CN110606085B - 智能驾驶辅助系统下预防车辆在交叉口误闯交通灯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了智能驾驶辅助系统下预防车辆在交叉口误闯交通灯的方法，由传感器获取车辆行驶环境的信息，并输入ACC功能控制模块中，从而得到用于实际判断的视野角α；若α≥0，则向通信模块发送正或负的加速度请求值，若α＜0，向通信模块发送负的加速度请求值，最后通信模块向车身控制单元发送控制跟车距离的信息。本发明可以提高准确识别性，保证驾驶员能观测到更多的交通路况信息，预防误闯交通灯的风险。

Description

智能驾驶辅助系统下预防车辆在交叉口误闯交通灯的方法

技术领域

本发明属于智能车辆驾驶辅助领域，具体涉及一种预防ACC车辆在通过交叉口误闯红灯的方法。

背景技术

高级驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistance Systems，简称ADAS)已经在城市道路行驶的车辆中普及。其中，自适应巡航控制技术(adaptive cruise control，ACC)是目前应用最广泛的一种驾驶辅助系统。ACC技术通过毫米波雷达可以实时地采集车辆与前车间的距离和速度差，并基于内置控制逻辑无时差地改变或保持车辆的运行状态。车载智能双目摄像头通过双目相机采集前方车辆和交通灯的彩色图像对，输入到处理模块树莓派来求取视差图的深度值，从而能获取前方目标物的高度。车载高精地图能够达到厘米级的精度，其包含了大量的驾驶辅助信息，最重要的信息就是依托道路网的精确三维表征，比如交叉路口距离和路标位置信息。车辆通过GPS定位所处地标与高精地图已知地标进行比较，经过一系列的复杂处理，从而精确定位车辆所处的位置。

当ACC车辆通过道路交叉口时，往往会遇到如下场景：跟随的前车是卡车或高度较高的车辆时，ACC车辆驾驶员观测前方交通灯视线受到阻挡，当前车在绿灯时间所剩不多的情况下通过交叉口，这时ACC车辆驾驶员由于视线受阻，极可能在自车ACC功能下跟随前车通过交叉口。但是，当ACC车辆来到交叉口停止线时，交通灯已切换到红灯，这样直接导致ACC车辆在交通灯亮红的情况下通过交叉口。这不仅违反了道路交通法规，更为严重的是极易诱发交通事故。然而，当下并没有行之有效的方法来解决这一问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了智能驾驶辅助系统下预防车辆在交叉口误闯交通灯的方法，通过引入高级驾驶辅助系统来预判驾驶员视线被遮挡的临界点，从而调整ACC车辆的跟车距离，确保驾驶员能够准确获取到交通灯信息，规避驾驶员闯红灯的风险。

本发明采用以下技术方案：

智能驾驶辅助系统下预防车辆在交叉口误闯交通灯的方法，传感器获取车辆行驶环境的信息，将获取的信息输入ACC功能控制模块中，得到用于实际判断的视野角α；若α≥0，则向通信模块发送正或负的加速度请求值，若α＜0，向通信模块发送负的加速度请求值，通信模块向车身控制单元发送控制跟车距离的信息，保证驾驶员视野良好。

进一步，所述车辆行驶环境的信息包括：与前车尾部的距离d1、到交通灯的水平距离d2、交通灯至X1轴的垂直高度a和前方车辆顶部至X1轴的垂直高度b。

更进一步，所述距离d1是由毫米波雷达R获取，所述d2是由高精地图GPS定位模块M获取，所述高度a和b是由车载双目摄像头模块V获取。

更进一步，所述视野角

其中e′是ACC功能控制模块5经过学习计算得到的垂直方向误差量，且

其中J_θ为修正系数；所述修正系数J_θ由驾驶员在ACC功能下多次通过道路交叉口，ACC功能控制模块(5)经过不断的阈值学习来确定。

本发明有益效果为：

1.本发明充分利用高级驾驶辅助系统中的传感器技术，主要包括毫米波雷达和车载多功能双目摄像头以及车载高精地图定位技术。ACC车辆通过车载高精地图信息输入得知自车正接近道路交叉口时，双目摄像头模块感知到前方车辆为大型车辆，同时采集到交通灯至摄像头水平方向的垂直高度a和前车顶部至摄像头水平方向的垂直高度b作为输入，经过树莓派将结果输出至毫米波雷达，毫米波雷达收到指令会调整ACC车辆与前车保持一个合理的跟车距离，以保证ACC车辆驾驶员观察交通信号灯视线不被遮挡，从而避免因交通灯信息阻塞而误闯红灯。

2.本发明方法考虑到双目摄像头模块获取前方车辆及交通灯的高度信息与驾驶员实际驾驶视野所获取的高度信息存在偏差，从而在计算模块中引入修正系数来确保计算结果的合理性与准确性。

3.本发明方法提升了ACC车辆在通过道路交叉口的驾驶舒适性，车辆在通过道路交叉口能够主动调节车辆至合理的跟车距离，确保驾驶员能观测到更多的交通路况信息，从而在减少驾驶焦虑的同时预防了误闯交通灯的风险。

4.本发明方法引入双目摄像头，其对物体距离和大小的感知模仿了人眼的功能，将单目摄像头识别的二维平面拓展成三维图像，提高了准确识别性，同时有极高的实用价值。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明方法作进一步详细描述。

图1为本发明智能驾驶辅助系统下预防车辆在交叉口误闯交通灯的方法应用场景示意图。

图2为本发明各模块连接示意图。

图3为本发明智能驾驶辅助系统下预防车辆在交叉口误闯交通灯的方法流程图。

附图标记：1-双目相机，2-树莓派，3-供电模块，4-天线模块，5-ACC功能控制模块，6-通信模块，7-车辆CAN网络，8-车辆纵向控制模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图，对本发明进一步详细描述，但本发明的保护范围不限于此。

如图1所示，分别用高厢货车T和智能轿车E为例，展示智能轿车E跟随高厢货车T来到道路交叉口的场景。现就本发明所涉及到的计算参数作详细说明：

方位关系：从左至右，智能轿车E、E’(E’是轿车E跟随高厢货车T行驶，驾驶员观察交通灯时，其视线刚好被遮挡的临界位置)，高厢货车T，道路交叉口交通灯L。

车载设备：智能轿车E上搭载了三大智能模块，分别是毫米波雷达R、双目摄像头模块V、高精地图GPS定位模块M。

坐标系：以双目摄像头模块V的水平方向、交通灯L的竖直方向建立直角坐标系，记水平方向为X1轴，垂直方向为Y轴；同理，以驾驶员驾车前进平视视线的水平方向与交通灯L的竖直方向建立直角坐标系，记水平方向为X2轴，垂直方向为Y轴；X1轴与X2轴竖直方向的高度差值，记为垂直高度误差e′，即双目摄像头模块V水平方向与驾驶员平视视线的竖直方向高度差值。

视线范围定义：双目摄像头视线A，即双目摄像头所能观测到的视野上边界视线；同理，双目摄像头视线B，即双目摄像头所能观测到的视野下边界视线；驾驶员视线C，即驾驶员在车内所能观测到的前方视野的上边界视线；重合视线D，即双目摄像头视线A与双目摄像头视线B重合到一起的视线。

角度定义：角α，即视线A与视线B的夹角；角β，即视线B与X1轴的夹角；角θ，即视线C与X2轴的夹角。

距离定义：距离d1，即驾驶员在车内乘坐的位置为起点至前车尾部凸起的物理边缘为终点，这段水平方向的距离记作d1；距离d2，即驾驶员在车内乘坐的位置为起点，水平方向延伸至Y轴的交点为终点，这段水平方向的距离记作d2。高度a，即交通灯L顶部物理边缘到X1轴垂直方向的距离，记作a；高度b，即双目摄像头视线B与高厢货车T尾部物理边缘最高点的交点到X1轴垂直方向的距离，记作b。

如图2所示，该方法主要基于智能驾驶辅助系统来实现应用，包括信号连接的车载智能设备和车身控制单元两大部分。车载智能设备包括高精地图GPS定位模块M、双目摄像机模块V和毫米波雷达R，车身控制单元包括车辆CAN网络7和车辆纵向控制模块8。

高精地图GPS定位模块M可以实时定位采集到智能轿车E在高精地图下的精准位置信息，在智能轿车E即将来到道路交叉口时，其向ACC功能控制模块5发送智能轿车E到交通灯L的位置信息，即距离d2。

车载双目摄像头模块V包括双目相机1和树莓派2，双目相机1采集前方物体(车辆和交通灯)并成像为三维图像，输入到树莓派2进行处理，从而获得道路交叉口交通灯L顶部至X1轴的垂直高度a、高厢货车T顶部至X1轴的垂直高度b信息，并将数值发送至ACC功能控制模块5。

毫米波雷达R包括供电模块3、天线模块4、ACC功能控制模块5和通信模块6；供电模块3从车载12V电瓶取电，向天线模块4、ACC功能控制模块5以及通信模块6供电；天线模块4向前发射电磁波和接收反射电磁波信息，并将信息输入ACC功能控制模块5进行计算；ACC功能控制模块5接收天线模块4传递的电磁波信息，能够计算出与前车的相对速度和距离d1，同时接收到高精地图与GPS定位模块M输入的距离d2和双目摄像头模块V输入的高度a和高度b，经过内部处理可得到角度α、β的值，通过计算判断向通信模块6发送信号指令。通讯模块6接收ACC功能控制模块5请求信息，并向车辆CAN网络7发送该请求信息。

车辆CAN网络7接收通讯模块6发送的节点信息，经过信息交互，向车辆纵向控制模块8发送控制指令。

车辆纵向控制模块8接收到车辆CAN网络7发出的控制请求信息，经过计算处理，向ACC车辆的动力系统、制动系统发送纵向控制指令，从而改变跟车距离d1。

ACC功能控制模块5具体的计算与判断步骤如下：

步骤1：在智能轿车E即将来到道路交叉口前，由高精地图及GPS定位模块M得到距离d2并输入到毫米波雷达R的ACC功能控制模块5；

步骤2：双目摄像头模块V采集前方高厢货车T与交通灯L的彩色图像对，对其进行匹配，求取图像的视差图和深度信息，然后采集样本点，利用样本点在相机坐标系下的三维坐标求得道路平面方程，最后根据样本点到平面的距离公式求取三维环境的高度图，从而获取到高度a和b，将其输入到ACC功能控制模块5；

步骤3：毫米波雷达R由天线模块4向前方发射并接受电磁波信息，输入到ACC功能控制模块5进行计算，从而获取智能轿车至高厢货车T尾部的距离d1，并将结果存入ACC功能控制模块5；

由此，有以下的计算与判断：

S1，由图1所示及以上所述，可得下列关系式

从而得

则角

上式求得的角α即为双目相机1视野所能观测到的仰角范围：视线A与视线B的夹角，如图1所示。当角α大于0时，驾驶员能够观测到道路交叉口交通灯L信息。若智能轿车E行驶到图示E′位置时，此时视线A与视线B重合，即图1所示的重合视线D，此时角α＝0，即双目相机1能观测到交通灯L的临界点。

实际上，考虑到驾驶员与双目相机1在垂直方向上存在误差高度e′，这可能会造成双目相机1观测到的视野内，交通灯L高度信息正常获取，但驾驶员观测交通灯L的视野已经被遮挡。如图1所示，智能轿车E在双目相机1视野(视线A与视线B的夹角α区域)能观测到交通灯L时，由于误差e′的存在，驾驶员观察交通灯L的视野(驾驶员视线C与X2轴的夹角θ区域)已经被高厢货车T尾部遮挡，而本发明方法在应用中，应以驾驶员实际能够观测到交通灯L的视野为计算标准。

S2，作类比假设

当驾驶员视线C刚好切过高厢货车T的顶部，此时θ角形成的区域即为驾驶员能观测到交通灯L的临界区域。此时，假设双目相机视线B也刚好切过高厢货车T的顶部，则视线B与X1轴形成的夹角β，由平行关系可知，角θ大于角β。可得关系式如下：

有

考虑到实际情况，驾驶员视野θ与双目相机视野β产生的误差e′范围一般在3cm至10cm之间。引入修正系数J_θ，其取值由驾驶员在ACC功能下多次通过道路交叉口，ACC功能控制模块5经过不断的阈值学习来确定，其可以动态优化调整误差e′的量。引入稳态误差公式：

从而可得：

S3，由以上推算，得到驾驶员视野与双目相机视野在观测前方，所产生的垂直方向误差量e′。因此，在树莓派2每次向ACC功能控制模块5输入高度a和b后，ACC功能控制模块5会将误差量e′作为输入进行计算判断：实际计算出的β值，记作β′，有

得

此时，若角α大于等于0，则判定驾驶员观测前方交通灯视线正常；若角α小于0，则判定驾驶员观测前方交通灯视线受阻。

步骤4：当ACC功能控制模块5计算得：

1°角α≥0时，ACC功能控制模块5向通信模块6发送一个加速度请求值(或正或负)，保证ACC跟车稳定行驶且驾驶员观测交通灯视野良好。

2°角α＜0时，ACC功能控制模块5向通信模块6发送一个加速度请求值(负值)，从而调整ACC车辆及时减速保证驾驶员跟车行驶观测交通灯视野良好。

如图3所示，本发明一种基于智能驾驶辅助系统下预防车辆在交叉口误闯交通灯的流程图，包括步骤：

步骤1)：智能驾驶车辆E在ACC功能启用下，行驶接近至道路交叉口，此时高精地图GPS定位模块M实时采集到车辆E到交通灯L的水平距离d2，并将数值输入至毫米波雷达R的ACC功能控制模块5。

步骤2)：在车辆E行驶接近道路交叉口至一定距离时，双目相机模块V开始工作，识别前方车辆和交通灯的三维图像输入到树莓派2进行处理，获得交通灯L至X1轴的垂直高度a，前方车辆顶部至X1轴的垂直高度b，将数值输入到毫米波雷达R的ACC功能控制模块5。

步骤3)：毫米波雷达R实时计算出车辆E与前车尾部的距离d1，将数值输入到ACC功能控制模块5。

步骤4)：ACC功能控制模块5通过各模块输入的数值计算得到用于实际判断的视野角α，即双目相机视线A与视线B的夹角，有

其中e′是ACC功能控制模块5经过学习计算得到的垂直方向误差量

步骤5)：ACC功能控制模块5通过判别角α的取值，从而确定前方车辆对驾驶员观测交通灯视野的影响：若角α大于等于0，则判定驾驶员观测前方交通灯视线正常；若角α小于0，则判定驾驶员观测前方交通灯视线受阻。

步骤6)：当角α≥0时，ACC功能控制模块5向通信模块6发送一个加速度请求值(或正或负)，为了保证智能驾驶车辆E跟随前车稳定行驶且驾驶员观测前方交通灯视野良好；当角α＜0时，ACC功能控制模块5向通信模块6发送一个加速度请求值(负值)，为了调整智能驾驶车辆E跟车速度，保证驾驶员跟车行驶观测交通灯视野良好。

步骤7)：通信模块6接收到ACC功能控制模块5输入的加速度请求值，经由车辆CAN网络7，向车辆纵向控制模块8发送控制信息。

步骤8)：车辆纵向控制模块8接收控制信息后，向车辆动力系统和制动系统发送控制指令，实现跟车距离的调整，从而保证驾驶员观测前方交通灯视野良好。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.智能驾驶辅助系统下预防车辆在交叉口误闯交通灯的方法，其特征在于，传感器获取车辆行驶环境的信息，将获取的信息输入ACC功能控制模块(5)中，得到用于实际判断的视野角α；若α≥0，则向通信模块(6)发送正或负的加速度请求值，若α＜0，向通信模块(6)发送负的加速度请求值，通信模块(6)向车身控制单元发送控制跟车距离的信息，保证驾驶员视野良好；

所述视野角

其中e′是ACC功能控制模块(5)经过学习计算得到的垂直方向误差量，且

其中J_θ为修正系数；

所述距离d1指：驾驶员在车内乘坐的位置为起点至前车尾部凸起的物理边缘为终点，这段水平方向的距离；所述距离d2指：驾驶员在车内乘坐的位置为起点，水平方向延伸至Y轴的交点为终点，这段水平方向的距离，所述Y轴为交通灯L的竖直方向；所述垂直高度a指：交通灯L顶部物理边缘到X1轴垂直方向的距离；所述垂直高度b指：双目摄像头视线B与高厢货车T尾部物理边缘最高点的交点到X1轴垂直方向的距离；所述X1轴为双目摄像头模块的水平方向。

2.如权利要求1所述的智能驾驶辅助系统下预防车辆在交叉口误闯交通灯的方法，其特征在于，所述车辆行驶环境的信息包括：与前车尾部的距离d1、到交通灯的水平距离d2、交通灯至X1轴的垂直高度a和前方车辆顶部至X1轴的垂直高度b。

3.如权利要求2所述的智能驾驶辅助系统下预防车辆在交叉口误闯交通灯的方法，其特征在于，所述距离d1是由毫米波雷达R获取。

4.如权利要求2所述的智能驾驶辅助系统下预防车辆在交叉口误闯交通灯的方法，其特征在于，所述d2是由高精地图GPS定位模块M获取。

5.如权利要求2所述的智能驾驶辅助系统下预防车辆在交叉口误闯交通灯的方法，其特征在于，所述高度a和b是由车载双目摄像头模块V获取。

6.如权利要求1所述的智能驾驶辅助系统下预防车辆在交叉口误闯交通灯的方法，其特征在于，所述修正系数J_θ由驾驶员在ACC功能下多次通过道路交叉口，ACC功能控制模块(5)经过不断的阈值学习来确定。

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