CN113085854A - 一种通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的***和方法，包括识别行驶车辆道路上方障碍物或限高警示牌；计算行驶车辆是否有碰撞风险；警示碰撞风险或减速制动。利用本发明所述的方法，能够客观主动识别各类道路情况下垂直方向上的障碍物间隙，充分延展感知融合设备的用途，补充车辆行驶过程中垂直方向上通过安全性，能够予以驾驶员更佳的驾驶安全体验，也对各类交通安全状况的改进有进一步的提升。

Description

一种通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的***和方法
技术领域
本发明属于汽车主动安全技术领域，具体涉及通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的***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，仅仅考虑地面和车辆四周的环境已不足以满足安全驾驶需求。当车辆在物理限高的路段行驶，即便现场有限高警示等信息，驾驶员并不能确保能够完全识别到相关信息并保证做出正确的反馈。近年来，在限高驾驶场景下，屡屡发生车辆碰撞限高杆等交通事故发生，并造成车辆损毁甚至人员伤亡情况。本发明从主动识别垂直方向间隙风险的角度，给出预警信息，并在必要阶段直接刹停车辆，将碰撞损失和风险降到最小。
CN103935364B公开了基于毫米波雷达的汽车主动防撞预警***，但现有驾驶辅助***的感知融合设备聚焦于横纵向(x、y)的探知，对垂直方向(z)的高度信息探知较少，未对部分限高场景下的路段作出高度风险识别。CN110085042A公开了一种基于信息融合的车辆驾驶预警***及方法，但对限高类警示牌的识别尚未列入到识别清单中，高度警示等对车辆垂直方向上造成风险的识别不足。
发明内容
本发明的目的是为了动态、提前判断车辆行驶过程中垂直方向上的间隙风险，主要聚焦于动态实时计算行驶前方车辆垂直上方障碍物与汽车预设最高位置的间距。并在设定范围内给出驾驶员警示信号，通过计算判断无法避免造成的碰撞时，直接最大制动力刹车。
实现本发明目的之一的通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的方法的技术方案为：识别行驶车辆道路上方障碍物或限高警示牌；计算行驶车辆是否有碰撞风险；警示碰撞风险或减速制动。
车辆通过摄像头识别前方道路上的限高警示牌上的限高值，并与车辆预设警示高度范围进行比较确认车辆是否能安全通过。当限高值不在警示高度范围内时，只有后台识别过程不做任何仪表或其他警示信号；当限高值在警示高度范围内，但无碰撞风险时，只做仪表警示图像和警示音，不做其他信息转发和执行操作；当限高值低于警示高度范围下限即存在碰撞风险时，仪表警示碰撞风险和警示音，同时车辆相关管理***和控制***按照刹车优先策略限制发动机扭矩请求，同时计算车辆与障碍物的实时碰撞时间TTC，根据TTC及当前车速做不同减速度的减速制动。
所述高度警示范围，其下限为车辆高度加上设定值C1，记为q1，上限为车辆高度加上设定值C2，记为q2，其中C1<C2。此高度警示范围用于和限高值作对比，当车辆与障碍物的垂直距离小于q2时，根据测算出的车辆与障碍物的水平距离S和当前车速V进行不同减速度的制动。
所述刹车优先策略是指将加速踏板跟制动踏板的信号做优先级处理，制动信号优先级高于加速信号处理，以避免同时出现加速踏板跟制动踏板信号时导致整车控制错乱，引起失控、影响制动效果等可能。当同时出现加速踏板与制动踏板信号时，无论加速踏板处于任何位置，将发动机切换为怠速状态。
进一步的技术方案包括：所述识别行驶车辆道路上方障碍物或限高警示牌，包括在车辆行驶过程中对车辆与障碍物之间的距离进行两次或两次以上的测量，进而计算出障碍物与车辆的垂直间距与水平间距。
车辆在行驶过程中雷达动态实时探测前方道路上垂直方向的障碍物。其中雷达可识别的水平范围根据不同类型的雷达分别设置。雷达的垂直识别范围可取车辆高度、车辆上方所载物品高度以及预设冗余量三者之和。
雷达探测障碍物与车辆的直线距离，通过两次探测以及在两次探测周期内车辆的行驶距离，可计算出障碍物与车辆的垂直间距和水平间距，其中车辆的行驶距离可直接从车身控制模块中读取。
进一步的技术方案包括：所述识别行驶车辆道路上方障碍物或限高警示牌，包括利用车载摄像头图像识别限高牌上的限高值。
通过车载摄像头拍摄到的图像，图像识别模块可识别出限高牌上的限高值。
进一步的技术方案包括：所述警示碰撞风险或减速制动，包括比较障碍物与车辆的垂直间距及水平间距，低于设定值时需要进行警示或者对车辆采集制动措施。
通过雷达或者摄像头获取到限高值h，当q1<＝h<＝q2时，且车辆与障碍物的水平距离小于预设水平距离时开始作出警示动作，包括但不限于仪表盘警示碰撞风险、播放警示音；车辆预设水平距离可根据实际情况设定。当车辆驶离障碍物下方，且车辆与障碍物的水平距离大于预设水平距离时，警示动作结束。
通过雷达两个功能周期内识别到的障碍物与车辆的直线距离，及车辆在此功能周期周期内的行驶距离，可计算障碍物与车辆的水平距离X以及障碍物的高度h。根据当前的实时车速V以及计算出的障碍物与车辆的水平间距X，可计算出车辆与障碍物的实时碰撞时间TTC。
当实时碰撞时间TTC小于预设时间下限值时，自动对车辆进行最大减速度的制动；当实时碰撞时间在预设时间范围内时，发出警示信号并对车辆进行减速制动；当实时碰撞时间大于预设时间上限值时，不作警示或者其他工作。
预设时间的下限值可根据驾驶习惯设定的时间值，例如0.8s。当实时碰撞时间小于下限值时，将以最大减速度对车辆进行紧急制动，以尽可能避免碰撞事故的发生。
预设时间范围的上限值可根据驾驶习惯设定的时间值，例如2.5s。当实时碰撞时间在预设时间范围内时，由车辆相关管理***和控制单元，按照刹车优先策略限制发动机扭矩请求，同时根据实时碰撞时间及当前的车速做不同加速度值的减速制动。同时车辆仪表警示碰撞风险和警示音。
进一步的技术方案包括：所述警示碰撞风险或减速制动，包括当障碍物与车辆的水平间距大于等于设定值时，采用毫米波雷达测算垂直障碍物与车辆的水平距离；当障碍物与车辆的水平间距小于设定值时，超声波雷达介入测算垂直障碍物与车辆的水平距离。
当障碍物与车辆的水平距离S大于设定值f时，采用毫米波雷达去实时测算垂直障碍物与车辆的水平距离S；当S<f时，此时超声波雷达介入测算垂直障碍物与车辆的水平距离S，以提高测量的精度。
实现本发明目的之二的通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的***，包括：障碍物识别模块：用于识别车辆行驶前后方向上方的障碍物或者限高牌；间距计算模块：用于计算障碍物与车辆的垂直间距和水平间距；风险判断模块：用于识别当前障碍物是否与车辆存在碰撞风险；制动模块：用于对车辆进行制动；警示告警模块：用于向驾驶员发出警示信号。
所述障碍物识别模块，包括但不限于利用雷达和摄像头识别车辆前后方的障碍物或者限高牌。识别前方障碍物或限高牌用于判断车辆与障碍物是否有碰撞的风险；识别后方障碍物或限高牌用于在车辆驶离障碍物后超过一定距离后结束警示动作。
进一步的技术方案包括：所述障碍物识别模块，还包括图像识别模块，用于识别限高牌上的限高值。
进一步的技术方案包括：所述间距计算模块，包括从障碍物识别模块获取障碍物与车辆的直线距离S1和S2，从而计算出障碍物与车辆的垂直间距和水平间距，所述S1和S2为两次探测周期内障碍物与车辆的直线距离。
根据在两次探测周期内车辆的行驶距离S，以及上述的距离S1和S2，可计算出障碍物与车辆的垂直间距和水平间距。
进一步的技术方案包括：所述风险判断模块，包括从间距计算模块获取障碍物与车辆的垂直间距和水平间距，判断是否有相撞的风险以及是否需要对车辆进行不同减速度的制动。
当垂直间距低于高度警示范围下限时，需要启动警示告警模块对驾驶员进行提醒，所述警示包括但不限于仪表和图像提醒，以及声音警示；调用风险判断模块计算需要对车辆设置的减速度。
进一步的技术方案包括：所述风险判断模块，还包括计算规划模块，用于根据当前的实时车速计算车辆与障碍物的实时碰撞时间TTC，根据TTC值计算出车辆需要设置的减速度值。
利用本发明所述的方法，能够客观主动识别各类道路情况下垂直方向上的障碍物间隙，充分延展感知融合设备的用途，补充车辆行驶过程中垂直方向上通过安全性，能够予以驾驶员更佳的驾驶安全体验，也对各类交通安全状况的改进有进一步的提升。
附图说明
图1为本发明所述的流程示意图；
图2为本发明所述的计算障碍物与车辆的水平间距和垂直间距的原理图。
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。
实施中，车辆前档玻璃上装备有前置摄像头、车辆顶棚上装有毫米波雷达和超声波雷达，在通过一段前方有垂直方向障碍物的道路时，通过自身装备的感知设备识别获取障碍物信息。具体流程如图1所示。
雷达识别障碍物的高度及障碍物与行驶车辆的水平间距的算法如图2所示，各参数物理含义及计算方法如下：
S1为雷达识别到行驶路径上方障碍物信息时，车辆与障碍物的直线距离，其中雷达识别距离根据雷达产品不同以及手工设定距离而定。
S2为车辆行驶到雷达第二个功能周期时，识别获取的车辆与障碍物的直线距离，其中雷达的功能周期根据雷达产品不同而设定。
S3为车辆在两个功能周期时间段内，车辆在行驶方向上的通行距离，其中通行距离直接从车辆仪表信息源中读取。
h为车辆与路径上方障碍之间的垂直距离。
X为车辆与路径上方障碍之间的水平距离。
此时根据勾股定理得知，S1 2＝h2+(S3+X)2，记为式①；S2 2＝h2+X2，记为式②。
式①减去式②，得出S1 2-S2 2＝(S3+X)2-X2，可推出：X＝(S1 2-S2 2-S3 2)/2S3。
同时根据式②，将如上所求的X代入，可得出：
Figure BDA0003058698800000081
实施例中各参数设置如下：车辆高度H1为1.6m；车辆上方额外携带物品高度H2为0.4m；雷达识别范围上限Z为H1+H2+3，即Z＝5m，其中参数3根据实际需要自行设定；警示范围上限Qmax＝H1+H2+2，警示范围下限Qmin＝H1+H2+0.3，即Qmax＝4m，Qmin＝2.3m，其中参数2和0.3根据实际需要自行设定；雷达识别范围R为200m,警示预设距离f为50m。
车辆摄像头识别到前方警示牌提示前方限高5m，或者雷达识别到前方障碍物的高度为5m。***判断识别到的限高值大于警示范围[2.3m，4m]的上限，此限高值对车辆行驶无风险，无需作出仪表或其它警示信号。
车辆摄像头识别到前方警示牌提示前方限高3m，或者雷达识别到前方障碍物的高度为3m。此限高值在警示范围[2.3m，4m]内。当车辆与障碍物的水平间距大于等于预设距离50m时，毫米波雷达持续计算水平间距，不作警示；当水平间距小于50m时，超声波雷达介入测算水平间距，此时通过图像和声音报警来提醒驾驶员，注意行驶安全；当车辆驶离障碍物下方，直至水平间距大于等于50m时，结束警示操作。
车辆摄像头识别到前方警示牌提示前方限高2.2m，或者雷达识别到前方障碍物的高度为2.2m。此限高值低于警示范围[2.3m，4m]的下限，此时通过图像和声音报警来提醒驾驶员，具体方法如下：
根据车辆实时速度V与障碍物与车辆的水平距离X可得出车辆与前方障碍物的实时碰撞时间，记为TTC。其中V可通过车辆实时获取，根据图2所示公式求得的X，TTC＝X/V，判断碰撞风险过程如下：
1、TTC<t1，可视为必撞情况，将以最大减速度自动对车辆进行紧急制动。其中t1根据驾驶习惯设定的时间值，例如0.8s。
2、t1≦TTC≦t2，车辆相关设备及仪表发出警示信号，发动机管理***、自动变速箱控制单元和汽车电子稳定***等***按照刹车优先策略限制发动机扭矩请求，根据当前TTC的值做不同加速度值的减速制动；其中t2根据驾驶习惯设定的时间值，例如2.5s。
3、TTC>t2，车辆发出警示信号。
本发明适用于各级自动驾驶车辆，可以是动力电池车辆也可以是燃油车辆。

Claims (10)

1.一种通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的方法，其特征是：识别行驶车辆道路上方障碍物或限高警示牌；计算行驶车辆是否有碰撞风险；警示碰撞风险或减速制动。
2.如权利要求1所述的通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的方法，其特征是：所述识别行驶车辆道路上方障碍物或限高警示牌，包括在车辆行驶过程中对车辆与障碍物之间的距离进行两次或两次以上的测量，进而计算出障碍物与车辆的垂直间距与水平间距。
3.如权利要求1所述的通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的方法，其特征是：所述识别行驶车辆道路上方障碍物或限高警示牌，包括利用车载摄像头图像识别限高牌上的限高值。
4.如权利要求1所述的通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的方法，其特征是：所述警示碰撞风险或减速制动，包括比较障碍物与车辆的垂直间距及水平间距，低于设定值时需要进行警示或者对车辆采集制动措施。
5.如权利要求1所述的通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的方法，其特征是：所述警示碰撞风险或减速制动，包括当障碍物与车辆的水平间距大于等于设定值时，采用毫米波雷达测算垂直障碍物与车辆的水平距离；当障碍物与车辆的水平间距小于设定值时，超声波雷达介入测算垂直障碍物与车辆的水平距离。
6.一种通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的***，其特征是：包括：障碍物识别模块：用于识别车辆行驶方向前后上方的障碍物或者限高牌；间距计算模块：用于计算障碍物与车辆的垂直间距和水平间距；风险判断模块：用于识别当前障碍物是否与车辆存在碰撞风险；制动模块：用于对车辆进行制动；警示告警模块：用于向驾驶员发出警示信号。
7.如权利要求6所述的通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的***，其特征是：所述障碍物识别模块，还包括图像识别模块，用于识别限高牌上的限高值。
8.如权利要求6所述的通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的***，其特征是：所述间距计算模块，包括从障碍物识别模块获取障碍物与车辆的直线距离S1和S2，从而计算出障碍物与车辆的垂直间距和水平间距，所述S1和S2为两次探测周期内障碍物与车辆的直线距离。
9.如权利要求6所述的通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的***，其特征是：所述风险判断模块，包括从间距计算模块获取障碍物与车辆的垂直间距和水平间距，判断是否有相撞的风险以及是否需要对车辆进行不同减速度的制动。
10.如权利要求6所述的通过雷达摄像头识别车辆上方障碍物的***，其特征是：所述风险判断模块，还包括计算规划模块，用于根据当前的实时车速计算车辆与障碍物的实时碰撞时间TTC，根据TTC值计算出车辆需要设置的减速度值。
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