CN113232643A

CN113232643A - 一种基于路面环境的自适应辅助驾驶系统及方法

Info

Publication number: CN113232643A
Application number: CN202110674940.9A
Authority: CN
Inventors: 刘昭
Original assignee: Imotion Automotive Technology Suzhou Co Ltd
Current assignee: Imotion Automotive Technology Suzhou Co Ltd
Priority date: 2021-06-17
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2041-06-17
Also published as: CN113232643B

Abstract

本发明提供一种基于路面环境的自适应辅助驾驶系统，其信号采集单元包括TBOX、温度传感器和图像采集装置，TBOX获取车辆当前地点与实时天气，温度传感器获取实时温度，图像采集装置采集车身所述环境的图像；信号处理单元整合TBOX、温度传感器信号，并与图像采集装置采集的信息比对，得到当前路面情况；安全评估单元从车辆CAN总线获取车身参数，根据当前路面情况评估车辆刹车及转向安全性；自适应执行单元根据安全评估单元的反馈结果自动调整在当前状态下的安全跟车距离、刹车时机以及转向角加速度值，以使车辆适应当前天气和路面情况。本发明准确获取当前路面信息并自适应调整ASAD系统性能，提高了驾驶安全性。

Description

一种基于路面环境的自适应辅助驾驶系统及方法

技术领域

本发明属于物联网技术领域，具体涉及一种基于路面环境的自适应辅助驾驶系统及方法。

背景技术

汽车经过百年的发展，我们已经可以借助车上的各种传感器了解到汽车的车辆悬架类型、车重、车辆轮胎信息及外界实时温度；TBOX的应用，使车辆与外界相连，从而获取车辆位置、实时天气信息；ADAS的发展也使得我们可以通过摄像头得到道路信息。

但是，以上通过各类传感器和ECU获取的信息各自独立，并没有整合到一起相互配合，发挥更大的作用。当前的ADAS技术，借助摄像头实现例如ACC、AEB、LKA等功能，但受限于摄像头，ADAS功能往往会出现遗漏、错误等情况，而且也不会根据车辆、天气、路面等实际情况对ADAS性能做出调整。

专利申请号CN201710813806.6的专利文献公开了一种基于道路环境的安全车距报警系统，包括天气状况检测模块、图像采集模块、环境分析模块、车速检测模块、车距检测模块、控制模块和报警模块；环境分析模块分别与天气状况检测模块、图像采集模块连接，判断车辆行驶的路面；控制模块分别与车速检测模块、环境分析模块和车距检测模块连接，根据接收的车速、车距和路面状况计算理论安全车距与实际车距间的关系，若理论安全车距大于实际车距，则控制模块发送报警信号至报警模块。该发明申请通过对车辆行驶的路面进行检测，并结合车辆理论安全车距与实际车距的关系，进行报警提醒，充分考虑车辆实际行驶的路面环境，具有检测速度快和报警灵敏的特点，减少交通事故，提高了车辆驾驶的安全性。

该系统的环境分析模块仅与天气状况检测模块和图像采集模块连接，接收降雨量、车外温度和能见度信息，判断车辆行驶的路面为一般路面、积水路面、结冰路面或积雪路面，但是系统根据采集到的降雨量和车外温度判断时，由于冬季低温环境下，南北湿度条件下的差异会对雨水天气的路面环境产生不同的影响，仅凭降雨量和温度，无法准确地判断当前是处于积水路面、结冰路面还是积雪路面，而若过分依赖于摄像头，ADAS功能往往会出现遗漏、错误等情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于路面环境的自适应辅助驾驶系统，以更准确地获取当前路面信息并自适应调整ASAD系统性能。

本发明提供了如下的技术方案：

一种基于路面环境的自适应辅助驾驶系统，包括：

信号采集单元，包括安装于车身上的TBOX、温度传感器和图像采集装置，TBOX用于获取车辆当前地点与实时天气，温度传感器用于获取实时温度，图像采集装置用于采集车身所述环境的图像；

信号处理单元，用于整合TBOX、温度传感器信号，并与图像采集装置采集的信息做比对，得到当前路面情况，所述信号处理单元与所述信号采集单元通讯连接；

安全评估单元，用于从车辆CAN总线获取车身参数，根据当前路面情况评估车辆刹车及转向安全性；所述安全评估单元与车辆CAN总线和信号处理单元通讯连接；

自适应执行单元，用于根据安全评估单元的反馈结果自动调整在当前状态下辅助驾驶系统的安全跟车距离、刹车时机以及转向角加速度值，以使ASAD系统自动适应当前天气和路面情况，所述自适应执行单元连接安全评估单元、以及车内的车速传感器、雷达测距传感器。

优选的，所述信号处理单元内含运算模块，所述运算模块将TBOX获取的当前地点划分为北方地区和南方地区，将获取的实时天气划分为晴、雨和雪；所述运算模块将温度传感器获取的实时温度划分为0°以上、0°及以下两个区域。

优选的，所述运算模块将获得的当前地点、实时天气、实时温度信息代入表1，获得初步路面情况：

表1

表1存储于存储模块中，运算模块与存储模块互相连接。

优选的，所述运算模块将初步路面情况与图像采集模块采集的当前路面环境信息结合，查表2获得最终路面情况：

表2

表2也存储于存储模块中。

优选的，所述自适应执行单元包括ACC单元，ACC单元用于计算出当前车辆与目标距离和期望距离之差、当前车速与期望车速之差，从而计算出混合加速度，发送给执行器；不同的路面情况对应不同的安全跟车距离，通过查表得到车辆当前状态下的安全跟车距离，以该当前状态下的安全跟车距离作为阈值，限制Dd的设定值；

所述混合加速度的计算方法为：

delta Distance＝Dx-Dd (1)

delta Velocity＝Vreal+2*delta Distance (2)

a_混＝(delta Velocity)²/(2(delta Distance)) (3)

其中：Dx为当前车辆与目标距离；Dd为期望距离，由驾驶员设置；Vreal为当前车速；a_混为混合加速度。

优选的，所述自适应执行单元包括AEB单元，其可在距离达到刹车距离时，发出刹车请求给执行器；刹车距离计算方法为：

查表得出车辆在当前状态下的刹车距离Disx(0)，根据公式(4)计算出碰撞时间t，当Dist(t)达到刹车距离时，碰撞时间t＝0，立即向执行器发出刹车请求；

Dist(t)＝Vreal*t+Disx(0) (4)

其中，Dist(t)：当前车辆与目标的距离；Vreal：当前车速；t：碰撞时间；Disx(0)：车辆在当前状态下的刹车距离。

优选的，所述自适应执行单元包括LKA单元，用于使用车速和路面曲率计算出期望的横向加速度，结合路面信息和车辆信息，计算得到车辆在当前情况下的扭矩，并发送扭矩请求给执行器；当前情况下的扭矩的计算公式为：

alateral＝v²*curvature (5)

Torque＝alateral*k (6)

其中，alateral为期望的横向加速度；v为车辆当前速度；curvature为路面曲率；Torque为扭矩；k为常数，不同车辆的k值不同，k值受路面信息影响，可通过查表获得。

优选的，所述安全评估单元从车辆CAN总线获取车身参数包括车辆悬架、车重、车辆轮胎信息。

上述自适应辅助驾驶系统的工作方法包括以下步骤：

S1、自适应辅助驾驶系统响应外部触发而被激活；

S2、信号采集单元获取车辆当前地点与实时天气、实时温度以及车身所述环境的图像，发送给信号处理单元；

S3、信号处理单元整合TBOX、温度传感器信号，并与图像采集装置采集的信息做比对，得到当前路面情况，将当前路面情况发送给安全评估单元；

S4、安全评估单元从车辆CAN总线获取车身参数，根据当前路面情况评估车辆刹车及转向安全性，将评估结果发送给车载显示终端和自适应执行单元；

S5、自适应执行单元根据安全评估单元的反馈结果自动调整内部参数，改变当前状态下辅助驾驶系统的安全跟车距离、刹车时机以及转向角加速度值，以使车辆适应当前天气和路面情况；

S6、在车辆未熄火的条件下，循环执行S2-S5，直至车辆熄火，系统自动退出。

优选的，S3步骤具体包括：

S31、所述信号处理单元内含运算模块，所述运算模块将TBOX获取的当前地点划分为北方地区和南方地区，将获取的实时天气划分为晴、雨和雪；所述运算模块将温度传感器获取的实时温度划分为0°以上、0°及以下两个区域；

S32、运算模块将获得的当前地点、实时天气、实时温度信息代入表1，获得初步路面情况：

S33、所述运算模块将初步路面情况与图像采集模块采集的当前路面环境信息结合，查表2获得最终路面情况：

本发明的有益效果是：

本发明的信号处理单元将车上温度传感器、图像采集装置和TBOX采集的实时温度、车外图像、当前地点、实时天气等信息互相整合，识别了南北地区路面实际温度与大气温度的差异，通过查表和计算得到的当前路面情况更准确，消除了上述差异对路面情况的影响，实时提醒驾驶员路面有积水或者潮湿结冰，需减速或者绕行。

本发明的安全评估单元进一步根据当前路面情况，结合从车辆CAN总线获取的车身参数，评估车辆刹车及转向安全性，在不增加整车配置的情况下，为驾驶员提供有利信息，且自适应执行单元自动调整ADAS系统的性能参数，以确保在当前车辆、天气、路面情况下，ADAS功能达到更佳状态，大大提高ADAS功能准确性，适应实时车辆、天气、路面情况，帮助驾驶员及乘客提高行车安全，减少交通事故，降低驾驶疲劳。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的工作流程图；

图2是本发明的系统模块结构示意图；

图3是本发明的TBOX工作原理示意图；

图4是本发明的图像采集装置工作过程示意图。

具体实施方式

本发明中涉及的业内术语定义如下：

ADAS：Advanced Driving Assistance System高级驾驶辅助系统；

ACC：Adaptive Cruise Control自适应巡航控制；

LKA：Lane Keeping Assist车道保持辅助；

AEB：Automatic Emergency Braking自动紧急制动；

T-BOX：Telematics BOX车载咨询系统；

CAN：Controller Area Network控制器局域网络；

ECU：Electronic Control Unit电子控制单元。

如图1和图2所示，本实施例提供一种基于路面环境的自适应辅助驾驶系统，包括信号采集单元、信号处理单元、安全评估单元和自适应执行单元。

信号采集单元包括安装于车身上的TBOX、温度传感器和图像采集装置。如图3所示，TBOX用于获取车辆当前地点与实时天气，温度传感器用于获取实时温度，图像采集装置用于采集车身所述环境的图像，图像采集装置可以是安装于车身外的摄像头；信号采集单元可与车载显示终端连接，显示当前道路情况。

信号处理单元用于整合TBOX、温度传感器信号，并与图像采集装置采集的信息做比对，得到当前路面情况，信号处理单元与信号采集单元通讯连接。

安全评估单元与车辆CAN总线和信号处理单元通讯连接；安全评估单元用于从车辆CAN总线获取车身参数，例如获取车辆悬架信息、车重、车辆轮胎信息等，再根据当前路面情况评估车辆刹车及转向安全性。各车型的厂家都会基于理论计算和实测修正值提供该车型的车辆刹车及转向安全性表格。安全评估单元结合当前路面情况和车身参数，根据经验和实测值评估车辆刹车及转向安全性。

安全评估单元还可与车载显示终端连接，将安全评估结果发送给车载显示终端，提醒驾驶员需减速慢行或绕行、提前刹车、平稳转向。

自适应执行单元根据安全评估单元的反馈结果自动调整在当前状态下辅助驾驶系统的安全跟车距离、刹车时机以及转向角加速度，以确保在当前车辆、天气、路面情况下，ADAS功能达到更佳状态，自适应执行单元连接安全评估单元、以及车辆ECU单元，获取车速传感器、雷达测距传感器的检测值。

下面对信号处理单元和自适应执行单元具体说明。

信号处理单元内含运算模块和存储模块，运算模块与存储模块互相连接。如图3所示，运算模块将TBOX获取的当前地点划分为北方地区和南方地区，我国北方地区与南方地区以秦岭淮河一线作为分界线，分界线南北两侧的气候环境差异显著，北方冬季的路面温度长期处于0℃以下，雨水降落至路面容易在路面结冰，导致行驶的车辆打滑；而南方大部分地区的冬季气温在0℃以上，气温处于0℃以下的时间较短，且由于地表温度与空气温度之间有差异，通常地表温度都高于空气温度(温度传感器检测的是空气温度)，因此即使当气温低于0℃时，雨水落至路面也少有结冰现象。本系统的信号处理单元正是利用南北地区在雨水天气中路面情况的差异，更准确地判断并反馈路面情况。

运算模块将从TBOX获取的实时天气划分为晴、雨和雪三种类型；将从温度传感器获取的实时温度划分为0°以上、0°及以下两种类型。如图4所示，运算模块将图像采集模块采集的当前路面环境包括积水路面、干燥路面和冰雪路面。

运算模块将获得的当前地点、实时天气、实时温度信息代入表1，获得初步路面情况：

表1

运算模块将初步路面情况与图像采集模块采集的当前路面环境信息结合，查表2获得最终路面情况：

表2

表1、表2均存储于存储模块中。存储模块将最终路面情况发送给车载显示终端。

具体地，自适应执行单元包括ACC单元，在ASDS的ACC功能模块中，其输入参数包括：自车车速、自车显示速度、自车加速度、设定车速、目标车速、目标物体相对速度、行车道曲率、路面情况和车辆参数等，上述任一输入值的改变均会引起该模块输出值的改变。当信号处理单元分析得到的路面情况发生改变时，ACC功能模块输出的混合加速度也发生变化。

ACC单元根据路面情况通过查表得到当前车辆状态下的安全跟车距离，该表记录的安全跟车距离根据实际测试和经验得出，例如：由汽车本身的刹车距离加上驾驶员的反应时间以及路面情况对应的系数，以某车型为例，在干燥路面(摩擦系数0.8)上，其时速由100km/h降至0的实测刹车距离为45米，急刹平均减速度为0.86g，假定从看到障碍物到踩下刹车踏板的时间为0.5秒，则相应于0.86g减速度的刹车距离是：

40km/h：12.76米；

60km/h：25.54米；

80km/h：39.92米；

100km/h：58.9米；

120km/h：81.49米。

同理，在潮湿和积水路面分别测得相应的安全刹车距离，并存储于该车型的车身参数中。

ACC单元计算出当前车辆与目标距离和期望距离之差、当前车速与期望车速之差，从而计算出混合加速度，发送给执行器。其中，期望距离和期望车速都是由驾驶员设置和调整的，并且设置的期望距离不允许小于当前车辆状态下的安全跟车距离；当前车辆与目标距离、当前车速分别由雷达和车速传感器测得。混合加速度的计算方法为：

delta Distance＝Dx-Dd (1)

delta Velocity＝Vreal+2*delta Distance (2)

a_混＝(delta Velocity)²/(2(delta Distance)) (3)

其中：Dx为当前车辆与目标的距离；Dd为期望距离；Vreal为当前车速；a_混为混合加速度。

自适应执行单元还包括AEB单元。ASAD的AEB功能模块的输入参数包括ESC请求、报警请求、刹车请求、目标加速度、报警信号、制动信息、报警类型、目标信息、车辆信息和路面信息等，AEB功能模块根据上述输入参数运算得到ESC控制请求和HMI控制请求发送给执行器。当路面信息改变时，AEB模块输出的控制请求也发生改变。

AEB单元根据路面情况查表得出车辆在当前状态下的安全刹车距离，当车辆与目标距离达到刹车距离时，发出刹车请求给执行器；刹车距离计算方法为：

Dist(t)＝Vreal*t+Disx(0) (4)

其中，Dist(t)：当前车辆与目标的距离；Vreal：当前车速；t：碰撞时间(Time ToCollision)；Disx(0)：车辆在当前状态下的刹车距离。

在Disx(0)、Dist(t)、Vreal可检测或者已知的条件下，根据公式(4)计算出碰撞时间t，显示于车载显示终端上，因此，在其他条件都相同的情况下，不同的路面信息对应不同的碰撞时间，例如在潮湿路面的碰撞时间小于干燥路面的碰撞时间，积水路面的碰撞时间小于潮湿路面的碰撞时间。当Dist(t)等于当前状态下的安全刹车距离Disx(0)时，碰撞时间t为0，立即向执行器发出刹车请求。

自适应执行单元包括LKA单元，ASAD的LKA功能模块的输入参数包括：目标轨迹、自车轨迹、目标轨迹类型、自车车速、横摆角速度、路面信息和车辆信息，LKA功能模块根据上述信息获得目标扭矩，并将目标扭矩发送给扭矩请求机构，扭矩请求机构根据状态机的当前输入和目标扭矩的输入值将扭矩发送给执行器。

LKA单元用车速和路面曲率计算出期望的横向加速度，结合路面信息和车辆信息，计算得到车辆在当前情况下的扭矩，并发送扭矩请求给执行器；当前情况下的扭矩的计算公式为：

alateral＝v²*curvature (5)

Torque＝alateral*k (6)

其中，alateral为期望的横向加速度；v为车辆当前速度；curvature为路面曲率，由摄像头提供；Torque为扭矩；k为常数，不同车辆的k值不同，且k值受路面信息影响，可通过查表获得当前状态下的k值。

上述自适应辅助驾驶系统工作时，首先，驾驶员进入车辆，系好安全带并启动车辆，激活本系统，然后执行下述步骤：

S1、系统与车辆CAN总线及各ECU建立通讯；

S2、信号采集单元获取车辆当前地点与实时天气、实时温度以及车身环境的图像，发送给信号处理单元；

S3、信号处理单元整合TBOX、温度传感器信号，并与图像采集装置采集的信息做比对，得到当前路面情况，判断路面是干燥、潮湿还是积水，并将当前路面情况发送给安全评估单元；

S3步骤具体包括：

S31、信号处理单元的运算模块将TBOX获取的当前地点划分为北方地区和南方地区，将获取的实时天气划分为晴、雨和雪；运算模块将温度传感器获取的实时温度划分为0°以上、0°及以下两个区域；

S32、运算模块将获得的当前地点、实时天气、实时温度信息代入表1，获得初步路面情况；

S33、运算模块将初步路面情况与图像采集模块采集的当前路面环境信息结合，查表2获得最终路面情况：是干燥、潮湿还是积水；其中，如图4所示，图像采集模块采集的当前路面环境包括积水路面、干燥路面和冰雪路面。

S4、安全评估单元从车辆CAN总线获取车身参数，例如获取车辆悬架信息、车重、车辆轮胎信息等，根据当前路面情况查表评估车辆刹车及转向安全性，将评估结果发送给车载显示终端和自适应执行单元；

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于路面环境的自适应辅助驾驶系统，其特征在于，包括：

自适应执行单元，用于根据安全评估单元的反馈结果自动调整在当前状态下辅助驾驶系统的安全跟车距离、刹车时机以及转向角加速度值，以使车辆适应当前天气和路面情况，所述自适应执行单元连接安全评估单元、以及车内的车速传感器、雷达测距传感器。

2.根据权利要求1所述的基于路面环境的自适应辅助驾驶系统，其特征在于，所述信号处理单元内含运算模块，所述运算模块将TBOX获取的当前地点划分为北方地区和南方地区，将获取的实时天气划分为晴、雨和雪；所述运算模块将温度传感器获取的实时温度划分为0°以上、0°及以下两个区域。

3.根据权利要求2所述的基于路面环境的自适应辅助驾驶系统，其特征在于，所述运算模块将获得的当前地点、实时天气、实时温度信息代入表1，获得初步路面情况：

表1

表1存储于存储模块中，运算模块与存储模块互相连接。

4.根据权利要求3所述的基于路面环境的自适应辅助驾驶系统，其特征在于，所述运算模块将初步路面情况与图像采集模块采集的当前路面环境信息结合，查表2获得最终路面情况：

表2

表2也存储于存储模块中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于路面环境的自适应辅助驾驶系统，其特征在于，所述自适应执行单元包括ACC单元，ACC单元用于计算出当前车辆与目标距离和期望距离之差、当前车速与期望车速之差，从而计算出混合加速度，发送给执行器；不同的路面情况对应不同的安全跟车距离，通过查表得到车辆当前状态下的安全跟车距离，以该当前状态下的安全跟车距离作为阈值，限制Dd的设定值；

所述混合加速度的计算方法为：

delta Distance＝Dx-Dd (1)

delta Velocity＝Vreal+2*delta Distance (2)

a_混＝(delta Velocity)²/(2(delta Distance)) (3)

6.根据权利要求1至4中任一项所述的基于路面环境的自适应辅助驾驶系统，其特征在于，所述自适应执行单元包括AEB单元，其可在距离达到刹车距离时，发出刹车请求给执行器；刹车距离计算方法为：

查表得出车辆在当前状态下的刹车距离Disx(0)，已知Dist(t)、Vreal和Disx(0)，根据公式(4)计算出碰撞时间t，当Dist(t)达到Disx(0)的刹车距离时，碰撞时间为0，立即向执行器发出刹车请求；

Dist(t)＝Vreal*t+Disx(0) (4)

7.根据权利要求1至4中任一项所述的基于路面环境的自适应辅助驾驶系统，其特征在于，所述自适应执行单元包括LKA单元，用于使用车速和路面曲率计算出期望的横向加速度，结合路面信息和车辆信息，计算得到车辆在当前情况下的扭矩，并发送扭矩请求给执行器；当前情况下的扭矩的计算公式为：

alateral＝v²*curvature (5)

Torque＝alateral*k (6)

8.根据权利要求1至4中任一项所述的基于路面环境的自适应辅助驾驶系统，其特征在于，所述安全评估单元从车辆CAN总线获取车身参数包括车辆悬架、车重、车辆轮胎信息。

9.一种基于路面环境的自适应辅助驾驶方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、自适应辅助驾驶系统响应外部触发而被激活；

10.根据权利要求9所述的基于路面环境的自适应辅助驾驶方法，其特征在于，S3步骤具体包括：

表1

表2

表1和表2均存储于信息处理单元的存储模块中。