CN109263660A - 一种基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法 - Google Patents

一种基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及先进驾驶员辅助系统，尤其是涉及一种基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，根据自车越界时间TTLC及自车与车道线距离DLC来判定自车是否偏离车道，并结合车道宽度综合判断车辆是否越界或偏离车道，并在车辆越界或偏离车道后发出车道偏离预警，提醒驾驶员控制车辆正常行驶；其中，自车越界时间指前车轮轮心行驶至同侧车道线所需要的时间；越界时间TTLC=前车轮轮心与车道边界距离D/横向偏离速度VD；自车与车道线距离指前车轮轮心与同侧车道线的物理距离，该距离由前摄像头采集到的车道线信息后经过计算得到。本发明基于360°环视影像系统开发LDW功能，可直接省去LDW功能带来的硬件成本，成本低。

Description

一种基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法
技术领域
本发明涉及先进驾驶员辅助系统(ADAS)，尤其是涉及一种车道偏移预警系统(Lane Departure Warning，简写为LDW，当驾驶员驾驶车辆过程中，出现无意识的车道偏离情况，系统将会对驾驶员发出声光报警，以提醒驾驶员控制车辆稳定在车道线内行驶，避免发生侧向碰撞)。
背景技术
随着消费者对汽车安全性的重视程度越来越高，先进驾驶员辅助系统(ADAS)自然而然的成为了各大汽车厂商技术开发的重点领域。而作为ADAS其中的一项功能，LDW功能能够判断无意识的车道偏离，并向驾驶员发出报警，以减少侧向碰撞以及其它相关事故的发生。
目前大多数汽车厂商都采用独立的前视单目摄像头作为图像传感器及处理器，对采集到的车道线视频信息进行识别、处理，再结合自车当前行驶信息，判定自车是否处在无意识的车道偏离情况，并向驾驶员发出报警。但单目摄像头模块对于对成本极其敏感的汽车厂商来说，无疑会增加成本负担，这时就需要另外一种低成本方案来开发该功能。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提出一种基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，在环视影像的硬件基础上，开发LDW功能，可直接省去LDW功能带来的硬件成本，只需使用环视摄像头中的前摄像头，即可完成LDW功能的低成本开发。
本发明采用的技术方案：
一种基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，根据自车越界时间TTLC及自车与车道线距离DLC来判定自车是否偏离车道，并结合车道宽度综合判断车辆是否越界或偏离车道，并在车辆越界或偏离车道后发出车道偏离预警，提醒驾驶员控制车辆正常行驶；其中，自车越界时间指前车轮轮心行驶至同侧车道线所需要的时间；越界时间TTLC＝前车轮轮心与车道边界距离D/横向偏离速度VD；自车与车道线距离指前车轮轮心与同侧车道线的物理距离，该距离由前摄像头采集到的车道线信息后经过计算得到。
所述的基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，定义固定报警线DLC，当自车向车道线靠近、无功能抑制条件触发且未满足TTLC报警条件时，系统根据固定报警线DLC来触发报警，根据实际车道线宽窄各异，定义窄车道及其DLC值和宽车道及其DLC值：
窄车道：2.5m＜W＜2.7m，DLC阈值定义为2cm；
即当自车在窄车道上行驶且向车道线靠近时，前轮轮心距离同侧车道线小于等于2cm时，系统会发出车道偏离报警；
宽车道：2.7m≤W≤4.8m，DLC阈值定义为10cm；
即当自车在宽车道上行驶且向车道线缓慢靠近时，前轮轮心距离同侧车道线小于等于10cm且未满足TTLC报警条件时，系统会发出车道偏离报警。
发明有益效果：
1、本发明基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，基于360°环视影像系统开发LDW功能，可直接省去LDW功能带来的硬件成本，成本低。采用环视摄像头中的前摄像头采集到的车道线数据进行提取、处理，并结合自车上的运行状态信号，对自车当前行驶情况进行分析，以确定自车是否处在偏离车道这种危险工况中。
2、本发明基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，适用于装配了环视摄像头的乘用车，在其开发环视影像的基础上，通过本文算法，可开发出ADAS功能中的LDW功能，以达到降低汽车厂商开发成本且提升汽车安全配置的目的。
3、本发明基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，未采用最早报警线及最迟报警线，而是定义了固定报警线DLC。当自车向车道线靠近、无功能抑制条件触发且未满足TTLC报警条件时，系统会根据DLC来触发报警，但实际车道线宽窄各异，在如果DLC用一个值，那么系统在窄车道和宽车道的性能差异明显，为避免该问题，系统定义了窄车道及其DLC值和宽车道及其DLC值。
附图说明
图1为报警临界线及其设置区域示意图；
图2为自车方向盘转角信号示意图；
图3为自车转弯行驶的横向偏离速度/越界时间算法示意图；
图4为LDW功能的抑制条件示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明技术方案做进一步的详细描述。以下各实施例仅用于说明本发明，不应当构成对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在现有技术范围内，采用惯用技术手段的置换以及和现有技术进行简单组合，均不脱离本发明保护范围。
实施例1
参见图1～图3，本发明基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，基于360°环视影像系统开发LDW功能，需要采用其中前摄像头采集到的车道线数据进行提取、处理，并结合自车上的运行状态信号，对自车当前行驶情况进行分析，以确定自车是否处在偏离车道这种危险工况中。图1为车道偏移预警的报警临界线及其设置区域示意图。
报警策略
LDW功能需根据自车越界时间(TTLC)及自车离车道线距离(DLC)来判定是否自车偏离车道，其中自车越界时间指前车轮轮心行驶至同侧车道线所需要的时间；自车离车道线距离指前车轮轮心与同侧车道线的物理距离，该距离由前摄像头采集到车道线信息后，换算成物理量，然后与提前写入处理器的车轮心及摄像头整车坐标相对比，计算出该距离。
越界时间TTLC＝(报警临界线与车道边界距离D)/(横向偏离速度VD)；
越界报警时间阈值TTLC_th＝0.3s；
此方案未采用最早报警线及最迟报警线，而是定义了固定报警线DLC。
DLC计算策略
当自车向车道线靠近、无功能抑制条件触发且未满足TTLC报警条件时，系统会根据DLC来触发报警，但实际车道线宽窄各异，在如果DLC用一个值，那么系统在窄车道和宽车道的性能差异明显，为避免该问题，系统定义了窄车道及其DLC值和宽车道及其DLC值。
窄车道：2.5m＜W＜2.7m，DLC阈值定义为2cm。即当自车在窄车道上行驶且向车道线靠近时，前轮轮心距离同侧车道线小于等于2cm时，系统会发出车道偏离报警。窄车道报警策略不考虑TTLC因素，在系统未被抑制情况下，只要满足该阈值条件，系统就会报警。
宽车道：2.7m≤W≤4.8m，DLC阈值定义为10cm。即当自车在宽车道上行驶且向车道线缓慢靠近时，前轮轮心距离同侧车道线小于等于10cm且未满足TTLC报警条件时，系统会发出车道偏离报警。
TTLC计算策略
当自车在宽车道中行驶，自车向车道线缓慢靠近且未触发任何功能抑制条件时，处理器根据公式TTLC＝D/VD计算TTLC实际值，当TTLC实际值≤0.3s时，系统发出车道偏离预警，提醒驾驶员控制车辆正常行驶。
当以TTLC来判定车道是否偏离车道时，由于环视摄像头的前摄像头识别有效距离近(8～9m)且该系统只可应用于直道及曲率半径＞250m的弯道，所以系统将前摄像头采集的车道线默认为直道。在这种情况下，计算TTLC的关键因素就在于横线偏离速度VD的算法。此时针对横向偏离速度，开发了两种情况下的算法。
自车直线行驶的横向偏离速度/越界时间算法
自车是否直线行驶需根据自车方向盘转角信号来判定，如图2所示，当方向盘转角＜10°时，系统判定自车在直线行驶中，横向偏离速度计算方法如下：
α——自车行驶方向与车道线夹角，由系统根据前摄像头车道线图像信息计算所得；
D——偏离侧前轮轮心与同侧车道线距离，由系统根据前摄像头车道线图像信息、车轮心整车坐标、前摄像头整车坐标计算所得；
V——自车行驶速度，由车上ESP数据读取；则：
VD＝V·sinα
TTLC＝D/VD＝D/(V·sinα)
自车转弯行驶的横向偏离速度/越界时间算法
如图3所示，当自车方向盘转角≥10°时，系统判定自车在转弯行驶中，横向偏离速度计算方法如下：
该计算方法应用于忽略轮胎侧偏角时的汽车转向运动，鉴于该功能应用于弯道半径大于250m的车道上，即自车运动半径相对自车参数较大，所以忽略自车尺寸参数：
其中，O——车辆运动轨迹圆心；δ——车轮转向角，由车上EPS数据读取；θ——自车与车道线的夹角，由系统根据前摄像头车道线图像信息计算所得；L——轴距；R——转向半径；M︵N——偏离侧前轮到车道线所走的路程；D——偏离侧前轮轮心与同侧车道线距离，由系统根据前摄像头车道线图像信息、车轮心整车坐标、前摄像头整车坐标计算所得；V——前轮行驶速度，由车上ESP数据读取；
R≈L/δ；
α＝δ+θ；
OP＝R·cosα；
OQ＝OP-D；
β＝arcos(OQ/ON)；
OM＝ON≈R；
γ＝β-α；
M︵N＝OM·γ；
TTLC＝M︵N/V；
综上：
实施例2
参见图1～图3，本发明基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，根据自车越界时间(TTLC)及自车与车道线距离(DLC)来判定自车是否偏离车道，并结合车道宽度及其他抑制条件综合判断车辆是否越界或偏离车道，并在车辆越界或偏离车道后发出车道偏离预警，提醒驾驶员控制车辆正常行驶；其中，自车越界时间指前车轮轮心行驶至同侧车道线所需要的时间；越界时间TTLC＝前车轮轮心与车道边界距离D/横向偏离速度VD；自车与车道线距离指前车轮轮心与同侧车道线的物理距离，该距离由前摄像头采集到的车道线信息后经过计算得到。
实施例3
参见图1～图3，本实施例的基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，与实施例2的不同之处在于：进一步的，定义固定报警线DLC，当自车向车道线靠近、无功能抑制条件触发且未满足TTLC报警条件时，系统根据固定报警线DLC来触发报警，根据实际车道线宽窄各异，定义窄车道及其DLC值和宽车道及其DLC值：
窄车道：2.5m＜W＜2.7m，DLC阈值定义为2cm；即当自车在窄车道上行驶且向车道线靠近时，前轮轮心距离同侧车道线小于等于2cm时，系统会发出车道偏离报警；
宽车道：2.7m≤W≤4.8m，DLC阈值定义为10cm；即当自车在宽车道上行驶且向车道线缓慢靠近时，前轮轮心距离同侧车道线小于等于10cm且未满足TTLC报警条件时，系统会发出车道偏离报警。
实施例4
参见图1～图3，本实施例的基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，与实施例3的不同之处在于：进一步的，当以TTLC来判定车道是否偏离车道时，将前摄像头采集的车道线默认为直道；在这种情况下，计算TTLC的关键因素就在于横向偏离速度VD的算法，此时采用以下两种情况下的算法计算横向偏离速度：
1)自车直线行驶的横向偏离速度/越界时间算法
自车是否直线行驶，需根据自车方向盘转角信号来判定，当方向盘转角＜10°时，系统判定自车在直线行驶中，根据自车与车道线的夹角α，及自车的实际速度V进行计算：
VD＝V·sinα
TTLC＝D/VD＝D/(V·sinα)
2)自车转弯行驶的横向偏离速度/越界时间算法
当自车方向盘转角≥10°时，系统判定自车在转弯行驶中，鉴于该功能应用于弯道半径大于250m的车道上，忽略自车尺寸参数及轮胎侧偏角时的汽车转向运动。根据车辆轴距L、车轮转向角δ、前轮速度V、车辆与车道线的夹角θ、偏离侧前轮轮心与同侧车道线距离D进行计算：
参见图4，本发明基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，为避免驾驶员主动变道、转弯时发出不必要的警报，设置如下的抑制条件：
1.车速
车速大于60kph解除抑制，条件满足时立即解除抑制；
车速小于150kph解除抑制，条件满足时立即解除抑制；
车速小于55kph开启抑制，条件满足后等待3s开启抑制；
车速大于158kph开启抑制，条件满足后等待5s开启抑制；
2.转向灯，变道灯及危险警报灯
相关侧转向灯或变道灯开启时开启抑制，条件满足时立即开启抑制；
相关测转向灯或变道灯关闭时解除抑制，条件满足后需要等待3s钟以解除抑制；
3.车道线
探测到相关侧边车道边界时解除抑制，条件满足后需要等待3s以解除抑制；
相关侧车道边界丢失时开启抑制，条件满足时立即开启抑制。
4.方向盘转角速率(AVM需要增加SteerWheelRotSpd信号)
方向盘转角速率大于激活阈值时立即触发抑制；
方向盘转角速率小于激活阈值，条件满足后需要等待4s以解除抑制；
5.两次报警间隔(同侧抑制)
当报警停止后解除抑制，满足条件后需等待3s钟以解除抑制；在抑制区间内再次压线并回正后重新计时3s。
本发明基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，适用于装配了环视摄像头的乘用车，在其开发环视影像的基础上，通过本文算法，可开发出ADAS功能中的LDW功能，以达到降低汽车厂商开发成本且提升汽车安全配置的目的。

Claims (4)

1.一种基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，其特征在于：根据自车越界时间TTLC及自车与车道线距离DLC来判定自车是否偏离车道，并结合车道宽度综合判断车辆是否越界或偏离车道，并在车辆越界或偏离车道后发出车道偏离预警，提醒驾驶员控制车辆正常行驶；其中，自车越界时间指前车轮轮心行驶至同侧车道线所需要的时间；越界时间TTLC＝前车轮轮心与车道边界距离D/横向偏离速度VD；自车与车道线距离指前车轮轮心与同侧车道线的物理距离，该距离由前摄像头采集到的车道线信息后经过计算得到。
2.根据权利要求1所述的基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，其特征在于：定义固定报警线DLC，当自车向车道线靠近、无功能抑制条件触发且未满足TTLC报警条件时，系统根据固定报警线DLC来触发报警，根据实际车道线宽窄各异，定义窄车道及其DLC值和宽车道及其DLC值：
窄车道：2.5m＜W＜2.7m，DLC阈值定义为2cm；
即当自车在窄车道上行驶且向车道线靠近时，前轮轮心距离同侧车道线小于等于2cm时，系统会发出车道偏离报警；
宽车道：2.7m≤W≤4.8m，DLC阈值定义为10cm；
即当自车在宽车道上行驶且向车道线缓慢靠近时，前轮轮心距离同侧车道线小于等于10cm且未满足TTLC报警条件时，系统会发出车道偏离报警。
3.根据权利要求1或2所述的基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，其特征在于：当以TTLC来判定车道是否偏离车道时，将前摄像头采集的车道线默认为直道；在这种情况下，计算TTLC的关键因素就在于横向偏离速度VD的算法，此时采用以下两种情况下的算法计算横向偏离速度：
1)自车直线行驶的横向偏离速度/越界时间算法
自车是否直线行驶，需根据自车方向盘转角信号来判定，当方向盘转角＜10°时，系统判定自车在直线行驶中，根据自车与车道线的夹角α，及自车的实际速度V进行计算：
VD＝V·sinα
TTLC＝D/VD＝D/V·sinα
2)自车转弯行驶的横向偏离速度/越界时间算法
当自车方向盘转角≥10°时，系统判定自车在转弯行驶中，鉴于该功能应用于弯道半径大于250m的车道上，忽略自车尺寸参数及轮胎侧偏角时的汽车转向运动。根据车辆轴距L、车轮转向角δ、前轮速度V、车辆与车道线的夹角θ、偏离侧前轮轮心与同侧车道线距离D进行计算：
4.根据权利要求3所述的基于360°环视影像系统的车道偏移预警控制方法，其特征在于：为避免驾驶员主动变道、转弯时发出不必要的警报，设置如下的抑制条件：
a，车速
车速大于60kph解除抑制，条件满足时立即解除抑制；
车速小于150kph解除抑制，条件满足时立即解除抑制；
车速小于55kph开启抑制，条件满足后等待3s开启抑制；
车速大于158kph开启抑制，条件满足后等待5s开启抑制；
b，转向灯，变道灯及危险警报灯
相关侧转向灯或变道灯开启时开启抑制，条件满足时立即开启抑制；
相关测转向灯或变道灯关闭时解除抑制，条件满足后需要等待3s钟以解除抑制；
c，车道线
探测到相关侧边车道边界时解除抑制，条件满足后需要等待3s以解除抑制；
相关侧车道边界丢失时开启抑制，条件满足时立即开启抑制；
d，方向盘转角速率
方向盘转角速率大于激活阈值时立即触发抑制；
方向盘转角速率小于激活阈值，条件满足后需要等待4s以解除抑制；
e，两次报警间隔/双向抑制
当系统开始报警时，抑制下一次报警事件，条件满足后需等待3s以解除抑制。
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