CN101474981B - 换道控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明总的涉及一种用于车辆的视觉系统，特别是一种后视系统，其给车辆驾驶员提供在车辆后侧方向的景象信息。更具体地，本发明涉及一种后视视觉系统，其在外后视镜中采用图象采集装置(例如CMOS成像阵列)来支持驾驶员辅助系统中的换道。

Description

换道控制系统 

发明背景 

本发明总的涉及一种用于车辆的视觉系统，特别是涉及一种给车辆驾驶员提供车辆后方的景象信息的后视视觉系统。更具体地，本发明涉及一种后视视觉系统，该视觉系统在外后视镜中采用图像采集装置，例如互补金属氧化物半导体(CMOS)成像阵列，以便支持驾驶员辅助系统中的换道。 

背景技术

在车辆后视视觉系统领域，一直想要实现的是，通过采用图像采集装置(例如摄像机)与显示器的结合，消除外后视镜或至少使外后视镜最小化。这是有利的，因为这样可以减少车辆上的风阻、风噪以及车重，因此结果是减少了车辆CO2的排放。此外，后视镜从车辆侧面突出一段距离，这使得在狭窄空间内操纵车辆变得更困难。图像采集装置能够布置在车辆上的更多位置处，提供了更灵活多样的车辆结构样式。装备有传统后视镜系统的车辆在车侧和车尾常有盲点，进一步希望，摄像机系统能显著减少这些盲点。在驾驶员不转动身体的情况下，他或她不能感知在这些盲点中的车辆、物体、或其他道路使用者，而转动身体会干扰向前看的视觉行为。 

基于摄像机的车辆后视系统在商业上还未得到认可，此外，在不同法律下不允许作为独立的解决方案。前述系统的一个困难是，它们以难于理解的方式呈现了大量的视觉信息。这个困难由多种因素引起。为显著减少盲点，多个图像采集装置通常布置在车辆上的不同位置。在装备有图象采集装置的车辆后面的物体的图像通常在同一时间通过不止一个图像采集装置采集并且呈现在多副图像中。这样可能会使驾驶员混淆是否出现了不止一个物体。 

当通过后视镜观看景象时，与景象的双目或立体视图相比，摄像机系统提供了景象的单目视图。这使得在摄像机系统中判断距离的能力成为问题。这一影响在接近于车辆的距离处最明显，在此，立体成像大部分依赖于驾驶员来判断多个物体的相对位置。因此，已知的摄像机系统很难在最需要提供信息的位置(在距离周围物体很小间距的位置处)提供给驾驶员重要信息。 

摄像机系统的另一个困难在于，为提供足够的信息量，摄像机系统通常呈现给驾驶员非常大的视野。这样通过进一步减少车辆侧部和后部的盲点而改善了性能。然而，视野的增加通常是通过采用广角镜头得到的，这引起了图像的变形，并且进一步削弱了驾驶员判断所呈现的物体距离的能力。这种景象变形的问题是，驾驶员必须更加集中注意力于显示器，并且花大量时间去分析提取所需信息。这进一步使驾驶员不能专心于保持注意车辆以及被驾驶的车辆附近的物体的主要视觉工作。 

在美国专利US 5670935中公开一种后视系统，其中一个图像采集装置相对于车辆行驶方向向后定向。显示系统显示出从图像采集装置输出的经合成的图像。可提供多个图像采集装置，并且显示系统显示出从图像采集装置输出的经合成的一整体图像，该图像类似于从单个位置(例如从车辆前方)朝向后方的视野。为建立该系统，至少三个视频摄像机必须安装在车辆上，以便得到必须的视野的交叠，以及避免盲点区域。在该专利中，信息还是显示在显示屏上，这使得驾驶员必须在宽窄之间调节眼睛。 

另一美国专利US 2006 0250224公开了一种解决方案，其中车辆附近环境的全貌不是通过视频显示器呈现，而是通过警报灯呈现。警报灯通过由视频控制的摄像机系统启动，其中第一视频传感器布置在后视镜中，第二视频传感器布置在车辆尾灯中。这里，车辆一侧的盲点探测通过两个沿车道向后看的视频传感器来实现。 

日本专利JP 2003118487公开了两个传感器，其用于记录用于记录系统和全图像显示的视频图像。该传感器为广角传感器，其具有相对于车辆的倾角。该系统不是用于减少盲点而是用于辅助换道。 

很多盲点探测系统是已知的，其采用多个布置在车辆不同位置的摄像机。在车辆上采用多个摄像机使得必须将摄像机连接到通讯系统、总线系统以及将电连接装置带到车辆的不同摄像机位置。这对于安全系统的制造来说是额外的工作和额外的花费。 

发明内容

本发明涉及通过显著减少必须安装在车辆上的所需设备，而减少后视系统中的视觉信息。本发明允许摄像机系统在电连接装置仍然可用的位置处使用。 

本发明的一种用于支持换道的方法是基于两个外部视频系统的使用，所述视频系统布置成具有交叠的视野以避免盲点区域。 

本发明采用两个视频传感器，其优选布置在车辆的后视镜中，这可得到摄像机的交叠的视野的最优位置。该车道控制系统的优点是，在车辆两侧采用已知的盲点摄像机，使得通过摄像机可提供完整的换道控制系统。其中限定传感器视角并沿车辆外轮廓延伸的最接近该车辆的界线相对于车辆行驶方向Z倾斜至少3度角延伸。 

因为后视镜连接于电源或连接于用于数据交换的车辆通信总线，所以本发明的摄像机系统不需要额外的车辆配线。 

附图说明

图1示出现有技术中的盲点探测方案(由于拖车遮蔽)。 

图2示出在不同交通状况下的现有技术(由于车辆遮蔽)。 

图3示出本发明的示意图。 

图4示出交通状况下的本发明。 

图5示出在另一交通状况下的本发明。 

图6示出具有传感器的后视镜的一种实例。 

图7示出具有传感器的后视镜的另一实例。 

图8示出车道控制系统的视角。 

图9示出第一系统结构。 

图10示出第二系统结构 

具体实施方式

图1示出多车道公路的俯视图，其中三辆车A、B、C在大约同一方向驾驶。第一辆车A具有两个探测后方交通的传感器。第一传感器与驾驶员侧的外后视镜为一整体，同时，第二传感器安装在第二后视镜中。浅灰色区域1和2示出两个传感器相对于车辆A行驶方向向后的视野。该传感器为普通盲点探测传感器，其能够探测在安全区域内接近的车辆，该安全区域通过软件确定。车辆A的向后的视野对于车辆两侧的盲点探测是足够的。为了控制换道系统的车道，额外的传感器需安装在车辆后侧，其视野3用深灰色标出。在图1所示交通状况中，车辆A具有拖车T。在车辆A中，车辆B的接近通过区域2中的第二后视镜的传感器探测。车辆C的接近未被探测到，这是由于盲点传感器1和2的视野被限制在较小的区域，主要由于拖车隐蔽了车辆C的接近。 

同样在图2所示的交通状况中，车辆C的接近在传统系统中不能被探测到。这里，车辆D隐蔽了车辆C的接近。在区域1和2的传感器再次未能探测到车辆C，并且中后部的传感器的视野被随后的车辆D遮挡。 

图3示出本发明构思的示意图。两个传感器区域1和2以这样的方式适配，使得两个安装好的传感器的视野在车辆后侧交叠。这个构思的目的是，延伸盲点探测传感器的接近探测区域，并使视角相对于车辆的方向倾斜。该倾斜角度以这样的方式选择，其中传感器沿着车辆的方向观测，不产生车辆图像拖尾或仅仅少许拖尾。该目的是为了在该车辆后面大约一个至两个车长处获得交叠的区域4，以便探测到接近的车辆。 

图4示出采用车道控制系统来探测车辆A后面的全部车辆的接近的交通状况。安装的两个传感器具有探测区域1和2，其类似于现有盲点探测系统延伸。所述区域相对于车辆A的行驶方向Z稍微倾斜。紧随于车辆A的车辆D不再遮挡车辆C的接近。倾斜的区域1探测到车辆C的接近。换道系统必须探测离车辆A尽量远的车辆，并且推测出接近车辆的实际速度。 

图5示出一种交通状况，其中车辆A牵引着拖车T。在拖车后面被隐藏的区域不能被已有的系统探测到。但是传感器延伸且倾斜的视野使得车辆C被探测到。 

图6示出包括传感器12的后视镜8的实例，传感器在这里被定位在远离车辆的位置。后视镜8在本实例中具有附于车辆9上的支架和后视镜头部10。后视镜头部包括反射元件11。传感器12可以被定位在如图7所示的第二实施方式中的多个位置。在本实施方式中，传感器12与后视镜为一整体，其同样可以定位在镜片后侧，定位在支架上，在后视镜壳体上或后视镜架上。 

可选择地，传感器12可被容纳在后视镜外侧的镜角上，在第三个侧转向灯上，或在驾驶员侧车门的把手握紧条上，或在图8所示其他位置上，如在车顶上。 

传感器12可为例如，数码相机、测距相机、激光系统或雷达系统。运动传感器和其他范围测量系统同样可以。不同传感器类型同样可组成传感器组。 

传感器12具有如图8所示大约60度至80度的视角α，具有沿车辆A车身外轮廓延伸的最接近该车辆的视野1的界线；换句话说，该界线相对于车辆行驶方向Z倾斜大约5度角延伸。该探测和/或分析范围是50到150米。 

根据图9所示，传感器12连接于控制器13，控制器13连接于警报输出装置15。 

根据图10所示，传感器12连接于中央辅助控制器14。中央辅助控制器14连接于警报输出装置15。在另一实施方式中，传感器和控制器不是独立装置，而是结合成一个装置。在另一实施方式中，独立的警告装置被启动。 

传感器12用于探测运动中的物体，例如，行驶的物体B、C、D，其相对于车辆A以这样的方式运动，其中如果车辆A的驾驶员不能通过改变行驶方向Z或车速而作出反应的话，之后将不可避免地发生碰撞。通过对传感器数据适当地处理，运动方向、速度及其变化将在解释 单元中连续处理，并与车辆A的相应数据进行比较。通过这些数据计算出可能的碰撞点或相遇，相遇是指还未发生碰撞但是小于最小距离。这两种可能均被认为是危险状况。 

驾驶员换道辅助控制通过这些数据导出。车辆保持运行的方向和速度，或改变其中一个或两个都改变会增加了碰撞危险，从该事实出发，换道控制系统认为，车辆A的驾驶员并未认识到在外后视镜盲点中的接近物体。在第一阶段中，该系统通过在外后视镜上或其附近的点亮或闪烁的视觉信号，强迫驾驶员观察外后视镜。通常，依然未认识到危险的车辆A驾驶员将会转过头朝向相应的外后视镜的一侧，注意到后侧的车辆B、C、D，并且作出适当的反应以便避开危险。 

来自于第一警报阶段的该视觉信号通过光源发出，该光源是在美国专利US 20060250224中描述的灯的形式。 

该模块可同样设置在经受雾气的车门区域内。然后，该模块可按保护协议IP 67设计。在本文中，线路是位于密封的区域内。可以省略大体积的、密封的连接器。然后，镜头和CMOS电子装置可粘结于壳体当中。 

该车道控制系统的软件是客户定制的。其可以通过驾驶员或服务商进行定制。其可用于车辆中除车道控制盲点系统以外的其他应用软件。必须提供至车辆通讯总线的接口。传感器12的设置可基于车辆的载重而自动校正。此外，多种不同的工作状态或驾驶员特定的设置可预先编入程序，例如，基于驾驶员的特定视野。在这点上，可以考虑驾驶员的座椅位置、驾驶员个体的视觉灵敏度、驾驶员的反应时间等等。 

物体B、C、D相对于载有车道控制系统的车辆A的速度可为最小。这样，即使两个以大约相同速度行驶的车辆在换道过程中相互接近，这也是可以探测到的。相反地，即使是停着的车辆也可探测到。 

信号发生器的图像传感器产生黑-白或彩色图像。由此，该产生的图像可具有高像素。 

在后视镜角部或后视镜/后视镜片中的该盲点灯的视觉警报信号被设计成使得，其可以在不用驾驶员转动头部的情况下，引起驾驶员对后 视镜8的扫视。因此，该警报信号并未提供全部关于车辆状况的信息，并且并未代替对后视镜的观测。 

传感器12可同样设置在例如在车顶上、在车门中、在后车窗中、在车身盖上等等位置。 

通过传感器12探测的图象以及由此得到的信息，可与车辆的驾驶参数一起存储在车辆的控制单元内。这样，事故在发生后可再现。这些数据可同样传输至移动存储介质。甚至无线传输也是可以的，或者实时存储或者以固定间隔定期存储。这时，这些数据也可已经被压缩并处理。 

该路线控制系统可同样连接于其他辅助驾驶员的系统，例如辅助制动系统、辅助换道系统等等。在这点上，车道控制系统可适用于整个行程。如果需要的话，后视镜在这种情况下可以完全省略。 

Claims (8)

1.一种用于车辆(A)的换道系统，车辆(A)具有两个外后视镜，该系统包括至少一个视频传感器(12)，其中，视频传感器(12)探测相对于所述车辆运动的运动物体，该系统包括用于所述至少一个视频传感器的每个传感器或由所述至少一个视频传感器组成的传感器组的至少一个分析和解释单元，以便测定所探测的一个或多个物体的几何数据和运动数据，该系统包括用于所述至少一个视频传感器的每个传感器或由所述至少一个视频传感器组成的传感器组的至少一个显示单元，其特征在于，所述至少一个视频传感器的两个视频传感器安装在车辆两侧，这两个视频传感器具有交叠的视野区域(4)，该交叠的视野区域(4)位于车辆行进车道中间的车辆后侧，并且所述交叠的视野区域开始于车辆后方大约10米处。

2.如权利要求1所述的换道系统，其中，所述传感器具有视角(α)，限定所述视角并沿所述车辆(A)的外轮廓延伸的最接近所述车辆的界线相对于车辆行驶方向(Z)倾斜至少3度角延伸。

3.如权利要求1所述的换道系统，其中，所述传感器具有60至80度的视角。

4.如权利要求1所述的换道系统，其中，所述显示单元(15)提供外后视镜附近的视觉信号。

5.如权利要求1所述的换道系统，其中，所述传感器的设置基于车辆的载重而自动校正。

6.如权利要求1所述的换道系统，其中，所述系统允许对于驾驶员的偏好设定参数。

7.两个适于在换道系统中使用的外后视镜，该外后视镜结合有至少一个传感器，其中，该传感器为视频传感器，并且来自于所述传感器的视频图像帧信号连接到控制器(13或14)，所述控制器与传感器(12)相连接，并且确定所探测的一个或多个物体的几何数据和运动数据的所述控制器(13或14)的信号能在导线束上获得，其特征在于，所述传感器具有视角(α)，限定所述视角并沿所述车辆(A)的外轮廓延伸的最接近所述车辆的界线相对于车辆行驶方向(Z)倾斜至少3度角延伸，并且传感器的交叠的视野区域开始于车辆后方大约10米处。

8.如权利要求7所述的后视镜，其中，所述传感器具有60至80度的视角。

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