ES2344880B1 - Sistema y metodo de asistencia al cambio de carril con zona de evaluacion adaptativa. - Google Patents
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Abstract
Sistema y método de asistencia al cambio de
carril con zona de evaluación adaptativa.
Sistema de asistencia al cambio de carril con
zona de evaluación adaptativa comprende, al menos, unos primeros
medios de medición del entorno del vehículo (12); unos segundos
medios de captación de señales del vehículo propio (3) configurados
al menos para la detección de la velocidad, aceleración lateral,
ángulo de volante, velocidad de guiñada y posición del intermitente;
y unos terceros medios BSD adaptativos (14) comprendiendo, a su vez,
unos medios de modelado de la carretera (5), unos medios de fusión
de datos (4) y unos medios de evaluación de avisos (9), donde dichos
medios de modelado de la carretera (5) generan un primer modelo de
la carretera en función de los datos del entorno proveniente de los
medios de visión artificial (2) y de los segundos medios de
captación de señales del vehículo propio (3).
Description
Sistema y método de asistencia al cambio de
carril con zona de evaluación adaptativa.
El objeto del sistema y método de asistencia al
cambio de carril con zona de evaluación adaptativa consiste en hacer
más robusto y fiable el sistema de asistencia al cambio de carril
frente a falsas alarmas. Para ello se fusionarán los datos obtenidos
por el propio sistema que da soporte a la función de asistencia de
cambio de carril con la proporcionada por la función de alerta de
cambio involuntario de carril, así como la obtenida del propio
vehículo. El principal campo de la invención es el propio de los
sistemas de seguridad activa en vehículos motorizados, siendo
posible su extrapolación a otros campos complementarios.
\vskip1.000000\baselineskip
Durante los últimos años las actividades de
investigación se han orientado al desarrollo y mejora de funciones
de seguridad activa o preventiva. Los avances más recientes se han
encaminado al desarrollo de distintos sistemas multisensoriales que
dan soporte a distintas aplicaciones de seguridad de forma que se
mejora notablemente su funcionamiento haciéndolas más robustas y
fiables.
La percepción del entorno puede llevarse a cabo
con un único sensor, si este proporciona toda la información
requerida. Pero en la mayoría de los casos se necesitan múltiples
sensores, ya que el área de percepción de interés no puede ser
cubierta por un único sensor o porque ningún sensor puede por sí
solo proporcionar toda la información necesaria para la
aplicación.
El uso de diferentes sensores ayuda a aumentar
la robustez, fiabilidad y precisión del sistema de percepción al
procesar conjuntamente sus datos.
De forma general se puede definir la Fusión
Sensorial como las distintas etapas del proceso en el que se toman
los datos de diferentes sensores y se combina la información entre
ellos para obtener un resultado común mejorado.
La Fusión Sensorial puede ser útil para llevar a
cabo distintas tareas como: detección, reconocimiento o
identificación de objetos, detección de cambios, toma de
decisiones.
Las distintas estrategias de fusión descritas
anteriormente se aplican en la actualidad a diferentes sistemas de
Seguridad Activa. Dentro de esta categoría se agrupan aquellos
mecanismos o dispositivos destinados a disminuir el riesgo de que se
produzca un accidente.
Uno de las funciones de Seguridad Activa más
utilizados es la función de Detección de objetos en ángulo muerto.
Este sistema monitoriza constantemente el ángulo muerto al cual no
tenemos acceso a través de los retrovisores convencionales. De
existir otro vehículo en dicho ángulo muerto, el conductor recibirá
una alerta.
Para ello, consta de sensores que vigilan
constantemente la zona lateral próxima al coche. Generalmente bien
son sensores radar de corto o medio a 24 GHz, o bien sistemas de
procesado de imágenes. Estos sensores proporcionan información a una
centralita de control que, en caso necesario, emite un aviso
acústico, visual o táctil (o una combinación de varios).
Existen sistemas que pueden alertar de forma
continua de la existencia de vehículos en el ángulo muerto
independientemente de las intenciones del conductor, mientras que
otros únicamente actúan cuando se expresa la voluntad de efectuar un
cambio de carril mediante el uso del intermitente.
Generalmente, actúan por encima de un umbral de
velocidad determinado y son capaces de realizar un filtrado de
vehículos estacionados o de aquellos que circulan en sentido
contrario con el objetivo de minimizar las falsas alarmas. La zona
de detección es unos 10 metros por detrás del espejo retrovisor por
unos 4 de anchura, suficiente para cubrir el ángulo muerto.
Si la distancia de detección aumenta hasta 50 ó
60 metros por detrás del vehículo y en los carriles adyacentes al
mismo, entonces el sistema se denomina Asistente al cambio de
carril. Esta función tiene en cuenta, además, la velocidad relativa
del vehículo detectado en dicha zona con respecto al propio. De esta
forma, se está en disposición de alertar al conductor en caso de
existir un cierto riesgo al efectuar la maniobra de cambio de carril
debido a la aproximación de otro vehículo a gran velocidad. En
función de diversos parámetros, se pueden establecer diversos
niveles de alerta.
En la actualidad el funcionamiento ideal del
asistente al cambio de carril, se da para escenarios de conducción
con características muy determinadas. Esto es, el carril real no
debe tener curvatura y el ancho se debe corresponder con el
especificado en el sistema, además el vehículo debe circular por el
centro de este carril ideal. Cuando no se da esta situación ideal,
puede ocurrir que el sistema no proporcione avisos en algunas
situaciones peligrosas y en cambio de lugar a múltiples falsas
alarmas en otras situaciones.
La presente invención evita estas situaciones,
mediante la fusión de los datos proporcionados por el sistema
multisensorial del actual Asistente al cambio de carril con los
proporcionados por la función de Alerta por cambio involuntario de
carril. Esta función alerta al conductor si abandona el carril por
el que circula sin conectar antes los intermitentes, lo que se toma
por una distracción. Se suele componer de una cámara instalada
generalmente en el pie del espejo retrovisor interior, una
centralita electrónica y un sistema de aviso al conductor.
El sistema funciona únicamente a partir de una
cierta velocidad (60-80 km/h es lo más habitual) y
se puede desconectar a voluntad. Asimismo, al activar el
intermitente correspondiente, se interpreta que el conductor
realmente desea realizar la maniobra de abandonar el carril por el
que se circula y, por lo tanto, éste no es alertado.
En un primer aspecto de la presente invención el
método de gestión de alertas en la función de asistencia al cambio
de carril se adopta la estrategia que ofrezca el comportamiento más
robusto y fiable, lo cual implica proporcionar una alarma siempre
que, y sólo si, el vehículo detectado presenta una amenaza. La mayor
dificultad para lograr este objetivo estriba, por un lado, en lograr
una adecuada cobertura de la zona de interés mediante la fusión de
los datos aportados por un sistema multisensorial, y por otro lado,
en discriminar adecuadamente los vehículos en función de su
velocidad y pertenencia, o no, a la zona que debe ser
monitorizada.
Los medios de fusión de datos proporcionan una
media ponderada y adaptativa de todos los datos ofrecidos por el
conjunto de sensores que componen el sistema. El cálculo se realiza
teniendo en cuenta el valor que toma en cada periodo de muestreo, la
función de fiabilidad definida para cada uno de los sensores.
Durante un determinado periodo de muestreo, se
reciben los datos de cada uno de los sensores del sistema y se
determina el valor que toma su función de fiabilidad en base al SNR
(relación señal-ruido) para los datos recibidos de
cada sensor. Del conjunto de datos obtenidos del sistema sensorial,
la función de fiabilidad se pondera de forma individual en base al
SNR de cada sensor, a la comparación de las características
operativas de cada sensor y a las características operativas
desempeñadas por el sensor más fiable. Como salida del sistema
multisensorial de corto alcance se obtiene la situación y la
velocidad relativa de todos los vehículos objetivo del entorno.
Los datos de vídeo obtenidos por unos medios de
visión artificial son procesados de forma conjuntamente con otros
datos proporcionados por el vehículo. El procesado al que se someten
estos datos es el mismo que el realizado para un sistema de alerta
por cambio de carril, de forma que se obtiene la posición del
vehículo respecto al centro del carril, las dimensiones de los
carriles y la curvatura de los mismos. Con estos datos se puede
calcular una zona de evaluación que se adapta perfectamente a la
geometría de la carretera.
Los vehículos objetivo localizados mediante el
sistema sensorial de corto alcance son evaluados sobre esta zona
adaptativa y en función de su posición y de su velocidad relativa
darán lugar o no a un aviso evitando los problemas comentados
anteriormente.
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con una realización de
dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de
ésta.
Fig. 1.- Representa esquemáticamente el diagrama
de bloques del sistema objeto de la presente invención.
Fig. 2.- Representa un escenario ideal para el
asistente al cambio de carril convencional.
Fig. 3.- Representación de una falsa alarma
cuando el escenario real no se ajusta al ideal.
Fig. 4.- Representación de otro cálculo
incorrecto de la zona de evaluación de avisos.
Fig. 5.- Representación de cómo el sistema
objeto de la invención evita la falsa alarma descrita en la figura
3.
Fig. 6.- Representación de la zona de evaluación
que se calcula en función de la curvatura proporcionada por el
sistema sensorial de la función de aviso de cambio involuntario de
carril.
\vskip1.000000\baselineskip
En las figuras anteriores han sido utilizadas
las siguientes referencias:
- 1:
- Sistema sensorial de corto alcance
- 2:
- Cámara CMOS
- 3:
- Sensores del vehículo
- 4:
- Fusión
- 5:
- Localización de las líneas de carril y modelo de la carretera
- 6:
- Posición del vehículo relativa al carril; Dimensiones de los carriles; Curvatura de la carretera.
- 7:
- Velocidad; Aceleración lateral; Ángulo de volante; Velocidad de Guiñada.
- 8:
- Intermitente; Velocidad
- 9:
- Evaluación de avisos.
- 10:
- Posición y velocidad relativa del vehículo objetivo.
- 11:
- Información del sistema BSD Adaptativo, HMI.
- 12:
- Entorno
- 13:
- Vehículo
- 14:
- BSD Adaptativo
- 15:
- Vehículo que circula por el carril adyacente.
- 16:
- Vehículo propio
- 17:
- Carril
- 18:
- Vehículo que circula por el propio carril
- 19:
- Aceleración lateral
- 20:
- Velocidad
- 21:
- Radio de curvatura
Tal y como se puede observar en la figura 1 el
sistema de asistencia al cambio de carril con zona de evaluación
adaptativa comprende, al menos:
unos primeros medios de medición del entorno del
vehículo (12) comprendiendo a su vez y al menos, a una pluralidad de
sensores de corto alcance (1) configurados para la detección de la
posición relativa del vehículo objetivo; y medios de visión
artificial (2), preferentemente una cámara CMOS;
unos segundos medios de captación de señales del
vehículo propio (3) configurados al menos para la detección de la
velocidad, aceleración lateral, ángulo de volante, velocidad de
guiñada y estado del intermitente;
unos terceros medios BSD (Blind Spot
Detection, Detección en el Ángulo Muerto) adaptativos (14)
comprendiendo, a su vez, unos medios de modelado de la carretera
(5), unos medios de fusión de datos (4) y unos medios de evaluación
de avisos (9), donde dichos medios de modelado de la carretera (5)
generan un primer modelo de la carretera en función de los datos del
entorno proveniente de los medios de visión artificial (2) y de los
segundos medios de captación de señales del vehículo propio (3);
donde dicho primer modelo de la carretera, además, permite conocer
la posición del vehículo relativa al carril, las dimensiones de los
carriles y la curvatura de la carretera, integrándose nuevamente con
los datos de los segundos medios de captación de señales del
vehículo propio (3) en los medios de fusión de datos (4) y generando
un segundo modelo de la carretera en los medios de evaluación de
avisos (9);
y donde, además, en los medios de fusión de
datos y evaluación de avisos (4) se integran los datos de dicho
segundo modelo de la carretera con los datos adquiridos en la
pluralidad de sensores de corto alcance (1), generando una alerta en
los medios de interacción hombre máquina HMI (11).
\vskip1.000000\baselineskip
En general, los medios de modelado de la
carretera (5) utilizan la información procedente de los medios de
visión artificial (2) así como parte de la información dinámica del
vehículo presente en la red de comunicación entre los medios de
captación del vehículo (3) (usualmente una red tipo CAN) como
velocidad, ángulo de giro de volante y estado de los intermitentes.
Estos medios de modelado (5) procesan las imágenes obtenidas
mediante algoritmos de transformaciones de perspectiva, algoritmos
de resalte de las líneas de carril, y binarizaciones o transformadas
de Hough, para conseguir localizar en la imagen las líneas de la
calzada. Una vez localizadas se utiliza un filtro de Kalman para
corregir los posibles errores de detección. Finalmente, se obtienen
parámetros de la posición del vehículo respecto a esas líneas:
distancia real del vehículo a cada línea, ancho del carril y
curvatura de la carretera, siendo este el primer modelo de la
carretera.
En los medios de fusión de datos (4) se realiza
en primer lugar una sincronización y pre-procesado
de las observaciones obtenidas de la red sensorial. En el
pre-procesado se realizan funciones como el paso de
coordenadas respecto a cada uno de los sensores a un sistema de
coordenadas común. A continuación, se realiza una agrupación en
clústers de las distintas observaciones susceptibles de pertenecer
al mismo objeto, por proximidad entre ellas y la asociación de los
clusters a los objetivos que se están siguiendo. Se utiliza un
filtro de Kalman para corregir la posición de los objetivos que se
están siguiendo con los clusters obtenidos en el paso anterior y la
predicción de la siguiente posición que ocuparán los objetivos. Si
alguno de los clústeres no está próximo a ninguno de los objetivos
que se están siguiendo dará lugar a un nuevo objetivo. Si alguno de
los objetivos que no es actualizado por ninguno de los clusters se
convierte en candidato a ser borrado de la lista de objetivos.
Finalmente, se actualiza la lista de objetivos, eliminando aquellos
que son candidatos a ser borrados y añadiendo los que se han
generado nuevos. Esta lista proporciona una monitorización 360º del
entorno del vehículo, donde está representada la velocidad relativa
y la posición de todos los objetos en el entorno del vehículo,
siendo éste el segundo modelo de la carretera.
En cuanto a los medios de evaluación de avisos
(9), en primer lugar determinan las dimensiones de la zona de
evaluación usando para ello los resultados obtenidos de los medios
de modelado de la carretera (5) que definen la geometría de la
carretera y la posición del vehículo en la misma. La longitud de la
zona se calcula en función de la velocidad que presente el vehículo
donde está instalado el sistema. A continuación se evalúa la
pertenencia a la zona de los objetos contenidos en la lista
proporcionada por los medios de fusión de datos (4), en función de
su posición.
De todos los objetos contenidos en la zona se
calcula en función de su velocidad relativa y su posición, el tiempo
que tardarían en alcanzar el vehículo (TTC).
Finalmente se proporciona un aviso al conductor
de los objetos susceptibles de presentar algún peligro en maniobras
de cambio de carril. Los avisos serán de diferente intensidad en
función del TTC de cada objeto y de la activación o no por parte del
conductor de los intermitentes.
En la figura 2 se representa un escenario ideal
para el asistente al cambio de carril convencional. La zona de
evaluación de avisos se calcula en este sistema, suponiendo que el
vehículo propio (16) circula por el centro de un carril (17) de
ancho fijo y sin curvatura. Cuando el escenario real coincide con el
ideal, el asistente al cambio de carril convencional, actúa de forma
satisfactoria, proporcionando alarmas de todos los vehículos
detectados (15), que pueden suponer un peligro y sólo de estos.
Cuando el escenario real no se ajusta al ideal
se pueden producir falsas alarmas, como en la situación representada
en la figura 3. En esta ocasión el vehículo (16) donde se ha
embarcado el sistema discurre muy cerca del límite de carril (17),
como las zonas de evaluación se calculan referenciadas al centro del
vehículo (16), se desplazan con el de forma que en casos como el
representado parte del propio carril (17) entraría a formar parte de
la zona susceptible de generar avisos. En estos casos vehículos (18)
que en realidad circulan por el propio carril podrían dar lugar a
alertas que serian en realidad falsas alarmas.
Otro problema derivado del cálculo incorrecto de
la zona de evaluación de avisos, es la representada en la figura 4.
En este caso el vehículo (16) en el que se ha embarcado el sistema
discurre por un carril (17) que presenta una curvatura (21). Las
zonas de evaluación convencionales se calculan solidarias al
vehículo (16), al no adaptarse a la geometría de la carretera puede
ocurrir que un vehículo que circula por el carril adyacente (15)
pese a representar un peligro no dé lugar a ninguna alarma por no
estar en la zona de evaluación calculada.
Las situaciones anteriores se corrigen mediante
el nuevo sistema de asistencia al cambio de carril con zona de
evaluación adaptativa. La nueva zona se calcula en función de los
datos aportados por un sistema de alerta al cambio involuntario de
carril: curvatura de la carretera, ancho del carril real y
desplazamiento del vehículo respecto al centro del carril. Teniendo
en cuenta estos datos se puede calcular una zona de evaluación que
se adapte en todo momento a la geometría de la carretera siendo
independiente del vehículo.
En la figura 5, el disponer del dato del
desplazamiento del vehículo respecto al centro del carril (d), y del
ancho real de este (W), permite calcular una zona de evaluación que
se superpone perfectamente a la carreta real, evitando la falsa
alarma descrita en la figura 3.
En la figura 6, la zona de evaluación se calcula
en función de la curvatura proporcionada por el sistema sensorial de
la función de aviso de cambio involuntario de carril. La nueva zona
de evaluación se adapta a la geometría de la carretera de manera que
es posible alertar al conductor en situaciones que en el caso de una
zona no adaptativa pasarían desapercibidas.
Claims (2)
1. Sistema de asistencia al cambio de carril con
zona de evaluación adaptativa caracterizado porque comprende,
al menos:
unos primeros medios de medición del entorno del
vehículo (12) comprendiendo a su vez y al menos, una pluralidad de
sensores de corto alcance (1) configurados para la detección de la
posición relativa del vehículo objetivo; y medios de visión
artificial (2);
unos segundos medios de captación de señales del
vehículo propio (3) configurados al menos para la detección de la
velocidad, aceleración lateral, ángulo de volante, velocidad de
guiñada y posición del intermitente;
unos terceros medios BSD adaptativos (14)
comprendiendo, a su vez, unos medios de modelado de la carretera
(5), unos medios de fusión de datos (4) y unos medios de evaluación
de avisos (9), donde dichos medios de modelado de la carretera (5)
generan un primer modelo de la carretera en función de los datos del
entorno proveniente de los medios de visión artificial (2) y de los
segundos medios de captación de señales del vehículo propio (3);
donde dicho primer modelo de la carretera, además, permite conocer
la posición del vehículo relativa al carril, las dimensiones de los
carriles y la curvatura de la carretera, integrándose nuevamente con
los datos de los segundos medios de captación de señales del
vehículo propio (3) en los medios de fusión de datos (4) y generando
un segundo modelo de la carretera en los medios de evaluación de
avisos (9);
y donde, además, en los medios de evaluación de
avisos (9) se integran los datos de dicho segundo modelo de la
carretera con los datos adquiridos en la pluralidad de sensores de
corto alcance (1), generando una alerta en los medios de interacción
hombre máquina HMI (11).
2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1
caracterizado porque los medios de visión artificial (2) son
una cámara CMOS.
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