TW202102392A - 提高判斷精度及提早預警之行車安全輔助系統與方法 - Google Patents

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Abstract

一種能提高判斷精度及提早預警的行車安全輔助系統與方法，主要包括有一用以感測自車周圍之資訊蒐集模組及一用以分析判斷之處理單元，並利用一定位通訊模組提供定位訊號及定位資訊的交流分享，確實增加處理單元所能分析判斷的範圍與目標數，依此提高判斷精準度並能更早作出預警，讓駕駛人在危急狀況臨近前即能獲得預警，提升行車的舒適與安全性。

Description

提高判斷精度及提早預警之行車安全輔助系統與方法
本發明有關於輔助駕駛的應用，特別是一種利用資訊交流來提高系統預判精確度之行車安全輔助系統與方法。
先進駕駛輔助系統(ADAS，Advanced Driver Assistance System)是近年來各廠的重點發展方向，其主要是利用各式裝載於車輛上的感測器，以車輛自身為基礎蒐集外部的環境資料，再以電子控制單元(ECU，Eletronic Control Unit)針對感測器收集到的資訊進行分析處理，預先警告可能的危險狀況，讓駕駛人提早因應，或是緊急時由系統輔助進行應急處理，藉以降低意外發生機率。
ADAS包含有多種輔助功能，常見如盲點偵測系統(BSD，Blind Spot Detection System)、自動緊急煞車系統(AEB，Autonomous Emergency Braking System)、停車輔助系統(PAS，Parking Aid System)、主動車距控制巡航系統(ACC，Adaptive Cruise Control System)、車道偏離警示系統(LDW，Lane Departure Warning System)、前方碰撞警示系統(FCW，Forward Collision Warning System)等等，更有甚者，可搭配安裝於車體內部的感測器辨識駕駛人臉部，判斷駕駛人的專注力程度，達到對駕駛人生理狀態監控與預警 之效果。
上述已知的駕駛輔助系統，精準度是基於安裝在車輛上的感測器數量、感測品質以及進行分析判斷的運算處理技術，提升精準度勢必須採用高精度的感測裝置、晶片等組件，成本高昂，難以達到普及應用之目的。再者，此種系統的情報來源，主要是根據車輛自身裝載的感測器，因此能分析的範圍有限，突發狀況發生時，即便能提早警示，但未必能提供駕駛人充足的反應時間。舉例來說，一般駕駛除了用車距法或時距法與前車保持安全距離，大多駕駛人會參考前車的行駛狀態來判斷自己的加速或減速，然而，在高速行駛時，低限度的安全距離不足以確保安全，當看到前車煞車燈亮時，往往需一段時間感知及判斷是否改變車速(判斷前車是小減速或緊急剎車)，短短1~2秒的感知時間(100km/h下2秒約滑行55m)，很大可能使得安全距離不足供剎停，因而與前車碰撞；雖已知的駕駛系統能輔助駕駛人監測安全距離，但實際上每輛車的條件(如重量負載、輪胎性能、剎車性能、剎停距離等)不同，且系統感測識別性能有限，單純的靠系統輔助判斷並不能完全規避危險；而2009年瑞士AXA Winterthur保險公司曾經針對「剎車時間-事故發生率」進行調查研究，發現如果可以提前1.5秒通知駕駛者，將可以避免90%的後方追撞事故，如果可以提前2秒中通知駕駛者，則幾乎可以避免所有類型的撞擊事故。
另外，現實中不免有感測不足系統未能如預期警示的狀況，例如在柱子、矮牆後方突然出現的人或車，又或是在夜晚環境感測分析的警準度降低，以及在大霧、大雨環境容易造成誤判等等的情形，都表示了駕駛輔助系統在現階段仍有很大的不足與改進的空間。
在目前已知的行車安全輔助系統中，大致上的架構係有一資訊蒐集模組及一處理單元，該資訊蒐集模組包含複數用以感測獲得自車周圍感測資訊的車載感測器，而該處理單元係連接該資訊蒐集模組，用以依感測資訊識別出自車周圍的人或車，經分析判斷後輸出控制訊號，藉由控制減速或發出警訊，達到輔助行車安全之效果。
本發明主要目的在於提供了一種能提高判斷精度及提早預警的行車安全輔助系統與方法，藉由將感測與定位之資訊共享，大幅增益系統所能分析判斷之範圍與目標基數，確實提高系統預判之能力，在提升判斷精準度的同時能更早的作出警示，讓駕駛人在緊急情況臨近前即能獲得預警，及早因應可能接近的危險。
為達上述功效目的，本發明提高判斷精度及提早預警的方法，係可應用於如前述之行車安全輔助系統，主要概念包括：(a)提供一連接該處理單元之定位通訊模組；(b)藉由該定位通訊模組獲得定位訊號，定位出自車及周圍人或車的自車定位資訊；(c)藉由該定位通訊模組透過無線通信獲得其他人或車的擴充定位資訊；(d)綜合自車定位資訊及擴充定位資訊交叉比對出一距離範圍內的所有人或車；及(e)分析判斷該所有人或車之動態變化以輸出該控制訊號。
綜合前述，本發明提供的行車安全輔助系統，主要架構係包括一資訊蒐集模組、一處理單元及一定位通訊模組；該資訊蒐集模組包含複數用以感測獲得自車周圍感測資訊的車載感測器；該處理單元連接該資 訊蒐集模組，用以依感測資訊識別出自車周圍的人或車，經分析判斷後輸出控制訊號；該定位通訊模組係連接該處理單元，用以獲得定位訊號及傳輸定位資訊；其中，該處理單元係根據定位訊號定位出自車及周圍人或車的自車定位資訊，並透過該定位通訊模組獲得其他人或車的擴充定位資訊，綜合自車定位資訊及擴充定位資訊交叉比對出一距離範圍內的所有人或車，分析判斷該所有人或車之動態變化以輸出該控制訊號。
藉此，本發明之行車安全輔助系統，透過定位與資訊分享，系統即可校對出眾多非自車所能感測到的目標(目標泛指系統所識別出具動態的目標物，於本案中相當於是指人或車)，進而追蹤判斷達到提高精準度及安全預警的效果；相較於已知的駕駛系統(以車載感測器偵測有限範圍的目標)，本發明能預測更廣的距離範圍，在危險尚未接近時及早警示，不僅補強了感測器受限於環境的問題，且無須配搭過於昂貴難普及的感測器，透過多方資訊校對能更精確地判斷目標，達到提高精準度及廣泛應用之功效。
利用本發明，不再局限於低限度安全距離之監測，能追蹤觀測傳統安全距離外的目標動態，於判斷有風險時更早的提供預警，藉此能提早數秒的時間供駕駛人應對，根據已知的調查研究(如前述2009年瑞士AXA Winterthur保險公司的調查研究)，當已得到警示通知的駕駛人，即便看不見或看不清前方的事故，也能提早減速進行預警，而當繼續前行接近事故區域時，在已接獲警示通知的狀況下能直接應對處置、規避危險，無須用關鍵的幾秒鐘來判斷現場(以致剎停距離不足)，藉此幾乎能完全避免可能追撞的機率。
依上述本發明架構，該資訊蒐集模組中的該些車載感測器可選用毫米波雷達、超聲波雷達、熱感雷達、光學雷達或影像感測器其中一種或多種組合；該處理單元係為ECU(Eletronic Control Unit，車輛專用的微控制器)，用以進行分析運算、判斷與輸出控制訊號；而該定位通訊模組係包含一衛星定位單元及一無線通信單元，該衛星定位單元用以接收衛星(GPS)定位訊號，該無線通信單元則係用以連接無線通信網路以獲得LBS定位訊號，以及透過無線通信網路傳輸定位資訊。
實務上，該處理單元係從該定位通訊模組獲得的衛星(GPS)定位訊號及LBS定位訊號綜合分析推得自車的位置，以自車之位置，再根據車載感測器感測之資訊，即可從感測方向、距離推算出周圍的目標(人與車)的位置，綜合生成自車定位資訊；透過該無線通信單元即可對外分享出自車定位資訊及從外部獲得其他人或車提供的擴充定位資訊，經交叉比對即可解析出預定距離範圍(能遠大於自車感測範圍)內的所有目標位置，綜合以時間序分析所有目標的動向與動量(即移動方向與速度)，依自車動向與動量生成與距離關聯的警戒值，當判斷相距某距離之目標的動量低於相應之警戒值時，輸出該控制訊號。
前述之控制訊號可用於作油門控制、剎車控制、警示控制等等，諸如輸出至車輛的動力系統，當達警戒標準時，自動釋放油門或啟動剎車進行減速控制，又或是輸出至一警示器，例如蜂鳴器或語音播報器等，以聲音提供駕駛人警訊；而預定之該距離範圍係能依使用需求而定，諸如能依自車車速的快慢增大或減小，又或是行駛狀態做相應的設定，適度的範圍設定能避免分析過多不必要的目標，影響效能。
進一步的，本發明能進一步搭配地圖系統(如地理資訊系統，GIS，Geographic Information System)，將所有定位的目標(人或車)的動態彙整成一虛擬的地圖介面，輸出至一顯示器作呈現；實務上，該處理單元係連結一地圖資料庫，以獲得提供的地圖資訊，該地圖資料庫可歸屬於系統用於內存的儲存單元，或者是透過無線通信單元連結的遠端地圖資料庫。
為使本發明之上述目的、特徵及功能作用獲致更具體的瞭解，茲舉本發明較佳之實施例並配合附圖說明如後：
1‧‧‧行車安全輔助系統
10‧‧‧處理單元
S1~S4‧‧‧程序
20‧‧‧資訊蒐集模組
21‧‧‧雷達
22‧‧‧影像感測器
30‧‧‧定位通訊模組
31‧‧‧衛星定位單元
32‧‧‧無線通信單元
41‧‧‧地圖資料庫
42‧‧‧顯示器
43‧‧‧警示器
44‧‧‧動力系統
50‧‧‧行動裝置
51‧‧‧定位通訊模組
V0‧‧‧車(自車)
V1~V9‧‧‧車(小型車)
T‧‧‧車(大型車)
P、P1~P6‧‧‧人
BS‧‧‧基地台
A、B‧‧‧區域
第1圖係本發明系統概要示意圖。
第2圖係本發明系統架構之示意圖。
第3圖係本發明定位資訊傳輸之示意圖。
第4圖係一實際應用狀態之示意圖。
第5圖係第4圖之地圖介面示意圖。
第6圖係另一實施應用狀態之地圖介面示意圖。
第7圖係再一實施應用狀態之地圖介面示意圖。
第8圖係再一實施應用狀態之地圖介面示意圖。
請參閱第1至3圖，可知本發明行車安全輔助系統1主要的 系統架構包括有一處理單元10、一資訊蒐集模組20及一定位通訊模組30。該資訊蒐集模組20連接該處理單元10，包含複數個車載感測器，分別用以感測自車周圍並將獲得的感測資訊提供至該處理單元10；該定位通訊模組30連接該處理單元10，用以獲得定位訊號供該處理單元10演算，並能透過基地台BS提供的無線通信網路進行定位資訊的傳輸；該處理單元10係車輛專用的微控制器ECU(Eletronic Control Unit)，用以進行分析運算，並能根據預設的條件判斷，輸出控制訊號；控制訊號可以是輸出至自車動力系統的訊號，用以進行如油門、剎車等的控制，也可以是輸出至一警示器43的訊號，用以驅動警示器43運行，警示駕駛人。
於本實施例中，該資訊蒐集模組20中的該些車載感測器係以數個雷達21(毫米波雷達及超聲波雷達)及數個影像感測器22的組合為例，用以感測自車周圍，將獲得的感測資訊傳送至處理單元10，以識別出自車周圍的目標(人或車)。實務上，該些車載感測器亦可選用其他感測裝置進行搭配組合，例如熱感雷達、光學雷達等等。
該定位通訊模組30主要包含有一衛星定位單元31及一無線通信單元32；該衛星定位單元31係能接收衛星(GPS)定位訊號，提供至處理單元10進行衛星(GPS)定位；而該無線通信單元32係能連上基地台BS的無線通信網路，獲得LBS定位訊號，提供至處理單元10進行LBS定位。
該處理單元10，其處理過程可分成幾個主要的程序，於程序S1，係利用收到的衛星(GPS)定位訊號進行衛星(GPS)定位，取得自車定位座標；於程序S2，係利用收到的LBS定位訊號進行LBS定位，取得 自車定位座標；於程序S3，係能根據收到的感測資訊識別出自車周圍之目標(人或車)及分析出各目標相對於自車的位置，綜合程序S1及程序S2之結果，即可以自車定位座標演算出周圍所有目標(人或車)的定位座標，將自車及所有目標的定位座標匯集成自車定位資訊；於程序S4，係能透過該無線通信單元32輸出自車定位資訊，以及透過該無線通信單元32獲得其他人或車提供的擴充定位資訊，擴充定位資訊至少包含有該各人或車自己的定位座標，進一步可另包含有其他車經感測識別出的定位座標；綜合自車定位資訊及獲得的擴充定位資訊後，經交叉比對能解析出所有人或車的定位座標，較佳者可預設一距離範圍，解析該距離範圍內需關注的人或車的定位座標，根據一地圖資料庫41提供的地圖資訊，進一步整合成一虛擬的地圖介面，輸出至一顯示器42作視覺化的呈現；此外，於程序S4係綜合以時間序分析所有人或車的動向與動量(即移動方向與速度)，依自車動向與動量生成與距離關聯的警戒值，當判斷相距某距離之目標，其動量低於相應之警戒值時，輸出該控制訊號。
依上述的系統機制，系統觀測之該距離範圍可視實際情況或需求而定，諸如系統預設為5倍的安全距離，安全距離係依車速變化，因此系統追蹤觀測的該距離範圍係能隨自車車速的快慢而增大或減小，且能觀察預測到數倍安全距離以上的距離，當判斷遠處有狀況時，例如前車的前方有車突然減速時，能及早提示駕駛人注意，獲得更充分的應對時間。至於系統的判斷機制，係能依自車動向與動量生成與距離關聯的警戒值，當判斷某距離之目標動量低於警戒值時，輸出控制訊號，比如小型車以時速100km/h前進，前方的安全距離約為50m，系統自動綜合定位資訊分析前 方250m內的目標，警戒值條件可假設如下：前方50m的警戒值為100(即車速要求為100km/h)、前方100m的警戒值為70、前方150m的警戒值為40，以此類推，當前方150m的車(可能是前方第二、三台車，駕駛人視線未必能見)，突然緊急剎車，速度減至40km/h以下時(低於相對的警戒值)，系統依判斷輸出控制訊號，依設定自動減速或提示駕駛人，讓駕駛人有更充分的應對時間，如該車為前方第一台車，無須如傳統警示系統，要等到前方的慢車進入安全範圍才發出警示，又如該車為前方第二或三台車，駕駛人無須等到前車減速才開始判斷，能更早得知更前方的緊急情況，獲得更充足的反應時間。
於可行的實施例中，控制訊號可輸出至車輛的動力系統，用作油門控制、剎車控制等等，也可以輸出至該處理單元10連接的一警示器43，用以發出如聲音的警示提供駕駛人，通常該警示器43可採用蜂鳴器、語音播報器等等。
請再一併參閱第3至5圖，本發明在實際應用上，係能利用自車V0行車安全輔助系統1中的定位通訊模組30連結基地台BS的無線通信網路，分享出包含自車位置及感測周圍目標位置之自車定位資訊，以及獲得其他人或車的擴充定位資訊；如第3圖所示，當其他車(如車V1、V2及T)同樣具有行車安全輔助系統1時，即可透過定位資訊分享的過程，獲得包含該些車本身的位置及其感測周圍目標位置之擴充定位資訊，而當其他車或人(如車V3及V4，人P)不具有具有行車安全輔助系統1時，亦可透過其攜帶的行動裝置進行定位資訊之分享，獲得只包含該些人或車本身位置的擴充定位資訊；綜合自車定位資訊及所有擴充定位資訊，可交叉比 對出所有人或車的位置，依預定之距離範圍進行追蹤警戒，能達到及早預警之效果。
假設如第4圖所示，自車V0以時速80km/h前進，系統朝前追蹤判斷的該距離範圍為200m，前方約40m處的車V3、約80m處的大型車T、約120處被遮擋無法直接觀察的車V1以及對向的車V2、V4，透過定位資訊交流能分析出更多未能被自車資訊蒐集模組20測得的人或車，呈現如第5圖所示之地圖介面中，甚至能進一步呈現出其他的人P及車V5。當自車V0時速80km/h，依本發明行車安全輔助系統1預設之警戒條件，假設為前方40m的警戒值為80、前方80m的警戒值為60、前方120m的警戒值為40，當前方的第一台車V3、第二台車T及第三台車V1都以80km/h的速度行駛時，都高於相應的警戒值系統不會發出危險警示；而當前方視線看不見的第三台車V1減速時，比如減至40km/h以下時(即低於該距離相對應的警戒值40)，如圖所示，本發明行車安全輔助系統1的處理單元10即可依判定輸出控制訊號，在前方大型車T及車V3依次發覺並開始減速前，自車駕駛人即可根據收到的警示通知及早停止加速或直接減速，有更充分的時間進行應對，而不用等到前方第一台車V3減速時才急迫地剎車減速，能有效利用精準且及早的預警通知提升行車的舒適性與安全性。
進者，藉由本發明行車安全輔助系統1能持續追蹤觀察更寬廣的距離範圍內的所有目標，駕駛人能知獲更多視線中未見的或是自車未能感測到的目標資訊，例如相鄰車道的車輛狀況、對向車道的來車狀況，作為變換車道或是對向超車時的參考依據，進一步能利用系統判斷提供警示，例如左/右轉燈啟動時，系統開始判斷左方/右方車道的車況，輔助提供 駕駛人警示。
又如第6圖所示之情境，假設當自車V0從巷道駛出，駕駛人的視線或自車資訊蒐集模組20的感測範圍受限，因此駕駛人僅能知曉大型車T、對向車V4及路邊行人P，由於區域A的遮擋而未能察覺車V2、區域B的遮擋而未能察覺車V3，若駕駛人因此判斷可通行而直接駛出，將很大可能造成意外；反之，利用本發明行車安全輔助系統1，藉由定位資訊分享交叉比對之結果，使用者能從顯示器42呈現的地圖介面發現視線中未見的來車V2、V3，或是在打左轉方向燈後，系統分析行車路徑與來車速度告知需警戒的來車V2、V3，讓駕駛人能預知更多的人或車，達到能精準地判讀更多目標與安全駕駛之目的。
此外，在其他情境下，例如障礙物較多的環境中，概如第7及8圖所示的停車場環境，應用本發明行車安全輔助系統1有助於提高自己與他人的安全性；於第7圖中，當自車V0倒車進入停車格時，無論是駕駛人的視線，又或是車載資訊蒐集模組20，皆受限於障礙物而無法得知障礙物後方的情形，比如柱子後方的行人P1、旁車後方的行人P2，若駕駛人未能足夠注意，容易造成碰撞或他人傷害；透過本發明行車安全輔助系統1，能充分利用定位通訊模組30進行定位資訊的分享與交流，依駕駛人的行車狀況將一定距離範圍內的目標呈現於地圖介面中，甚至於利用系統進行判斷，以倒車狀況判斷後方警戒範圍內有人P1、P2時，能及時提供警示，確實地提升行車與他人之安全性。
而於第8圖中，係在停車場環境的另一種可能的情境，當自車V0欲倒車倒出停車格時，視線範圍及傳統車載感測器的感測範圍無法得 知範圍外的來車或行人情形，藉由本發明行車安全輔助系統1，自車V0的駕駛人能透過地圖介面，精確地得知位於柱子前方的人P5、位於旁車前後的人P4、P6、以及車道中逐漸駛近的來車V8，或者能透過系統進行判斷，以倒車狀況判斷，告知後方有需警戒的人P6及來車V8，有效地提升行車之安全。
綜合以上所述，本發明提高判斷精度及提早預警之行車安全輔助系統與方法能藉由資訊交流校對出更多需求之目標，提供判讀與預警，且不會因天候與環境影響而降低性能，確實能提升行車安全輔助系統的精準度，實為一具新穎性及進步性之發明，爰依法提出專利申請；惟上述說明之內容，僅為本發明之較佳實施例說明，舉凡依本發明之技術手段與範疇所延伸之變化、修飾、改變或等效置換者，皆應落入本發明之專利申請範圍內。
1‧‧‧行車安全輔助系統
10‧‧‧處理單元
S1~S4‧‧‧程序
20‧‧‧資訊蒐集模組
21‧‧‧雷達
22‧‧‧影像感測器
30‧‧‧定位通訊模組
31‧‧‧衛星定位單元
32‧‧‧無線通信單元
41‧‧‧地圖資料庫
42‧‧‧顯示器
43‧‧‧警示器
44‧‧‧動力系統

Claims (10)

  1. 一種提高判斷精度及提早預警的方法，其係應用於一行車安全輔助系統，該行車安全輔助系統至少包括有一資訊蒐集模組及一處理單元，該資訊蒐集模組包含複數用以感測獲得自車周圍感測資訊的車載感測器，該處理單元連接該資訊蒐集模組，用以依感測資訊識別出自車周圍的人或車，經分析判斷後輸出控制訊號；該方法之特徵在於包括：提供一定位通訊模組，其係連接該處理單元；藉由該定位通訊模組獲得定位訊號，定位出自車及周圍人或車的自車定位資訊；藉由該定位通訊模組透過無線通信獲得其他人或車的擴充定位資訊；綜合自車定位資訊及擴充定位資訊交叉比對出一距離範圍內的所有人或車；分析判斷該所有人或車之動態變化以輸出該控制訊號。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中該定位通訊模組至少包含一無線通信單元，其用以連接無線通信網路以獲得LBS定位訊號，並透過無線通信網路傳輸定位資訊。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之方法，其中該定位通訊模組進一步包含一衛星定位單元，其用以接收衛星(GPS)定位訊號。
  4. 根據申請專利範圍第1至3任一項所述之方法，其中該距離範圍係隨自車車速的快慢而增大或減小。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之方法，其中，分析判斷該所有人或車之動態變化包含以時間序分析該所有人或車的動向與動量，並依自車動向與動量生成與距離關聯的警戒值，當判斷距離自車之該各人或車的動量低於相應之警戒值時，輸出該控制訊號。
  6. 一種能提高判斷精度及提早預警之行車安全輔助系統，包括一資訊蒐集模組及一處理單元，該資訊蒐集模組包含複數用以感測獲得自車周圍感測資訊的車載感測器，該處理單元連接該資訊蒐集模組，用以依感測資訊識別出自車周圍的人或車，經分析判斷後輸出控制訊號；其特徵在於：該行車安全輔助系統另包括一定位通訊模組，該定位通訊模組係連接該處理單元，用以獲得定位訊號及傳輸定位資訊；其中，該處理單元係根據定位訊號定位出自車及周圍人或車的自車定位資訊，並透過該定位通訊模組獲得其他人或車的擴充定位資訊，綜合自車定位資訊及擴充定位資訊交叉比對出一距離範圍內的所有人或車，分析判斷該所有人或車之動態變化以輸出該控制訊號。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述之行車安全輔助系統，其中該定位通訊模組至少包含一無線通信單元，其用以連接無線通信網路以獲得LBS定位訊號，並透過無線通信網路傳輸定位資訊。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述之行車安全輔助系統，其中該定位通訊模組進一步包含一衛星定位單元，其用以接收衛星(GPS)定位訊號。
  9. 根據申請專利範圍第6至8任一項所述之行車安全輔助系統，其中該處理單元為ECU(Eletronic Control Unit)，其係以時間序分析該所有人或車的動向與動量，並依自車動向與動量生成與距離關聯的警戒值，當判斷距離自車之該各人或車的動量低於相應之警戒值時，輸出該控制訊號。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述之行車安全輔助系統，其中該些車載感測器可為毫米波雷達、超聲波雷達、熱感雷達、光學雷達或影像感測器其中一種或多種組合。
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