直觉式节能驾驶辅助方法与系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种直觉式节能驾驶辅助方法与系统，该系统设置于一车辆上并包含有一输入模块、一控制模块与一输出模块，该控制模块是分别与输入模块以及输出模块电连接，输入模块分别取得车辆前方影像以及车速信号，使控制模块识别车辆前方道路的车速限制、交通号志中的红绿灯灯号以及车辆前方障碍物的速度与距离，再依据道路的限制及实际车速，由输出模块以视觉或声音提示适合路况的节能指示或是行车限制，藉此不需设置复杂的系统，即可解决现有车辆欲进行节能改良而有复杂与高成本问题，以及改善因无法即时反应道路状况与主动修正驾驶行为，而有耗油的缺点。
【专利说明】直觉式节能驾驶辅助方法与系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种节能驾驶辅助系统，特别是涉及一种可依据道路状况直接提供驾驶人节能指示的直觉式节能驾驶辅助系统。
【背景技术】
[0002]现有使用燃油的车辆皆面临能源价格高涨与燃油废气排放法规日趋严格的问题，因此各车辆制造厂无不积极研发新的技术，以增加燃油的使用效率并降低车辆废气的排放污染。
[0003]为增加燃油的使用效率并降低车辆废气排放污染，现有技术概可分为针对车辆的制造技术进行改良以及针对驾驶人的耗油驾驶行为进行提示两大类，其中，对于车辆制造技术改良的技术，例如发展高燃烧效率的引擎系统与低耗能的变速系统、利用轻量化材料制造车体、采用油电混合动力系统与刹车动能回收系统以及STOP/START怠速熄火系统等，可减少车辆行驶或怠速时的油耗及废气排放污染，但是驾驶人的驾驶行为若无法配合进行省油操控，仍会影响车辆整体的油耗及废气污染，而且会增加车辆系统的复杂度与制造成本。
[0004]而对于驾驶人的耗油驾驶行为进行提示的技术，例如透过撷取车辆的车身信号、引擎信号、车辆动态信号以及分析驾驶行为模式等，提示驾驶人车辆的瞬间油耗以及警示高油耗的驾驶行为，令驾驶人可知道车辆当下的油耗状况，不过车辆进行耗油行为提示时是透过撷取车辆的各种信号，无法即时且真实地反应各种道路的交通状况并进行建议或调整，意即车辆需在车辆发生耗油的行为且经信号处理后才会得到警示，因此车辆的驾驶人在行驶过程中仍会发生耗油的驾驶行为，例如车辆加速超车时，即可能发出高油耗驾驶行为的误警示。
[0005]如中国大陆发明专利申请第CN200910191113号的“汽车安全与节油操控辅助提示系统及辅助提示方法”，主要是于车身上安装多种车用感测器，例如转向转角感测器、油门感测器、刹车感测器、车速感测器、坡度感测器、加速度感测器等，再由中央处理单元分别接收各感测器的信号，通过撷取车身的动态信号或是对驾驶行为进行分析，以提供驾驶人转向与油门踩踏的指引；由于车辆需装设多数个感测器造成系统结构复杂的问题，且该操控辅助提示系统仅能被动地接收感测器的资讯，无法针对实际路况提供省油的指引。
[0006]由上述可知，现有车辆虽可透过改良车辆制造技术与提示驾驶人耗油驾驶行为，以减少部份油耗及废气排放污染，但需要设置多数个感测器以检测车辆状态，而有系统复杂且设置成本高的问题，且车辆的油耗状况仍会受到驾驶人的驾驶行为影响，而油耗行为提示装置仅能被动地依据车辆状况提供油耗提示，无法即时地反应道路状况并修正耗油的驾驶行为，因此仍会发生耗油的缺点。
【发明内容】
[0007]如前揭所述，现有车辆的省油技术与虽可减少部份油耗及废气排放污染，但具有系统复杂且设置成本高的问题，且会受到驾驶人的驾驶行为影响，而油耗行为提示仅能被动地提供油耗提示，无法即时地反应道路状况仍会发生耗油的问题，因此本发明主要目的在提供一种直觉式节能驾驶辅助方法与系统，主要是利用取像装置取得道路状态并结合车身信号与障碍物检测，以主动提供节能驾驶行为提示，解决现有车辆欲进行节能改良而具有系统复杂与高成本以及解决仅能被动提供油耗提示，无法即时地反应道路状况而具有耗油的问题。
[0008]为达成前述目的所采取的主要技术手段是令前述直觉式节能驾驶辅助方法，包含有:
[0009]取得车辆前方的道路与环境的影像；
[0010]辨识取得影像中的交通号志；
[0011]检测车辆前方障碍物及进行障碍物状态解析；
[0012]依据交通号志与障碍物状态解析的资讯转换为一种以上的省能驾驶行为模式；
[0013]产生对应该省能驾驶行为模式的指引信息。
[0014]为达成前述目的采取的主要技术手段是提供一直觉式节能驾驶辅助系统，包含有:
[0015]一输入模块，其包含有一影像撷取单元与一车身信号撷取单元，该影像撷取单元用以取得道路或环境的影像且输出其影像信号，该车身信号撷取单元，其用以取得车辆的一个以上的车速信号；
[0016]一控制模块，其与输入模块电连接，该控制模块包含有一交通号志辨识单元、一障碍物检测与解析单元与一节能驾驶逻辑单元，控制模块接收影像撷取单元的影像信号与车身信号撷取单元的车速信号，经交通号志辨识单元以及障碍物检测与解析单元识别道路或环境的行车限制，节能驾驶逻辑单元依据预设的一种以上行车模式对应道路或环境的行车限制以及车速信号，提供符合路况的最佳节能指示；
[0017]一输出模块，其与控制模块电连接，该输出模块包含有一显示单元与一提示单元，显示单元与提示单元用以显示或声音提示节能驾驶逻辑单元的节能指示或是道路的行车限制。
[0018]利用前述元件组成的直觉式节能驾驶辅助方法与系统，由影像撷取单元取得车辆前方道路或环境的影像且输出其影像信号，以及车身信号撷取单元取得车辆的车速信号，控制模块分别取得影像信号与车速信号，透过交通号志辨识单元识别道路的车速限制与交通号志中的红绿灯的行车限制，以及障碍物检测与解析单元辨识车辆前方是否有障碍物或是前方车辆的速度与距离，再由节能驾驶逻辑单元依据交通号志辨识单元与障碍物检测与解析单元所得的道路或环境的限制，对应预设的高速或低速行车模式，以及车辆本身的速度信号，经由运算主动提供符合当下路况的最佳节能指示，并由输出模块提供视觉警示或声音提示当下适合的节能指示或是道路的行车限制，不需设置昂贵与复杂的系统，即可解决现有车辆欲进行节能改良而有复杂与高成本的问题，以及消除现有油耗行为提示装置仅能被动提供油耗提示，无法即时地反应道路状况并提前修正驾驶行为，而衍生耗油的问题。
[0019]本发明另一目的是提供一种具有主动控制车辆速度的直觉式节能驾驶辅助系统，主要是于输出模块中设有一主动控制单元，该主动控制单元是分别与车辆的油门及刹车电路连结，依据控制模块的节能驾驶逻辑单元输出的节能指示或是道路的行车限制，由主动控制单元主动控制车辆的速度，避免驾驶人急加减速造成油耗增加的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是本发明的系统流程图；
[0022]图2是本发明较佳实施例的系统组成图；
[0023]图3是本发明较佳实施例的交通号志辨识单元的流程图；
[0024]图4是本发明较佳实施例的障碍物检测与解析单元的流程图；
[0025]图5是本发明较佳实施例的障碍物检测与解析单元的示意图；
[0026]图6是本发明较佳实施例的可行驶空间检测的示意图；
[0027]图7是本发明较佳实施例的高速行车模式的判断流程图；
[0028]图8是本发明较佳实施例的低速行车模式的判断流程；
[0029]图9是本发明较佳实施例的可变换车道的示意图；
[0030]图10是本发明较佳实施例的节能驾驶逻辑单元的信号连接图；
[0031]图11是本发明较佳实施例的控制增益K的信号连接图。
[0032]附图标记
[0033]10输入模块 11影像撷取单元
[0034]12车身信号撷取单元
[0035]20控制模块 21交通号志辨识单元
[0036]22障碍物检测与解析单元
[0037]23节能驾驶逻辑单元
[0038]30输出模块 31显示单元
[0039]32提示单元 33主动控制单元
【具体实施方式】
[0040]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]依据现有文献指出，欲达到最佳节能效果的驾驶行为有下列四个特点:
[0042]1.车辆以均速行驶，不任意急加速或急减速，避免引擎达到高转速区，节能效果可达5?33 % (美国能源部)。
[0043]2.行车速度区分高速行驶与低速行驶，高速行驶(如高速公路)时的最佳车速约为90公里/小时，低速行驶(如市区)时的最佳车速约为50公里/小时，节能效果可达疒23% (美国能源部)。
[0044]3.缓加速，避免车辆起步时急加速造成油耗增加的状况，节能效果可达12?20 %(美国环保署)。
[0045]4.停等红绿灯时，提早放松油门、平缓滑行减速、怠速再缓慢起步，节能效果可达62 % (台塑石油)。
[0046]由上述可知，欲达最佳节能效果的驾驶行为，其主要特征即是预先判定车辆前方的交通状况，避免不必要的加减速以及维持引转速在低速状态以减少油耗。
[0047]为满足前述条件，本发明提出解决方案的基本概念(请参阅图1所示)，是先取得车辆前方道路或环境的状态影像101，以及车辆的车速信号，透过识别道路上的交通号志，如车速限制与交通号志中的红绿灯的行车限制102，以及检测并辨识车辆前方是否有障碍物103，再加入包含有前述最佳节能效果的驾驶行为条件104，提供符合当下路况的最佳节能指示与进行主动式控制车辆105。根据上述方法可提供车辆驾驶人正确的节能驾驶行为或习惯，且本发明可结合于车辆现有的影像安全系统中，不需额外设置复杂的感测器与检测系统，解决现有车辆欲进行节能改良而有复杂与高成本的问题，并可即时地反应道路状况以提供正确的节能驾驶行为，而有节省油耗的效果。
[0048]关于本发明的一较佳实施例，请参阅图2所示，该直觉式节能驾驶辅助系统是设置于一车辆上，其包含有一输入模块10、一控制模块20与一输出模块30,该控制模块20是分别与输入模块10以及输出模块30电连接，其中，该输入模块10包含有一影像撷取单元11与一车身信号撷取单元12，影像撷取单元11是一摄影机，用以取得车辆前方的道路或环境的影像，且输出其影像信号，车身信号撷取单元12是与车辆的各感测器连接，用以取得车辆的一个以上的车速信号，如车辆的速度或加速度。
[0049]该控制模块20包含有一交通号志辨识单元21、一障碍物检测与解析单元22与一节能驾驶逻辑单元23，控制模块20接收影像撷取单元11的影像信号与车身信号撷取单元12的车身信号，经由交通号志辨识单元21辨识当下的道路的车速限制与交通号志中的红绿灯的行车限制，以及由障碍物检测与解析单元22辨识车辆前方的车道是否有障碍物造成行车限制，节能驾驶逻辑单元23是依据交通号志辨识单元21与障碍物检测与解析单元22所得的道路或环境的限制，对应预设的高速或低速行车模式，以及车身信号判断车辆当下速度，经运算后提供符合当下路况的多个最佳节能指示。
[0050]该输出模块30包含有一显示单元31、一提示单元32与一主动控制单元33,显示单元31与提示单元32用以分别显示或声音提示节能驾驶逻辑单元23的节能指示或是道路的行车限制，主动控制单元33是与车辆的油门以及刹车电路连结，依据节能驾驶逻辑单元23输出的节能指示信号或是道路的行车限制信号，由主动控制单元33依据信号控制车辆的油门与刹车，避免急加速造成油耗增加的问题。
[0051]交通号志辨识单元21辨识车辆行驶当下的道路的车速限制与交通号志中的红绿灯的行车限制的方式如下，但其辨识的方法与种类不限于此，例如车速限制可透过卫星导航(GPS)取得该路段的行车速限；请参阅图3所示，于本较佳实施例中，交通号志辨识单元21是依据车辆前方的道路或环境的影像信号区分速限标志牌与红绿灯，其处理步骤包含有影像ROI (Region OfInterest,感兴趣的区域,指只针对圈选的区域做影像处理,可以节省影像处理时间)检测步骤201、影像边缘检测步骤202、圆形轮廓检测步骤203与交通号志分类步骤204等，影像ROI检测步骤201与影像边缘检测步骤202是对车辆前方的道路或环境的影像进行检测，用以分辨道路上的交通号志，该交通号志主要是针对具有速限的速限号志牌与红绿灯，圆形轮廓检测步骤203是针对已取得的速限号志牌进行检测，由于具有速限号志牌的特征为圆形外框，故此步骤是针对速限号志牌的圆形轮廓进行检测，交通号志分类步骤204连结有交通号志的分类模板，以区分速限号志牌影像与红绿灯影像，取得速限号志牌影像后透过数字分类模板可得该速限号志牌上所载的最高速限205，取得红绿灯影像后透过HIS颜色模板(H代表色相(Hue)、I代表亮度(Intensity)和S代表饱和度(Saturation)，其中，色相(Hue):指物体传导或反射的波长。更常见的是以颜色如红色，橘色或绿色来辨识，取O到360度的数值来衡量。亮度(Intensity):是指颜色的相对明暗度，通常以0%(黑色)到100%(白色)的百分比来衡量。饱和度(Saturation):又称色度，是指色彩的强度或纯度。饱和度代表灰色与色调的比例，并以0%(灰色)到100%(完全饱和)来衡量。)可得该红绿灯上所显示的红灯或绿灯的灯号状态206。
[0052]于本较佳实施例中，障碍物检测与解析单元22辨识车辆前方的车道是否有障碍物而造成行车限制的方式如下，但不限于此，例如前方障碍物可透过雷达检测或是超音波取得车辆前方是否有障碍物；请参阅图4所示，于本较佳实施例中，障碍物检测与解析单元22依据车辆前方的道路或环境的影像信号区分是否有障碍物，若有障碍物则检测其数量、距离与速度，其处理步骤包含有索贝尔(Sobel)边缘检测步骤301、连续水平边缘检测步骤302、连续垂直边缘步骤303、前方障碍物距离检测步骤304与前方障碍物速度检测步骤305，其中索贝尔(SobeI)边缘检测步骤301、连续水平边缘检测步骤302与连续垂直边缘步骤303是用以确认车辆前方障碍物的位置，前方障碍物距离检测步骤304与前方障碍物速度检测步骤305是用以确认车辆前方障碍物的距离与速度，前方障碍物速度检测步骤305并与车辆的车速信号连结，以计算前方障碍物与本车之间的相对速度。
[0053]请参阅图5所示，本车与前车(前方障碍物)之间的距离
【权利要求】
1.一种直觉式节能驾驶辅助方法，其特征在于，所述直觉式节能驾驶辅助方法包含有: 取得车辆前方的道路与环境的影像； 辨识取得影像中的交通号志； 检测车辆前方障碍物及进行障碍物状态解析； 依据交通号志与障碍物状态解析的资讯转换为一种以上的省能驾驶行为模式； 产生对应所述省能驾驶行为模式的指引信息。
2.根据权利要求1所述的直觉式节能驾驶辅助方法，其特征在于，所述省能驾驶行为模式为高速行车模式，高速行车模式是依据前方障碍物距离与速度以及可行驶空间的区域，提供符合路况的车道变换、智慧跟车与定速巡航的最佳节能指示。
3.根据权利要求2所述的直觉式节能驾驶辅助方法，其特征在于，前方无障碍物存在则提供“保持高速行车模式的最佳节能车速行驶”的定速巡航指示；前方有障碍物存在，则检测障碍物的速度，若障碍物的速度大于最佳节能车速且相对速度大于零，则提供“定速巡航并以最佳节能车速行驶”的节能指示；若障碍物的速度小于最佳节能车速且相对速度小于零，则提供“变换车道行驶与可行驶路径导航”的车道变换指示，或是提供“跟车行驶”的智慧跟车指示。
4.根据权利要求1或2所述的直觉式节能驾驶辅助方法，其特征在于，所述省能驾驶行为模式具有多种，其中一种为低速行车模式，低速行车模式是依据前方障碍物距离与速度以及交通号志辨识结果，提供符合路况的惯性滑行、温和起步、智慧跟车与定速巡航的最佳节能指示。
5.根据权利要求4所述的直觉式节能驾驶辅助方法，其特征在于，前方有障碍物存在，若障碍物的速度等于O公里/小时，则提供“惯性滑行”的惯性滑行指示；若障碍物的速度小于最佳车速且相对速度小于零，则提供“跟车行驶”的智慧跟车指示；若障碍物的速度大于最佳车速、两车距大于安全距离，且相对速度大于零，则提供“定速巡航并以最佳车速行驶”的定速巡航指示；若车辆前方障碍物不存在，且交通号志中的红绿灯显示绿灯，则提供“定速巡航并以最佳车速行驶”的定速巡航指示；若所述红绿灯显示红灯，则提供“惯性滑行”的惯性滑行指示；若所述红绿灯由红灯转换为绿灯时，则提供“温和起步”指示。
6.一种直觉式节能驾驶辅助系统，其特征在于，所述直觉式节能驾驶辅助系统包含有: 一输入模块，其包含有一影像撷取单元与一车身信号撷取单元，所述影像撷取单元用以取得道路或环境的影像且输出其影像信号，所述车身信号撷取单元，其用以取得车辆的一个以上的车速信号； 一控制模块，其与输入模块电连接，所述控制模块包含有一交通号志辨识单元、一障碍物检测与解析单元与一节能驾驶逻辑单元，控制模块接收影像撷取单元的影像信号与车身信号撷取单元的车速信号，经交通号志辨识单元以及障碍物检测与解析单元识别道路或环境的行车限制，节能驾驶逻辑单元依据预设的一种以上行车模式对应道路或环境的行车限制以及车速信号，提供符合路况的最佳节能指示； 一输出模块，其与控制模块电连接，所述输出模块包含有一显示单元与一提示单元，显示单元与提示单元用以显示或声音提示节能驾驶逻辑单元的节能指示或是道路的行车限制。
7.根据权利要求6所述的直觉式节能驾驶辅助系统，其特征在于，所述输出模块进一步包含有一主动控制单元，所述主动控制单元与车辆的油门以及刹车电路连结。
8.根据权利要求6或7所述的直觉式节能驾驶辅助系统，其特征在于，所述节能驾驶逻辑单元的一种行车模式是高速行车模式，高速行车模式是依据前方障碍物距离与速度以及可行驶空间的区域，提供符合路况的车道变换、智慧跟车与定速巡航的最佳节能指示；前方无障碍物存在则提供“保持高速行车模式的最佳节能车速行驶”的定速巡航指示；前方有障碍物存在，则检测障碍物的速度，若障碍物的速度大于最佳节能车速、两车距大于安全距离，且相对速度大于零，则提供“定速巡航并以最佳节能车速行驶”的节能指示；若障碍物的速度小于最佳节能车速且相对速度小于零，则提供“变换车道行驶与可行驶路径导航”的车道变换指示，或是提供“跟车行驶”的智慧跟车指示。
9.根据权利要求6或7所述的直觉式节能驾驶辅助系统，其特征在于，所述节能驾驶逻辑单元的一种省能驾驶行为模式为低速行车模式，低速行车模式是依据前方障碍物距离与速度以及交通号志辨识结果，提供符合路况的刹车滑行、温和起步、智慧跟车与定速巡航的最佳节能指示；前方有障碍物存在，若障碍物的速度等于O公里/小时，则提供“惯性滑行”的刹车滑行指示；若障碍物的速度大于最佳车速且相对速度小于零，则提供“跟车行驶”的智慧跟车指示；若障碍物的速度大于最佳车速、两车距大于安全距离，且相对速度大于零，则提供“定速巡航并以最佳车速行驶”的定速巡航指示；若车辆前方障碍物不存在，且交通号志中的红绿灯显示绿灯，则提供“定速巡航并以最佳车速行驶”的定速巡航指示；若所述红绿灯显示红灯，则提供“惯性滑行”的刹车滑行指示；若所述红绿灯由红灯转换为绿灯时，则提供“温和起步”指示。
10.根据权利要求8所述的直觉式节能驾驶辅助系统，其特征在于，所述节能驾驶逻辑单元的其中一种省能驾驶行为模式为低速行车模式，低速行车模式是依据前方障碍物距离与速度以及交通号志辨识结果，提供符合路况的惯性滑行、智慧跟车与定速巡航的最佳节能指示；前方有障碍物存在，若障碍物的速度等于O公里/小时，则提供“惯性滑行”的惯性滑行指示；若障碍物的速度小大于最佳车速且相对速度小于零，则提供“跟车行驶”的智慧跟车指示；若障碍物的速度大于`最佳车速、两车距大于安全距离，且相对速度大于零，则提供“定速巡航并以最佳车速行驶”的定速巡航指示；若车辆前方障碍物不存在，且交通号志中的红绿灯显示绿灯，则提供“定速巡航并以最佳车速行驶”的定速巡航指示；若所述红绿灯显示红灯，则提供“惯性滑行”的惯性滑行指示；若所述红绿灯由红灯转换为绿灯时，则提供“温和起步”指示。
【文档编号】B60W30/18GK103786726SQ201210435818
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年11月5日 优先权日:2012年11月5日
【发明者】陈育菘, 苏一峰, 陈舜鸿, 张右龙, 杨家豪 申请人:财团法人车辆研究测试中心