ES2343296B1 - Sistema de control de crucero adaptativo provisto de asistencia por vision. - Google Patents
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Abstract
Sistema de control de crucero adaptativo
provisto de asistencia por visión, instalado en un vehículo (1)
automóvil, que dispone de:
\bullet medios de detección de distancia (10)
en la parte frontal del vehículo (1);
\bullet medios de procesamiento de datos
(11);
\bullet medios de control (12) de la velocidad
del vehículo (1), configurados para:
- -
- mantener una distancia de seguridad mínima predeterminada, y calculada en función de la velocidad propia del vehículo (1) y de la velocidad de un vehículo objetivo (2), con al menos un vehículo objetivo (2), en caso de que lo haya,
- -
- mantener una velocidad de crucero predeterminada, dando prioridad al mantenimiento de la distancia de seguridad;
\bullet medios de detección visuales (13) para
detectar vehículos y líneas de carril y predecir la trayectoria del
vehículo (1) y para determinar el vehículo objetivo (2) con su
velocidad y posición relativa asociados al carril
correspondiente.
Description
Sistema de control de crucero adaptativo
provisto de asistencia por visión.
La presente invención se aplica en el campo de
los sistemas de asistencia a la conducción de vehículos automóvil,
con la doble finalidad de revertir en un incremento del confort del
conductor y en la seguridad activa del vehículo y su entorno.
El Control de Crucero Adaptativo (ACC) se
considera una evolución del Control de Crucero (CC) que se encuentra
presente en numerosos automóviles. Este último es un sistema
electrónico que permite fijar una velocidad de marcha que se
mantiene sin necesidad de que el conductor mantenga pisado el
acelerador. Contribuye a la reducción de la fatiga de un conductor
durante la conducción en vías en las cuales la velocidad se suele
mantener prácticamente constante. Se trata, por lo tanto, de un
sistema que aporta confort al conductor.
El ACC es un sistema que añade al anterior el
mantenimiento de una distancia de seguridad constante con el
vehículo que nos precede. Consta de un sensor situado en la parte
frontal del vehículo, un controlador electrónico, integrado en la
arquitectura electrónica del vehículo, encargado de regular el
funcionamiento del sistema y de una interfaz que permite al
conductor recibir información y controlar el sistema.
El ACC añade por lo tanto una función de
seguridad activa al control de crucero convencional, resultando de
gran ayuda a la hora de evitar accidentes por alcance. Dentro de los
conocidos como sistemas de asistencia a la conducción (ADAS,
Advanced Driver Assistance Systems) es considerado un sistema de
control longitudinal, ya que trabaja para mejorar la dinámica
longitudinal del vehículo.
En el transcurso del proceso de diseño de un
sistema ACC, al igual que en otros sistemas de control, se adopta
una estrategia o conjunto de ellas que definen su comportamiento
final. Para ello, el diseñador se basa en unos requerimientos
previos y unos rangos de funcionamiento que buscan configurar un
diseño que permita ofrecer un comportamiento robusto y fiable. Una
de las decisiones que comprende mayor dificultad, desde el punto de
vista de la estrategia de fusión, es la predicción de la trayectoria
a seguir por el vehículo propio. La determinación de esta
trayectoria define la decisión del ACC de clasificar los vehículos
detectados por el sensor como objetivos o no, es decir, si son
susceptibles de ser seguidos por el vehículo propio o se encuentran
fuera de su trayectoria.
La aproximación que se emplea habitualmente para
predecir la trayectoria consiste en suponer que el vehículo se
encuentra centrado en un carril con un ancho fijo y con radio de
curvatura definido, por ejemplo, por el giro de volante que
proporciona el conductor. Obviamente, en muchos casos, esta
aproximación de la trayectoria se desvía bastante de la realidad. En
gran medida porque no se puede anticipar la intención del conductor,
pero también porque no existe una medida del ancho del carril, ni de
la situación del vehículo propio, ni de los demás con respecto a
éste.
Los sistemas de detección basados en visión
ofrecen la ventaja de aportar información adicional a la que ofrecen
los sensores lídar (Light Detection And Ranging) y radar. Un ejemplo
de este tipo de signos a detectar son las líneas delimitadoras de
carril.
La aportación que ofrece la tecnología basada en
visión a un sistema ACC consiste en el enriquecimiento de la
información que recibe el vehículo acerca del entorno en el que
circula, información que no ofrecen otras tecnologías basadas en
dispositivos de detección como radar o láser.
La invención se refiere a un sistema de control
de crucero adaptativo provisto de asistencia por visión de acuerdo
con la reivindicación 1. Realizaciones particulares se definen en
las reivindicaciones dependientes.
El sistema que la presente invención propone
está instalado en el vehículo automóvil y dispone de:
- medios de detección de distancia, situados en
la parte frontal del vehículo;
- medios de procesamiento de datos configurados
para:
- \bullet
- detectar, a partir de la información suministrada por los medios de detección de distancia, los vehículos que circulan en el área frontal del vehículo y estimar la posición y velocidad de los mismos;
- \bullet
- predecir la trayectoria que va a seguir el vehículo a partir de datos de entrada provenientes del vehículo;
- \bullet
- determinar, de entre los vehículos detectados en el área frontal del vehículo, al menos un vehículo objetivo que se encuentre dentro de la trayectoria estimada, en caso de que lo haya;
- medios de detección visuales configurados para
detectar vehículos y detectar las líneas de carril de la vía por la
que circula el vehículo. Los medios de procesamiento de datos
utilizan la información proveniente de los medios de detección
visuales para predecir la trayectoria del vehículo y para determinar
el al menos un vehículo objetivo con su velocidad y posición
relativa clasificados y asociados cada uno al carril en el que se
encuentran;
- medios de control de la velocidad del
vehículo, configurados para:
- \bullet
- mantener una distancia de seguridad mínima predeterminada con el al menos un vehículo objetivo, en caso de que lo haya;
- \bullet
- mantener una velocidad de crucero predeterminada, dando prioridad al mantenimiento de la distancia de seguridad.
La distancia de seguridad mínima predeterminada
se calcula preferentemente en función de la velocidad propia del
vehículo y de la velocidad del vehículo objetivo.
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.
La Figura 1 muestra el diagrama de bloques de un
sistema ACC de acuerdo con el estado del arte.
La Figura 2 muestra el diagrama de bloques del
sistema ACC provisto de cámara de acuerdo con la presente
invención.
En la Figura 3 se detallan las fases que
pertenecen a la integración y el procesado de la tecnología del
sistema ACC asistido con visión de la Figura 2.
Las Figuras 4 y 5 muestran un vehículo equipado
con el sistema ACC objeto de la presente invención, provisto de
cámara, circulando en una vía de alta capacidad, rodeado de tráfico
intenso.
La Figura 6 muestra un vehículo equipado con el
sistema ACC objeto de la presente invención circulando por una vía
con dos sentidos de circulación.
La Figura 7 muestra un vehículo equipado con el
sistema ACC objeto de la presente invención circulando por una vía
con una curva pronunciada.
La Figura 1 muestra el diagrama de bloques de un
sistema ACC común, de acuerdo con el estado del arte, que emplea
medios de detección de distancia 10, por ejemplo un sensor de largo
alcance, situados en la parte frontal del vehículo 1, para
monitorizar el área frontal del mismo. En la Figura 2 se puede ver
el diagrama de bloques que incorpora asistencia por visión al ACC
anterior, de acuerdo a la presente invención. Como se puede ver en
la figura, unos medios de procesamiento de datos 11 del sistema ACC
reciben información del entorno (frente al vehículo) por medio de
los medios de detección de distancia 10 y de los medios de detección
visuales 13, por ejemplo una cámara. También recibe datos 14 de la
intención del conductor acerca de la configuración del ACC. A su vez
ofrece información 15 al conductor sobre el estado del ACC durante
su funcionamiento. El propio vehículo 1 y el sistema ACC reciben
información de entrada 16 del vehículo, como por ejemplo la posición
o el giro del volante, que servirán para predecir la trayectoria del
vehículo y detectar si va a cambiar o no de carril. Los medios de
control 12 de la velocidad del vehículo 1 se encargan de mantener
una distancia de seguridad mínima predeterminada con los vehículos
que se encuentren en la trayectoria estimada del vehículo 1, en caso
de que lo haya y de mantener una velocidad de crucero
predeterminada, dando prioridad al mantenimiento de la distancia de
seguridad.
En la Figura 3 se detallan las fases que
pertenecen a la integración y el procesado de la tecnología del
sistema ACC asistido con visión. La información que ofrece la cámara
13 normalmente se preprocesa 19 para eliminar información
innecesaria y resaltar la más interesante. La siguiente etapa
consiste en dos tareas:
- Procesado de detección o clasificación de
vehículos 20, que consiste en reconocer en la imagen los objetos de
interés, en este caso, vehículos. El sistema extrae un conjunto de
características de la imagen y las compara a diferentes escalas con
una serie de patrones almacenados en una base de datos. Esta base de
datos se va ampliando mediante un algoritmo de aprendizaje.
- Procesado de detección de líneas de carril 21.
Para conseguir extraer de la imagen las líneas de la calzada se
emplean algoritmos de transformaciones de perspectiva, algoritmos de
resalte de las líneas de carril, y binarizaciones o transformadas de
Hough.
Posteriormente se combinan en una etapa de
fusión 22 los datos anteriores con los datos 18 que ofrece el sensor
de largo alcance 10 (el sensor de alcance mide la velocidad y
posición de cada vehículo objetivo con respecto al vehículo propio)
tras una etapa de procesado 18, en caso que sea necesario. El campo
de visión del sensor determina la capacidad de detección en las
zonas que se encuentran frente al vehículo (hay sensores con
distinto ángulo de detección y con distinto alcance, pero la
elección del tipo de sensor de alcance no es el objetivo de esta
invención). Un filtro de Kalman permite una estimación y predicción
con la combinación de un modelo de trayectoria y unas mediciones
reales (sensor). El resultado consiste en un conjunto de vehículos
objetivos con su velocidad y posición relativas, clasificados y
asociados cada uno al carril en el que se encuentran.
La Figura 4 representa, a modo de ejemplo, un
vehículo 1 equipado con el sistema ACC provisto de cámara, objeto de
la presente invención, circulando en una vía de alta capacidad,
rodeado de tráfico intenso, donde las flechas en los vehículos
indican su sentido de marcha. El área triangular resaltada
representa la zona de detección, el área de trabajo de los sensores.
Las zonas comprendidas entre líneas discontinuas son el resultado de
la asociación de los vehículos a sus respectivos carriles.
El vehículo objetivo 2 se encuentra en la
trayectoria del vehículo con ACC, que se puede predecir que será la
que marcan las líneas que delimitan el carril central. Podría
suceder que el vehículo 1 con ACC provisto de cámara decidiese
realizar un cambio de carril, intención que podría detectarse por la
utilización de los indicadores de dirección o intermitentes, o por
un cambio en el ángulo de volante. Esta información puede ser tomada
por el ACC, permitiendo detectar al vehículo que se encuentra por
ejemplo en el carril adyacente a su izquierda, hacia donde va a
moverse el vehículo 1 con ACC provisto de cámara, como nuevo
vehículo objetivo 2, tal como se muestra en la Figura 5.
La Figura 6 muestra el mismo vehículo 1 con ACC
provisto de cámara circulando por una vía con dos sentidos de
circulación. En este escenario, el ACC actuaría de forma análoga al
caso anterior, pero el tiempo de reacción permitido del sistema
durante un cambio de carril sería menor, ya que la velocidad
relativa entre el vehículo propio y el que se aproxima en sentido
contrario es normalmente mayor. Por lo tanto, el ACC presentado
distingue entre los vehículos que se desplazan en el mismo sentido
que el vehículo 1, y en el contrario.
Un escenario más complicado es el que se
presenta en la Figura 7, donde la carretera presenta una curva de
radio R hacia la derecha. Un vehículo provisto de un ACC sin cámara
podría estimar la curvatura del carril basándose en el giro de
volante aplicado por el conductor, en la aceleración lateral o en la
velocidad de guiñada a la que se ve sometido el vehículo. No
obstante, esta estimación no es válida en la mayoría de los casos,
entre otras razones, porque se calcula en el mismo instante y no
ofrece previsión de la trayectoria del carril. Un vehículo provisto
de un ACC con cámara y detección de carril como el que la presente
invención propone identificaría fácilmente el vehículo objetivo 2 y
realizaría un adecuado control de la velocidad.
Claims (2)
1. Sistema de control de crucero adaptativo
provisto de asistencia por visión, instalado en un vehículo (1)
automóvil, que dispone de:
- medios de detección de distancia (10),
situados en la parte frontal del vehículo (1);
- medios de procesamiento de datos (11)
configurados para:
- \bullet
- detectar, a partir de la información suministrada por los medios de detección de distancia (10), los vehículos que circulan en el área frontal del vehículo (1) y estimar la posición y velocidad de los mismos;
- \bullet
- predecir la trayectoria que va a seguir el vehículo (1) a partir de datos de entrada provenientes del vehículo (1);
- \bullet
- determinar, de entre los vehículos detectados en el área frontal del vehículo (1), al menos un vehículo objetivo (2) que se encuentre dentro de la trayectoria estimada, en caso de que lo haya;
- medios de control (12) de la velocidad del
vehículo (1), configurados para:
- \bullet
- mantener una distancia de seguridad mínima predeterminada con el al menos un vehículo objetivo (2), en caso de que lo haya;
- \bullet
- mantener una velocidad de crucero predeterminada, dando prioridad al mantenimiento de la distancia de seguridad;
caracterizado porque adicionalmente
comprende medios de detección visuales (13) configurados para
detectar vehículos y detectar las líneas de carril de la vía por la
que circula el vehículo (1);
y porque los medios de procesamiento de datos
(11) utilizan la información proveniente de los medios de detección
visuales (13) para predecir la trayectoria del vehículo (1) y para
determinar el al menos un vehículo objetivo (2) con su velocidad y
posición relativa clasificados y asociados cada uno al carril en el
que se encuentran.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Sistema de control de crucero adaptativo
provisto de asistencia por visión, caracterizado porque la
distancia de seguridad mínima predeterminada se calcula en función
de la velocidad propia del vehículo (1) y de la velocidad del
vehículo objetivo (2).
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