CN111516686A - 一种用于车辆的车道偏离方向自动修正***及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种用于车辆的车道偏离方向自动修正***及方法，***包括车道偏离控制器、电子转向控制器、转向电机与转向标定开关，以及设置在车辆前方中间位置的摄像装置；摄像装置采集道路图像；车道偏离控制器：通过图像分析判断获得车辆偏移车道的信息，结合车辆的当前的车速输出车辆调整参数数据，使得车辆按照车辆调整参数数据调整后车辆与车道线平行并处于车道的中间位置；电子转向控制器：按照车辆调整参数数据控制转向电机工作，转向电机转动车辆的转向轮实现车辆转向调整。通过在采集的前方道路图像中绘制虚拟车辆以及虚拟中线，根据车道两侧与虚拟车辆的距离判断调整车辆的方向及角度，实时调整实现车辆行驶过程能保持在车道的中间位置。

Description

一种用于车辆的车道偏离方向自动修正***及方法

技术领域

本公开涉及车辆控制相关技术领域，具体的说，是涉及一种用于车辆的车道偏离方向自动修正***及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

随着客车制造行业的大规模发展，客车电器控制领域获得了前所未有的进步。但是在长途客车长时间在高速公路运行时，由于车辆行驶时间较长，驾驶员需要频繁微调方向盘，从而保证车辆在高速公路行车道中央位置。发明人发现，现有的车辆驾驶，驾驶员操作车辆时必须紧盯路面，体力及精力消耗较大，驾驶员易疲劳，对驾驶员个人素质及责任心要求很高。车辆一但偏离车道可能造成车辆碰撞、碰撞道路护栏，甚至造成车辆侧翻，直接威胁车内乘客安全。车流量大时还可能造成连环碰撞、群死群伤等重大的交通安全事故。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种用于车辆的车道偏离方向自动修正***及方法，通过在采集的前方道路图像中绘制虚拟车辆以及虚拟中线，根据车道两侧与虚拟车辆的距离判断调整车辆的方向及角度，实时调整实现车辆行驶过程能保持在车道的中间位置，应用于车辆可以减少车辆行驶过程中的方向盘小角度调整次数，实现车辆的智能驾驶。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了一种用于车辆的车道偏离方向自动修正***，包括车道偏离控制器、电子转向控制器、转向电机与转向标定开关，以及设置在车辆前方中间位置的摄像装置；所述电子转向控制器分别连接转向电机和转向标定开关；所述车辆偏离控制器分别连接电子转向控制器和摄像装置；

摄像装置用于采集车辆正前方道路图像；

车道偏离控制器：被配置为用于获取道路图像，通过图像分析判断获得车辆偏移车道的信息，结合车辆的当前的车速输出车辆调整参数数据并发送至电子转向控制器，使得车辆按照车辆调整参数数据调整后车辆与车道线平行并处于车道的中间位置；

电子转向控制器：按照车辆调整参数数据控制转向电机工作，转向电机转动车辆的转向轮实现车辆转向调整。

一个或多个实施例提供了一种用于车辆的车道偏离方向自动修正方法，包括如下步骤：

获取车辆前方的道路图像，获取车辆转向轮的当前转向角度以及当前车速；

在获取的图像中绘制虚拟中心线和车辆的虚拟外形，对图像进行分析判断获得车辆偏移车道的信息；

根据车辆的当前的车速、当前转向角度以及偏离车道的信息，计算车辆调整参数数据包括转向调整角度、转向方向、转向调整距离和转向速度，使得车辆按照车辆调整参数数据调整后车辆与车道线平行并处于车道的中间位置。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

(1)本公开通过在采集的前方道路图像中绘制虚拟车辆以及虚拟中线，根据车道两侧与虚拟车辆的距离判断调整车辆的方向及角度，实时调整实现车辆行驶过程能保持在车道的中间位置，应用于车辆在小弯道可以自动调整方向，减少驾驶员频繁微调方向盘的操作、大大缩减驾驶员体力及精力的消耗、减少由于偏离车道造成车辆碰撞、碰撞道路护栏，甚至造成车辆侧翻，提高车辆行驶安全性。

(2)本公开设置了转向角度标定开关，用于实现将转向轮的角度标定为零度；当车辆行驶方向为直线时打开开关，给电子转向控制器输入低电平信号，电子转向控制器控制转向电机将转向轮标定为零度，既车辆沿直线行驶；另一方面，可以通过打开转向角度标定开关标定转向轮为零度，提高图像处理计算偏离角度的准确度。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。

图1是本公开实施例1的车道偏离方向自动修正***框图；

图2是本公开实施例1的车道偏离方向自动修正***的连接电路图；

图3是本公开实施例1的车道偏离方向自动修正***的车辆偏离的判断原理图；

图4是本公开实施例1的车道偏离方向自动修正***各偏离情况下显示器显示图像示意图；

图5是本公开实施例1的车道偏离方向自动修正***摄像头设置位置示意图；

图6是本公开实施例1的车道偏离方向自动修正***仪表指示灯图标示意图；

图7是本公开实施例2的道偏离方向自动修正方法流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

实施例1

在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1和2所示，一种用于车辆的车道偏离方向自动修正***,包括车道偏离控制器、电子转向控制器、与转向电机，以及设置在车辆前方中间位置的摄像装置；所述电子转向控制器分别连接转向电机；所述车辆偏离控制器分别连接电子转向控制器和摄像装置；

摄像装置用于采集车辆正前方道路图像；

车道偏离控制器：被配置为用于获取道路图像，通过图像分析判断获得车辆偏移车道的信息，结合车辆的当前的车速输出车辆调整参数数据包括转向调整角度、转向方向、转向调整距离和转向速度并发送至电子转向控制器，使得车辆按照车辆调整参数数据调整后车辆与车道线平行并处于车道的中间位置；

电子转向控制器：按照车辆调整参数数据控制转向电机工作，转向电机转动车辆的转向轮实现车辆转向调整。

作为进一步的改进，所述图像分析判断的方法通过设定车辆虚拟中心线实现，车道偏离控制器：还被配置为用于根据摄像装置的位置关系生成车辆的虚拟中心线，根据车辆尺寸生成车辆虚拟外形，在获取的图像中绘制虚拟中心线和虚拟外形，根据虚拟中心线、虚拟外形与车道线的位置关系获得车辆偏移车道的信息。

本实施例根据摄像装置与车辆位置关系确定的虚拟中心线，将采集的图像中设定虚拟中心线可以直接判断中线偏离车道中线的位置和角度，根据偏离的角度和位置进行调整，使得调整后的车辆虚拟中心线至少车道线平行或者并位于图像中两边车道线的中间位置，调整方法简单有效。

摄像装置可以为摄像头，用于采集车辆前方路况信息，可选的，如图5所示，摄像头可以安装在车辆前挡风玻璃正上方，摄像头将影像数据通过视频线传输给显示器进行显示。

在一些实施例中，还包括显示器，所述显示器与车道偏离控制器和摄像装置分别连接，显示器可以显示前方路况信息、标尺以及虚拟车辆外形；所述标尺可以为网格标尺。用于提示驾驶员当前车辆是否偏移了车道，驾驶员可以根据具体的情况判断是否关闭当前的自动修正***，改为人工驾驶。

作为进一步的改进，还包括LDW开关，所述LDW开关与车道偏离控制器连接，用于选择自动修正驾驶还是人工驾驶。LDW开关可以设置于仪表台上，可以设置车道偏离控制器的输入端口为低电平有效，手动开启或关闭车道偏离方向自动修正***。

可选的，车道偏离控制器还可以与车辆的整车控制器连接，用于获取车辆的车速信号、转向信号。

在一些实施例中，还包括设置在车辆转向柱上的转向角度传感器，所述转向角度传感器与电子转向控制器电连接，将检测的角度传输至电子转向控制器。

方向盘与转向管柱同心，二者的旋转角度是相同的，转向柱可以感知左转和右转的最大转向角度，如左转3圈，为+1080度；左转3圈，为-1080度。转向角度传感器设置在转向柱上，用于检测当前转向轮角度及方向，获得车轮与车身的夹角，即为车轮位置。

车辆转向角度需要标零位，指的是车辆保持直行状态时，两侧车轮与车身中线的夹角为零位，当车辆处于直行状态时标定转向角度传感器的角度为零，当车轮出现转向时，转向角度传感器即可获知车轮转向角度和转向方向。

可选的，电子转向控制器与车道偏离控制器通过CAN线连接，电子转向控制器被配置为用于通过电磁原理与方向机齿圈配合，获取转向角度传感器检测的实际转向角度，以及根据转向角度的持续时间和车速计算出转向距离；电子转向控制器将车辆实际转向角度及转向距离发送至车道偏离控制器；电子转向控制器接收车道偏离控制器发送的转向角度调整数据及转向距离调整数据，控制转向电机工作带动转向轮转动，从而实现自动修正。

在一些实施例中，还包括转向角度标定开关，转向角度标定开关与电子转向控制器连接，用于实现将转向轮的角度标定为零度；可以设置于仪表台上，当车辆行驶方向为直线时打开开关，给电子转向控制器输入低电平信号，电子转向控制器控制转向电机将转向轮标定为零度，既车辆沿直线行驶。

可选的，还包括车辆工作状态提醒装置，用于提醒或者显示自动修正***工作状态，所述工作状态提醒装置可以包括指示灯或/和语音提示装置，可实现的，可以在车辆仪表上设置指示灯，所述车道偏离控制器与车辆仪表通过总线连接，相应的指示灯上设置标识图标，通过指示灯的点亮指示状态，用于提示当前是否开启了自动修正驾驶。

可选的，设定转向调整角度的调整阈值范围为小于10°，车道偏离控制器还被配置为当检测到驾驶员操作方向盘转向角度大于10°，退出自动修正***控制车辆模式转为驾驶员主动驾驶模式，发送相应的主动驾驶提示信号，如可以为仪表指示灯熄灭。

本实施例中，车道偏离控制器为该***主要控制部件，通过CAN总线采集摄像头的采集的处理前方路况的图像资料，对图像数据进行图像处理，根据实际路况图像控制车辆电子转向控制器调整车辆转向轮，根据LDW开关状态开启或关闭车道偏离方向自动修正***。并可以根据车速信号计算调整转向角度、转向距离及转向电机转速，且可以根据转向开关信号及转向角度传感器信号自动退出车道偏离方向自动修正***；车道偏离控制器根据车道偏离方向自动修正***工作状态发送报文点亮仪表指示灯，提醒驾驶员主动介入主动驾驶状态。

上述的自动修正***能够达到车辆，尤其是在高速公路运行时车辆可以根据车辆在实际行车道的具***置，当出现偏离行车道时自动调整车辆转向轮，使车辆一致保持在行车道中央位置。小弯道可以自动调整方向，减少驾驶员频繁微调方向盘的操作、大大缩减驾驶员体力及精力的消耗、使车辆避免由于偏离车道造成车辆碰撞、碰撞道路护栏，甚至造成车辆侧翻，直接威胁车内乘客安全的目的。

实施例2

本实施例提供一种用于车辆的车道偏离方向自动修正方法，包括如下步骤：

步骤1、获取车辆前方的道路图像，获取车辆转向轮的当前转向角度以及当前车速；

步骤2、在获取的图像中绘制虚拟中心线和车辆的虚拟外形，对图像进行分析判断获得车辆偏移车道的信息；

步骤3、根据车辆的当前的车速、当前转向角度以及偏离车道的信息，计算车辆调整参数数据包括转向调整角度、转向方向、转向调整距离和转向速度，使得车辆按照车辆调整参数数据调整后车辆与车道线平行并处于车道的中间位置。

步骤2中，对获取的图像分析判断获得车辆偏移车道的信息的方法为：根据摄像装置的位置关系生成车辆的虚拟中心线，根据车辆尺寸与标准车道尺寸的比例生成车辆虚拟外形，在获取的图像中绘制虚拟中心线和虚拟外形，根据虚拟中心线、虚拟外形与车道线的位置关系获得车辆偏移车道的信息。

可选的，步骤2的具体的判断方法如下：

1)初始化标定：包括转向轮、转向角度传感器、以及显示屏的显示的初始化标定。如图3所示，将车辆确保直线行驶后，停止车辆；打开转向标定开关，为控制器发送标定指令。转向控制器将记忆当前转向角度这是为零度。如左转3圈，为+1080度；左转3圈，为-1080度；直线行驶为零度，转向角度标定完成，使车辆实际中心线与显示屏虚拟车辆中心线重合。

车道偏离控制器根据上传图像，将行车道内侧边缘线定位限制线，在获取的图像中绘制虚拟中心线和虚拟外形，虚拟车辆的车前方的标尺以车身中线为基准判断虚拟中线至车道左侧线的距离S1、虚拟中线至车道右侧线的距离S2距离比，判断前方是否为弯道，并判断车辆的调整方向。

通过虚拟车辆的车尾是否位于车道中间，可以通过虚拟车宽到车道内侧左边缘线距离a1与虚拟车宽到车道内侧右边缘线距离a2的比值计算，判断当前车辆是否位于行车道中央位置，虚拟车宽L可以手动输入及调整，虚拟车宽也以中线为基准两侧平分。

可选的，根据虚拟中心线、虚拟外形与车道线的位置关系获得车辆偏移车道的信息的方法，以控制虚拟车辆车前方和车尾至行车道两边的边线距离相等为控制目标。

车道偏离控制器根据上传图像判断车辆行驶状态，如图4所示，当S1＝S2、a1＝a2时，车道偏离控制器判断为直道行驶状态，而且车辆直行未偏离车道，根据a1、a2的差值，以S1＝S2、a1＝a2为控制目标，计算车辆的转向调整角度、转向方向、转向调整距离及转向速度并发送至电子转向控制器，电子转向控制器根据转向调整角度、转向方向、转向调整距离及转向速度自动控制转向电机工作，使车辆位置始终保持在行车道中央位置。

当S1>S2、a1＝a2时，车道偏离控制器003判断为左转弯行驶状态，如图4所示，车辆根据S1、S2的差值，以S1＝S2、a1＝a2为控制目标，计算左转向调整角度、左转向方向、左转向调整距离及转向速度并发送至电子转向控制器，电子转向控制器根据左转向调整角度、左转向方向、转向调整距离及左转向速度自动控制转向电机左转状态工作，使车辆转向轮左转。

当S1<S2、a1＝a2时，车道偏离控制器003判断为右转弯行驶状态，如图4所示，车辆根据S1、S2的差值，以S1＝S2、a1＝a2为控制目标，计算右转向调整角度、右转向方向、右转向调整距离及转向速度并发送至电子转向控制器，电子转向控制器根据右转向调整角度、右转向方向、转向调整距离及右转向速度自动控制转向电机右转状态工作，使车辆转向轮右转。

作为进一步的改进，获取LDW开关的状态，根据LDW开关的状态开启或关闭车道偏离方向自动修正***，控制车辆车道偏离方向自动修正驾驶还是人工驾驶。

可选的，设定转向调整角度的调整阈值范围为小于10°，当获取检测到的驾驶员操作方向盘转向角度大于10°，车道偏离控制器控制退出自动修正***控制车辆模式转为驾驶员主动驾驶模式，并发送相应的主动驾驶提示信号。

车道偏离方向自动修正***开启时，根据客车最大转向角度为左转33°，右转33°得极限角度标准。实际高速行驶情况测量车辆实际转向角度，直线行驶最大为5°，弯道行驶最大为10°。当车辆需要大弯道行驶时，驾驶员操作方向盘转向角度大于10°，车道偏离方向自动修正***撤出车辆控制转为驾驶员主动驾驶模式，仪表指示灯熄灭。需再次开启LDW开关才能重新开启车道偏离方向自动修正***。

进一步地，当接受到转向信号，退出自动修正***控制车辆模式转为驾驶员主动驾驶模式。车道偏离方向自动修正***开启时，如需要换致超车道或换道行驶时，驾驶员会提前打开车辆转向灯警示后车将要变更车道、提醒前车即将超车需要变换车道。车道偏离控制器通过连接的整车控制器接受车辆的左转或者右转信号，此时车道偏离控制器收到转向高电平信号，车道偏离方向自动修正***撤出车辆控制转为驾驶员主动驾驶模式，仪表指示灯熄灭。需再次开启LDW开关才能重新开启车道偏离方向自动修正***。

车道偏离控制器根据图像信息判断为弯道行驶或直道方向调整时，根据当S1与S2、a1与a2差值量大小，依据车速信号计算后，调整给电子转向控制器发送的转向调整角度、转向方向、转向调整距离及转向速度变量。S1与S2、a1与a2差值越大，车速越快，转向角度越小，设定转向电机动作速度越小。避免车辆由于转向角度过大造成侧翻或碰撞护栏。反之，S1与S2、a1与a2差值越小，车速越慢，转向角度越大，设定转向电机动作速度越大，实现车辆转向调整。车道偏离方向自动修正***最大转向调整角度为<10°，驾驶员操作方向盘转向角度大于10°，车道偏离方向自动修正***撤出车辆控制转为驾驶员主动驾驶模式。

车道偏离方向自动修正***，为车辆辅助行驶***。为驾驶员提供辅助操作功能，不能完全代替驾驶员操作车辆。车辆在高速公路行驶时路况复杂，该***可以降低驾驶员频繁调整方向盘，减轻驾驶疲劳、弯道预转等功能，可提升长途客车长距离行驶稳定性，具有较高的市场推广价值。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种用于车辆的车道偏离方向自动修正***，其特征是：包括车道偏离控制器、电子转向控制器、转向电机与转向标定开关，以及设置在车辆前方中间位置的摄像装置；所述电子转向控制器分别连接转向电机和转向标定开关；所述车辆偏离控制器分别连接电子转向控制器和摄像装置；

摄像装置用于采集车辆正前方道路图像；

车道偏离控制器：被配置为用于获取道路图像，通过图像分析判断获得车辆偏移车道的信息，结合车辆的当前的车速输出车辆调整参数数据并发送至电子转向控制器，使得车辆按照车辆调整参数数据调整后车辆与车道线平行并处于车道的中间位置；

电子转向控制器：按照车辆调整参数数据控制转向电机工作，转向电机转动车辆的转向轮实现车辆转向调整。

2.如权利要求1所述的一种用于车辆的车道偏离方向自动修正***，其特征是：车道偏离控制器：还被配置为用于根据摄像装置的位置关系生成车辆的虚拟中心线，根据车辆尺寸生成车辆虚拟外形，在获取的图像中绘制虚拟中心线和车辆虚拟外形，根据虚拟中心线、虚拟外形与车道线的位置关系获得车辆偏移车道的信息。

3.如权利要求2所述的一种用于车辆的车道偏离方向自动修正***，其特征是：还包括显示器，所述显示器与车道偏离控制器和摄像装置分别连接，用于显示道路图像绘制虚拟中心线和车辆虚拟外形后的图像信息。

4.如权利要求1所述的一种用于车辆的车道偏离方向自动修正***，其特征是：车辆调整参数数据包括转向调整角度、转向方向、转向调整距离和转向速度。

5.如权利要求1所述的一种用于车辆的车道偏离方向自动修正***，其特征是：还包括设置在车辆转向柱上的转向角度传感器，所述转向角度传感器与电子转向控制器连接，将检测的角度传输至电子转向控制器。

6.如权利要求1所述的一种用于车辆的车道偏离方向自动修正***，其特征是：还包括LDW开关，所述LDW开关与车道偏离控制器连接，用于选择自动修正驾驶还是人工驾驶。

7.如权利要求1所述的一种用于车辆的车道偏离方向自动修正***，其特征是：还包括转向角度标定开关，转向角度标定开关与电子转向控制器连接，用于实现将转向轮的角度标定为零度。

8.一种用于车辆的车道偏离方向自动修正方法，其特征是，包括如下步骤：

获取车辆前方的道路图像，获取车辆转向轮的当前转向角度以及当前车速；

在获取的图像中绘制虚拟中心线和车辆的虚拟外形，对图像进行分析判断获得车辆偏移车道的信息；

根据车辆的当前的车速、当前转向角度以及偏离车道的信息，计算车辆调整参数数据包括转向调整角度、转向方向、转向调整距离和转向速度，使得车辆按照车辆调整参数数据调整后车辆与车道线平行并处于车道的中间位置。

9.如权利要求8所述的一种用于车辆的车道偏离方向自动修正方法，其特征是：在获取的图像中绘制虚拟中心线和车辆的虚拟外形，对图像进行分析判断获得车辆偏移车道的信息的方法具体为：

根据摄像装置的位置关系生成车辆的虚拟中心线，根据车辆尺寸与标准车道尺寸的比例生成车辆虚拟外形，在获取的图像中绘制虚拟中心线和虚拟外形，根据虚拟中心线、虚拟外形与车道线的位置关系获得车辆偏移车道的信息。

10.如权利要求8所述的一种用于车辆的车道偏离方向自动修正方法，其特征是：

根据虚拟中心线、虚拟外形与车道线的位置关系获得车辆偏移车道的信息的方法，具体为：以控制虚拟车辆车前方和车尾至行车道两边的边线距离相等为控制目标；

或者，还包括如下步骤：

获取LDW开关的状态，根据LDW开关的状态开启或关闭车道偏离方向自动修正***，控制车辆车道偏离方向自动修正驾驶还是人工驾驶；

或者，设定转向调整角度的调整阈值范围为小于10°，当获取检测到的驾驶员操作方向盘转向角度大于10°，车道偏离控制器控制退出自动修正***控制车辆模式转为驾驶员主动驾驶模式，并发送相应的主动驾驶提示信号。

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