CN113844538A - 一种基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法和系统，利用牵引车转向轮转角与挂车轴偏角的关系式，计算得到αc对应的正常轴偏角βα，再判断βα与βc是否相等，若βα≠βc，再判断βα是否小于βc，若βα小于βc成立则提醒驾驶员车辆向转弯内侧侧滑，返回步骤S2；若βα小于βc不成立则显示屏闪亮车辆向转弯外车侧滑，返回步骤S2；若βα＝βc，则表示重卡转向正常，并通过获取实时全景鸟瞰图，以显示带预测线的实时鸟瞰影像。该方法和系统能方便驾驶员提前判断是否会出现剐蹭、撞人等事故，从而及时调整前进路径或停车等操作。

Description

一种基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法和系统
技术领域
本发明属于车辆辅助驾驶领域，特别是涉及一种基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法和系统。
背景技术
随着汽车的发展与人民生活水平的提高，车况复杂、道路拥堵、车辆存在视觉盲区等因素严重影响了交通安全。通过全景影像驾驶员可以查看车辆周围情况，大大的减少了视觉盲区，使驾驶员更容易的规避车辆、行人等障碍物，提高行车安全。
目前，全景影像已广泛的应用于小型车辆，但在大型车辆，特别是重卡，全景影像鲜有应用。但实际上，相较于小型车辆，重卡的视觉盲区更大，全景影像应有更大的应用价值。驾驶员通过经验控制汽车转弯，导致汽车的行驶路径与期望路径存在差异，特别是重卡，驾驶员更难精确控制挂车路径，在转弯行驶时容易发生剐蹭、撞人、侧翻等事故。在经过一些狭小弯道时，除对驾驶员技术有较高的要求外，有时需反复调整车辆位置才能通过。因此，提出重卡转向智能辅助系统，来协助驾驶员安全、有效的行车，具有较高的社会意义与经济价值。
因此，急需设计一种基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法和系统，以提前避免侧滑的情况，从而协助驾驶员安全、有效的行车。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于此，本发明公开了一种基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法和系统，该方法和系统能方便驾驶员提前判断是否会出现剐蹭、撞人等事故，从而及时调整前进路径或停车等操作。
(二)技术方案
本发明公开了一种基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法，该驾驶辅助方法包括：
步骤S1:输入的重卡上的牵引车尺寸与挂车尺寸；
步骤S2:重卡行驶时，采集得到实时的牵引车转向轮转角αc与实时的挂车轴偏角βc；
步骤S3:判断αc是否为0，若αc＝0，再判断βc是否为0，若βc＝0，返回步骤S2，若βc≠0，则提醒驾驶员车辆出现侧滑，返回步骤S2；若αc≠0，则执行下一步骤；
步骤S4:根据所述牵引车尺寸与挂车尺寸，利用牵引车转向轮转角α与挂车轴偏角β的关系式，计算得到αc对应的正常轴偏角βα，再判断βα与βc是否相等，若βα≠βc，再判断βα是否小于βc，若βα小于βc成立则提醒驾驶员车辆向转弯内侧侧滑，返回步骤S2；若βα小于βc不成立则显示屏闪亮车辆向转弯外车侧滑，返回步骤S2；若βα＝βc，则执行下一步骤。
步骤S5:βα＝βc时，则表示重卡转向正常，此时不发出任何提醒。
进一步的，步骤S5中还进一步包括：通过获取实时全景鸟瞰图，以显示带预测线的实时鸟瞰影像。
进一步的，所述通过获取实时全景鸟瞰图，以显示带预测线的实时鸟瞰影像具体包括步骤S5.1～步骤S5.4：
步骤S5.1：识别牵引车后车轴与挂车车轴，向转弯内侧延长两车轴线，交点为转弯瞬心，从而获得重卡转弯的瞬心；
步骤S5.2：识别转弯外侧的牵引车车头顶点和内侧挂车车轴线延长线与挂车侧壁的交点；
步骤S5.3：以瞬心为圆心沿行驶方向分别做出过所述交点和顶点的两条圆弧；
步骤S5.4：基于所述的两条圆弧的，在全景鸟瞰图中向重卡前进的方向作出外侧预测线和内侧预测线，再将处理后的鸟瞰图显示在显示屏上。
进一步的，所述瞬心、顶点、交点的识别是根据所述牵引车尺寸、挂车尺寸、牵引车转向轮转角αc和实时的挂车轴偏角βc计算得出的。
进一步的，步骤S1中的所述牵引车尺寸包括牵引车车宽Wa、牵引车车轴距La、牵引车前轮距离B、牵引车前悬尺寸D、牵引销与牵引车后轴距离E，所述挂车尺寸包括挂车车宽Wb、挂车车轴距Lb。
进一步的，步骤S4中具体还包括：牵引车转向轮转角α与挂车轴偏角β的关系式为：
Figure BDA0003297129360000031
Figure BDA0003297129360000041
其中，Lr为牵引销中心与转弯瞬心距离，θ为牵引车轴线与Lr对应线段的夹角，φ为挂车轴线与Lr对应线段的夹角，设α为正时重卡右转，α为负时重卡左转，通过α正负判断重卡转向方向；若重卡左转，通过α的绝对值|α|计算正常βα，若βα小于βc的绝对值，提醒车辆向左侧侧滑，若βα大于βc的绝对值，提醒车辆向右侧侧滑；若重卡右转，同样通过α的绝对值|α|计算正常βα，若βα小于βc的绝对值，提醒车辆向右侧侧滑，若βα大于βc的绝对值，提醒车辆向左侧侧滑。
进一步的，β＝θ-φ替换为β＝θ-φ+λ，λ为一个角度范围，当实际的挂车轴偏角βc在范围值βα的范围以内时，即可判定重卡转向正常。
在另外一方面，本发明还公开了一种基于全景影像的重卡转向驾驶辅助系统，包括：实时全景影像系统、尺寸存储模块、角度传感器A、角度传感器B和上位机，所述角度传感器A和角度传感器B分别用于检测实时的牵引车转向轮转角与实时的挂车轴偏角，所述尺寸存储模块用于存储重卡尺寸数据，所述上位机用于执行权利要求1-7任一项所述的基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法。
进一步的，所述上位机包含有显示屏和输入模块。
进一步的，所述上位机从所述尺寸存储模块中匹配并调用输入的牵引车尺寸和挂车尺寸，若未匹配上，则通过上位机的所述输入模块手动将牵引车尺寸和挂车尺寸输入并存储于所述尺寸存储模块中。
(三)有益效果
相对于现有技术，本发明具备如下的有益效果：
1.能有效识别重卡侧滑，并提前提醒驾驶员车辆出现侧滑，方便驾驶员及时调整、控制车辆侧滑，降低出现事故的可能性，有效的保障了生命与财产安全。
2.通过重卡的转向角度，能准确的预测出重卡的前进路径，方便驾驶员提前判断是否会出现剐蹭、撞人等事故，及时调整前进路径或停车等操作，避免这类转向事故的发生；也可以有效降低对驾驶水平的要求。
3.该方法简单易行，实时计算速度快且硬件改装工作量小，可以在已经具备全景摄像功能的重卡上安装传感器A和传感器B，配合输入的尺寸参数，通过相关的角度计算和判断方式的配合即可实现侧滑判断和预测功能，总体软硬件成本较低。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明中重卡转弯的几何示意图。
图2为图1中的重卡转弯内外预测线。
图3为本发明中基于全景影像的重卡转向驾驶辅助系统的系统框图。
图4为本发明中基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明进行清楚、完整地描述，同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
由于重卡在行驶过程中，重卡侧滑降低了驾驶员对车辆的控制，容易造成交通事故，通过侧滑提示，驾驶员及时控制重卡侧滑，可以有效的降低事故发生。因此为了监测重卡是否出现侧滑并及时给予侧滑提醒，需要根据车辆尺寸参数、传感器等数据来针对带挂车的重卡进行几何建模，并针对相应的关键参数进行计算从而判断车辆是否真的出现侧滑，配合360度鸟瞰的全景影像从而显示出带有转弯预测线的全景影像。对此，本发明的图1中给出了一种重卡转弯的几何示意图，以分析重卡出现侧滑的条件。
实施例一：
重卡分为牵引车和挂车，重卡在正常行驶过程中，车轮不会出现磨滑。正常转弯时，各车轮始终能保持纯滚动状态，重卡绕一瞬心转弯，如图1所示。其中Wa为牵引车车宽、Wb为挂车车宽、La为牵引车车轴距、Lb为挂车车轴距、B为牵引车前轮距离、D为牵引车前悬尺寸、E为牵引销与牵引车后轴距离、α为转向轮转角、β为挂车轴偏角和Lr为牵引销中心与转弯瞬心距离。正常行驶时，根据几何关系以及转向运动学分析，可得简化后转向轮转角α与挂车轴偏角β的关系式：
Figure BDA0003297129360000061
Figure BDA0003297129360000071
其中，θ为牵引车轴线与Lr对应线段的夹角，φ为挂车轴线与Lr对应线段的夹角；
重卡在行驶时，将测量得到的实际的转向轮转角αc代入上述两式得到理论的挂车轴偏角βα，判断βα与同时测量得到的实际的挂车轴偏角βc比较：
1)若βα＞βc，即理论的挂车轴偏角大于实际的挂车轴偏角，则表示挂车部分向外侧圆弧漂移，此时提醒驾驶员车辆向转弯外侧侧滑；
2)若βα＜βc，即理论的挂车轴偏角小于实际的挂车轴偏角，则表示挂车部分向内侧圆弧漂移，此时提醒驾驶员牵引车与挂车在向两车靠近侧侧滑；
3)若βα＝βc，则表示重卡转向正常，此时不发出任何提醒，并根据获取的实时全景影像来显示带预测线的实时鸟瞰影像。
更为具体的，其中转向轮转角α分正负，设α为正时重卡右转，α为负时重卡左转。通过α正负判断重卡转向方向。如图1所示，若重卡左转，通过α的绝对值|α|计算正常βα，若βα小于βc的绝对值，提醒车辆向左侧侧滑，若βα大于βc的绝对值，提醒车辆向右侧侧滑；若重卡右转，也通过α的绝对值|α|计算正常βα，若βα小于βc的绝对值，提醒车辆向右侧侧滑，若βα大于βc的绝对值，提醒车辆向左侧侧滑。从而根据具体情况判断车辆向左侧滑/向右侧滑，有助于驾驶员直接理解车况。
进一步的，考虑到上述直接计算得到的理论的挂车轴偏角βα属于理想值，而在该方法的实际应用过程中易于导致判断侧滑的条件过于敏感(即转向未发生侧滑且βα与βc的误差在一定小角度允许的误差范围内)，故可以在式β＝θ-φ中加入一个角度范围λ(例如：λ为﹣5～5度)，即β＝θ-φ+λ，由此可计算得到一个允许有一定小角度偏差的挂车轴偏角βα，在实际的挂车轴偏角βc在范围值βα以内时(即βc∈βα)，即可判定重卡转向正常，外侧侧滑和内侧侧滑判断也是同理。
在完成了是否发生了转弯侧滑判断以后，本发明的驾驶辅助方法还能够根据转向轮转角在全景鸟瞰图中显示出重卡外侧与内侧的行驶预测线。
由于重卡视野盲区大、车况复杂和驾驶员技术等因素，导致重卡在转向时容易发生事故。重卡全景影像可以极大的减少盲区、通过在全景鸟瞰图中实时显示转向车辆预测行驶区域，可以有效协助驾驶员通过复杂路况。
如图2所示，正常转弯过程中，车轴同时绕着瞬心转圈，故牵引车后轴与挂车车轴延长线的交点为重卡转向瞬心。以瞬心为圆心，分别以重卡上距离瞬心最远的店与最近的点和瞬心的距离为半径，可得如图1所示的外侧圆弧与内侧圆弧。两圆弧之间的区域为重卡以该转角扫过的区域。重卡外侧行驶预测线为牵引车前端的外侧圆弧，内侧行驶预测线为挂车前部的内侧圆弧，预测线参见图2所示，内外侧圆弧的预测线之间的一段环形区域即为重卡转弯所占道路。
就像倒车影像一样，在确定内外侧圆弧的预测线之后，可根据驾驶员控制重卡转弯的转向轮转角在全景鸟瞰图中显示出转角对应的预测线，从而方便驾驶员驶过复杂路况。
为了使得本发明中以上的驾驶辅助方法能够在对应的硬件系统中实现，以体现其应用的优势，参见图3-4所示，本发明进一步公开了以下基于全景影像的重卡转向驾驶辅助系统的实施例二：
实施例二：
转向驾驶辅助系统由实时全景影像系统、尺寸存储模块、角度传感器A、角度传感器B和上位机组成，如图3所示。其中，上位机应包含有显示屏和输入模块，角度传感器A用于实时检测牵引车转角α，角度传感器B用于实时检测挂车轴偏角β，全景影像系统用于实时获取重卡全景鸟瞰影像，尺寸存储模块用于存储重卡尺寸数据。
如图4所示，转向驾驶辅助系统开始运行时，上位机从尺寸存储模块中匹配并调用牵引车尺寸(Wa、La、B、D、E)与挂车尺寸(Wb、Lb)，若未匹配上，则通过上位机输入模块手动将牵引车与挂车尺寸输入并存储于尺寸存储模块中，方便后续操作使用。重卡行驶过程中，上位机采集传感器A和传感器B数据，得到实时转角αc与轴偏角βc。之后，判断αc是否为0，若αc＝0(即驾驶员未控制转向)，再判断βc是否为0，若βc＝0，返回到上位机采集传感器A、B数据，若βc≠0，显示屏上闪亮车辆侧滑提示，返回到上位机采集传感器A、B数据；若αc≠0，计算得到αc对应的正常轴偏角βα，再判断βα与βc是否相等，若βα≠βc，再判断βα是否小于βc，若成立则显示屏上闪亮车辆向转弯内侧侧滑，返回到上位机采集传感器A、B数据，若不成立则显示屏闪亮车辆向转弯外车侧滑，返回到上位机采集传感器A、B数据；若βα＝βc，再通过获取实时全景鸟瞰图，以显示带预测线的实时鸟瞰影像。
进一步的，为了具体判断车辆向左侧滑/向右侧滑，从而有助于驾驶员直接理解车况，本发明对转向轮转角α分正负，设α为正时重卡右转，α为负时重卡左转。通过α正负判断重卡转向方向。如图1所示，若重卡左转，通过α的绝对值|α|计算正常βα，若βα小于βc的绝对值，提醒车辆向左侧侧滑，若βα大于βc的绝对值，提醒车辆向右侧侧滑；若重卡右转(图中为示出)，也通过α的绝对值|α|计算正常βα，若βα小于βc的绝对值，提醒车辆向右侧侧滑，若βα大于βc的绝对值，提醒车辆向左侧侧滑。具体的，所述通过获取实时全景鸟瞰图，以显示带预测线的实时鸟瞰影像进一步包括：
步骤1：识别牵引车后车轴与挂车车轴(这里的车轴指的是单轴中心线或多轴的等效中心线)，向转弯内侧延长两车轴线，交点为转弯瞬心，从而获得重卡转弯的瞬心；
步骤2：识别转弯外侧的牵引车车头顶点和内侧挂车车轴线延长线与挂车侧壁的交点；此时识别的顶点和交点都是以瞬心为圆心的两个圆上的点。
步骤3：以瞬心为圆心沿行驶方向分别做出交点、顶点的圆弧；
步骤4：显示带预测线的实时鸟瞰影像；在全景鸟瞰图中向车辆前进的方向作出外侧预测线和内侧预测线，再将处理后的鸟瞰图显示在显示屏上，返回到上位机采集传感器A、B数据。以此不断循环执行，实现车辆行驶过程中的转向辅助。
需要指出的是，以上步骤1和步骤2中瞬心、顶点、交点的识别和计算需要依靠前期尺寸存储模块中的牵引车尺寸(Wa、La、B、D、E)与挂车尺寸(Wb、Lb)参数和传感器采集的牵引车转角α和挂车轴偏角β，本发明在没有发生侧滑的情况下可以通过以上的步骤1-4显示出带有准确预测线的实时全景鸟瞰影像。
本发明通过牵引车尺寸(Wa、La、B、D、E)与挂车尺寸(Wb、Lb)，结合两个角度传感器A和B即可得出车辆转弯的状态并进行侧滑报警，并可在360°的实时全景鸟瞰图中显示正常转弯时的转弯预测线，能方便驾驶员提前判断是否会出现剐蹭、撞人等事故，从而及时调整前进路径或停车等操作。
另外，需要指出的是，本发明转向驾驶辅助方法中各步骤对应的功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法，其特征在于，该驾驶辅助方法包括：
步骤S1:输入的重卡上的牵引车尺寸与挂车尺寸；
步骤S2:重卡行驶时，采集得到实时的牵引车转向轮转角αc与实时的挂车轴偏角βc；
步骤S3:判断αc是否为0，若αc＝0，再判断βc是否为0，若βc＝0，返回步骤S2，若βc≠0，则提醒驾驶员车辆出现侧滑，返回步骤S2；若αc≠0，则执行下一步骤；
步骤S4:根据所述牵引车尺寸与挂车尺寸，利用牵引车转向轮转角α与挂车轴偏角β的关系式，计算得到αc对应的正常轴偏角βα，再判断βα与βc是否相等，若βα≠βc，再判断βα是否小于βc，若βα小于βc成立则提醒驾驶员车辆向转弯内侧侧滑，返回步骤S2；若βα小于βc不成立则显示屏闪亮车辆向转弯外车侧滑，返回步骤S2；若βα＝βc，则执行下一步骤。
步骤S5:βα＝βc时，则表示重卡转向正常，此时不发出任何提醒。
2.根据权利要求1所述的基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法，其特征在于，步骤S5中还进一步包括：通过获取实时全景鸟瞰图，以显示带预测线的实时鸟瞰影像。
3.根据权利要求1所述的基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法，其特征在于，所述通过获取实时全景鸟瞰图，以显示带预测线的实时鸟瞰影像具体包括步骤S5.1～步骤S5.4：
步骤S5.1：识别牵引车后车轴与挂车车轴，向转弯内侧延长两车轴线，交点为转弯瞬心，从而获得重卡转弯的瞬心；
步骤S5.2：识别转弯外侧的牵引车车头顶点和内侧挂车车轴线延长线与挂车侧壁的交点；
步骤S5.3：以瞬心为圆心沿行驶方向分别做出过所述交点和顶点的两条圆弧；
步骤S5.4：基于所述的两条圆弧的，在全景鸟瞰图中向重卡前进的方向作出外侧预测线和内侧预测线，再将处理后的鸟瞰图显示在显示屏上。
4.根据权利要求3所述的基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法，其特征在于，所述瞬心、顶点、交点的识别是根据所述牵引车尺寸、挂车尺寸、牵引车转向轮转角αc和实时的挂车轴偏角βc计算得出的。
5.根据权利要求1所述的基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法，其特征在于，步骤S1中的所述牵引车尺寸包括牵引车车宽Wa、牵引车车轴距La、牵引车前轮距离B、牵引车前悬尺寸D、牵引销与牵引车后轴距离E，所述挂车尺寸包括挂车车宽Wb、挂车车轴距Lb。
6.根据权利要求5所述的基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法，其特征在于，步骤S4中具体还包括：所述牵引车转向轮转角α与挂车轴偏角β的关系式为：
Figure FDA0003297129350000021
Figure FDA0003297129350000031
其中，Lr为牵引销中心与转弯瞬心距离，θ为牵引车轴线与Lr对应线段的夹角，φ为挂车轴线与Lr对应线段的夹角，设α为正时重卡右转，α为负时重卡左转，通过α正负判断重卡转向方向；若重卡左转，通过α的绝对值|α|计算正常βα，若βα小于βc的绝对值，提醒车辆向左侧侧滑，若βα大于βc的绝对值，提醒车辆向右侧侧滑；若重卡右转，同样通过α的绝对值|α|计算正常βα，若βα小于βc的绝对值，提醒车辆向右侧侧滑，若βα大于βc的绝对值，提醒车辆向左侧侧滑。
7.根据权利要求6所述的基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法，其特征在于，β＝θ-φ替换为β＝θ-φ+λ，λ为一个角度范围，当实际的挂车轴偏角βc在范围值βα的范围以内时，即可判定重卡转向正常。
8.一种基于全景影像的重卡转向驾驶辅助系统，其特征在于，包括：实时全景影像系统、尺寸存储模块、角度传感器A、角度传感器B和上位机，所述角度传感器A和角度传感器B分别用于检测实时的牵引车转向轮转角与实时的挂车轴偏角，所述尺寸存储模块用于存储重卡尺寸数据，所述上位机用于执行权利要求1-7任一项所述的基于全景影像的重卡转向驾驶辅助方法。
9.根据权利要求8所述的基于全景影像的重卡转向驾驶辅助系统，其特征在于，所述上位机包含有显示屏和输入模块。
10.根据权利要求8所述的基于全景影像的重卡转向驾驶辅助系统，其特征在于，所述上位机从所述尺寸存储模块中匹配并调用输入的牵引车尺寸和挂车尺寸，若未匹配上，则通过上位机的所述输入模块手动将牵引车尺寸和挂车尺寸输入并存储于所述尺寸存储模块中。
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