CN112712728B - 用于高速公路驾驶辅助的控制单元、方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于高速公路驾驶辅助的控制单元、方法和系统。控制单元包括：获取模块，配置成获取包含第一相邻车道的道路标识的图像、第二相邻车道上的邻车的行驶数据、以及本车的行驶数据；判断模块，配置成基于所述图像判断在第一相邻车道上是否出现高速公路出口，并且在判定为是情况下基于所述邻车的行驶数据判断邻车是否具有变道至本车道的变道趋势；以及计算模块，配置成在所述判断模块判定为具有所述变道趋势的情况下，将邻车作为本车的前车，并基于邻车的纵向车速、本车的纵向车速、本车与邻车的纵向相对距离和本车的安全距离计算出本车的减速度。

Description

用于高速公路驾驶辅助的控制单元、方法和系统

技术领域

本发明涉及高速公路驾驶辅助的技术领域，尤其涉及用于高速驾驶辅助的控制单元、方法和系统。

背景技术

公路中发生车祸的几率以高速公路为较高。在高速公路上，匝道出口附近是事故频发地段。虽然，已知有很多驾驶辅助的方案可以降低发生交通事故的风险，但是，针对在高速公路出口附近有车辆违规变道而引发撞车事故的情形，在现有技术中尚未发现能够有效预防的技术方案。

发明内容

鉴于现有技术中的上述问题，本发明提供了一种用于高速公路驾驶辅助的技术方案，其能够防止在高速公路出口附近的撞车事故。

为此，本发明提供了根据权利要求所述的技术方案。

根据本发明的技术方案，在预判出邻车道上出现高速公路出口和邻车具有变道趋势的情况下，为本车计算出合适的跟车距离和减速度，从而有效地防止了在高速公路出口附近的撞车事故。

附图说明

图1是本发明所适用的一种高速公路场景的示意图，其包括在高速公路出口附近的交通参与者。

图2是根据本发明的一种可行实施方式的用于高速公路驾驶辅助的系统的示意性框图。

图3是图2中系统的控制器所包含的控制单元的示意性框图。

图4是根据本发明的一种可行实施方式的用于高速公路驾驶辅助的方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合附图来详细描述本发明的各个实施例。

图1以例示的方式绘示了本发明所适用的高速公路出口附近的场景，其中包括多个交通参与者，例如，本车E及其周围的车辆。本车E行驶在本车道L2上，在本车道L2上，本车E前方行驶有前车F，本车E后方行驶有后车R。高速公路出口位于与本车道L2的一侧相邻(例如，右侧相邻)的第一相邻车道L1上。邻车A行驶在与本车道L2的另一侧相邻(例如，左侧相邻)的第二相邻车道L3上。本车E和邻车A都在纵向上较为接近高速公路出口。邻车A意图经由高速公路出口而离开高速公路，而邻车A的驾驶员忘了提前变道，这样邻车A只能违规，即通过连续变道(从第二相邻车道L3变道至本车道L2再变道至第一相邻车道L1)而驶入高速公路出口。

应当理解，对于靠右边行驶的国家，高速公路的出口一般设置在几条道路的最左边，而对于靠左边行驶的国家，高速公路的出口一般设置在几条道路的最右边。本发明的技术方案对于靠右边行驶和靠左边行驶的交通规则均可适用。

图2示意性示出了根据本发明的一种可行实施方式的用于高速公路驾驶辅助的系统100，其安装在本车E上。该系统100能够为本车E提供适用于在图1中示出的高速公路场景下的驾驶辅助方案。

如图2所示，系统100主要包括传感器单元20、电子地图30和控制器10。传感器单元20可以包括用于感测道路信息和车辆行驶信息的多个传感器。电子地图30可以存储在本车E的导航系统(未示出)中。控制器10与传感器单元20和电子地图30均通信连接。

传感器单元20可以包括前雷达22、摄像头24和后雷达26。前雷达22可以安装在本车E的前部部分，其视野包括本车E的前方区域和侧方区域。例如，前雷达22感测本车E与前车F的相对距离和相对速度。前雷达22还感测邻车A与本车的横向距离，邻车A与车道线的横向距离，以及邻车A的纵向减速度。后雷达26可以安装在本车E的后部部分，其视野包括本车E的后方区域。后雷达26可以实现为在本车E左后侧和右后侧各一个。例如，后雷达26感测本车E与后车R之间的相对速度和相对距离。摄像头24可以安装在本车E的前部部分，例如，前挡风玻璃或内后视镜上，用于探测本车E的前方区域和侧方区域的道路标识和周围车辆的行驶行为。例如，摄像头拍摄包含第一相邻道路的道路标识的图像以及包含邻车A的行驶行为的图像。

控制器10在本车E内的实现方式具有多种形式，例如，控制器10可以与前雷达22集成为单个装置。控制器10也可以与本车E的驾驶辅助系统的中央控制器(未示出)集成在一起。控制器10还可以实现为本车内单独的控制设备或者与其他控制设备集成。

在该实施方式中，摄像头24一直拍摄包含第一相邻车道L1的道路标识的图像，由此实时地监控第一相邻车道L1。摄像头24将拍摄到的图像传输给控制器10，控制器10对接收到图像进行图像识别，当识别出图像中包含指示高速公路出口的道路标识时，借助电子地图30获取本车E与高速公路出口的纵向距离。在识别出高速公路出口时，控制器10提供增加跟车距离的控制策略，从而起到预防本车对前车的追尾事故的作用。

在一个实施例中，当控制器10识别出高速公路出口时，控制器10为本车计算新的跟车距离。在另一个实施例中，当控制器10识别出高速公路出口时，控制器10控制本车的自适应巡航系统(ACC系统)，使得ACC系统的跟车距离变为最大。

传感器单元20探测邻车A的行驶行为，并将表示该行驶行为的行驶数据传输给控制器10，以便控制器10判断邻车A是否具有变道至本车道L2的变道趋势。例如，控制器10在接收到如下信息中的至少一项的情况下判定为邻车A具有变道至本车道的变道趋势：(1)前雷达22感测到邻车A与本车E的横向距离是逐渐减小的；(2)摄像头24拍摄到图像中包含邻车A将变道至本车道的转向信号灯的信息；(3)摄像头24拍摄到的图像中包含邻车A已经压了车道线或者十分接近车道线的信息；(4)前雷达22感测到邻车A与车道线的横向距离是逐渐减小的。

在判定为邻车A具有所述变道趋势的情况下，控制器10为本车E提供减速的控制策略，即，控制器10为本车计算出合适的减速度，使得在邻车A变道至本车道以及行驶在本车道的过程中，本车与其周围的交通参与者(例如，前车F、后车R和邻车A)之间的距离始终在安全距离内。

应当理解，在邻车A变道至本车道L2并行驶在本车道L2的期间，如果邻车A成为本车E前方最紧邻的车辆，则本车E将邻车A视为前车。在该情况下，本车E的ACC系统可以将邻车A视为追踪目标。

应当理解，本发明中的“安全距离”应当理解为在本车E以当前车速行驶时，与其周围的交通参与者均不会发生碰撞的距离。该“安全距离”可以是如下项中的一个：(1)本车E中预先设定的值；(2)基于预先设定的本车E与前车F的碰撞时间和本车E与前车F的纵向相对车速获得的值(例如，该碰撞时间与该纵向相对车速的乘积)；(3)本车的ACC系统中设定的安全跟车距离中的最小值。

接着，控制器10执行使得本车E根据计算出的减速度来减速的控制策略。

在一个实施例中，控制器10根据计算出减速度生成降矩请求，并将该降矩请求发送给本车E的发动机管理系统210，以便发动机管理系统210执行降矩操控从而实现根据计算出的减速度的减速。

在另一个实施例中，控制器10根据计算出减速度生成制动请求，并将该制动请求发送给稳定性系统220，以便稳定性系统ESP220执行制动操控从而实现根据计算出的减速度的减速。

由此可见，当在高速公路出口附近出现邻车违规变道的情况下，系统100通过对本车E进行控制来有效地降低撞车事故。在用于实现该系统100的元素中，对于所涉及的硬件部分，借助本车内的感测装置和控制装置就能够实现，对于所涉及的控制策略部分，可以通过软件的更新或重新设计或功能融合的方式来实现，也可以通过重新设计控制装置中的硬件电路的方式来实现。因此，本发明的系统具有开发速度快和成本低的优点。

图3示意性示出了图2中的控制器10所包括的控制单元12，其能够实施用于高速公路驾驶辅助的控制策略。如图3所示，控制单元12包括获取模块120、判断模块122、计算模块124、生成模块126和调节模块128。

获取模块120获取(例如，以预定的频率获取或者实时地获取)包含第一相邻车道L1的道路标识的图像、邻车A的行驶数据以及本车E的行驶数据。邻车A的行驶数据包括邻车的纵向车速、相对于本车的横向距离、相对于车道线的位置关系以及转向信号灯的情况。本车E的行驶数据包括本车E分别相对于前车F和后车R的相对距离和相对速度，以及本车的纵向车速。

首先，判断模块122基于所获取的图像判断在本车E前方的第一相邻车道L1上是否出现高速公路出口。例如，判断模块122对所述图像进行图像识别，以判断是否包含表示高速公路出口的道路标识。当判断模块122判定为包含高速公路出口的道路标识时，则判定为在第一相邻车道L1上出现高速公路出口，并将该判定信息传输给计算模块124。在判断模块122判定为出现高速公路出口的情况下，为了预防高速公路出口处的撞车事故，控制单元10为本本车提供增大跟车距离的控制策略。

在一个实施例中，在判断模块122判定为出现高速公路出口时，计算模块124为本车E计算出新的跟车距离，该新的跟车距离应当理解为相对于当前跟车距离较大的且适合的跟车距离。例如，计算模块124根据本车E的纵向车速和跟车时距的乘积来计算出新的跟车距离。

应当理解，本车的跟车时距可以是本车在出厂时预先设定的，也可以是在本车预先存储的多个跟车时距中根据本车车速选定的，还可以是本车的自适应巡航控制系统中的设定的跟车时距。

在另一个实施例中，在判断模块122判定为出现高速公路出口时，将该判定信息传输给调节模块128。调节模块128生成调节指令并将该调节指令传输给本车的ACC系统，以便ACC系统响应于该调节指令而将跟车距离变为最大。

接着，判断模块122根据邻车A的行驶数据来判断邻车是否具有向本车道L2变道的变道趋势。在判断模块122判定为邻车A具有该变道趋势时，将该判定信息传输给计算模块124。在判断模块122判定为邻车A具有变道趋势的情况下，控制单元10为本车提供减速的控制策略，使得本车E与其周围的交通参与者(例如，邻车A，本车E的前车F和后车R)之间一直保持在安全距离内，从而起到预防由于邻车突然变道而引起撞车事故的作用。

在一个实施例中，判断模块122通过如下方式中的至少一种来判断邻车A是否具有变道至本车道L2的变道趋势：(1)邻车A的转向信号灯的信息，例如，判断模块122在摄像头所拍摄的图片中识别出指示邻车A打了转向至本车道L2的转向信号灯的信息；(2)邻车A与本车E的横向距离，例如，判断模块122判断出前雷达探测到邻车A与本车E的横向距离在逐渐变小；(3)邻车A与车道线的位置关系，例如，判断模块122从摄像头所拍摄的图片中识别出邻车A已经十分接近或者已经压了本车道L2的车道线；或者，判断模块122判断出前雷达探测到的邻车A与本车道L2的车道线的横向距离在逐渐减小。

在一个实施例中，计算模块124通过如下方式计算出本车E的减速度。在判断模块122判定为邻车A具有所述变道趋势时，邻车A即将或者已经变道至本车道，并成为本车E前方最紧邻本车E的车辆，这时，将邻车A视为本车E的前车。计算模块124将邻车A视为本车E的前车，即将邻车A的行驶数据作为本车的前车的行驶数据进行计算。计算模块124根据邻车A的纵向车速、本车E的纵向车速、本车E与邻车A的纵向相对距离和本车的安全距离计算出本车E的减速度。例如，计算模块124根据如下公式来计算本车E的减速度：

a＝(V1^2-V2^2)/2S。

其中，a为本车的减速度，V1为本车E的纵向车速，V2为邻车A的纵向车速，S为本车E与邻车A的相对距离减去本车E的安全距离的差值。

在该实施方式，还可以包括对计算出的减速度进行修正的修正方案。例如，根据本车E与高速公路出口的纵向距离以及本车E与后车R的碰撞时间中的至少一项来修正计算出的减速度。

在一个示例性的修正方案中，判断模块122判定为出现高速公路出口时，获取模块120实时地获取本车E与高速公路出口的纵向距离。接着，判断模块122判断该纵向距离是否小于预先确定的纵向距离阈值。在判断模块122判定为小于的情况下，计算模块124将计算出的减速度乘以第一系数以增大所述减速度。第一系数随着所述纵向距离的减小而增大。

由此可见，根据该修正方案，越接近高速公路出口，减速度越大，即本车的纵向车速越小，由此起到了预防本车在高速公路出口附近的追尾事故的作用。

在另一个示例性的修正方案中，计算模块124根据本车E与后车R的相对速度和相对距离计算出本车E与后车R的碰撞时间。接着，判断模块122判断该碰撞时间是否小于预先确定的碰撞时间阈值。在判断模块122判定为小于的情况下，计算模块124将计算出的减速度乘以第二系数以减小所述减速度。第二系数随着所述碰撞时间的减小而减小。

由此可见，根据该修正方案，本车E与后车R的碰撞时间减小至极限值(即，碰撞时间阈值)时，碰撞时间越小，减速度越小，即，通过使得本车E速度变大一些的方式来增加本车E与后车R之间的相对距离，起到了预防本车E被后车追尾的作用。

应当理解，在本发明中，上述两个修正方案可以同时采纳，即，同时考虑本车E与高速公路出口的纵向距离以及本车E与后车R的碰撞时间这两个因素来修正计算出的减速度，从而进一步提升了预防撞车事故的能力。

应当理解，在没有紧急刹车(例如，没有出现AEB)的情况下，计算模块124计算出的减速度不会大于ACC系统中设定的最大减速度，从而，在实施减速的过程中，不会出现不舒适的感受。

在计算模块124计算出本车E的减速度之后，生成模块126生成用于为本车E减速的请求。

在一个实施例中，生成模块126基于计算出的减速度生成降矩请求，并将该降矩请求发送给本车E的发动机管理系统210，以便发动机管理系统210根据降矩请求执行降矩操控，从而实现基于计算出的减速度的减速。

在另一个实施例中，生成模块126基于计算出的减速度生成制动请求，并将该制动请求发送给本车E的稳定性系统220，以便稳定性系统220根据该定制动请求执行制动操控，从而实现基于计算出的减速度的减速。

图4示出了根据本发明的一种可行实施方式的用于高速公路驾驶辅助的方法400。该方法400可以借助上述控制单元10来实施，也可以借助上述系统100来实施。因此，以上关于控制单元10和系统100的相关描述也适用于此。

参见图4，在步骤S410中，获取模块120获取包含第一相邻车道的道路标识的图像、第二相邻车道上的邻车A的行驶数据、以及本车E的行驶数据，其中，邻车A的行驶数据至少包括邻车A的纵向减速度，本车E的行驶数据至少包括本车E与后车R的相对速度和相对距离。

接着，在步骤S420中，判断模块122基于所获取的图像判断在第一相邻车道上是否出现高速公路出口。

在判断模块122判定为“否”的情况下，方法400返回步骤S410。在判断模块122判定为“是”的情况下，方法400进入步骤S430。

并且，在步骤S430中，获取模块120实时地获取本车与高速公路出口的纵向距离。

并且，在步骤S440中，计算模块124为本车E计算出新的跟车距离，或者调节模块128将ACC系统中的跟车距离调节为最大。

接着，在步骤S450中，判断模块122判断邻车A是否具有变道至本车道的变道趋势。

在判断模块122判定为“否”的情况下，方法400返回步骤S430。在判断模块122判定为“是”的情况下，方法400进入步骤S460。

接着，在步骤S460中，计算模块124根据将邻车A作为本车E的前车F，并基于邻车A的纵向车速、本车E的纵向车速、本车E与邻车A的纵向相对距离和本车E的安全距离计算出本车E的减速度。

接着，在步骤S470中，计算模块124基于本车E与后车R的碰撞时间和/或本车E与高速公路出口的纵向距离来修正计算出的减速度。

在方法400中，步骤S430和S4400可以以任意的顺序进行或者同时执行。

根据本发明的技术方案，通过监控高速公路出口附近的道路标识和车辆行驶行为，预判出高速公路出口以及邻车的变道趋势，并在该情况下，对本车E进行控制，例如，控制本车的跟车距离增大为合适的距离并控制本车车速减小至合适的车速，从而有效地预防了在邻车突然变道的情况下引起的诸如邻车与本车的侧面碰撞以及本车的追尾和被追尾之类的撞车事故。并且，根据本发明的技术方案，在计算减速度的策略中，考虑了安全距离和舒适性两方面的因素，不会产生不舒适的感受。

虽然前面描述了一些实施方式，这些实施方式仅以示例的方式给出，而不意于限制本发明的范围。所附的权利要求及其等同替换意在涵盖本发明范围和主旨内做出的所有修改、替代和改变。

Claims (11)

1.一种用于高速公路驾驶辅助的控制单元(12)，高速公路包括本车道、与本车道的一侧相邻的第一相邻车道和与本车道的另一侧相邻的第二相邻车道，其中，所述控制单元包括：

获取模块(120)，配置成获取包含第一相邻车道的道路标识的图像、第二相邻车道上的邻车的行驶数据、以及本车的行驶数据，所述邻车的行驶数据至少包括邻车的纵向车速，所述本车的行驶数据至少包括本车的纵向车速、本车与前车的纵向相对距离、本车与后车的相对速度和相对距离、以及本车的安全距离；

判断模块(122)，配置成基于所述图像判断在第一相邻车道上是否出现高速公路出口，并且在判定为是的情况下基于所述邻车的行驶数据判断邻车是否具有变道至本车道的变道趋势；以及

计算模块(124)，配置成在所述判断模块判定为具有所述变道趋势的情况下，将邻车作为本车的前车，并基于邻车的纵向车速、本车的纵向车速、本车与邻车的纵向相对距离和本车的安全距离计算出本车的减速度，

其中，所述控制单元还具有以下特征：

在判断模块判定为出现高速公路出口时，所述获取模块实时地获取本车与高速公路出口的纵向距离；所述判断模块判断所述纵向距离是否小于纵向距离阈值；并且在判断模块判定为小于的情况下，所述计算模块将计算出的减速度乘以第一系数以增大所述减速度，其中，第一系数随着所述纵向距离的减小而增大；和/或

所述计算模块根据本车与后车的相对速度和相对距离计算出本车与后车的碰撞时间；所述判断模块判断所述碰撞时间是否小于碰撞时间阈值；在判断模块判定为小于的情况下，所述计算模块将计算出的减速度乘以第二系数以减小所述减速度，其中，第二系数随着所述碰撞时间的减小而减小。

2.根据权利要求1所述的控制单元(12)，其中，所述计算模块在所述判断模块判定为出现高速公路出口时，为本车计算出新的跟车距离。

3.如权利要求2所述的控制单元(12)，其中，本车的行驶数据包含本车的跟车时距，并且所述计算模块根据本车的纵向车速和跟车时距的乘积计算出所述新的跟车距离。

4.根据权利要求1所述的控制单元(12)，其中，所述控制单元还包括调节模块(128)，所述调节模块配置成在判断模块判定为出现高速公路出口时将本车的自适应巡航控制系统中的跟车距离调节为最大。

5.根据权利要求1所述的控制单元(12)，其中，所述控制单元还包括生成模块(126)，所述生成模块配置成基于计算出的减速度生成用于降矩减速的降矩请求；或者基于计算出的减速度生成用于制动减速的制动请求。

6.根据权利要求1所述的控制单元(12)，其中，所述计算模块根据如下公式计算出所述本车的减速度：

a＝(V1^2-V2^2)/2S，

其中，a为本车的减速度，V1为本车的纵向车速，V2为邻车的纵向车速，S为本车与邻车的相对距离减去本车的安全距离的差值。

7.根据权利要求1所述的控制单元(12)，其中，所述本车的安全距离是如下项中的一项：(1)本车中预先设定的值；(2)基于预先设定的本车与前车的碰撞时间和本车与前车的纵向相对车速获得的值；(3)本车的自适应巡航控制系统所设定的安全跟车距离中的最小值。

8.根据权利要求1所述的控制单元(12)，其中，邻车的行驶数据包括邻车的转向信号灯信息、邻车与本车的横向距离以及邻车与车道线的位置关系；并且

所述判断模块基于以下至少一项来判断邻车是否具有所述变道趋势：(1)邻车的转向信号灯信息；(2)邻车与本车的横向距离是否减小；(3)邻车与车道线的横向距离是否减小；和(4)邻车是否压车道线。

9.一种用于高速公路驾驶辅助的系统(100)，高速公路包括本车道、与本车道的一侧相邻的第一相邻车道和与本车道的另一侧相邻的第二相邻车道，所述系统安装于本车上并且包括：

传感器单元(20)，包括摄像头、前雷达和后雷达，所述摄像头用于拍摄包含道路标识和车辆行驶行为的图像，所述前雷达用于感测前方和侧方的交通信息，并且所述后雷达用于感测后方的交通信息；

电子地图(30)，用于获取本车与高速公路出口之间的纵向距离；以及

控制器(10)，与传感器单元和电子地图都通信连接，并且所述控制器包括如权利要求1-8中任一项所述的控制单元，所述控制单元借助从传感器单元和电子地图获取的数据为本车计算出减速度，以使得在邻车在高速公路出口附近变道的过程中，本车与其周围的交通参与者之间保持在安全距离内。

10.如权利要求9所述的系统(100)，其中，所述控制器与前雷达集成在一起，或者所述控制器与本车的驾驶辅助系统的中央控制器集成在一起；并且

所述后雷达包括分别安装于本车的左后侧和右后侧的雷达。

11.一种用于高速公路驾驶辅助的方法(400)，借助如权利要求1-8中任一项所述控制单元和/或如权利要求9-10中任一项所述的系统执行，所述方法包括：

获取包含第一相邻车道的道路标识的图像、第二相邻车道上的邻车的行驶数据、以及本车的行驶数据，所述邻车的行驶数据至少包括邻车的纵向车速，所述本车的行驶数据至少包括本车的纵向车速、本车与前车的纵向相对距离、本车与后车的相对速度和相对距离、以及本车的安全距离；

基于所述图像判断在第一相邻车道上是否出现高速公路出口；

在判定为出现高速公路出口的情况下，基于所述邻车的行驶数据判断邻车是否具有变道至本车道的变道趋势；以及

在判定为具有所述变道趋势的情况下，将邻车作为所述前车，并基于邻车的纵向车速、本车的纵向车速、本车与邻车的纵向相对距离和本车的安全距离计算出本车的减速度；

其中，所述方法还包括：

在判定为出现高速公路出口时，实时地获取本车与高速公路出口的纵向距离；判断所述纵向距离是否小于纵向距离阈值；并且在判定为小于的情况下，将计算出的减速度乘以第一系数以增大所述减速度，其中，第一系数随着所述纵向距离的减小而增大；和/或

根据本车与后车的相对速度和相对距离计算出本车与后车的碰撞时间；判断所述碰撞时间是否小于碰撞时间阈值；在判定为小于的情况下，将计算出的减速度乘以第二系数以减小所述减速度，其中，第二系数随着所述碰撞时间的减小而减小。