CN109080628B - 目标确定设备和驾驶辅助系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种安装在车辆中的目标确定设备以及驾驶辅助系统。该目标确定设备包括：第一相对速度获取装置，其被配置成使用毫米波雷达获取车辆前方的目标相对于车辆的相对速度作为第一相对速度；第二相对速度获取装置，其被配置成使用激光雷达获取目标相对于车辆的相对速度作为第二相对速度；以及确定装置，其被配置成：在第一相对速度与第二相对速度之间的差超过阈值的情况下，将目标确定为位于车辆的高度上方的上部结构。

Description

目标确定设备和驾驶辅助系统
技术领域
本发明涉及安装在车辆中的目标确定设备和驾驶辅助系统。
背景技术
安装在车辆中的驾驶辅助系统执行用于辅助车辆驾驶的驾驶辅助控制。作为上述驾驶辅助控制，已知跟随巡航控制或碰撞避免控制。
跟随巡航控制是用于在保持设置的车辆间距离的同时跟随前方车辆的控制。在到前方车辆的车辆间距离低于设置值的情况下，驾驶辅助系统自动地操作制动装置并且降低车辆的速度。
碰撞避免控制是用于避免与道路上的障碍物(另一车辆、自行车、行人等)碰撞的控制。在确定存在与障碍物碰撞的可能性的情况下，驾驶辅助系统自动地操作制动装置并且降低车辆的速度。
在跟随巡航控制和碰撞避免控制两者中，需要使用车载传感器将车辆前方的障碍物或前方车辆识别为“对象”。然而，车载传感器不仅检测路面上的障碍物或前方车辆，而且还检测“上部结构”，例如设置在路面上方的交通标志、标识牌或天桥。在上述上部结构被错误地确定为障碍物或前方车辆的情况下，可能发生不必要的速度降低。不必要的速度降低(速度的错误降低)的发生会导致驾驶员感到不舒适或不安的感觉，并且导致驾驶辅助系统的可靠性劣化。因此，当执行驾驶辅助控制时，期望准确地识别上部结构。
日本未审查专利申请公开第2002-189075号(JP 2002-189075A)公开了一种路上静止对象检测方法。该方法使用摄像装置和雷达装置来确定目标是否是路上静止对象。更详细地，在由摄像装置拍摄的目标与由雷达拍摄的目标相同并且根据摄像装置拍摄的图像确定目标的高度高于水平线的情况下，确定目标是路上静止对象。
日本未审查专利申请公开第2002-303671号(JP 2002-303671A)公开了能够确定车辆前方的对象的分类的对象分类确定装置。对象分类确定装置使用摄像装置和扫描激光雷达来检测车辆前方的对象。在前方车道上设置了标识牌的情况下并且在车辆向前移动并且在给定距离内接近标识牌的情况下，标识牌落在扫描激光雷达的检测范围之外。通过使用上述倾向，对象分类确定装置确定车辆前方的对象是设置在车道上方的标识牌。
发明内容
如上所述，在驾驶辅助控制等中，需要关于车辆前方的目标是否是上部结构的确定。然而，在JP 2002-189075A和JP 2002-303671A的情况下，在车辆未在预定距离内接近目标的情况下，不能确定目标是否是上部结构。
具体地，在JP 2002-189075A的情况下，通过分析由摄像装置捕获的图像来识别目标。然而，为了通过图像分析准确地识别目标，需要相对清晰的图像。即，在使用摄像装置的情况下，可识别的范围相对较窄，并且除非车辆在预定距离内接近目标，否则不可能识别目标。在JP 2002-303671A的情况下，在目标太接近以至于落在扫描激光雷达的检测范围之外之后确定目标是上部结构。从发生不必要的速度降低等的观点来看，不期望确定目标是上部结构方面的延迟。
本发明提供了一种能够及早确定车辆前方的目标是否为上部结构的技术。
本发明的第一方面涉及安装在车辆中的目标确定设备。目标确定设备包括：第一相对速度获取装置，其被配置成使用毫米波雷达获取车辆前方的目标相对于车辆的相对速度作为第一相对速度；第二相对速度获取装置，其被配置成使用激光雷达获取目标相对于车辆的相对速度作为第二相对速度；以及确定装置，其被配置成：在第一相对速度与第二相对速度之间的差超过阈值的情况下，将目标确定为位于车辆的高度上方的上部结构。
本发明的第二方面涉及安装在车辆中的驾驶辅助系统。驾驶辅助系统包括：目标确定设备，该目标确定设备包括：第一相对速度获取装置，其被配置成使用毫米波雷达获取车辆前方的目标相对于车辆的相对速度作为第一相对速度，第二相对速度获取装置，其被配置成使用激光雷达获取目标相对于车辆的相对速度作为第二相对速度，以及确定装置，其被配置成：在第一相对速度与第二相对速度之间的差超过阈值的情况下，将目标确定为位于车辆的高度上方的上部结构；以及驾驶辅助控制装置，其被配成执行驾驶辅助控制。驾驶辅助控制包括以下中的至少一个：用于避免与车辆前方的对象碰撞的碰撞避免控制，以及用于在保持设置的车辆间距离的同时跟随对象的跟随巡航控制。驾驶辅助控制装置在驾驶辅助控制中从对象中排除上部结构。
根据本发明的第一方面，目标确定设备使用毫米波雷达和激光雷达两种类型的传感器来获取车辆前方的同一目标(同一前方目标)的相对速度。在使用毫米波雷达的情况下的相对速度是第一相对速度，并且在使用激光雷达的情况下的相对速度是第二相对速度。在车辆前方的目标(前方目标)是上部结构的情况下，第一相对速度与第二相对速度之间的差随着车辆接近上部结构而增加。因此，可以通过将第一相对速度和第二相对速度之间的差与阈值进行比较来确定前方目标是否是上部结构。
根据本发明的第一方面，基于两种类型的传感器的检测结果而不是一种类型的传感器的检测结果来执行确定。上述确定方法几乎不受噪声的影响。即可以以高准确度确定前方目标是否是上部结构。
根据本发明的第一方面，与JP 2002-189075A的情况不同，不需要使用摄像装置来确定前方目标是否是上部结构。毫米波雷达和激光雷达的检测距离足够长于使用摄像装置的情况下的可识别距离。由于使用具有相对较长检测距离的毫米波雷达和激光雷达，因此可以从远距离及早确定前方目标是否是上部结构。
根据本发明的第一方面，在毫米波雷达和激光雷达检测前方目标的同时执行确定。因此，在比JP 2002-303671A的情况下更早的阶段中进行确定变得可能。
如上所述，根据本发明的第一方面的目标确定设备可以以较高准确度及早确定前方目标是否是上部结构。及早确定在车辆速度相对较高的情况下尤其有效。
根据本发明的第二方面的驾驶辅助系统使用根据本发明的第一方面的目标确定设备的确定结果。更详细地，在目标确定设备确定前方目标是上部结构的情况下，驾驶辅助控制装置在驾驶辅助控制中从对象中排除前方目标(上部结构)。
如上所述，根据本发明的第一方面的目标确定设备可以及早确定前方目标是上部结构。确定前方目标是上部结构时的时刻越早，发生不必要的速度降低的概率越小。即，根据本发明的第二方面，进一步抑制了不必要的速度降低(速度的错误降低)的发生。由于进一步抑制了不必要的速度降低的发生，因此进一步减少了驾驶员的不舒适和不安的感觉。另外，进一步提高了驾驶辅助系统的可靠性。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是示出根据本发明的实施方式的车辆和前方目标的示例的示意图；
图2是示出前方目标相对于车辆的相对速度的概念图；
图3是示出由毫米波雷达测量的前方目标的相对速度的概念图；
图4是示出由毫米波雷达测量的前方目标的相对速度的特性的图；
图5是示出由激光雷达进行的测量的概念图；
图6是示出使用激光雷达获取的前方目标的相对速度的概念图；
图7是示出使用激光雷达获取的前方目标的相对速度的特性的图；
图8是示出使用毫米波雷达和激光雷达中的每一个获取的相对于静止车辆的相对速度的特性的图；
图9是示出使用毫米波雷达和激光雷达中的每一个获取的相对于上部结构的相对速度的特性的图；
图10是示出根据本发明的实施方式的目标确定设备的配置的框图；
图11是概述地示出根据本发明的实施方式的目标确定设备中的目标确定方法的流程图；以及
图12是示出使用根据本发明的实施方式的目标确定设备的驾驶辅助系统的配置的框图。
具体实施方式
将参照附图描述本发明的实施方式。
1.概述
图1是示出根据实施方式的车辆1和前方目标的示例的示意图。车辆1在X方向上以给定速度V1在路面上行驶。即X方向表示车辆1的移动方向。Z方向表示向上方向，即远离路面的方向。X方向和Z方向彼此正交。在实施方式中，仅考虑由X方向和Z方向限定的平面并且不考虑水平方向。
在车辆1的前方存在前方目标。在图1中，作为前方目标，示出了静止车辆2和上部结构3。静止车辆2停在车辆1前方的路面上并且位于与车辆1相同的高度处。上部结构3位于车辆1的斜前方，即在车辆1的高度上方。作为上部结构3，示出了设置在路面上方的交通标志、标识牌、天桥等。
如下所述，实施方式提出了能够确定前方目标是否是上部结构3的技术。为了执行确定，使用前方目标相对于车辆1的“相对速度”。前方目标的相对速度可以在固定于车辆1的车辆坐标系中限定。
图2是示出车辆坐标系中的前方目标的相对速度的概念图。在固定于车辆1的车辆坐标系中，车辆1是静止的。静止车辆2和上部结构3两者都以“-V1”的速度在X方向上移动。“-V1”是静止车辆2和上部结构3中的每一个的相对速度。
通过使用安装在车辆1中的传感器来测量或计算前方目标的相对速度。在实施方式中，为了获取前方目标的相对速度，使用毫米波雷达和激光雷达(LIDAR，laser imagingdetection and ranging)两种类型的传感器。在下文中，将描述在毫米波雷达和激光雷达的每种情况下的相对速度的获取。
图3示出了安装在车辆1中的毫米波雷达10被用作传感器的情况。在使用毫米波雷达10的情况下，除了车辆1与前方目标之间的距离之外，还可以直接测量前方目标相对于车辆1的相对速度。然而，所测量的相对速度是视线方向(沿着连接毫米波雷达10和前方目标的线的方向)上的分量。即，使用毫米波雷达10测量的静止车辆2和上部结构3的相对速度V2R、V3R由表达式(1)表示。
表达式(1)：
V2R＝-V1
V3R＝-V1·cosθ
在此，角度θ是从毫米波雷达10朝向上部结构3的方向与X方向之间的角度，即当从毫米波雷达10观察时上部结构3的仰角。对于位于斜上方的上部结构3，所测量的相对速度V3R变成实际相对速度(＝-V1)的视线方向分量(＝-V1·cosθ)。角度θ随着车辆1接近上部结构3而增加。因此，上部结构3的相对速度V3R根据车辆1与上部结构3之间的距离而变化。
图4是示出由毫米波雷达10测量的相对速度V2R、V3R的特性的图。横轴表示车辆1与每个前方目标之间的距离。纵轴表示每个相对速度的绝对值。如将从表达式(1)和图4中理解的，静止车辆2的相对速度V2R的绝对值是恒定的而不取决于车辆1与每个前方目标之间的距离。上部结构3的相对速度V3R的绝对值根据车辆1与每个前方目标之间的距离而变化。更详细地，上部结构3的相对速度V3R的绝对值随着车辆1与每个前方目标之间的距离的减小而减小。
如上所述，在使用毫米波雷达10的情况下，可以直接测量前方目标的相对速度，然而，所测量的相对速度的特性根据前方目标是否是上部结构3而改变。
将参照图5至图7描述安装在车辆1中的激光雷达20用作传感器的情况。激光雷达20在空间分辨率上优于毫米波雷达10，但是不能直接测量前方目标的相对速度。由激光雷达20直接测量的值是到前方目标的距离。然而，如图5所示，激光雷达20在上下方向上的测量范围包括多个层，并且检测到前方目标的层被知悉。因此，可以根据到前方目标的距离和关于检测到前方目标的层的信息来计算车辆1与前方目标之间的水平距离Dx。可以根据水平距离Dx的时间导数(时间变化)间接计算前方目标的相对速度。
图6示出了使用激光雷达20获取的前方目标的相对速度。在使用激光雷达20的情况下，可以根据到前方目标的水平距离Dx的时间导数来计算前方目标的相对速度。计算出的静止车辆2和上部结构3的相对速度V2L、V3L由表达式(2)表示。
表达式(2)：
Figure BDA0001683823090000061
Figure BDA0001683823090000062
如将从图6和表达式(2)中理解的，通过使用水平距离Dx，实际相对速度-V1可以被计算作为相对速度V2L、V3L。与毫米波雷达10的情况不同，上部结构3的相对速度V3L不取决于角度θ。
图7是示出由激光雷达20测量的相对速度V2L、V3L的特性的图。横轴表示车辆1与每个前方目标之间的距离。纵轴表示每个相对速度的绝对值。如将从表达式(2)和图6中理解的，相对速度V2L的绝对值和相对速度V3L的绝对值两者都是恒定的，而不取决于车辆1与每个前方目标之间的距离。
图8是示出使用毫米波雷达10和激光雷达20获取的相对于静止车辆2的相对速度V2R、V2L的特性的图。横轴表示车辆1和静止车辆2之间的距离。纵轴表示每个相对速度的绝对值。如上所述，相对速度V2R、V2L两者彼此一致，而不取决于车辆1与每个前方目标之间的距离。即，当使用毫米波雷达10和激光雷达20两种类型的传感器检测到同一静止车辆2时，获得的相对速度V2R、V2L彼此一致。
图9是示出使用毫米波雷达10和激光雷达20获取的相对于上部结构3的相对速度V3R、V3L的特性的图。横轴表示车辆1和上部结构3之间的距离。纵轴表示每个相对速度的绝对值。如上所述，相对速度V3L不取决于车辆1与上部结构3之间的距离。相对速度V3R取决于车辆1与上部结构3之间的距离，并且随着车辆1与上部结构3之间的距离的减小而减小。即，当使用毫米波雷达10和激光雷达20两种类型的传感器检测到同一上部结构3时，所获得的相对速度V3R、V3L彼此不同。特别地，相对速度V3R和相对速度V3L之间的差取决于车辆1与上部结构3之间的距离，并且随着车辆1接近上部结构3而增加。
如将从图8和图9中理解的，当使用毫米波雷达10和激光雷达20两种类型的传感器获取前方目标的相对速度时，相对速度的特性根据前方目标是否是上部结构3而改变。因此，可以基于使用毫米波雷达10和激光雷达20两种类型的传感器对相对速度的获取结果来执行关于前方目标是否是上部结构3的确定。
根据实施方式的目标确定基于上述原理。在下文中，将描述根据实施方式的用于实现目标确定的配置。
2.目标确定设备
2-1.配置
图10是示出根据实施方式的目标确定设备100的配置的框图。目标确定设备100被安装在车辆1中，并且确定车辆1前方的前方目标是否是上部结构3。详细地，目标确定设备100包括第一相对速度获取装置110、第二相对速度获取装置120以及确定装置130。
第一相对速度获取装置110包括毫米波雷达10和各种处理电路(未示出)。第一相对速度获取装置110使用毫米波雷达10获取前方目标相对于车辆1的相对距离和相对速度(参见图3)。在下文中将使用毫米波雷达10获取的相对速度称为“第一相对速度VR”。第一相对速度VR的特性如图4中所示。第一相对速度获取装置110向确定装置130发送关于所获取的相对距离和第一相对速度VR的信息。
第二相对速度获取装置120包括激光雷达20和各种处理电路(未示出)。第二相对速度获取装置120使用激光雷达20获取前方目标相对于车辆1的相对距离和相对速度(参见图5和图6)。在下文中将使用激光雷达20获取的相对速度称为“第二相对速度VL”。第二相对速度VL的特性如图7所示。第二相对速度获取装置120向确定装置130发送关于所获取的相对距离和第二相对速度VL的信息。
确定装置130由电子控制单元(ECU)实现。ECU是包括处理器、存储装置和输入/输出接口的微型计算机。处理器执行在存储装置中存储的程序，由此实现确定装置130的功能。
确定装置130首先确认毫米波雷达10和激光雷达20是否检测到同一前方目标。例如，在由毫米波雷达10和激光雷达20获得的相对距离之间的差等于或小于预定距离阈值并且第一相对速度VR和第二相对速度VL之间的差等于或小于预定速度阈值的情况下，确定检测到同一前方目标。即使前方目标是上部结构3，但是在车辆1充分远离上部结构3的阶段，第一相对速度VR与第二相对速度VL之间几乎不存在差(参见图9)。
确定装置130计算针对同一前方目标获取的第一相对速度VR和第二相对速度VL之间的差ΔV(＝|VR-VL|)。确定装置130监测差ΔV随着车辆1的移动如何变化。在前方目标是上部结构3的情况下，随着车辆1接近前方目标，差ΔV应该增大(参见图9)。从上述观点来看，确定装置130将第一相对速度VR与第二相对速度VL之间的差ΔV与预定阈值ΔVth进行比较。在差ΔV超过阈值ΔVth的情况下，确定装置130将前方目标确定为上部结构3。
2-2.流程图
图11是示出根据实施方式的目标确定设备100中的目标确定方法的流程图。图11中示出的例程被重复执行。
步骤S110：目标确定设备100使用毫米波雷达10获取第一相对速度VR作为前方目标相对于车辆1的相对速度。
步骤S120：目标确定设备100使用激光雷达20获取第二相对速度VL作为前方目标相对于车辆1的相对速度。
步骤S130：目标确定设备100计算第一相对速度VR与第二相对速度VL之间的差ΔV(＝|VR-VL|)，并且将差ΔV与阈值ΔVth进行比较(步骤S131)。在差ΔV等于或小于阈值ΔVth的情况下(步骤S131：是)，目标确定设备100确定前方目标不是上部结构3(步骤S132)。在差ΔV超过阈值ΔVth的情况下(步骤S131：否)，目标确定设备100确定前方目标是上部结构3(步骤S133)。
2-3.效果
如上所述，根据实施方式的目标确定设备100使用毫米波雷达10和激光雷达20两种类型的传感器来获取同一前方目标的相对速度。在使用毫米波雷达10的情况下的相对速度是第一相对速度VR，并且在使用激光雷达20的情况下的相对速度是第二相对速度VL。在前方目标是上部结构3的情况下，随着车辆1接近上部结构3，第一相对速度VR与第二相对速度VL之间的差ΔV增加。因此，通过比较差ΔV和阈值ΔVth，可以确定前方目标是否是上部结构3。
根据实施方式，基于两种类型的传感器的检测结果之间的差而不是一种类型的传感器的检测结果来执行确定。上述确定方法几乎不受噪声的影响。即可以以高准确度确定前方目标是否是上部结构3。
根据实施方式，可以及早确定前方目标是否是上部结构3。以上将在与JP 2002-189075 A和JP 2002-303671 A的情况进行比较的同时来描述。
首先，作为第一比较示例，考虑JP 2002-189075 A中公开的技术。在JP 2002-189075 A的情况下，通过分析由摄像装置捕获的图像来识别前方目标。然而，为了通过图像分析准确地识别前方目标，需要相对清晰的图像。即，在使用摄像装置的情况下，可识别的范围相对较窄，并且除非车辆在预定距离内接近前方目标，否则不可能识别前方目标。
根据实施方式，不需要使用摄像装置来确定前方目标是否是上部结构3。毫米波雷达10和激光雷达20的检测距离两者都等于或长于100m并且足够长于在使用摄像装置的情况下的可识别距离。由于使用了具有相对较长检测距离的毫米波雷达10和激光雷达20，因此可以从远距离及早确定前方目标是否是上部结构3。
作为第二比较示例，考虑了JP 2002-303671 A中公开的技术。在JP 2002-303671A的情况下，在前方目标太接近以至于落在扫描激光雷达的检测范围之外之后，确定前方目标是标识牌。在实施方式中，在毫米波雷达10和激光雷达20在检测前方目标的同时执行确定。因此，在比第二比较示例的情况更早的阶段进行确定变得可能。
如上所述，根据实施方式的目标确定设备100可以以高准确度及早确定前方目标是否是上部结构3。在车辆1的速度相对较高的情况下，及早确定尤其有效。
3.驾驶辅助系统
上述目标确定设备100通常应用于辅助车辆1的驾驶的驾驶辅助系统。在下文中，将描述使用根据实施方式的目标确定设备100的驾驶辅助系统。
图12是示出使用根据实施方式的目标确定设备100的驾驶辅助系统的配置的框图。驾驶辅助系统被安装在车辆1中，并且包括目标确定设备100、驾驶辅助控制装置200以及行驶装置300。行驶装置300包括：驱动车辆1的驱动装置、施加制动的制动装置以及执行车辆1的转向的转向装置。
驾驶辅助控制装置200执行用于辅助车辆1的驾驶的驾驶辅助控制。驾驶辅助控制装置200由ECU实现。作为驾驶辅助控制，执行跟随巡航控制和碰撞避免控制中的至少一个。
跟随巡航控制是用于在保持设置的车辆间距离的同时跟随前方车辆的控制，并且也被称为自适应巡航控制(ACC)。在到前方车辆的车辆间距离低于设置值的情况下，驾驶辅助控制装置200自动地操作行驶装置300的制动装置并且降低车辆1的速度。
碰撞避免控制是用于避免与道路上的障碍物(另一车辆、自行车、行人等)碰撞的控制，并且也被称为预碰撞安全系统(PCS)。在确定存在与障碍物碰撞的可能性的情况下，驾驶辅助控制装置200自动地操作行驶装置300的制动装置并且降低车辆1的速度。
在跟随巡航控制和碰撞避免控制两种情况下，需要使用车载传感器将车辆前方的障碍物或前方车辆识别为“对象”。然而，车载传感器不仅检测路面上的障碍物或前方车辆，而且还检测位于路面上方的上部结构3。在上述上部结构3被错误地确定为障碍物或前方车辆的情况下，可能发生不必要的速度降低。不必要的降低速度的发生会导致驾驶员感到不舒适或不安的感觉，并且导致驾驶辅助系统的可靠性劣化。因此，当执行驾驶辅助控制时，期望准确地识别上部结构3。
根据实施方式的驾驶辅助控制装置200使用上述目标确定设备100的确定结果。更详细地，在目标确定设备100确定前方目标是上部结构3的情况下，驾驶辅助控制装置200在驾驶辅助控制中从对象中排除前方目标(上部结构3)。
如上所述，根据实施方式的目标确定设备100可以及早确定前方目标是上部结构3。确定前方目标是上部结构3时的时刻越早，发生不必要的速度降低的概率越小。即，根据该实施方式，进一步抑制了不必要的速度降低(错误的速度降低)的发生。由于进一步抑制了不必要的速度降低的发生，因此进一步降低了驾驶员的不舒适和不安的感觉。另外，进一步提高了驾驶辅助系统的可靠性。

Claims (2)

1.一种安装在车辆中的目标确定设备，所述目标确定设备的特征在于，包括：
第一相对速度获取装置，其被配置成使用毫米波雷达获取所述车辆前方的目标相对于所述车辆的相对速度作为第一相对速度；
第二相对速度获取装置，其被配置成使用激光雷达获取所述目标相对于所述车辆的相对速度作为第二相对速度；以及
确定装置，其被配置成：在所述第一相对速度与所述第二相对速度之间的差超过阈值的情况下，将所述目标确定为位于所述车辆的高度上方的上部结构。
2.一种安装在车辆中的驾驶辅助系统，所述驾驶辅助系统的特征在于，包括：
目标确定设备，所述目标确定设备包括：
第一相对速度获取装置，其被配置成使用毫米波雷达获取所述车辆前方的目标相对于所述车辆的相对速度作为第一相对速度，
第二相对速度获取装置，其被配置成使用激光雷达获取所述目标相对于所述车辆的相对速度作为第二相对速度，以及
确定装置，其被配置成：在所述第一相对速度与所述第二相对速度之间的差超过阈值的情况下，将所述目标确定为位于所述车辆的高度上方的上部结构；以及
驾驶辅助控制装置，其被配置成执行驾驶辅助控制，其中：
所述驾驶辅助控制包括以下中的至少一个：用于避免与所述车辆前方的对象碰撞的碰撞避免控制，以及用于在保持设置的车辆间距离的同时跟随所述对象的跟随巡航控制；并且
所述驾驶辅助控制装置在所述驾驶辅助控制中从所述对象中排除所述上部结构。
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