CN102963359A - 用于汽车的车道监控方法和车道监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监控汽车(1)车道的方法，具有至少下面的步骤：利用汽车(1)的摄像机(4)检测汽车(1)的车道(2b)(St1)；接收汽车(1)的行驶状态测量信号(S1，S2，S3，S7)(St2)；按照至少一个车道偏离判据(K0)评价汽车(1)的行驶状态(St3，St4)；根据按照车道偏离判据(K0)的评价产生车道偏离报警信号(S5)(St7)。在此规定，在满足车道偏离判据(K0)时检验，是否满足用于识别有意识的缩短轨迹过程的决定判据(K1，K2，K3，K4，K5，K6，K7)(St5，St6)，并且在识别出有意识的缩短轨迹过程时不输出车道偏离报警信号(S5)(St6)。

Description

用于汽车的车道监控方法和车道监控系统
背景技术
一种车道偏离报警系统(LDW Lane Departure Warning)是一种驾驶员辅助功能，它在行驶期间检验，汽车是否保持目前的车道或者想倾向于偏离车道。为此一般由汽车的一个或多个摄像机检测车道的侧面边界线。
DE195 07 957C1，DE199 37 489B4和US7 400 236B2示出这种车道监控系统，具有车道偏离报警功能。这些功能一般涉及评价向前对准的摄像机的图序。US7 400 236B2建议使用这种前置摄像机和附加的后置摄像机，用于从前面和后面检测侧面边界线。
为了在实际偏离车道之前已经警示驾驶员，在一些LDW系统中求得与侧面的、标记车道的界线交叉的时间作为tLC(time to line-crossing)并且与阈值比较。在低于这个阈值时给出LDW信号，例如在驾驶室中的显示装置上。
但是这种警示信号对于驾驶员也可能是干扰的并且在动态行驶过程中使驾驶员分心，例如当驾驶员有意识地要偏离车道的时候。
发明内容
本发明的思想是，在偏离车道时检验，是否出现有意识地缩短汽车在弯道中的轨迹，它一般也称为“弯道抄近”。在清晰的车道中驾驶员有时不想完全沿着其车道的弯道行驶，而是可能抄近或缩短其车道的弯道变化。
在这种情况下LDW信号的输出(车道偏离报警信号)可能是干扰的或者也可能是混乱的。太频繁地输出LDW信号也可能导致，驾驶员不关注或者完全停止这个功能，但是由此接着在无意识地偏离车道时例如由于疲劳也不再可能相应地警示驾驶员。
为了区分有意识地缩短轨迹与无意识地偏离车道，有利地设置重要的决定判据。因此在满足这些判据时不输出LDW信号，尽管满足LDW判据(车道偏离判据)，检测可以识别，直接面临或者已经开始偏离车道。
所述决定判据的目的有利地在于，确认或者说真实化，在汽车前面出现弯道并且驾驶员有意识地变换到另一车道上。由此有利地使用下面的决定判据：
按照第一决定判据检验，按照地图数据和汽车在这个地图中的实际位置(Map-Matched-Position)在汽车前面是否出现弯道。为此有利地确认在弯道上在汽车前面的路段、例如在汽车前面20-100m行驶路段范围的弯道半径并且检验，弯道半径是否位于阈值以下和/或弯道的纵向延伸是否位于阈值以下。通过这个简单判据要排除汽车前面直的或相对略微弯曲的路段。
第二决定判据评价汽车在地图或地图数据中的位置的品质或质量，即，汽车本身以及可能也包括汽车前面的行驶路段的地图匹配定位的品质或质量，尤其求得的弯道半径的推测的品质。如果达到这个品质或质量，则可以以足够的可靠性采用面前的弯道行驶。如果供使用的地图数据和全球定位原则上已经这样精确，使这种质量是自然而然的，则第二决定判据也可以视为固有准确的并且在这里不询问。必要时可能取而代之询问故障通知的输入。
第三决定判据检验，驾驶员是否改变在另一车道上并且不完全偏离车道。因此在双车道的行车道中只能从一个车道变换到另一车道上，即，一般允许逆向车道。因此检验，缩短或已经越过的相邻车道的界线是否是位于弯道内部的界线。而在交叉/越过外部的行车道界线时可以排除，有意识地缩短轨迹的过程。第三决定判据原则上可以由摄像机信号或地图数据求得，在双车道的行车道和右行驶交通中也由横向加速度的方向或摇摆率的符号求得。
第四决定判据检验，驾驶员是否主动转向。这基于这种思想，只允许有意识地缩短轨迹(弯道抄近)，而不是由于驾驶员的漫不经心或者可能减少的注意力或者困倦而缩短轨迹。驾驶员的主动转向一方面可以由汽车的行驶动态测量信号检验，尤其由转向角信号，如果汽车具有转向角传感器的时候。为此检验，转向角是否位于阈值以上。附加或备选地例如也可以接收横向加速度传感器的横向加速度作为测量信号，因为弯道行驶或转向楔入相应地导致离心力，相应地测量它。附加或备选地对于横向加速度也可以引用摇摆率传感器，因此它测量摇摆率或者围绕立轴的旋转。如果不出现这种信号，例如也可以补充地通过摄像机信号引用汽车速度，用于评价由此求得的汽车轨迹，是否出现主动转向。
补充地能够实现其它决定判据，因此例如在存在距离传感器或用于检测汽车前面范围的传感器的时候可以检验，汽车在越过弯道以后进入的逆向行车道上是否存在交通参与者或干扰的障碍物，并且在这种情况下输出LDW信号作为警示。附加或备选地一般也可以引用行驶动态特性或行驶特性，尤其车轮在地面上的摩擦或粘附；因此在太差的行驶特性时，其中例如通过快速地转向楔入或制动难以在自身的车道上突然倒驶，必要时取消不输出或抑制输出LDW信号，并由此在识别离开轨迹时总是输出LDW信号。
作为其它决定判据可以规定，由地图数据检验，在汽车前面例如100m的路段范围里面是否存在十字路口，在这种情况下不允许缩短轨迹，即，LDW信号作为警示输出。
因此决定判据用于抑制输出LDW信号，尽管满足LDW判据。
作为摄像机尤其可以仅仅使用倒车摄像机，由其摄像机信号可以识别车道的侧面界线并由此、尤其通过预测侧面界线向前的后面的变化例如利用卡尔曼滤波器识别汽车在车道中的自身位置。由这些摄像机信号与导航数据一起、即通过全球定位系统确定的自身位置与地图数据一起可以推断汽车前面的行车道。
因此按照本发明的LDW系统有利地具有一控制装置和一摄像机、例如一倒车摄像机，具有用于预测向前的车道变化的措施以及例如用于显示LDW信号的显示装置。在此控制装置追溯到汽车的行驶动态信号，例如通过汽车自身的CAN总线，以及有利地追溯到导航信号。
车道偏离报警信号或LDW信号可以作为纯警示信号在用于驾驶员的显示装置上输出和/或在自动的轨迹保持系统的功能中也作为用于行驶动态干预、例如转向干预和/或非对称的制动干预的控制信号输出。
因此按照本发明在这种按照至少一个车道偏离判据已经给出汽车行驶状态评价的情况下，出现重要的汽车特性，据此完全或部分地或者已经开始离开汽车弯道，执行附加的检验，是否出现重要的决定判据，据此不输出车道偏离报警信号(LDW信号)。这个不输出原则上可以理解为抑制输出车道偏离报警信号。
此外附加地检验至少一个决定判据也可以理解为顶置的总的车道偏离判据的一部分，或者说形成总的车道偏离判据的一部分，由此在这种情况下或者说在这个设计中总的车道偏离判据包括车道偏离判据并且还包括至少一个决定判据作为解除的(负面的)条件，据此在满足至少一个决定判据时不满足总的车道偏离判据。
附图说明
图1示出在执行按照本发明的方法时在行车道上的行驶区，
图2以放大图示出图1中的汽车，
图3示出按照本发明方法的流程图。
具体实施方式
一汽车1在具有两个车道2a，2b的行车道2上行驶，因此按照在这里给定的右行驶规则汽车1在右边的车道b上行驶。车道2a，2b通过行车道界线3a，3b，3c限制，其中3a和3c是位于外部的行车道界线，2b是用于分开两个车道2a，2b的位于内部的行车道界线。如图1所示，界线3b可以不同的构成，例如虚线或中断，或者也可以对应于外部的行车道界线2a和3c。
汽车1在行驶方向F上以速度v(t)、横向加速度q和摇摆率ω(t)以及转向楔入角。行驶方向F对应于行驶速度v(t)的方向，因此在这里F和v通过同一箭头给出，并且在按照规定行驶时与轨迹方向M一致，它通过行车道界线3b，3c确定。
汽车1具有倒车摄像机4，它固定在汽车1尾部5上并且检测汽车1后面的后空间必要时包括侧面的范围，摄像机4的检测范围6有利地分别检测界线3b，3c，它们限制其车道2b。
汽车1具有LDW系统8(Lane Departure Warning，车道偏离报警)，它包括控制装置10，它通过汽车内部的数据总线、例如CAN总线接收行驶状态测量信号，尤其接收行驶速度信号，具有关于行驶速度v、由可能现有的摇摆率传感器14输出的摇摆率信号S2以及由可能存在的横向加速度传感器15输出的横向加速度信号S3的说明。行驶速度信号S1例如作为行驶动态调节、例如ABS和/或ESP(电子稳定程序)和/或ASR(驱动防滑)的控制装置16的ABS基准速度供使用。信号S2和S3也可以由传感器14，15首先给到行驶动态调节系统的控制装置16，然后通过CAN总线供使用。
摄像机4检测检测范围6并且输出摄像机信号S4(图像信号)，例如在摄像机控制装置18上，它例如可以是驻车辅助系统和/或区域监控系统的控制装置，并且摄像机信号S4或由此形成的信号通过CAN总线供使用。
由摄像机信号S4通过控制装置10最好预测(praedizieren)或外推侧面限制的行车道界线向前的变化。LDW系统的控制装置10求得偏离车道2b作为交叉或超过两个行车道界线3b或3c之一。在此控制装置10可以按照车道变换指示判据K0已经事先求得超越，并且输出LDW信号(偏离车道信号，车道偏离报警信号)S5作为警示信号到用于驾驶员的和/或必要时也用于转向干预在自动轨迹保持系统的功能中的显示装置20。
为此控制装置10一方面求得目前汽车1在车道2b在横向中的位置，即，横向位置(航向)和行驶方向F与轨迹方向M(车道方向)的偏差，它例如可以以摇摆角α=α(t)描述，其时间导数是摇摆率ω(t)。由此控制装置10求得直到检测一个行车道界线3b，3c的时间作为tLC(time toline-crossing)。如果tLC足够小，即，在tLC＜t1，以t1作为时间阈值，识别离开轨迹的危险或可能性。为了求得tLC求得汽车1与行车道界线3b和3c的实际距离和预测的汽车1轨迹，其中由由摄像机4识别的行车道界线3b和3c相对于汽车1的位置和行驶动态数据、即横向加速度q和/或摇摆率ω以及行驶速度v求得这个轨迹。
在此也有利地在现有的车道2b变化上引用导航数据。为此汽车1具有导航装置22，它具有GPS接收器23、用于存储地图数据的地图存储器24并且也具有控制装置25。因此控制装置25执行地图匹配或者说在地图数据中识别位置并且将相应的信息、尤其包括地图匹配的质量评价、作为导航信号S6通过CAN总线给到控制装置10。
因此LDW系统的控制装置10可以根据前面的路段或者说车道2b的变化识别偏离车道2b。
控制装置10配备用于识别有意识缩短轨迹的功能。为此它在识别预见的偏离车道时、即在tLC＜t1的情况下，抑制输出LDW信号，如果它识别到，这个偏离车道是有意识的并且是无危险的缩短轨迹。
为此LDW系统的控制装置10识别到，在汽车1前面存在弯道，即，自身的车道2b以及整个行车道2描述弯道，并且驾驶员想抄近位于弯道内部的界线3b，即，想短时间地完全或部分地超过，因为他通过其行驶动作接着再完全进入到车道2b上。
按照图3在步骤St0开始本方法，例如在起动发动机时或者在识别行驶速度(v＞0)时，接着在步骤St1接收摄像机信号S4并且在步骤St2接收行驶动态测量信号S1，S2，S3和可能S7，其中步骤St1和St2原则上并行地运行。按照步骤St3确定tLC并且在步骤St4按照车道变化指示判据K0与时间阈值t1比较，由此按照决定判据St4使本方法或者再返回到步骤St1前面(分支n)，或者按照分支y识别不久或已经开始的偏离车道。
在识别不久或已经开始的偏离车道，即tLC≥t1，但是还不立刻输出LDW信号S5。而是按照步骤St5首先检验，是否可能出现有意识地偏离车道。为此检验下面的决定判据：
K1：弯道判据：在汽车1前面车道2b是否具有弯道？
在此有利地检验，是否出现重大弯道半径(最小弯道曲率)和/或足够长的弯道。因此只要识别到有意识地缩短轨迹，当出现自身车道2b或者要抄近的位于内部的界线3b的足够小的弯道半径r3b，即，弯道半径r3b位于阈值以下的时候。
最好能够在“微小”弯道时排除超越。因此最好也排除主动的缩短轨迹过程，在该过程中由驾驶员抄近拉长的、微小的弯道(小曲率)。
K2：品质判据：推测的地图匹配品质是否位于阈值上？这意味着：由GPS求得的汽车1位置是否可以以足够的精度给到地图数据里面？
这个品质判据也可能涉及地图数据，例如具有需求，地图数据不允许比已确定的年龄更陈旧。因此K1涉及自身的地图匹配定位的品质判据，最好也涉及确定行车道2的行车道变化和汽车1前面的自身车道2b的品质：
如果原则上可以由此出发，地图匹配定位的品质足够地好，K2也可以视为绝对满足的，但是在可能出现品质问题时必要时产生用于K2的故障信号。
K3：是否在抄近时完全或部分地偏离车道到另一车道上？
是否变换到另一车道上或者完全离开行车道2？因此在双道行车道2中这个问题可能还原到，是否出现位于内部的弯道：如果在时间tLC里面要越过的界线是位于内部的界线，因此按照图1是界线3b。因此在右行驶交通时分别出现左弯道(相应地在左行驶交通时出现右弯道)。
但是如果行车道2具有多于两个车道，也可以在位于外部的弯道中(在右行驶交通时右弯道)出现允许的车道变换。
K2可以由地图数据和交叉行驶界线的检测负责。在例如右侧行驶交通和双车道的行车道2时例如横向加速度信号S3或摇摆率信号S2也够用，因为只允许左弯道。
K4：驾驶员的主动转向：有意识地缩短轨迹(弯道抄近)只能主动地通过驾驶员实现。为此例如在存在转向角传感器30时转向角信号S7是够用的，它指示阈值以上的转向角以及转向过程。
如果不存在转向角传感器，也可以由横向加速度信号S3和/或摇摆率信号S2求得实际的转向。因此当汽车由驾驶员以楔入的转向角控制并由此测量离心力作为横向加速度q和/或摇摆率ω作为围绕立轴(摇摆轴)旋转分别位于阈值以上时，出现主动转向。检测主动转向的另一可能性在于求得汽车1相对于车道2b的轨迹，如果由此以足够的精度可以识别稳定行驶的时候。
因此由决定判据K3和K4得到，出现汽车1反作用于离心力的主动转向，因为在弯道中位于内部的界线3b通过主动转向被横越。
补充地可以加入其它决定判据：
K5：碰撞识别：可能在汽车1中存在的、以例如雷达、超声波或立体摄像机为基础的距离传感器检测汽车1前面的行驶空间，根据汽车1在缩短轨迹时的倾斜位置，检测范围原则上也检测部分左侧的车道2a。控制装置10在存在距离传感器30的这种距离信号S8时可以识别可能的与对面行驶的汽车的碰撞。在识别到这种在由于缩短轨迹交叉的左侧车道2a上的可能碰撞时不抑制输出LDW信号S5，附加地可能输出其它警示信号或行驶动态干预。
K6：摩擦质量：如果控制装置10识别到或者说通过CAN总线12的参与得到，出现不良的行车道特性或者不良的摩擦或者不良的摩擦值μ，可以排除有意识地抑制输出LDW信号S4。其思想基于，在不良的车道特性时要有意识地指示缩短轨迹，因为在需要突然修正的情况下在例如对面行驶汽车时可能导致危险的状况，并因此要使驾驶员意识到其危险的行驶动作。
K7：前面的交通状况：前面的行驶道路的交通状况或交通导向对于弯道抄近过程是否不是太危险的？或者在汽车前面例如20-100m的重要的前面的行驶路段范围里面是否出现视为危险的交通状况或交通导向状况，例如十字路口、单行道或道路变窄。例如在十字路口前面弯道抄近或者疲劳可以视为是危险的。如果由地图数据识别到这种对于弯道抄近危险的推测的交通状况，可以规定，不抑制输出LDW信号S5。除了这种由地图数据导出的可能的危险状况以外，在这里也可以使用例如实际的交通信息，例如在通知在汽车前面的行驶路段范围中出现拥堵和/或事故时。在这些情况下也可以识别前面出现的危险的交通状况并接着不抑制输出LDW信号S5。
决定判据K5，K6和K7可以单独或组合补充地使用。
行驶速度信号S1原则上对于行驶动态信号是够用的，因为由行驶速度信号和已知的地图数据以及足够的地图匹配定位品质原则上可以求得横向加速度。但是附加地接收转向角信号和/或横向加速度信号S3和/或摇摆率信号S2是有利的。
按照图3的流程图在步骤St5并由此在步骤St5-1至St5-7检验，步骤St5-1至St5-3的顺序是任意的，尤其也可以并行地执行它们。也可以补充地在接着的步骤中检验其它判据K5，K6和K7，如果K1至K4的检验原则上允许抑制输出LDW信号S5的时候。
下面在决定判据St6中决定，是否满足决定判据K1至K7，如果满足它们，按照分支y抑制输出LDW信号S5，并且本方法再返回到步骤St1.如果不满足判据，按照分支n接着在步骤St7输出LDW信号S5并且本方法返回到步骤St1前面。

Claims (15)

1.一种用于监控汽车(1)车道的方法，具有至少下面的步骤：
利用汽车(1)的摄像机(4)检测汽车(1)的车道(2b)(St1)，
接收汽车(1)的行驶状态测量信号(S1，S2，S3，S7)(St2)，
按照至少一个车道偏离判据(K0)评价汽车(1)的行驶状态(St3，St4)，
根据按照所述车道偏离判据(K0)的评价产生车道偏离报警信号(S5)(St7)，其特征在于，
在满足所述车道偏离判据(K0)时检验，是否满足用于识别有意识地缩短轨迹过程的决定判据(K1，K2，K3，K4，K5，K6，K7)(St5，St6)，并且在识别出有意识的缩短轨迹过程时不输出车道偏离报警信号(S5)(St6)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摄像机(4)是倒车摄像机(4)，用于检测汽车(1)后面的检测范围(6)并且由该摄像机(4)的摄像机信号(S4)求得或推测汽车后面的限界自身车道的行车道界线(3b，3c)的变化，并且通过预言和/或预测、例如利用卡尔曼滤波器求得或推测汽车(1)前面的车道的变化。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了识别有意识的缩短轨迹过程，满足至少一个下面的决定判据：
第一决定判据(K1)，据此车道(2b)在汽车(1)前面具有弯道，
第二决定判据(K2)，据此使推测的由位置确定系统(GPS)和地图数据得到的汽车(1)位置确定的品质或质量位于一阈值以上，
第三决定判据(K3)，据此实现在按照车道偏离判据(K0)的评价中识别的、可能或接着完全或部分进行的越过行车道界线(3b，3c)到行车道(2)的另一车道(2a)，
第四决定判据(K4)，据此识别驾驶员的主动转向。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当满足第一、第二、第三和第四决定判据(K1，K2，K3，K4)时，识别出有意识的缩短轨迹过程。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在第三决定判据(K3)和一个具有两个车道(2a，2b)的行车道(2)时检验，由汽车可能或紧接着完全或部分要越过的界线是否是位于弯道内部的界线(3b)。
6.如权利要求3至5中任一项所述的方法，其特征在于，由汽车(1)的行驶状态测量信号(S1，S2，S3，S7)识别驾驶员的主动转向。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，为了识别主动转向使用一个或多个下列的行驶状态测量信号：
转向角信号(S7)，它显示在阈值以上的转向楔入，
横向加速信号(S3)，它显示在阈值以上的横向加速度或离心力，
摇摆率信号(S2)，它显示汽车(1)的在阈值以上的摇摆率，
行驶速度信号(S1)与摄像机信号(S4)组合，由它们可以导出弯道行驶。
8.如权利要求3至7中任一项所述的方法，其特征在于，在第一决定判据(K1)中检验，在汽车(1)前面的行驶路段是否具有弯道，它具有阈值以下和/或最小纵向延伸以上的弯道半径(r3b)。
9.如权利要求3至8中任一项所述的方法，其特征在于，为了识别有意识的缩短轨迹过程还满足一个或多个下面的其它决定判据：
第五决定判据(K5)，据此在具有碰撞警示系统或距离检测系统的汽车中在汽车(1)的实际轨迹中不出现与物体、例如迎面而来的汽车的碰撞警示，
第六决定判据(K6)，据此行车道表面或汽车(1)在车道(2b)上的摩擦值评价为足够好，
第七决定判据(K7)，据此由地图数据得到的前面的交通状况和/或交通信息归为没有危险。
10.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在车道偏离判据(K0)中检验汽车(1)偏离车道(2b)的可能性和/或时刻(tLC)。
11.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，车道偏离判据(K0)与至少一个决定判据(K1-K7)的总和形成总的车道偏离判据并且在满足车道偏离判据(K0)和不满足所述至少一个决定判据(K1-K7)时输出车道偏离报警信号(S5)。
12.一个用于汽车(1)的车道监控系统(8)的控制装置(10)，尤其用于执行如上述权利要求中任一项所述的方法，
其中所述控制装置(10)接收汽车(1)的行驶状态测量信号(S1，S2，S3，S7)和汽车的检测汽车(1)以外的检测范围(6)的摄像机(4)的摄像机信号(S4)，
其中所述控制装置(10)由所述行驶状态测量信号(S1，S2，S3，S7)和摄像机信号(S4)按照至少一个车道偏离判据(K0)评价汽车(1)的行驶状态并且根据按照所述车道偏离判据(K0)的评价输出车道偏离报警信号(S5)，其特征在于，
所述控制装置(10)在满足所述车道偏离判据(K0)时检验，是否满足用于识别有意识的缩短轨迹过程的决定判据(K1，K2，K3，K4，K5，K6，K7)(St5，St6)，和
在识别出有意识的缩短轨迹过程时抑制车道偏离报警信号(S5)的输出。
13.如权利要求12所述的控制装置(10)，其特征在于，它在车道偏离判据(K0)中检验汽车(1)偏离车道(2b)的可能性和/或时刻(tLC)。
14.车道监控系统(8)，具有如权利要求12或13所述的控制装置(10)和摄像机、优选倒车摄像机(4)，该摄像机用于检测在汽车(1)以外的检测范围(6)并用于输出摄像机信号(S4)。
15.汽车(1)，具有如权利要求14所述的车道监控系统(8)。
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