自动刹车系统及自动刹车方法与流程

本发明是关于一种自动刹车系统及自动刹车方法，特别地，是关于一种可预先侦测多目标物，而能于变换车道时避免碰撞的自动刹车系统及自动刹车方法。

背景技术：

现今仅以车辆驾驶员的反应已无法应付日渐复杂的行车环境，因而驾驶员个人反应良窳将大幅影响行车安全。辅助车辆驾驶员以便增加行车安全的驾驶辅助系统已被发展。这些驾驶辅助系统用以提供独立于驾驶员操控外的车辆自动煞停能力。例如于即将与前车碰撞时提供足够的制动力减缓车速甚或将车辆完全停止，以避免碰撞的产生。

前述驾驶辅助系统通常通过感测器测量与前车的距离，并使用处理单元进行判断距离信号与车速，并将判断结果传送至一控制单元，以控制车辆的速度或决定制动车辆自动刹车而维持车辆与前车的距离或完全停止。另或亦有于车辆与前车距离或速度至一临界值时将车辆自动转弯以避免碰撞。

然而，前述的方式在极端的状况下极易失效，例如与前车车速差距过大，或是与前车距离过近时，感测器因其启动机制或装设位置的差异，将无法即时反应而导致控制单元无法即时减缓车速或致动车辆自动刹车，因而导致碰撞发生。

上述的问题尤特别发生于驾驶员变换车道时。驾驶员变换车道后，通常须待方向盘回正后，感测器再度侦测车辆前方目标物，方能再度启动驾驶辅助系统，此时若车速较高(如30kph)，则感测器反应不及，而无法致动车辆保持足够刹车距离，而令碰撞发生。亦即，前述的驾驶辅助系统仅限应用于车辆正前方且低速度状况下方能有效运作。

缘此，厂商仍急于寻求能够全面应付各种状况的驾驶辅助系统。

技术实现要素：

据上，本发明提供一自动刹车系统，其是依据车辆的车体动态信息估测车辆与多个目标物的碰撞轨迹，并依据碰撞轨迹及各目标物的位置界定可能碰撞范围，且利用记忆体暂存器同时记录落于车辆前方可能碰撞范围内的一或多个目标物的坐标位置，并预估落于可能碰撞范围内各目标物与车辆的碰撞时间，以决定车辆的刹车辅助方式，例如提出警示、预刹车或主动刹车等。借此，于车辆变换车道时提供即时的反应，避免碰撞发生。

为达上述目的，于一实施例中，本发明提供一自动刹车系统，包含一侦测模块、一追踪模块、一碰撞轨迹预测模块、一记忆体暂存器、一碰撞时间预测模块以及一决策模块。侦测模块是用以侦测并辨识位于一车辆前方的一或多个目标物。追踪模块是用以追踪动态移动的多个目标物。碰撞轨迹预测模块是用以依据车辆的一车体动态信息估测车辆与多个目标物的一碰撞轨迹，并依据碰撞轨迹及各目标物的位置界定一可能碰撞范围及一非碰撞范围。记忆体暂存器是用以记录落于可能碰撞范围内的一或多个目标物的坐标位置。若有多个目标物落于可能碰撞范围内，则同时将各目标物的坐标位置记录于记忆体暂存器；若目标物中有起始落于可能碰撞范围内，但之后离开可能碰撞范围者，则将其数据自记忆体暂存器清除。碰撞时间预测模块是用以于多个目标物落于可能发生碰撞范围内时，预估各目标物与车辆的一碰撞时间。决策模块是用以依据碰撞时间判断是否致动车辆的刹车辅助。

前述的自动刹车系统中，侦测模块可包含一深度撷取单元、一影像撷取单元以及一综合处理单元。深度撷取单元是用以侦测并取得各目标物的一空间位置信息。影像撷取单元是用以撷取各目标物的影像进行辨识并取得一影像特征信息。综合处理单元是用以接收各目标物的空间位置信息及影像特征信息，并执行一评分机制以判断各目标物种类。于另例中，侦测模块是可以卫星定位系统(GPS)及专用短程通信系统(DSRC)搭配而成，其是利用卫星定位系统是获得车辆及各目标物的经纬度坐标；利用专用短程通信系统与各目标物相互传递行车信号，并透过坐标转换得到车辆与各目标物间的相对位置关系，进而可取得车辆与各目标物间的相对距离、相对角度或相对速度等，并可透过一识别码获得目标物种类。

前述的自动刹车系统中，若多个目标物中有起始落于非碰撞范围者，则不记录其数据。

前述的自动刹车系统中，追踪模块是透过一扩展式卡尔曼滤波演算法追踪动态移动的多个目标物。扩展式卡尔曼滤波演算法可由下列关系式表示：

以及${{\hat{x}}_k}^{-}=A{\hat{x}}_{i-1};$

其中xp_i为动态移动目标物的x轴位置，yp_i为动态移动目标物的y轴位置，v_i为动态移动目标物的速度，φ_i为动态移动目标物的行进方向，△t为输入动态移动目标物与车辆的连续相对位置的取样时间，A为动态移动目标物的状态变换模型。

前述的自动刹车系统中，车身动态信息包含车辆于左右两侧移动的横向速度及横向加速度。

前述的自动刹车系统中，于车辆左右两侧的碰撞轨迹可由下列关系式表示：

$y_l\left(t\right)={\mathrm{\α}}_l{x}_l^2\left(t\right)+{\mathrm{\β}}_l{x}_l\left(t\right)+{\mathrm{\ϵ}}_l+y_{l0};$以及

$y_r\left(t\right)={\mathrm{\α}}_r{x}_r^2\left(t\right)+{\mathrm{\β}}_r{x}_r\left(t\right)+{\mathrm{\ϵ}}_r+y_{r0};$

其中：

x_i,y_i,i＝l,r分别为车辆于左右两侧的横向位置及纵向位置；

α_i,i＝l,r为车辆于左右两侧的移动的横向速度；以及

β_i,i＝l,r为车辆于左右两侧的移动的横向加速度。

前述的自动刹车系统中，可能碰撞范围可由下列关系式表示：

$y_{\mathrm{obs}}^{\left(i\right)}>y_l\left(t\right)\∩y_{\mathrm{obs}}^{\left(i\right)}>y_r\left(t\right)\∩x_{\mathrm{obs}}^{\left(i\right)}>x_l\∩x_{\mathrm{obs}}^{\left(i\right)}\<x_r;$

其中x⁽ⁱ⁾_obs,y⁽ⁱ⁾_obs分别为各目标物的横向位置及纵向位置。

于另一实施例中，本发明提供一自动刹车方法，包含：侦测并辨识位于一车辆前方的一或多个目标物；利用一追踪模块追踪动态移动的多个目标物；利 用一碰撞轨迹预测模块依据车辆的一车体动态信息界定一碰撞轨迹；透过碰撞轨迹及各目标物的位置界定一可能碰撞范围及一非碰撞范围；若一或多个目标物中有落于可能碰撞范围内者，则利用一记忆体暂存器同时记录各目标物的坐标位置，若目标物中有起始落于可能碰撞范围内，但之后离开可能碰撞范围者，则将其数据自记忆体暂存器清除。若多个目标物中有落于可能碰撞范围内者，则以一碰撞时间预测模块预估各目标物与车辆的一碰撞时间；利用一决策模块对位于车辆正前方车道的目标物对应的碰撞时间进行分析，进而依危急程度决定提出警示、对车辆进行预刹车或致动车辆主动刹车；若车辆变换至其旁侧车道，而位于其旁侧车道的车辆正前方的目标物仍落于可能碰撞范围内，则持续利用决策模块依据碰撞时间，依危急程度决定提出警示、对车辆进行预刹车或致动车辆主动刹车。

前述的自动刹车方法中，若多个目标物中有起始落于非碰撞范围者，则不记录其数据。

前述的自动刹车方法中，侦测并辨识位于车辆前方的多个目标物可透过一侦测模块为的。侦测模块包含一深度撷取单元、一影像撷取单元及一综合处理单元；利用深度撷取单元可侦测并取得各目标物的一空间位置信息；利用影像撷取单元可撷取各目标物的影像进行辨识，并取得一影像特征信息；以及利用综合处理单元接收各目标物的空间位置信息及影像特征信息，并执行一评分机制以判断各目标物种类。于另一例中，侦测模块亦可使用卫星定位系统结合专用短程通信系统为的，其是利用卫星定位系统是获得车辆及各目标物的经纬度坐标；利用专用短程通信系统与各目标物相互传递行车信号，并透过坐标转换得到车辆与各目标物间的相对位置关系，进而可取得车辆与各目标物间的相对距离、相对角度或相对速度等，并可透过一识别码获得目标物种类。

前述的自动刹车方法中，追踪模块是透过一扩展式卡尔曼滤波演算法追踪多个目标物。此外，车身动态信息包含车辆于左右两侧移动的横向速度及横向加速度。扩展式卡尔曼滤波演算法如前述提及，不再赘述。

附图说明

图1是绘示依据本发明一实施例的自动刹车系统架构示意图；

图2是绘示图1中的侦测模块使用深度撷取单元结合影像撷取单元架构示 意图；

图3是绘示图1中的侦测模块使用卫星定位系统结合专用短程通信系统架构示意图；

图4是绘示依据本发明一实施例的自动刹车方法流程示意图；

图5是绘示本发明一应用例示意图；以及

图6是绘示本发明另一应用例示意图。

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的多个实施例。为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施例中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示的；并且重复的元件将可能使用相同的编号表示。

请参照图1，图1是绘示依据本发明一实施例的自动刹车系统架构示意图。

自动刹车系统100包含一侦测模块101、一追踪模块102、一碰撞轨迹预测模块103、一碰撞时间预测模块104以及一决策模块105。

透过侦测模块101，可侦测并辨识位于一车辆前方的多个目标物，以辨别目标物种类，例如目标物为行人、汽机车或脚踏车等；侦测模块101的侦测范围包含车辆向前移动时可能会碰触车体(含车身、后照镜、保险杆等)的范围。

当目标物动态移动时，则利用追踪模块102追踪定位，以便取得目标物坐标位置。

碰撞轨迹预测模块103依据车辆本身的车体动态信息，估测车辆与多个目标物可能发生碰撞的碰撞轨迹，并依据取得的碰撞轨迹及各目标物坐标位置界定出可能碰撞范围及非碰撞范围。

当一或多个目标物有落于可能碰撞范围者，则以碰撞时间预测模块104取得各目标物与车辆的碰撞时间。

决策模块105依据碰撞时间判断车辆的紧急处置动作，例如提出警示、对车辆进行预刹车或致动车辆主动刹车等。

上述自动刹车系统100包含一记忆体暂存器106。当一或多个目标物位于可能碰撞范围内，则同时将各目标物的坐标位置记录于记忆体暂存器106，若 多个目标物中，有起始即落于非碰撞范围者，则不记录其数据。另外，若多个目标物中，有起始落于可能碰撞范围内，但之后离开可能碰撞范围者，则将其数据自记忆体暂存器清除。借此，只要落于可能碰撞范围内的各目标物，皆将其数据记录，以令整体自动刹车系统100能于极端状况下(车速过快或与前方车距过近)即时反应，而无需于车辆变换车道时重启系统而影响行车安全。另外，若目标物落于非碰撞范围内，则其数据皆不被记录，借此避免系统资源耗费，加快系统反应速度。

上述侦测模块101可具有数种实施型态。基于现今行车环境愈趋复杂，纯以侦测深度(距离)或侦测影像方式已渐不敷所需。缘此，本发明提供至少两种可能实施例，请一并参照图2及图3。

图2中，侦测模块101是以一深度撷取单元101a结合一影像撷取单元101b实施的。深度撷取单元101a用以侦测并取得各目标物的空间位置信息(如距离、位置坐标等)；而影像撷取单元101b用以撷取各目标物的影像，并进行影响辨识以取得影像特征信息。另以一综合处理单元101c接收各目标物的空间位置信息及影像特征信息，并执行一评分机制以判断各目标物种类。前述将目标物的深度与影像结合的辨识方式可提升辩识率。

图3中，侦测模块101是以一卫星定位系统(GPS)201a结合一专用短程通信系统(DSRC)201b实施的。其是透过各车装设的卫星定位系统201a获得自身经纬度坐标，再透过专用短程通信系统201b于各车间相互传递信号，使各车都可得到其与邻车间的相对位置关系，进而推得相对距离、相对角度、相对速度，并由此可判断彼此的安全关系。关于前述结合卫星定位系统201a及专用短程通信系统201b的一示例，可一并参照中国台湾发明专利TW I356011B1的内容。

上述追踪模块102是透过一扩展式卡尔曼滤波演算法追踪定位动态移动的多个目标物，以便取得目标物位置。由于目标物并非局限于线性移动，为了能更精确的估算非线性移动的目标物动态，例如侦测动态目标物与车辆的相对距离或相对角度等，因此利用一扩展式卡尔曼滤波演算法来估算动态目标物的移动速度、移动方向及现行位置。

扩展式卡尔曼滤波演算法可以下列关系式表示：

以及${{\hat{x}}_k}^{-}=A{\hat{x}}_{i-1};$

其中xp_i为动态移动目标物的x轴位置，yp_i为动态移动目标物的y轴位置，v_i为动态移动目标物的速度，φ_i为动态移动目标物的行进方向，△t为输入动态移动目标物与车辆的连续相对位置的取样时间，A为动态移动目标物的状态变换模型。

关于前述扩展式卡尔曼滤波演算法应用的一示例，可一并参照中国台湾发明专利TW 201422473A内容。

上述车身动态信息中，包含车辆于左右两侧移动的横向速度及横向加速度，是用以得到碰撞轨迹的用。于车辆左右两侧的碰撞轨迹可由下列关系式表示：

$y_l\left(t\right)={\mathrm{\α}}_l{x}_l^2\left(t\right)+{\mathrm{\β}}_l{x}_l\left(t\right)+{\mathrm{\ϵ}}_l+y_{l0};$以及

$y_r\left(t\right)={\mathrm{\α}}_r{x}_r^2\left(t\right)+{\mathrm{\β}}_r{x}_r\left(t\right)+{\mathrm{\ϵ}}_r+y_{r0};$

其中：

x_i,y_i,i＝l,r分别为车辆于左右两侧的横向位置及纵向位置；

α_i,i＝l,r为车辆于左右两侧的移动的横向速度；以及

β_i,i＝l,r为车辆于左右两侧的移动的横向加速度。

上述可能碰撞范围可由下列关系式表示：

$y_{\mathrm{obs}}^{\left(i\right)}>y_l\left(t\right)\∩y_{\mathrm{obs}}^{\left(i\right)}>y_r\left(t\right)\∩x_{\mathrm{obs}}^{\left(i\right)}>x_l\∩x_{\mathrm{obs}}^{\left(i\right)}\<x_r;$

其中x⁽ⁱ⁾_obs,y⁽ⁱ⁾_obs分别为各目标物的横向位置及纵向位置。

使用上述的自动刹车系统100，其所实施的自动刹车流程请续参照图4。于图4中，本发明所揭示的自动刹车方法包含如下步骤：

S101，侦测并辨识位于一车辆前方的一或多个目标物。

S102，利用一追踪模块追踪动态移动的一或多个目标物。

S103，利用一碰撞轨迹预测模块依据车辆的一车体动态信息界定一碰撞轨迹。

S104，透过碰撞轨迹及各目标物的坐标位置界定一可能碰撞范围及一非碰撞范围。

S105，若至少一目标物中有落于可能碰撞范围内者，则将各目标物的坐标位置记录于一记忆体暂存器，并以一碰撞时间预测模块预估各目标物与车辆的一碰撞时间；若至少一目标物中有原本落于可能碰撞范围内，但之后离开可能碰撞范围而落于非碰撞范围内者，则将其相关数据自记忆体暂存器清除。

S106，利用一决策模块对位于车辆正前方车道的目标物对应的碰撞时间进行分析，进而依危急程度决定提出警示、对车辆进行预刹车或致动车辆主动刹车。

S107，若车辆变换至旁侧(左侧或右侧)车道，而位于旁侧车道的车辆正前方的目标物仍落于可能碰撞范围内，则利用决策模块依据车辆与目标物的碰撞时间，依危急程度决定提出警示、对车辆进行预刹车或致动车辆主动刹车。

前述步骤S101中，如前所述，可使用侦测模块101为之。侦测模块101可以一深度撷取单元101a结合一影像撷取单元101b实施，或以一卫星定位系统201a结合一专用短程通信系统201b实施。可透过专用短程通信系统201b传输识别码，得到邻车的类型。

前述步骤S105中，若目标物中有起始即已落于非碰撞范围者，则不记录其数据。

通过前述方法，无论于直线行驶或变换车道时，皆同时将可能发生碰撞的目标物位置数据记录，再依据各目标物与车辆的碰撞时间决定车辆后续的刹车辅助动作，令车辆于任何状况下皆能即时反应无延迟，提高行车安全。

请续参照图5及图6。图5是绘示本发明一应用例示意图。图6是绘示本发明另一应用例示意图。

于图5中，本发明的自动刹车系统100配置于车辆A上。当车辆A行驶时，首先利用自动刹车系统100的侦测模块101执行侦测并辨识，确认于其正前方车道L1及及左侧车道或右侧车道L2上的目标物为车辆B～E。于另一状况中，车辆B～E亦可能为机车、脚踏车或行人等。接续，利用自动刹车系统100的追踪模块102定位追踪动态移动的车辆B～E，并利用自动刹车系统100 的碰撞轨迹预测模块103，依据车辆A的车体动态信息估测车辆A与车辆B～E的碰撞轨迹T。对车辆A而言，其可能左右转向，故于车辆A的左右两侧皆可得碰撞轨迹T。接续，依据碰撞轨迹T及各车辆B～E的位置界定一可能碰撞范围S1及一非碰撞范围S2。若有落于可能碰撞范围S1者(如车辆B、C、D)，则将车辆B、C、D的坐标位置记录于自动刹车系统100的记忆体暂存器106，并以碰撞时间预测模块104预估车辆D、B、C相对于车辆A的多个碰撞时间TTC1、TTC2及TTC3。若起始即有车辆未落于可能碰撞范围S1，则不记录其数据。若起始于可能碰撞范围S1中的目标车辆已离开可能碰撞范围S1，则落于非碰撞范围S2，此时，则将其数据自记忆体暂存器106中清除。接续，自动刹车系统100的决策模块105依据碰撞时间TTC1、TTC2及TTC3，判断车辆A的后续处置动作。例如在车辆A与正前方车道L1的车辆B已相当接近时，则决策模块105依危急程度决定提出警示，或对车辆A进行预刹车以减缓车速或致动车辆A主动刹车至停止。于一紧急状况中，车辆A的驾驶员亦可能试图变换车道以避免碰撞，例如其欲将车辆A转向而切换至右侧车道L2。根据碰撞轨迹T的预测，当其变换至右侧车道L2时，位于车辆A正前方的车辆C亦落在可能碰撞范围S1内，故亦可能与车辆A发生碰撞，此时，自动刹车系统100的记忆体暂存器106仍记录有车辆C的碰撞时间TTC3，因此自动刹车系统100的决策模块105仍持续作动，依危急程度决定提出警示、对车辆A进行预刹车以减缓车速或致动车辆A主动刹车至停止。需至目标物因转向、加速或减速等动作，而至其落于本车(车辆A)的非碰撞范围S2时，亦即离开本车的可能碰撞范围S1时，才将其相关数据自记忆体暂存器106清除。通过上述，自动刹车系统100于紧急状况下仍持续动作，无需重新启动，借以增加于危急状况下的反应速度，提高行车安全。

于图5中，装设于本车(车辆A)的侦测模块101是使用深度撷取单元101a结合影像撷取单元101b的方式对车辆B～E进行辨识。于图6中，侦测模块101亦可有不同应用方式，其是使用卫星定位系统(GPS)201a结合专用短程通信系统(DSRC)201b为之，以取得与侦测模块101使用深度撷取单元101a结合影像撷取单元101b时不同的侦测范围。此应用方式是基于目前已逐渐发展成熟的车间通讯的架构。例如于车辆A～D皆建置有侦测模块101，并可透过专用短程通信系统201b互相传递行车相关信息(如行车航向、行车速度及位置等)。 实际实施时，架设以车辆A为主体，则可透过各车辆A～D上的卫星定位系统201a取得各车辆A～D的经纬度坐标，并经坐标换算后，将各车辆A～D透过卫星定位系统201a所获得的球面坐标系统转换成车辆B～D与车辆A彼此间的相对平面坐标系统，以便获得车辆B～D与车辆A彼此间相对的动态关系，同时可透过一识别码得知车辆B～D种类，例如大客车、货车、小型车或连结车等。接续再续行图4中的步骤S102～S107，以判断车辆A的相关作动。

综合以上，本发明的自动刹车系统100具有反应快速无延迟及变换车道无需重启等特点，其应用范围广泛，适用于各种行车状况，能有效提高行车安全。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。