TWM558927U - 車道維持追隨系統 - Google Patents

Abstract

一種車道維持追隨系統，其係應用於一車輛，車道維持追隨系統包含全球定位裝置、高精度道路圖資單元、以及追隨控制裝置。全球定位裝置持續產生並輸出全球定位資訊。高精度道路圖資單元儲存複數個道路資訊，各道路資訊包含車道資訊，各車道資訊具有車道標線的幾何資訊。追隨控制裝置電性連接至全球定位裝置及高精度道路圖資單元，追隨控制裝置接收全球定位資訊並比對道路資訊，以找出全球定位資訊當時所對應之車道資訊，追隨控制裝置並擷取當時之車道資訊所具有之車道標線的幾何資訊，並控制車輛追隨當時之車道標線的幾何資訊行進。

Description

車道維持追隨系統

本新型創作涉及汽車領域，尤其是一種車道維持追隨系統。

自動駕駛系統是依據全球定位、道路的幾何資訊以及道路的周邊狀況，來進行加減速、轉彎、換檔等控制方式的進行車量的控制。因而，隨著自動駕駛汽車的發展，逐漸由半自動駕駛發展為全自動駕駛時，對於定位的精確度要求越來越高。

目前商用GPS設備，通常為道路等級，誤差約在10公尺左右，在一般環境進行導航，除了位置精準度有落差外，在轉彎、上下坡道的情境下，判斷上亦容易失準。此誤差可能導致自動駕駛車輛的控制失準，而危及乘坐人員的安全。

目前雖有高精度GPS的設備，為街道或是車道等級，但其價格可能超出車輛的價格，不符配置成本，且高精度GPS的設備仍然可能受到天氣、或是隧道等地形的影響而有失能或不準確的時候。

為了解決先前技術上的問題，在此提供一種車道維持追隨系統，其係應用於一車輛。車道維持追隨系統包含全球定位裝置、高精度道路圖資單元以及追隨控制裝置。全球定位裝置設於車輛上並持續產生並輸出全球定位資訊。高精度道路圖資單元設於車輛上並儲存複數個道路資訊，各道路資訊包含車道資訊，各車道資訊包含車道標線的幾何資訊。追隨控制裝置設於車輛上並電性連接至全球定位裝置及高精度道路圖資單元，追隨控制裝置持續接收全球定位資訊並持續比對道路資訊，以找出全球定位資訊當時所對應之其中一車道資訊，追隨控制裝置並擷取當時所對應之車道資訊所具有之車道標線的幾何資訊，並控制車輛追隨車道標線的幾何資訊行進。

在一些實施例中，車道維持追隨系統更包含視覺追蹤器。視覺追蹤器設於車輛上並電性連接至追隨控制裝置，視覺追蹤器持續擷取並輸出車道追隨畫面，追隨控制裝置更根據車道追隨畫面以校正當時所對應之車道標線的幾何資訊並控制車輛追隨行進。

在一些實施例中，車道維持追隨系統更包含視覺追蹤器。視覺追蹤器設於車輛上並電性連接至追隨控制裝置，視覺追蹤器持續擷取並輸出周圍畫面，高精度道路圖資單元更儲存有至少一興趣點位置資訊，追隨控制裝置更根據周圍畫面及興趣點位置資訊以校正當時所對應之車道標線的幾何資訊並控制車輛追隨行進。進一步地，興趣點位置資訊為號誌位置、景點位置、建築物位置或其組合。

在一些實施例中，車道維持追隨系統更包含雷達偵測器。雷達偵測器設於車輛上並電性連接至追隨控制裝置，雷達偵測器持續偵測並輸出相鄰物件的相對距離及相對速度，追隨控制裝置更根據相鄰物件的相對距離及相對速度以控制車輛追隨當時所對應之車道標線的幾何資訊行進。

在一些實施例中，車道維持追隨系統更包含光感測器。光感測器設於車輛上並電性連接至追隨控制裝置，光感測器持續偵測並輸出發光物件的相對距離及相對速度，追隨控制裝置更根據發光物件的相對距離及相對速度以控制車輛追隨當時所對應之車道標線的幾何資訊行進。

在一些實施例中，車道維持追隨系統更包含慣性測量單元。慣性測量單元設於車輛上並電性連接至追隨控制裝置，慣性測量單元持續量測並輸出偏航角及角速度，車道資訊更包含道路航向角，追隨控制裝置更根據偏航角、角速度以及道路航向角，以控制車輛追隨當時所對應之車道標線的幾何資訊行進。

在一些實施例中，車道維持追隨系統更包含慣性測量單元，慣性測量單元設於車輛上並電性連接至追隨控制裝置，慣性測量單元持續量測並輸出仰俯角及加速度，車道資訊更包含道路斜率，追隨控制裝置更根據仰俯角、加速度以及道路斜率，以控制車輛追隨當時所對應之車道標線的幾何資訊行進。

在一些實施例中，各道路資訊更包含道路識別碼、道路長度、車道數目、道路速限、道路起點的座標、道路終點的座標、停止線座標或其組合。

在一些實施例中，車道資訊更包含車道識別碼、車道寬度或其組合。

透過結合全球定位裝置及高精度道路圖資單元，可以達成高精度的定位，使追隨控制裝置能控制車輛追隨當時所對應之車道標線的幾何資訊行進及並隨時校正。如此，能夠大幅度的降低習知高精度GPS成本，避免錯誤的定位引導，且能正確且安全地控制車輛行進，而有助於自動駕駛的發展。

圖1為車道維持追隨系統的方塊示意圖。如圖1所示，車道維持追隨系統1可以安裝於車輛100上。車道維持追隨系統1包含全球定位裝置10、高精度道路圖資單元20、以及追隨控制裝置30。全球定位裝置10、高精度道路圖資單元20以及追隨控制裝置30均設置於車輛100上。全球定位裝置10持續產生並輸出全球定位資訊。高精度道路圖資單元20儲存複數個道路資訊，各道路資訊包含至少一車道資訊，各車道資訊具有車道標線的幾何資訊。追隨控制裝置30電性連接至全球定位裝置10及高精度道路圖資單元20，追隨控制裝置30持續接收全球定位資訊並持續比對道路資訊，以找出全球定位資訊當時所對應之其中一車道資訊。追隨控制裝置30並擷取當時所對應之車道資訊所具有的車道標線的幾何資訊，並控制車輛100追隨當時所對應之車道標線的幾何資訊行進。

在此，全球定位裝置10為一般商用道路等級的全球定位裝置(Global Position System，GPS)，其產生的全球定位資訊的誤差在10公尺以下。高精度道路圖資單元20的道路資訊為街道等級或車道等級，且其誤差約在20公分以下。高精度道路圖資單元20提供的道路資訊中，更可以包含道路識別碼、道路長度、車道數目、道路速限、道路起點的座標、道路終點的座標以及停止線座標等。車道資訊可以包含車道識別碼以及車道寬度等。從而，追隨控制裝置30接收全球定位資訊後，能與當時所對應之車道資訊及道路資訊進行比對，確認車輛100的當時位置，並確認車輛100所在之道路及所在道路上的特定車道。進而，追隨控制裝置30再依據車道標線的幾何資訊控制車輛100行進。車道標線的幾何資訊可以包含車道標線的起點座標、終點座標、曲率等。

圖2為車道維持追隨系統的俯視示意圖。如圖1及圖2所示，在一些實施例中，車道維持追隨系統1更包含視覺追蹤器40。視覺追蹤器40電性連接至追隨控制裝置30，視覺追蹤器40持續擷取並輸出車道追隨畫面，追隨控制裝置30更根據車道追隨畫面以校正當時所對應之車道標線的幾何資訊並控制車輛100追隨行進。如圖2所示，視覺追蹤器40可以是安裝於車輛100前方的鏡頭41，可以持續拍攝車輛100前方的車道追隨畫面。藉此，追隨控制裝置30除了依據全球定位資訊及道路資訊以外，能配合實際的道路畫面來進行校正，能使定位更加精準。

在另一些實施例中，視覺追蹤器40持續擷取並輸出周圍畫面，高精度道路圖資單元20更儲存有至少一興趣點位置資訊，追隨控制裝置30更能參考周圍畫面及興趣點位置資訊以校正當時所對應之車道標線的幾何資訊並控制車輛100追隨行進。如圖2所示，視覺追蹤器40可以為安裝於車輛100側邊、或是安裝於車輛100之後照鏡110的鏡頭41。興趣點位置資訊可以為一號誌位置、一景點位置、一建築物位置或其組合。在此，追隨控制裝置30更根據周圍畫面及興趣點位置資訊，分析出車輛100與興趣點的相對距離，再次確認當時的車道資訊，從而校正當時所對應之車道標線的幾何資訊並控制車輛100追隨行進。

圖3a為高精度圖資單元中的道路資訊示意圖。圖3b為追隨控制裝置根據道路資訊校正車輛行徑的示意圖。圖3c為視覺追蹤器產生的車道追隨畫面示意圖。圖3a圖所示之道路資訊畫面F1為一模擬畫面，顯示當時所對應之車道資訊所具有的車道標線的幾何資訊。配合圖1所示，追隨控制裝置30控制車輛100追隨當時所對應之車道標線的幾何資訊行進。如圖3b所示，追隨控制裝置30根據道路資訊校正車輛100行徑係採一疊合畫面F2，此疊合畫面F2是一虛擬畫面，表示當時所對應之車道資訊所具有的車道標線的幾何資訊與視覺追蹤器40所產生的車道追隨畫面進行疊合，從而根據車道追隨畫面與當時所對應之車道資訊所具有的車道標線的幾何資訊之間的偏差量進行校正，從而能如圖3c所示，維持車道追隨畫面F3在當時所對應之車道資訊所具有的車道標線的幾何資訊。

更進一步地，現有的自動駕駛系統主要都倚賴於視覺追蹤器40來進行道路追蹤，但視覺追蹤器40在特定的情境，例如亮度過暗、濃霧時可能會因解析不佳而失效。也就是圖3c的車道追隨畫面F3消失時，追隨控制裝置30仍可透過全球定位裝置10所提供的全球定位資訊及高精度道路圖資單元20提供的道路資訊引導車輛行進。

圖4為追隨控制裝置定位車輛於車道的示意圖。如圖1-2、4所示，追隨控制裝置30除了透過全球定位裝置10所提供的全球定位資訊及高精度道路圖資單元20提供的道路資訊，能確定車輛100的位於道路R的車道D上。

進一步地，再次參考圖3a至3c，追隨控制裝置30還可以透過視覺追蹤器40產生的車道追隨畫面F3或者其他鏡頭所拍攝之周圍畫面(圖中未視)來輔助定位及校正，以維持車輛100在車道D上沿著當時所對應之車道標線的幾何資訊行進。在此僅為示例，而不限於此。

圖5為圖1中慣性測量單元的方塊示意圖。如圖1及圖5所示，在一些實施例中，車道維持追隨系統1更包含慣性測量單元50。慣性測量單元50電性連接至追隨控制裝置30，慣性測量單元50可以包含陀螺儀53，陀螺儀53持續量測並輸出車輛100的偏航角及角速度。車道資訊更包含道路航向角，追隨控制裝置30更根據偏航角、角速度以及道路航向角，以控制車輛100追隨當時所對應之車道標線的幾何資訊行進。換言之，慣性測量單元50量測車輛100本身的轉彎狀態，並基於道路資料進行判斷，以隨時追蹤車道標線的幾何資訊與車輛100的狀態是否相符，並隨時進行校正。如此，能大幅改善傳統GPS在彎道狀態下定位效果不佳的問題。

更進一步地，慣性測量單元50持續量測並輸出仰俯角及加速度，車道資訊更包含道路斜率，追隨控制裝置30更根據仰俯角、加速度以及道路斜率，以控制車輛100追隨當時所對應之車道標線的幾何資訊行進。在此，如圖5所示，慣性測量單元50可以包含加速度規51。換言之，慣性測量單元50持續量測車輛100本身的仰俯角、加速度，來判定車輛100本身是否處於上下坡的狀態，更基於道路資料進行判斷，以隨時追蹤車道標線的幾何資訊與車輛100的狀態是否相符，並隨時進行校正。以上量測車輛100之慣性的方式僅為示例，而不限於此。

再次參考圖2及圖4，在一些實施例中，車道維持追隨系統1更包含雷達偵測器60。雷達偵測器60可以安裝於車輛100上，例如安裝於車輛100的前方。雷達偵測器60電性連接至追隨控制裝置30。雷達偵測器60持續偵測並輸出相鄰物件的相對距離及相對速度，追隨控制裝置30更參考相鄰物件的相對距離及相對速度以控制車輛100追隨當時所對應之車道標線的幾何資訊行進。在此，相鄰物件是指車輛100所在之車道D上以及在車道D左右之車道上的物件，例如車輛、行人、號誌燈等。

如此，車道維持追隨系統1不止依照道路資訊，更能依據車輛100周邊的實際狀況來控制車輛100的行進。例如，當雷達偵測器60偵測車輛100過度接近前方車輛時，追隨控制裝置30會控制車輛100進行減速，以免發生碰撞。在此僅為示例，而不限於此。

再次參考圖2，在一些實施例中，車道維持追隨系統1更包含光感測器70。光感測器70電性連接至追隨控制裝置30，光感測器70持續偵測並輸出發光物件的相對距離及相對速度。追隨控制裝置30更參考發光物件的相對距離及相對速度以控制車輛100追隨當時所對應之車道標線的幾何資訊行進。換言之，光感測器70可以輔助在光線不良的條件下，進行輔助判斷，可以透過發光物件產生的光線來判斷相對的距離與車速，例如，前方車輛的剎車燈等，如此，能依據車輛100周邊的實際狀況來控制車輛100的行進。在此僅為示例，而不限於此。

圖6為車輛控制曲線的示意圖。同時參考圖1、圖4及圖6，全球定位裝置10能提供GPS原始位置G，追隨控制裝置30接收全球定位資訊G並比對高精度道路圖資單元20提供的道路資訊以及道路資訊內之車道資訊，以判定車輛100所位於道路R的特定車道D上，例如，判定為ID81的車道。並且追隨控制裝置30設定有偏移閥值T，當車輛100的偏移超出偏移閥值T時，追隨控制裝置30對車輛100進行校正，以維持車輛100行進在特定的車道D上。

圖7為車輛自動駕駛實際實施例的行車數據曲線圖。圖7(a)與圖7(b)為分別行使不同路徑的行車數據曲線圖。圖7(a)及圖7(b)兩個行車路徑上各包含四條線，其中一點鏈線表示高精度道路圖資的行駛位置連線、三點鏈線為商用GPS(PM 220)搭配高精度道路圖資單元的行駛位置連線、實線為使用高精度GPS的設備(MB2000) 的行駛位置連線、虛線是以商用GPS (PM 220)搭配慣性測量單元(SBG)的行駛位置連線。

如圖7(a)及圖7(b)所示，單以GPS搭配慣性測量單元與高精度道路圖資的行駛位置的偏差較大，而以商用GPS(PM 220)搭配高精度道路圖資單元或高精度GPS的設備(MB2000)的行駛位置連線與道路圖資的行駛位置的偏差較小，在圖7(b)中甚至商用GPS(PM 220)搭配高精度道路圖資單元的行駛路徑，更較高精度GPS的設備(MB2000)的行駛位置貼近高精度道路圖資的行駛位置。因此，本申請中以全球定位裝置搭配高精度道路圖資單元透過追蹤演算法的校正，實際上可達到與高精度GPS的設備相近的功效，而更較高精度GPS的設備有更低的成本優勢。

藉由結合全球定位裝置及高精度道路圖資單元，可以達成高精度的定位，使得追隨控制裝置能將控制車輛追隨當時所對應之車道標線的幾何資訊行進及校正。如此，能夠大幅度的降低成本，避免錯誤的定位引導，且能正確且安全地控制車輛行進。

較佳實施例揭露如上所述，然其並非用以限定本新型創作，任何熟習相關技藝者，在不脫離本新型創作的範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本新型創作之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧車道維持追隨系統
10‧‧‧全球定位裝置
20‧‧‧高精度道路圖資單元
30‧‧‧追隨控制裝置
40‧‧‧視覺追蹤器
41‧‧‧鏡頭
50‧‧‧慣性測量單元
51‧‧‧加速度規
53‧‧‧陀螺儀
60‧‧‧雷達偵測器
70‧‧‧光感測器
100‧‧‧車輛
110‧‧‧後照鏡
D‧‧‧車道
F1‧‧‧道路資訊畫面
F2‧‧‧疊合畫面
F3‧‧‧車道追隨畫面
G‧‧‧GPS原始位置
R‧‧‧道路
T‧‧‧偏移閥值

圖1為車道維持追隨系統的方塊示意圖； 圖2為車道維持追隨系統的俯視示意圖； 圖3a為高精度圖資單元中的道路資訊示意圖； 圖3b為追隨控制裝置根據道路資訊校正車輛行徑的示意圖； 圖3c為視覺追蹤器產生的車道追隨畫面示意圖； 圖4為追隨控制裝置定位車輛於車道的示意圖； 圖5為圖1中慣性測量單元的方塊示意圖； 圖6為車輛控制曲線的示意圖；以及 圖7為車輛自動駕駛實際實施例的行車數據曲線圖。

Claims (10)

1. 一種車道維持追隨系統，其係應用於一車輛，該車道維持追隨系統包含： 一全球定位裝置，設於該車輛上並持續產生並輸出一全球定位資訊； 一高精度道路圖資單元，設於該車輛上並儲存複數個道路資訊，各該道路資訊包含至少一車道資訊，各該車道資訊包含一車道標線的幾何資訊；以及 一追隨控制裝置，設於該車輛上並電性連接至該全球定位裝置及該高精度道路圖資單元，該追隨控制裝置持續接收該全球定位資訊並持續比對該些車道資訊，以找出該全球定位資訊當時所對應之其中一該車道資訊，該追隨控制裝置並擷取當時所對應之該車道資訊所具有之該車道標線的幾何資訊，並控制該車輛追隨該車道標線的幾何資訊行進。
2. 如請求項1所述之車道維持追隨系統，更包含一視覺追蹤器，該視覺追蹤器設於該車輛上並電性連接至該追隨控制裝置，該視覺追蹤器持續擷取並輸出一車道追隨畫面，該追隨控制裝置更根據該車道追隨畫面以校正當時所對應之該車道標線的幾何資訊並控制該車輛追隨行進。
3. 如請求項1所述之車道維持追隨系統，更包含一視覺追蹤器，該視覺追蹤器設於該車輛上並電性連接至該追隨控制裝置，該視覺追蹤器持續擷取並輸出一周圍畫面，該高精度道路圖資單元更儲存有至少一興趣點位置資訊，該追隨控制裝置更根據該周圍畫面及該興趣點位置資訊以校正當時所對應之該車道標線的幾何資訊並控制該車輛追隨行進。
4. 如請求項3所述之車道維持追隨系統，其中該興趣點位置資訊為一號誌位置、一景點位置、一建築物位置或其組合。
5. 如請求項1所述之車道維持追隨系統，更包含一雷達偵測器，該雷達偵測器設於該車輛上並電性連接至該追隨控制裝置，該雷達偵測器持續偵測並輸出一相鄰物件的一相對距離及一相對速度，該追隨控制裝置更根據該相鄰物件的該相對距離及該相對速度以控制該車輛追隨當時所對應之該車道標線的幾何資訊行進。
6. 如請求項1所述之車道維持追隨系統，更包含一光感測器，該光感測器設於該車輛上並電性連接至該追隨控制裝置，該光感測器持續偵測並輸出一發光物件的一相對距離及一相對速度，該追隨控制裝置更根據該發光物件的該相對距離及該相對速度以控制該車輛追隨當時所對應之該車道標線的幾何資訊行進。
7. 如請求項1所述之車道維持追隨系統，更包含一慣性測量單元，該慣性測量單元設於該車輛上並電性連接至該追隨控制裝置，該慣性測量單元持續量測並輸出一偏航角及一角速度，該車道資訊更包含一道路航向角，該追隨控制裝置更根據該偏航角、該角速度以及該道路航向角，以控制該車輛追隨當時所對應之該車道標線的幾何資訊行進。
8. 如請求項1所述之車道維持追隨系統，更包含一慣性測量單元，該慣性測量單元設於該車輛上並電性連接至該追隨控制裝置，該慣性測量單元持續量測並輸出一仰俯角及一加速度，該車道資訊更包含一道路斜率，該追隨控制裝置更根據該仰俯角、該加速度以及該道路斜率，以控制該車輛追隨當時所對應之該車道標線的幾何資訊行進。
9. 如請求項1所述之車道維持追隨系統，其中各該道路資訊更包含一道路識別碼、一道路長度、一車道數目、一道路速限、一道路起點的座標、一道路終點的座標、一停止線座標或其組合。
10. 如請求項1所述之車道維持追隨系統，其中各該車道資訊更包含一車道識別碼、一車道寬度或其組合。