26、轮转速传感器28、视频/图像处理单元30、警告算法控制器32、人-车接口(HVI)34、以及驾驶模式选择装置36(参见图2)。驾驶模式选择装置36允许操作者14选择多种驾驶模式中的一个。当未超过警告阈值时，HVI装置34提供警告，例如警报声音。

图3描绘了检测无意的车道改变并且警告操作者14的优选方法。过程从步骤100处开始于，从驾驶模式选择装置36读取输入的操作者喜好的驾驶模式值，以及车辆输入，例如来自摄像机的视觉图像的帧，来自车载运动传感器(比如偏航陀螺仪26与加速计24)的信号。在步骤102中，图像处理单元30根据视觉图像数据识别车道标志线16，并且确定车辆在车道中的位置、道路曲率、以及优选地确定行驶车道的中心线。在步骤104中，利用轮转速传感器28确定车速。在步骤106中，基于在车道中的位置，以及车速确定TTLC。

随后在步骤108中分析操作者驾驶模式喜好，以确定驾驶者14是否选择了运动驾驶模式。如果已经进入运动驾驶模式选项，随后在步骤110中，确定车辆是否处于运动曲线行驶；否则过程跳转至步骤112b，在该步骤中，获得预定的TTLC阈值。如果在步骤110中确定是运动曲线行驶，将计算可变TTLC阈值，或否则在步骤112a处确定可变TTLC阈值，其中所述变TTLC阈值优选地基于车辆12的速度、偏航角速度、和/或横向加速度；否则，在步骤112b中获得预定的阈值。在步骤114中，警告算法随后将TTLC与选择的阈值进行比较。如果TTLC小于阈值，在步骤116中发出警告；否则，方法返回步骤100，并且继续，直到解除。

图4示出了自动确定车辆是否处于运动曲线行驶(即，上述步骤110)的优选方法。在第一步200中，基于由图像处理单元30识别的车道标志线或其他合适的装置，例如数字地图数据来获得道路曲率。接下来，在步骤202中，将道路曲率(ρ)与曲率阈值(ρ_th)比较，以确定道路是否出现弯曲的车道。如果曲率阈值未超过，在步骤204b中将道路识别为笔直车道。然而，如果识别为弯曲的车道，作为本发明的增强的性能，另外的车辆状况可用于步骤204a区分运动曲线行驶与适度行驶。更优选地，如图4中所示，利用偏航陀螺仪22，并且最优选地，偏航角速度、横向加速度、转向角以及速度被协同考虑。最后，如果超过状况阈值(即，偏航角速度阈值)，则在步骤206a中断定运动曲线行驶；否则，则在206b中识别为适度曲线行驶。

更特别地，如图5a和b中所示，在车辆12进行运动驾驶操作的情况下，当操作者14靠近曲线纵向中心线时，计划的轨迹与车道中心线之间的差异导致车辆12的前进方向与道路延伸方向之间产生更大差异。大的方向差异通常转而导致一定时间t_ahead后的大横向偏差。如果车辆以速度v_x与横向偏差Δy通过点A，并且车辆在t_ahead后到达点B，则实际的横向偏差将为l_t，其由l_c估算得到，l_c由车辆与道路方向的差异乘以t_ahead计算得到。可替换地，在每次采样后必须更新紧接的前两个采样的横向偏差变化率，应该知道的是，横向偏差变化率基于采样之间的行驶的曲线距离。为此，车辆12优选地包括方向传感器，例如罗盘。

在未来时间t_ahead处的横向偏差可以根据车辆12与道路之间的瞬时横向偏差，Δy、车辆速度v_x、以及道路与车辆方向来预测；并且更优选地根据以下公式：

Δy(t_ahead)＝Δy+(v_xt_ahead)sin(road_heading-vehicle_heading)，(1)

然而，应该理解的是，计算的横向位移(l_c＝Δy(t_ahead))，如图5b所示，预测的偏差比实际位移l_t大很多，因为实际位移由当车辆12靠近内部车道标志线时，方向差异的逐渐减小而产生。

从(1)，可以通过以下公式预测TTLC：

$\mathrm{TTLC}=\frac{(\mathrm{lane}\_\mathrm{width}/2)-\mathrm{\Δy}}{v_x\×\sin (\mathrm{road}\_\mathrm{heading}-\mathrm{vehicle}\_\mathrm{heading})}---\left(\text{2}\right)$

同样地，应该理解的是，相比于基于实际位移的TTLC，该值将给出更小的周期。因此，如果当TTLC小于预定的TTLC阈值(TTLC_threshold)时发出警告，并且固定TTLC_threshold，则无效警告的可能性将更大。不实现主要基于传感输入的复杂算法以确定考虑了逐渐减小的方向变化的更准确的基于l_c的TTLC，而是将系统10配置成通过调整TTLC或TTLC_threshold来减小妨害警报的可能性。

在优选实施例中，通过引入可变的比例系数k来调整横向偏差与TTLC，该比例系数优选地涉及车辆12的瞬时速度和偏航角速度。系数k(v_x，r)用于修正公式(1)和(2)，以表示以下用于计算横向偏差与TTLC的示例公式：

Δy_adjusted(t_ahead)＝Δy+k(v_x，r)(v_xt_ahead)sin(road_heading-vehicle_heading)(3)

${\mathrm{TTLC}}_{\mathrm{adjusted}}=\frac{(\mathrm{lane}\_\mathrm{width}/2)-\mathrm{\Δy}}{k(v_x,r)\×v_x\×\sin (\mathrm{road}\_\mathrm{heading}-\mathrm{vehicle}\_\mathrm{heading})}---\left(4\right)$

因此，对于发出警告的标准变为：

${\mathrm{TTLC}}_{\mathrm{adjusted}}<\mathrm{TTLC}\_\mathrm{threshold}\&DoubleLeftRightArrow;\mathrm{TTLC}<k(v_x,r)\mathrm{TTLC}\_\mathrm{threshold}---\left(5\right)$

换句话说，优选的控制器32被配置成使用k(v_x，r)与TTLC_threshold的乘积作为可变阈值，同时将横向偏差的最初计算与TTLC保持为如公式(1)和(2)中的。更优选地，k(v_x，r)由1限定，以使得k(v_x，r)≤1，并且表示折减系数。在这点上，应该知道的是，速度与偏航角速度反比于比例系数，以使得速度或偏航角速度越大，比例系数变得越小。可替换地，比例系数可以基于车辆与道路方向之间的差异。

更优选地，仅在车辆12进行运动曲线操作时使用可变阈值。确定可应用的TTLC阈值的优选方法在图6中提出，并且在步骤300中开始，在步骤300中分析乘积Δy·r。基于固定在车辆非簧载质量上的坐标惯例，应该理解的是，当车辆在道路内侧时，横向偏差与偏航角速度共享相同的符号，以使得Δy·r＞0(或大于小的预定阈值)。如果Δy·r＞0，则满足阈值，并且在步骤302a中，由k(v_x，r)×TTLC_threshold计算得到的可变阈值应用在警告判断中；否则，初始阈值用在并行的可替换步骤302b中。

可替换地，如图7和8中所示的，本发明的第二实施例包括，除了或替代前视摄像机20，差分全球定位系统(DGPS)38通信地耦合至控制器32。在该配置中，DGPS38用于提供车辆在地球惯性坐标中的绝对位置、车辆方向、以及车辆在车道中的位置。

更特别地，DGPS38包括定位装置40以及地图数据库42，该数据库由多个位置点组成。如图8中所示，优选地，定位装置40通过利用位于车辆12中的接收器44确定车辆的经度、纬度与高度坐标，并且优选地至少四个地图卫星46，48，50，52通信地耦合至接收器44。可替换地，其他位于控制点的信号源通信地耦合至接收器44，并且其他基于各种测量数据、单位、投影和基准的坐标系统可用于精确定位车辆12。优选地定位装置40被配置成将坐标与地图位置点之一联系起来。

数据库42优选地包括多个增强的数字(ED)地图，该地图由实际地理车道和道路的GPS数据构建。数据库42进一步包括并且被协同地配置成向控制器32提供精确的车道标志线位置和车道配置。为此，至少一部分点优选地包括ID链接，该链接能与在一定位置传送实际道路状况的标记相关。在该配置中，标记包括车道标志线点的标识，并且优选地包括在该点处的曲率和/或车道方向。在数据库42仅包括道路路面边界的情况下，标记可以包括道路的描述(例如，“3N2S”，用于描述三个北边界和两个南边界车道)，该标记可以由控制器32用于估计车道标志线位置。最后，数据库42可以通过传统的存储装置存储在系统10中，例如DVD-ROM、内部硬盘、或可移动存储卡，并且通过与第三方进行无线通信来进行周期性升级。

以上描述的本发明的优选形式将仅作为示例使用，并且不用于限制解释本发明的范围。如在此所提出的，在不脱离本发明的精神范围之内，所属领域技术人员容易实现对典型实施例和操作方法的明显改变。因此发明者表明他们旨在依靠方程原理确定并且评定本发明的适当合理范围，以适用于任何在以下权利要求中提出的本质上不脱离本发明，但脱离本发明字面范围的系统或方法。

Claims (20)

1.一种可选择的车道偏离警告系统，适用于在具有至少一个车道标志线的道路上行驶的车辆并且由操作者操作，所述系统包括：

驾驶模式选择装置，可通过操作者在多个驾驶模式之间进行选择，并且呈现当前所选择的驾驶模式；

至少一个传感器，可操作地检测车道标志线的相对位置与配置；以及

控制器，通信地耦合至所述装置与传感器，并且被配置成将预定警告阈值修改为多个调整的阈值之一，其中，每个调整的阈值均与多个驾驶模式中单独的一个驾驶模式相关，

所述传感器与控制器被协同地配置成确定车辆与车道标志线之间的空间关系，并且当空间关系超过与当前选择的驾驶模式相关的调整的阈值时，产生车道偏离警告。

2.根据权利要求1所述的系统，

所述驾驶模式包括运动驾驶模式，

所述控制器被配置成当选择了运动驾驶模式时修改预定阈值。

3.根据权利要求1所述的系统，

所述至少一个传感器是视觉传感器，包括摄像机以及图像处理单元。

4.根据权利要求1所述的系统，

所述空间关系是在车辆与车道标志线之间测量的跨越车道时间(TTLC)。

5.根据权利要求1所述的系统，

当车辆与车道标志线之间的绝对相对距离小于预定阈值时，所述控制器被配置成产生警告，并且当相对距离返回到大于阈值的值时，随后解除警告，以便呈现警告区域。

6.根据权利要求1所述的系统，

所述传感器进一步被配置成确定所述车道标志线的曲率，

所述控制器进一步被配置成将所述曲率与曲率阈值相比较，以便确定弯曲的车道，并且当确定了弯曲的车道时，降低警告阈值。

7.根据权利要求6所述的系统，

所述控制器进一步被配置成通过将预定阈值乘以折减系数k而修改预定阈值。

8.根据权利要求7所述的系统，

所述系数为车辆速度和偏航角速度的函数k(v_x，r)。

9.根据权利要求1所述的系统；并且

至少一个车辆状况传感器被配置成确定当前的车辆状况，

所述控制器通信地耦合至所述至少一个车辆状况传感器，并且进一步被配置成基于所述状况修改预定阈值，以便于使每个所述调整的阈值与驾驶模式和所述状况相关。

10.根据权利要求9所述的系统，

所述至少一个车辆状况传感器包括转向角传感器、加速计、偏航陀螺仪、或轮转速传感器。

11.根据权利要求10所述的系统，

多个车辆状况传感器包括转向角传感器、加速计、偏航陀螺仪、以及轮转速传感器。

12.根据权利要求9所述的系统，

所述跟踪传感器与控制器被协同地配置成检测左右车道标志线，确定道路中心线，以及道路方向，

所述至少一个状况传感器包括车速传感器与方向传感器，并且被配置成提供当前车速v_x，以及方向，

所述控制器被配置成根据在未来时间Δy(t_ahead)的中心线来预测横向位移，并且基于所述预测的横向位移来修改预定阈值。

13.根据权利要求12所述的系统，

所述状况传感器与跟踪传感器，以及控制器被协同地配置成确定车辆与中心线之间的瞬时横向位移Δy，

所述控制器进一步被配置成根据以下公式预测t_ahead处的横向位移：

Δy(t_ahead)＝Δy+(v_xt_ahead)sin(road_heading-vehicle_heading)。

14.根据权利要求13所述的系统，

所述跟踪传感器与控制器被协同地配置成进一步确定平均车道宽度，lane_width，

所述空间关系是车辆与车道标志线之间的跨越车道时间(TTLC)，并且根据以下公式确定：

$\mathrm{TTLC}=\frac{(\mathrm{lane}\_\mathrm{width}/2)-\mathrm{\&Delta;y}}{v_x\&times;\sin (\mathrm{road}\_\mathrm{heading}-\mathrm{vehicle}\_\mathrm{heading})}.$

15.一种自调整车道偏离警告系统，适用于在具有至少一个车道标志线的道路上行驶的车辆，所述系统包括：

至少一个车辆状况传感器，被配置成确定当前车辆状况，

至少一个跟踪传感器，可操作地检测车道标志线的相对位置与配置；以及

控制器，通信地耦合至车辆状况传感器与跟踪传感器，并且被配置成将所述状况与状况阈值相比较，并且自动将预定警告阈值修改为调整的阈值，其中当所述状况超过了所述状况阈值时，调整的阈值与所述状况相关，

所述跟踪传感器与控制器被协同地配置成确定车辆与车道标志线之间的空间关系，并且当所述空间关系超过所述调整的阈值时，产生车道偏离警告。

16.根据权利要求15所述的系统，

所述至少一个车辆状况传感器包括转向角传感器、加速计、偏航陀螺仪、或轮转速传感器，使得所述状况包括方向盘角度、横向加速度值、偏航角速度、或车速。

17.根据权利要求15所述的系统，

所述跟踪传感器与控制器进一步被配置成协同地确定车道曲率，并且将车道曲率与曲率阈值相比较，以便于确定弯曲的车道，

所述控制器进一步被配置成当所述状况超过所述状况阈值，并且确定弯曲的车道时，自动将预定警告阈值修改为调整的阈值。

18.一种可选择的车道偏离检测系统，适用于由操作者操作和在道路上行驶的车辆，所述系统包括：

至少一个车辆状况传感器，被配置成确定当前车辆状况；

差分全球定位系统(DGPS)，被配置成确定车辆的当前位置坐标；

地图数据库，包括多个地图，其中每个地图均包括多个道路位置点，以及与每个点相关的标记，并且所述标记包括车道标志线位置的指示；并且

控制器，通信地耦合至车辆状况传感器、DGPS、以及数据库，并且被配置成将当前位置坐标与道路位置点相匹配，将所述状况与状况阈值相比较，并且当所述状况超过了所述状况阈值时，自动将预定警告阈值修改为调整的阈值，

所述控制器、DGPS、以及数据库被协同地配置成确定车辆位置点与最近的道路标志线点之间的空间关系，并且当所述空间关系超过调整的阈值时，产生车道偏离警告。

19.根据权利要求18所述的系统，

所述标记进一步包括在车辆位置点处的道路曲率，

所述控制器进一步被配置成将所述曲率与曲率阈值相比较，以便于确定弯曲的车道，当所述状况超过所述状况阈值，并且所述曲率超过所述曲率阈值时，修改预定阈值。

20.根据权利要求18所述的系统，

所述DGPS以及控制器被协同地配置进一步确定当前的车辆方向，

所述标记进一步包括车辆点处的道路方向，

所述空间关系是车辆与最近的车道标志线之间的跨越车道时间(TTLC)，其中TTLC是车辆与道路方向之间差异的函数。

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