CN107253482B - 一种基于路面图像分析的驾驶安全辅助系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于路面图像分析的驾驶安全辅助系统。它包括视觉监测模块、分类库模块、车辆参数监测模块、路面最大允许摩擦力推算模块及显示和提示模块。本发明利用图像处理的方法，对当前和前方出现的路面的特征（最大摩擦系数）进行监测，推算当前和前方路面的最大允许摩擦力，并对驾驶员提出安全的行车（牵引力/制动力）提示，以便驾驶员及时规划车辆牵引力或制动力，使得车辆速度变化符合安全行驶和后车及时跟随变化的要求。

Description

一种基于路面图像分析的驾驶安全辅助系统
技术领域
本发明涉及一种汽车驾驶安全辅助系统，特别是一种基于路面图像特征分析的驾驶安全辅助系统。
背景技术
高速路车流量大，车与车之间间距小，前面的车突然制动或减速，会引起后面车辆追尾，尤其是在雨雾天气，路面状况较差，为了防止车辆打滑，往往会突然减速，造成事故。
对于车队，车与车之间的速度距离往往靠司机目测判断，第一车辆发现路面条件发生变化时，如路面有积水、积雪时，往往会突然减速，由于后面车辆驾驶员反应时间及执行器延时等因素的影响，使得后车车辆反应慢，容易发生事故。
本专利提出了一种利用图像处理的方法，对当前和前方出现的路面的特征(最大摩擦系数)进行监测，推算当前和前方路面的最大允许摩擦力，并对驾驶员提出安全的行车(牵引力)提示，以便驾驶员及时规划车辆牵引力或制动力，使得车辆速度变化符合安全行驶和后车及时跟随变化的要求。
目前尚没有相似技术。
发明内容
发明的目的在于针对已有技术的不足，提出一种基于路面图像分析的驾驶安全辅助系统，使得车辆行驶的牵引车辆行驶的牵引力/制动力、速度的控制的符合的行驶安全。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案。
一种基于路面图像分析的驾驶安全辅助系统，包括视觉检测模块、分类库模块、车辆参数监测模块、路面最大允许摩擦力推算模块、显示和提示模块。块视觉检测模块、分类库模块、车辆参数监测模块、显示和提示模块与路面最大允许摩擦力推算模块连接；车辆参数监测模块还与显示和提示模块连接。分类库模块输出给路面最大允许摩擦力推算模块，视觉检测模块将距离-路面图像信息输出给路面最大允许摩擦力推算模块，车辆参数监测模块输出信息提供给路面最大允许摩擦力推算模块、显示和提示模块，路面最大允许摩擦力推算模块输出给显示和提示模块。
视觉检测模块，通过前置的摄像头和图像处理技术获取地面信息和地面上的点与车辆之间对应的距离。
分类库模块，用于存储典型路面条件的知识。
车辆参数监测模块，通过传感器和信息处理技术获得车辆的载荷、车速、车辆加速度、车辆牵引力信息。
路面最大允许摩擦力推算模块，通过视觉检测模块输入的距离-路面图像信息，识别出前方路面的“距离-路面类型”和最大允许的摩擦系数，并进一步计算前方路面的最大允许摩擦力。
提示和显示模块，根据当前路面距离-最大允许摩擦力信息、和车辆载荷信息，计算最大允许牵引力/制动力、最大允许速度信息，并显示和语音报警。
上述的视觉检测模块，包括视觉传感器、图像信息处理模块。视觉传感器可采用前置摄像头，用于测前方路面的图像，获取数字图像信息。图像信息处理模块，对数字图像信息进行处理，提取前方一定宽度和长度构成的矩形区域内的路面图像，得到距离-路面图像信息。
上述的分类库模块，该模块为一个系统的存储单元。该模块将典型路面条件归纳划分成四种典型的状态，包括干燥、湿润、积水、积冰积雪，模块所存储的典型路面条件知识是上述的四种典型路面条件对应的数字图像特征。
上述的车辆参数监测模块，包括轮胎压力传感器、压力传感器信号处理模块、车速传感器、车速传感器信号处理模块、车辆加速度传感器、加速度传感器信号处理模块、牵引力测量传感器、牵引力传感器信号处理模块。
上述的路面最大允许摩擦力推算模块，包括特征提取模块，路面匹配模块，最大允许摩擦力计算模块、路面-最大附着系数映射模块。
特征提取模块是根据上述的距离-路面图像信息，提取数字图像特征，得到“距离-路面数字图像特征”信息。“距离-路面数字图像特征”信息是指前方图像中，由近及远的不同距离对应的路面特征。
路面匹配模块是将“距离-路面数字图像特征”信息与分类库存储的典型路面数字图像信息进行匹配，识别出前方路面的“距离-路面类型”。
最大允许摩擦力计算模块，储存有四种典型路面条件下对应的最大摩擦系数的表格。
路面-最大附着系数映射模块，根据最大允许摩擦系数、轮胎压力传感器得到的轮胎纵向载荷，计算所关注路面允许的最大轮胎摩擦力。
路面最大允许摩擦力推算模块，还包括天气情况选择键，用于由驾驶员给出天气的先验信息，减少在线信息处理计算量和计算时间。
上述的显示和提示模块，包括计算模块、信息显示模块、语音预警模块。计算模块的输出信息，提供给信息显示模块和语音报警模块。
计算模块，根据车辆参数检测模块提供的信息和路面允许最大摩擦力信息，计算车辆连续运行曲线和前方监测处的预测曲线的数据，包括车辆速度、地面允许最大牵引和制动力。
显示模块所显示的信息包括车速、地面允许最大牵引和制动力、当前车辆牵引力/制动力曲线；语音报警模块的内容包括前方路面情况、是否需要降低牵引力或制动力的提示。
本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步，具体如下：
1)采用视觉技术，识别车辆前方路面的特征，实现车辆防打滑/防抱死控制；
2)对于路面特征，按天气、昼夜、路面情况(干、湿、积水、冰雪)分类，充分考虑光线对视觉图像的影响；
3)按路面特征，获得所检测到的路面允许的最大摩擦系数、当前车辆允许的最大牵引力和制动力，与常规的动力学控制方法实现防打滑/防抱死控制相比，具有控制响应速度快的特点，由于不启动摩擦制动系统，本系统可以大大提高车辆的能效；
4)实时显示、预测前方路面允许的最大牵引力和制动力，大大提高驾驶行车和车辆控制的安全性。
附图说明
图1为本发明的系统原理示意图。
图2分类库模块存储的典型的路面图像知识。
图3为视觉监测模块结构框图。
图4为视觉传感模块及获取图像示意图。
图5为本发明的一种车辆参数检测模块的结构框图。
图6为四种典型路面条件下对应的最大摩擦系数表格。
图7为四种典型路面的摩擦系数-滑移率关系图。
图8路面最大允许摩擦力推算模块结构框图。
图9为距离-路面类型信息示意图。
图10为本发明的一种显示和提示模块结构示意图。
具体实施方式
发明的优选实施案例结合附图详述如下：
实施例一：
参照图1，本基于路面图像分析的驾驶安全辅助系统，包括视觉检测模块1、分类库模块2、车辆参数监测模块3、路面最大允许摩擦力推算模块4、显示和提示模块5。视觉检测模块1、分类库模块2、车辆参数监测模块3、显示和提示模块5与路面最大允许摩擦力推算模块4连接；车辆参数监测模块3还与显示和提示模块5连接；分类库模块2输出给路面最大允许摩擦力推算模块4，视觉检测模块1将距离-路面图像信息输出给路面最大允许摩擦力推算模块4，车辆参数监测模块3输出信息提供给路面最大允许摩擦力推算模块4、显示和提示模块5，路面最大允许摩擦力推算模块4输出给显示和提示模块5；视觉检测模块1，通过前置的摄像头和图像处理技术获取地面信息和地面上的点与车辆之间对应的距离；分类库模块2，用于存储典型路面条件的知识；车辆参数监测模块3，通过传感器和信息处理技术获得车辆的载荷、车速、车辆加速度、车辆牵引力信息；路面最大允许摩擦力推算模块4，通过视觉检测模块1输入的距离-路面图像信息，识别出前方路面的“距离-路面类型”和最大允许的摩擦系数，并进一步计算前方路面的最大允许摩擦力；提示和显示模块5，根据当前路面距离-最大允许摩擦力信息、和车辆载荷信息，计算最大允许牵引力/制动力、最大允许速度信息，并显示和语音报警。
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
参见图1～图10，
视觉检测模块1包括视觉传感器1-1和图像信息处理模块1-2。视觉传感器1-1为前置摄像头，用于测前方路面的图像，获取数字图像信息。图像信息处理模块1-2，对数字图像信息进行处理，提取前方一定宽度和长度构成的矩形区域内的路面图像，得到距离-路面图像信息。
分类库模块2为一个系统的存储单元。该模块将典型路面条件归纳划分成四种典型的状态，包括干燥、湿润、积水、积冰积雪，模块所存储的典型路面条件知识是上述的四种典型路面条件对应的数字图像特征。
车辆参数监测模块3包括轮胎压力传感器3-1、输出轮胎纵向载荷的信号处理模块3-2、车速传感器3-3、输出车速信号的信号处理模块3-4、车加速度传感器3-5、输出加速度信号的信号处理模块3-6、牵引力测量传感器3-7和输出牵引力信号的信号处理模块3-8。其中牵引力传感器3-7，可安装在车辆驱动桥输入端或发动机或电动车辆的电动机的输出轴上，用于获得汽车牵引力的转矩转速传感器，对于纯电动汽车，也可以通过电动机及其驱动系统输出的转矩信号。
路面最大允许摩擦力推算模块4，包括特征提取模块4-1，路面匹配模块4-2，最大允许摩擦力计算模块4-3和路面-最大附着系数映射模块4-4。特征提取模块4-1是根据距离-路面图像信息，提取数字图像特征，得到“距离-路面数字图像特征”信息；“距离-路面数字图像特征”信息是指前方图像中，由近及远的不同距离对应的路面特征；路面匹配模块4-2是将“距离-路面数字图像特征”信息与分类库存储的典型路面数字图像信息进行匹配，识别出前方路面的“距离-路面类型”；最大允许摩擦力计算模块4-3，储存有四种典型路面条件下对应的最大摩擦力的表格；路面-最大附着系数映射模块4-4，根据最大允许摩擦系数、轮胎压力传感器得到的轮胎纵向载荷，计算所关注路面允许的最大轮胎摩擦力；路面最大允许摩擦力推算模块4，还包括天气情况选择键，用于由驾驶员给出天气的先验信息，减少在线信息处理计算量和计算时间。
显示和提示模块5，包括计算模块5-1、语音模块5-2、显示模块5-3，计算模块5-1的输出信息，提供给语音模块5-2和显示模块5-3；计算模块5-1，根据车辆参数检测模块提供的信息和路面允许最大摩擦力信息，计算车辆连续运行曲线和前方监测处的预测曲线的数据，包括车速、地面允许最大牵引和制动力；显示模块5-3所显示的信息包括车辆速度、地面允许最大牵引和制动力、当前车辆牵引力/制动力曲线；语音模块5-2的内容包括前方路面情况、是否需要降低牵引力或制动力的提示。

Claims (6)

1.一种基于路面图像分析的驾驶安全辅助系统，包括视觉检测模块(1)、分类库模块(2)、车辆参数监测模块(3)、路面最大允许摩擦力推算模块(4)、显示和提示模块(5)，其特征在于：所述视觉检测模块(1)、分类库模块(2)、车辆参数监测模块(3)、显示和提示模块(5)与路面最大允许摩擦力推算模块(4)连接；车辆参数监测模块(3)还与显示和提示模块(5)连接；所述分类库模块(2)输出给路面最大允许摩擦力推算模块(4)，视觉检测模块(1)将距离-路面图像信息输出给路面最大允许摩擦力推算模块(4)，车辆参数监测模块(3)输出信息提供给路面最大允许摩擦力推算模块(4)、显示和提示模块(5)，路面最大允许摩擦力推算模块(4)输出给显示和提示模块(5)；所述视觉检测模块(1)，通过前置的摄像头和图像处理技术获取地面信息和地面上的点与车辆之间对应的距离；分类库模块(2)，用于存储典型路面条件的知识；车辆参数监测模块(3)，通过传感器和信息处理技术获得车辆的载荷、车速、车辆加速度、车辆牵引力信息；路面最大允许摩擦力推算模块(4)，通过视觉检测模块(1)输入的距离-路面图像信息，识别出前方路面的“距离-路面类型”和最大允许的摩擦系数，并进一步计算前方路面的最大允许摩擦力；提示和显示模块(5)，根据当前路面距离-最大允许摩擦力信息、和车辆载荷信息，计算最大允许牵引力/制动力、最大允许速度信息，并显示和语音报警。
2.根据权利要求1所述的基于路面图像分析的驾驶安全辅助系统，其特征在于：所述的视觉检测模块(1)包括视觉传感器(1-1)和图像信息处理模块(1-2)；所述的视觉传感器(1-1)为前置摄像头，用于测前方路面的图像，获取数字图像信息；所述的图像信息处理模块(1-2)，对数字图像信息进行处理，提取前方一定宽度和长度构成的矩形区域内的路面图像，得到距离-路面图像信息。
3.根据权利要求1所述的基于路面图像分析的驾驶安全辅助系统，其特征在于：所述的分类库模块(2)为一个系统的存储单元，该模块将典型路面条件归纳划分成四种典型的状态，包括干燥、湿润、积水、积冰积雪，模块所存储的典型路面条件知识是上述的四种典型路面条件对应的数字图像特征。
4.根据权利要求1所述的基于路面图像分析的驾驶安全辅助系统，其特征在于：所述的车辆参数监测模块(3)包括轮胎压力传感器(3-1)、输出轮胎纵向载荷的信号处理模块(3-2)、车速传感器(3-3)、输出车速信号的信号处理模块(3-4)、车加速度传感器(3-5)、输出车加速度信号的信号处理模块(3-6)、牵引力测量传感器(3-7)和输出牵引力信号的信号处理模块(3-8)；其中牵引力测量传感器(3-7)，可安装在车辆驱动桥输入端或发动机或电动车辆的电动机的输出轴上，牵引力测量传感器(3-7)通过转矩转速传感器获得车辆牵引力信号；对于纯电动车辆，牵引力测量传感器(3-7)也通过电动机及其驱动系统输出的转矩信号，获得车辆牵引力信号。
5.根据权利要求1所述的基于路面图像分析的驾驶安全辅助系统，其特征在于：所述的路面最大允许摩擦力推算模块(4)，包括特征提取模块(4-1)、路面匹配模块(4-2)、最大允许摩擦力计算模块(4-3)和路面-最大附着系数映射模块(4-4)；所述特征提取模块(4-1)是根据所述的距离-路面图像信息，提取数字图像特征，得到“距离-路面数字图像特征”信息；所述的“距离-路面数字图像特征”信息是指前方图像中，由近及远的不同距离对应的路面特征；路面匹配模块(4-2)是将所述的“距离-路面数字图像特征”信息与分类库模块(2)存储的典型路面数字图像信息进行匹配，识别出前方路面的“距离-路面类型”；最大允许摩擦力计算模块(4-3)，储存有四种典型路面条件下对应的最大摩擦力的表格；路面-最大附着系数映射模块(4-4)，根据最大允许摩擦系数、轮胎压力传感器得到的轮胎纵向载荷，计算所关注路面允许的最大轮胎摩擦力；路面最大允许摩擦力推算模块(4)，还包括天气情况选择键，用于由驾驶员给出天气的先验信息，减少在线信息处理计算量和计算时间。
6.根据权利要求1所述的基于路面图像分析的驾驶安全辅助系统，其特征在于：所述的显示和提示模块(5)，包括计算模块(5-1)、语音模块(5-2)、显示模块(5-3)，所述的计算模块(5-1)的输出信息，提供给语音模块(5-2)和显示模块(5-3)；计算模块(5-1)，根据车辆参数监测模块提供的信息和路面允许最大摩擦力信息，计算车辆连续运行曲线和前方监测处的预测曲线的数据，包括车速、地面允许最大牵引和制动力；显示模块(5-3)所显示的信息包括车速、地面允许最大牵引和制动力、当前车辆牵引力/制动力曲线；语音模块(5-2)的内容包括前方路面情况、是否需要降低牵引力或制动力的提示。
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