一种汽车智能穿行障碍的系统和方法
阅读说明：本技术 一种汽车智能穿行障碍的系统和方法 (System and method for automobile to intelligently pass through obstacles ) 是由 王瑞林 于 2021-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种汽车智能穿行障碍的系统和方法,包括采集道路边缘或标线信息以及车辆周身与障碍物的位置信息；将位置信息转换为整车坐标系下的位置；分别计算道路边缘或标线与车辆中轴线的横向距离S,当此距离小于设定的安全距离时,避障功能退出；存在障碍物时计算车辆的横向移动加速度,若横向移动加速度大于系统预设的安全范围,避障功能退出；否则计算出车辆横向移动距离并控制车辆移动。利用本发明所述的方法,可以自动识别道路宽度风险、车辆与障碍物距离过近等风险,避免人为判断失误,减少了车辆碰撞侧翻等风险,实现障碍路段自动安全驾驶,提高了驾驶科技感和舒适性。(The invention discloses a system and a method for an automobile to pass through obstacles intelligently, which comprises the steps of collecting road edge or marking information and position information of the whole body of the automobile and obstacles; converting the position information into a position under a finished automobile coordinate system; respectively calculating the transverse distance S between the road edge or the marked line and the central axis of the vehicle, and when the distance is less than the set safe distance, exiting the obstacle avoidance function; calculating the transverse movement acceleration of the vehicle when an obstacle exists, and if the transverse movement acceleration is larger than a safety range preset by a system, exiting the obstacle avoidance function; otherwise, the transverse moving distance of the vehicle is calculated and the vehicle is controlled to move. By using the method, the risks such as the road width risk, the too close distance between the vehicle and the barrier and the like can be automatically identified, the human judgment error is avoided, the risks such as vehicle collision, side turning and the like are reduced, the automatic safe driving of the barrier road section is realized, and the driving science and technology feeling and the comfort are improved.)
技术领域
本发明属于汽车智能行驶
技术领域
，具体涉及一种汽车智能穿行 障碍的系统和方法。背景技术
随着汽车在人们日常生产生活中的应用范围不断推广，驾驶场景 日益复杂。当车辆在限宽路障通行，较窄路面会车，较窄路面或较窄 桥梁通行路段行驶时，通过驾驶员的经验去判断可能会不够准确从而 导致事故的发生。
CN103832357B公开了一种基于机器视觉的车道偏离警告系统， 包括接口处理单元、前视摄像头、数字信号处理单元和电源模块，但 主要应用于道路状况较好，道路标识线清晰等场景。
CN108501959A公开了一种车道偏离预警系统，摄像头将获取的 车辆前方车道线边界图像信息输送至摄像头处理模块，所述摄像头处 理模块根据图像信息将车道偏离报警信号输送至CAN总线，所述CAN 总线将报警信号输送至仪表控制器并由汽车仪表进行报警，所述CAN 总线将报警信号输送至电动助力模块产生方向盘抖动进行报警。但智 能驾驶系统速度一般要求高于30Km/h，朝前行驶，只能根据道路标 线变道。
本发明主要应用于限宽路障通行，较窄路面会车，较窄路面或较 窄桥梁通行，通过车载雷达和摄像头感知道路边线、临近车辆或者障 碍物等信息，控制器对采集到的信息进行分析处理并通过算法规划合 适路线，进而通过关联系统控制车辆安全通过较窄路路段或障碍地带 避免人为恐惧心理或技术原因导致的交通事故。
发明内容
本发明的目的是解决道路边线及障碍物的识别和提取，计算本车 辆与道路边线及障碍物的距离，通过与安全距离对比识别风险，并自 动调整车辆方向合理避让。
实现本发明目的之一的汽车智能穿行障碍的方法的技术方案为： 采集道路边缘或标线信息以及车辆周身与障碍物的位置信息；将位置 信息转换为整车坐标系下的位置；分别计算道路边缘或标线与车辆中 轴线的横向距离S，当此距离小于设定的安全距离时，避障功能退出； 存在障碍物时计算车辆的横向移动加速度，若横向移动加速度大于系 统预设的安全范围，避障功能退出；否则计算出车辆横向移动距离并 控制车辆移动。
汽车智能穿行障碍系统包含操作按键，传感器，控制器、执行器 以及显示。操作按键包括功能选择开关、前进按钮、后退按钮，可以 集成在一个开关面板上。传感器包括环视摄像头、雷达、红外传感器 组成；执行器主要由ESC和EPS执行，分别控制车辆的纵向和横向。 驾乘人员按下功能确认按钮后开启避障功能，当避障功能退出后再启 动需要驾乘人员再次按下功能确认按钮，当避障功能暂停时则无需人 工启动，在设定时间内如果避障功能的触发条件不满足则避障功能从 暂停状态转为退出状态。
当车辆遇到特定场景后，驾驶员停车挂P档，EPB拉起,按下所 述避障功能的确认按钮后，车辆进行自检，自检正常后功能激活，当 驾驶员选择前进或者后退按键后，摄像头采集车身周围画面，雷达采 集车辆与路肩、周围车辆以及道路边缘的距离，控制器对采集到的数 据进行融合分析并规划路线，通过ESC控制车辆纵向移动，EPS控制 车辆横向移动，使车辆始终与路肩、周围车辆以及道路边缘等保持安 全距离，确保车辆安全行驶当前路段，直至功能退出。
所述特定场景包括如下场景：1、限宽路段：道路两侧限宽路墩， 单车通行；2、较窄路段会车：无道路标线，对向车辆会车；3、较窄 路段通行：无道路标线，两侧无防护；4、较窄路段通行：无道路标 线，单侧或两侧为路肩或墙面；5、较窄桥梁通行：两侧无防护；6、 S型道路：连续转弯较窄路段。
所述安全距离为车辆中轴线距离单侧车轮的距离以及该侧车轮 距离道路边缘或者道路标线的预设距离S1之和，此预设距离S1可根 据实际情况设定。
进一步的技术方案包括：包括车辆自检，自检不通过时，避障功 能退出；避障功能开启后始终监测自检条件是否满足，如果不满足则 避障功能暂停，等待并持续监测，如果在设定等待时间内自检条件不 满足则避障功能退出。
所述自检包括档位是否为P档；EPB是否拉起；车门是否关闭； 安全带是否系上。
进一步的技术方案包括：在避障功能开启后，车身稳定控制系统 控制车速为纵向恒定速度行驶，所述纵向恒定速度小于等于设定值。
进一步的技术方案包括：在车辆移动过程中始终监测道路边缘或 标线与车辆中轴线的横向距离S是否小于所述安全距离，小于则避障 功能退出。
进一步的技术方案包括：所述对采集的位置信息坐标降维处理并 转换为整车坐标系，包括建立整车坐标系，前进时以车前保险杠中心 点为坐标原点，后退时以车后保险杠中心点为坐标原点。
进一步的技术方案包括：在车辆移动的过程中，两侧道路边缘或 标线的X坐标的和值始终保持小于设定值，以保证车辆居中行驶。
进一步的技术方案包括：所述方法包括如下步骤：
步骤1、驾驶员停车挂P档，EPB拉起，按下功能确认按钮，系 统进行自检；若自检不满足，则仪表发出蜂鸣音，MP5弹窗提醒并等 待设定时间，设定时间内自检仍然不满足则功能退出；自检成功则提 示驾驶员选择前进或者后退按键。
步骤2、传感器采集车辆周身与周围环境、车辆及障碍的距离及 角度信息、道路边缘信息；对图像数据进行处理，识别出障碍物或道 路标线或道路边缘线。
步骤3、以车辆前后保险杠中心点为坐标原点建立整车坐标系， 前进时以前险杠中心点为坐标原点，后退时以后保险杠中心点为坐标 原点。将障碍物或道路边缘或道路标识线的三维坐标转化为整车坐标 系下的二维坐标。
步骤4、计算整车坐标系下坐标原点距离单侧车轮距离S1以及该 侧车轮距离道路边缘或者标线的安全距离S2，将S1与S2之和与预 设的安全距离Ssafe比较，如果小于安全距离Ssafe则警示无法通行；如 果大于等于此安全距离，继续判断是否存在障碍物。
如果无障碍物，则可计算出车辆的横向移动距离，控制器控制车 辆通过，同时调整方向直至道路边缘或者标线的X坐标的和值小于设 定值。
如果有障碍物，计算出当前车辆需要前进距离Y，横向移动距离 X。根据恒定的纵向车速进而计算出横向移动加速度，若横向移动加 速度小于或等于系统预设的安全范围，即判断可继续通行，同时在前 行过程中周期性监测上述S1与S2之和是否小于预设的安全距离Ssafe比较，如果小于安全距离Ssafe则警示无法通行；若横向移动加速度大 于系统预设的安全范围，即判断无法通过该障碍物，警示无法通行。
所述安全距离Ssafe为车辆中轴线距离单侧车轮的距离以及该侧 车轮距离道路边缘或者道路标线的预设距离S1之和，此预设距离S1可根据实际情况设定。
实现本发明目的之二的汽车智能穿行障碍的系统，其特征是：数 据采集模块：用于采集道路边缘以及车辆周身障碍物的数据；图像识 别模块：对数据采集模块采集到的数据处理，用于识别道路边缘或障 碍物信息；坐标转换模块：用于将传感器采集到的数据转换为车辆坐 标系的数据；道路规划模块：用于对车辆的避障行驶路线进行规划； 避障启停模块，用于开启或者停止避障功能。
进一步的技术方案包括：还包括自检模块，在汽车上电时以及避 障功能开启后，对车辆和传感器的状态进行检测，判断是否满足开启 避障功能的条件。
进一步的技术方案包括：所述道路规划模块，还包括计算模块， 用于实时判断车辆是否能通过障碍物以及计算车辆需要移动的横向 距离、纵向距离以及加速度。
利用本发明所述的方法，可以自动识别道路宽度风险、车辆与障 碍物距离过近等风险，避免人为判断失误，减少了车辆碰撞侧翻等风 险，实现障碍路段自动安全驾驶，提高了驾驶科技感和舒适性。
附图说明
图1为本发明所述的系统架构图；
图2为本发明所述的系统逻辑控制流程图；
图3为本发明所述的系统坐标图；
图4为本发明所述的无障碍通过时的系统坐标示意图；
图5为本发明所述的有障碍通过时的系统坐标示意图。
具体实施方式
下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便 本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列 具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书 技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
本发明方案主要用于限宽路障通行，较窄路面会车，较窄路面或 较窄桥梁等场景，主要应用低速范围0-10Km/h,前进或者后退均可以， 且根据道路情况不断优化行驶方向，具体控制逻辑如图2所示，本方 案具体实施如下。
本实施例中传感器包含4颗环视摄像头及12颗超声波雷达组成。 执行器由ESC和EPS执行，分别控制车辆的纵向和横向。
车辆上电后，系统开始进行自检，检测传感器是否被遮挡或损坏， 相关报文/信号是否正常，执行器是否工作正常。
驾乘人员按下功能开启按钮，进入车辆状态检查包括档位处于P 档，EPB拉起，车门关闭，安全带系上，状态满足要求，功能指示灯 点亮，功能开启，进入系统接管。若不满足要求，仪表发出蜂鸣音， MP5弹窗提醒并等待。
通过放置在前后保险杠上的雷达探头，可以检测到车辆周身与周 围环境、车辆及障碍的距离及角度信息。摄像头采集道路边缘信息， 对于有标记线的道路，选择外侧标记线为道路边缘；对于无道路标记 线的，以实际道路最边缘为道路边缘。
控制器对接收到的图像数据，首先进行灰度图像处理，将颜色空 间从三维降级到一维；然后进行高斯模糊，从图像中去除噪声，使上 一步得到的图像更为平滑；最后做边缘检测，通过上述得到灰色且进 行高斯模糊的图像，找到图像的边缘线，边缘为图像中灰度值突然跳 跃的一个区域。
以车辆前后保险杠中心点为坐标原点建立整车坐标系，前进时以 前险杠中心点为坐标原点，后退时以后保险杠中心点为坐标原点，以 车辆行驶方向为y轴正方向，平行垂直车辆行驶方向向右为x轴正方 向，地面垂直向上为z轴正方向。雷达探测到障碍物的距离及角度信 息后，结合雷达在车身的位置，计算出障碍物相对与原点的的坐标， 删除Z向坐标降级为二维坐标，将该坐标信息输入整车坐标系。同时 摄像头采集道路边缘或者标识线图像，将图像输入整车坐标系，与车 辆图像在坐标系中的位置做对比，取纵坐标为0处的横坐标，得出此 时的道路边线坐标，如图3所示。
驾乘人员按下前进或后退按键，开关通过CAN线发送报文至EPS、 TCU及EPB控制器，EPS读取扭矩传感器数据并回正方向盘，TCU调 整档位至D或R档档，EPB释放卡钳。
当雷达没有检测到道路中存在障碍物时，通过摄像头检测两侧道 路边缘或者道路标线，将其位置坐标化为(X1,0)(X2,0)，如图4 所示，若|X1|≧S且|X2|≧S，即判断继续行驶，同时调整方向直至X1与X2的和值小于设定值Sj，本实施例中此设定值Sj设定为10cm，即X1+X2≦10cm，但不限于此值，以保证车辆居中行驶。其中S＝L1+L2， L1为坐标原点距离单侧车轮距离，L2为车轮距离道路边缘或者标线 的安全距离，此安全距离可设定为10cm，但不限于此值。
当雷达检测到道路中存在障碍物时，获取障碍物的距离及角度， 转换为二维坐标后为(X3,Y3)，如图5所示，为保证车辆安全避开障 碍物，理论计算可知车辆原点需通过目标点(X,Y)，其中X＝X3-S,Y＝Y3， 即可计算出当前车辆需要前进距离Y，横向移动距离X。根据前进车 速恒定为v，可以计算出纵向移动时间t＝Y/v，进而可计算出横向移动 的加速度，若横向移动加速度小于或等于系统预设的安全范围，即判 断可继续通行，若横向移动加速度大于系统预设的安全范围，即判断 无法通过该障碍物，此时通过MP5报警，显示无法通过，请及时停 车，本实施例中所述预设的安全范围为(0-9.8m/s2)。当车辆朝目标 点(X,Y)移动过程中，控制器每隔固定频率接收摄像头检测两侧道 路边缘或者道路标线的坐标(X4,Y4)(X5,Y5)，若|X4|≧S且|X5|≧S， 即判断车辆能安全通过障碍物，继续行驶，本实施例中固定频率设置 为50ms，其中S＝L1+L2，L1为坐标原点距离单侧车轮距离，L2为所 述该侧车轮距离道路边缘或者标线的安全距离，此安全距离可设定为 10cm，但不限于此值。
当选择前进按钮后，车辆向前移动，ESC控制车速恒定为低速行 驶，本实施例中设定为5Km/h的速度进行行驶，但不限于这个值； 当选择后退按钮后，车辆向后移动，为方便计算以车辆后轮轴中心点 为坐标原点建立整车坐标系，计算方法和车辆向前移动的计算方法相 同。
车辆移动过程，始终监测加速及制动踏板，车门状态和安全带状 态，若加速及制动踏板踩下或者车门打开和安全带未系，前进或者后 退功能暂停，系统默认等待一段时间，本实施例中设置为一分钟，若 在一分钟内恢复，则功能继续，否则避障系统退出。系统退出后如果 需要再次启动避障功能，需要驾乘人员按下功能开启按钮。
车辆通过当前路段后，再次按下功能开启按钮，功能退出，系统 调整档位P档，EPB拉起，仪表显示驾驶员接管信息。