专利名称：防撞系统与使用数据融合检测高架桥位置的方法
技术领域：
本发明涉及车辆防撞与缓解系统，并且尤其涉及基于数字地图与传 感的防撞系统，该系统利用数据融合来识别高架桥并修正危险评价算法， 以使得保持足够的预警距离，并且降低错误警报。
背景技术：
在车辆的防撞与预警系统的当前实现中主要关注的是，该系统典型 地存在显著数量的错误警报(即，对实际上不在车辆路线内的目标进行 紧急碰撞的预警)。这种关注尤其由于固定目标的接近、准确预测先前路 线中的当前限制以及雷达不能分辨不同高度目标而永久存在。传统系统 中的错误警报通常是由于高架桥、路旁的邮筒、陈旧的车辆等所造成的。高架桥是各种原因中特别关注的。第一，它们大量存在于州际高速 公路与其他干道上。第二，它们典型地横跨具有相对较高速限制的干路 的路线。第三，很难从形成真正潜在碰撞的路线内目标中区分出它们。 第四，可能是最关注的，当确定为真正的潜在碰撞而不是高架桥时，分 析逼近目标的信号强度趋势的当前高架桥检测算法通常不能提供足够的 预警距离。关于后者， 一旦检测到目标处于初始阈值距离，则评估雷达返回信号强度在多个递减的距离(参见，图1至3a)中的趋势，以确定特征信 号图像。然而，由于获得趋势数据的必要性，因此在这种方式以及相似 的方式下的高架桥确定经常导致在更短的"确切检测"距离处发出预警， 有时短到如60米。应该知道的是，为了使得车辆在到达目标之前停止， 以70mph (31米/秒)的速度运动的车辆所需要的预警距离为150米或更 长(假定反应时间为1秒，减速度为0.4g)。因此，为了获得高效的防撞系统，必须向操作者提供可靠且有效的 预警距离，因此，该系统必须能够及时区分由高架桥所产生的错误关注 与由真正的路线内目标所产生的潜在碰撞。发明内容针对传统防撞与缓解系统所产生的这些或其他关注，本发明提出了 一种改进的防撞系统，其利用数据融合来更加迅速与准确地确定高架桥 的存在。本发明的第一方面涉及一种适用于主车辆的供操作者使用的防撞系 统。该系统包括至少一个传感器，该传感器配置成检测位于距离车辆 最小阈值距离处的目标，以便于确定被检测目标的位置；以及地图数据 库，该地图数据库包括多个交叉链路(link),并且指示了高架桥位置。 该系统进一步包括定位器装置，该定位器装置与地图数据库通信连接， 并且配置成在地图数据库中检测车辆的当前位置坐标。最后，该系统包 括电子控制单元，该电子控制单元与所述传感器、数据库以及装置通信 连接，并且可编程地配置成自动执行预警评价算法；将被检测的目标 位置与高架桥位置相比较，以便于确定被检测的目标位置是否位于通常 高架桥位置；当被检测的目标位置位于通常的高架桥位置时，修改预警 评价算法；以及当算法的执行检测到潜在碰撞时，使得产生操作者可觉 察的预警或启动缓解操作。本发明的第二方面涉及一种修改该系统的第一预警评价算法的方 法，以便于降低由高架桥产生的错误警报，同时保持足够的预警距离。 该方法通常开始于自动确定当前位置坐标及车辆头部方向和从数据库检 索车辆前方预定的附近区域内至少一个高架桥位置的位置坐标的步骤。 接下来，检测位于距离车辆至少最小阈值距离处的逼近目标，并且确定 目标的检测位置坐标。将该检测位置坐标与来自数据库的所述至少一个 高架桥位置的位置坐标相比较。最后，如果检测的坐标通常地与数据库 高架桥位置的位置坐标相匹配，则执行第二算法，并且如果检测的坐标 与数据库高架桥位置的位置坐标不相匹配，则执行第三算法，其中所述 第三算法可在比第二算法更短的周期中执行，并且第二算法可在比第一 算法更短的周期中执行。应该理解与知道的是，与现有技术相比，本发明提供了许多优势， 包括例如进一步利用预先存在的车载导航以及地图数据库系统，能够更 加高效、可靠并且准确地确定高架桥，允许全雷达范围用于预警或缓解，并且增加使用多个重叠传感器情况下的冗余性。本发明的其他方面及优 势将通过以下对优选实施例的详细说明与附图变得显而易见。
以下将参照所附附图，将对本发明的优选实施例进行详细说明，其中图1为检测逼近目标(高架桥)的车辆后视图，尤其示例了初始检 测范围以及返回信号强度；图la为图1中示出的车辆与逼近目标的平面图，进一步示例了初始 范围以及返回信号强度；图2为检测逼近目标的车辆的后视图，尤其示例了第二检测范围以 及返回信号强度； .图2a为图2中示出的车辆与逼近目标的平面图，进一步示例了第二 范围以及返回信号强度；图3为检测逼近目标的车辆的后视图，尤其示例了第三检测范围以 及返回信号强度；图3a为图3中示出的车辆与逼近目标的平面图，进一步示例了第三 范围以及返回信号强度；图4为适用于在本发明的第一优选实施例中使用的车辆的平面图， 尤其示例了传感器、车载导航系统与地图数据库、定位器装置以及电子 控制单元；图5为合适的车辆的正视图，尤其示例了 GPS定位器装置的操作；图6为车载仪表盘监控器，尤其示例了包括多个链路以及预先确定 的高架桥位置的地图显示；图7为执行本发明的第一优选实施例方法的流程图，其中来自雷达 传感器与地图数据库的数据在数据融合模块中结合；图8为适用于在本发明的第二优选实施例中使用且具有第一与第二 传感器的车辆的平面图，其中两个传感器均检测位于距离车辆最小阀值 距离位置处的逼近固定目标(高架桥)，并且第一传感器进一步检测一段 周期内的运动目标(以虚线示出)，以便于获得轨迹数据；以及图9为执行本发明的第二优选实施例的方法的流程图，其中来自不同传感器与地图数据库的数据在数据融合模块中结合。
具体实施方式
如图4和5中所示，本发明涉及防撞系统IO，其适用于行进的主车 辆12并供操作者14使用。通常，系统10融合传感器(典型为雷达系统) 与数据库数据，以确定高架桥16存在于车辆前进路线中。电子控制单元 (ECU) 18可编程地配置，以执行在此所述的各种算法与功能，并且可 以包括单个单元或多个通信连接的中间或组件控制单元，该中间或组件 控制单元配置成在传递至中央单元之前对输入数据进行操作。因而，应 该知道的是，主车辆12包括足够的电子与软件功能，以实现预期的益处， 其中所述能力易于由本领域普通技术人员确定，因此不再作进一步说明。系统10包括车载导航系统以及可更新的地图数据库20,地图数据库 20通信地连接至ECU 18。如图6中所示，优选的车辆地图数据库20包 括多个互连的链路22 (即，表示干道的三维地图点的分组)，并且优选地 指示了预先确定的上坡(above-grade)或高架桥位置24,其中两个或更 多链路22以不同的坡度(grade)相互横过。区域地图，链路22,以及 高架桥位置24优选地显示于操作者14可觉察的地图显示器20a上。更 优选地，每个链路22进一步提供可以用以改进预警判断的交通状况数据， 例如最高速度限制，或湿路面状况。系统10还包括定位器装置26，其配置成定位绝对位置(例如，纬度， 经度，以及高度)以及优选地定位主车辆12的头部方向。如图4和5中 所示，优选的定位器装置26包括通信地连接至轨道运行卫星的全球定位 系统(GPS)接收器28，以及航位推测系统。可替换地，定位器装置26 可以利用蜂窝电话的网络或利用使用射频识别(RFID)的系统。如图6 所示，接收器28通信连接至地图数据库20，并且共同地配置成确定车辆 12在地图显示器20a上的当前位置坐标Cp。如前所述，系统10进一步包括至少一个传感器30，其配置成检测位 于最小阈值距离处的路线内目标或高架桥。传感器30可以使用任何合适 的技术，包括图像/照相机，红外线，雷达，激光雷达，或激光技术。例 如可以利用能够检测距离至少150米更优选地250米的最小阈值距离的 单车道高架桥的远程雷达检测器。如图7和9中所述，地图数据库20,定位器装置26，以及传感器30 通信连接，并且优选地将输入数据提供到由ECU 18自动执行的数据融合 模块。ECU 18融合输入数据，以确定高架桥位置是否由各个传感器30 与地图数据库20交叉确证。如果数据融合模块确定了确证的高架桥位置, 则系统10进一步配置成产生可由操作者14觉察的预警，和/或当满足危 险评价算法时，启动缓解操作。本发明的以下第一与第二实施例典型地 提供了两个可以使用的传感器/地图数据库结构-l.基于雷达与地图的判断在第一实施例中，优选地将预先存在的车载导航系统地图数据库20 与传统的基于雷达的高架桥检测系统相结合。 一旦由传感器30检测到目 标16，便确定传感器检测的范围与相对目标位置。ECU 18，定位器装置 26，以及地图数据库20共同地配置成在被检测目标位置通常的附近区域 (例如，50米内)，在地图数据库20的前方地图预览中搜寻高架桥位置 24。如果在前方地图预览中未发现相匹配的高架桥位置24,优选的系统 10立即发出预警，以使得车辆12与目标16隔开足够的距离。然而，如果在前方地图预览中发现相匹配的高架桥位置24,则雷达 信号趋势分析模块使用更低的阈值来寻找雷达返回信号的减幅(即，衰 减)的特征趋势。也就是说，该结构中的雷达信号分析可以在比传统评 价周期更短的周期中执行(例如，两个返回信号强度的采样对三个返回 信号强度的采样)，以使得在距离目标16更远处向车辆12发出预警。例 如，如果趋势提供了在Xo……Xn强度的采样中的明显的衰减率，贝ij认为 目标16为高架桥，其中该衰减率取自渐进地连续的强度之间的差值(即， Xn-X^等)，但是如果不存在明显的衰减趋势(例如，差为正)，则认为 目标在路线内，并且发出预警，和/或启动缓解操作，例如启动车辆12 的制动模块32。应该知道的是，尽管有相匹配的高架桥位置判断，但雷 达趋势分析对检测位于高架桥之下的在路线内的目标仍然是必要的。如图7中所示的，在第一实施例中的优选操作方法包括第一步骤100， 其中包括多个链路的地图数据库20存在于主车辆12中。在步骤102处， 使用GPS导航系统确定当前的车辆位置，并且从地图数据库20找到车辆 12附近的链路。接下来，在步骤104处，确定车辆12的向前行进方向，并且进一步从地图数据库20获得车辆12的即刻向前行进路线的链路。 在步骤106处，根据链路的地理点确定所获链路的几何结构，并且识别 交叉点(基于x， y坐标值)。在步骤108处，基于设置在点上的坡度等 级(grade level)(即z坐标值)将交叉点分类为"在地面上(at grade)"或 "高架桥"。可替换地，应该知道的是，步骤100， 106以及108可以在 步骤100中合并，因为高架桥位置24可以预先识别并在数据库中制成表 格。在步骤110处，雷达子系统检测目标，确定被检测目标的位置，并 且将其传输至数据融合模块。在步骤112处，模块将被检测的目标位置 与高架桥位置24相比较，以使得如果被检测目标的位置与地图识别的高 架桥位置24不一致，则在步骤114a处认定被检测的目标16在路线内而 无需考虑信号强度趋势数据，并且使得产生预警或启动缓解。然而，如 果，被检测的目标位置与髙架桥位置24相一致，则在步骤114b处，雷 达子系统与ECU 18在縮短的周期中进行对目标16的信号强度趋势数据 的分析，以判断其是否为高架桥的步骤。在步骤116处，将趋势与阈值 相比较，以确定是否真正存在在路线内目标。如果满足阏值，则认定目 标16在路线内，并且按照114a使得产生预警或启动缓解操作；否则该 方法返回步骤102。2.雷达、图像以及地图判断在第二优选实施例中，ECU 18在高架桥判断过程中融合来自多个不 同传感器30和地图数据库20的输入，以增加冗余性与能力。在图8示 例的示例实施例中，例如，除了雷达子系统30a之外，使用基于图像或 照相机的传感器30b，其可操作用以检测正逼近高架桥的特征图案。雷达 子系统30a进一步配置成共同地确定多个目标的轨迹数据，并且分析该 数据，以确定运动目标16m是否穿过固定目标轨迹的位置。与第一实施 例相似，利用车载导航系统与地图数据库20来确定是否存在与传感器检 测的目标位置相匹配的高架桥位置24。尤其，图像传感器30b配置成确定高架桥特征图案是否存在，其中， 例如，该图案可以包括对于横穿视野范围的宽目标、相对于地平面的水 平目标、位于目标之上的更高光强(在白天)和/或位于目标之下的更低光强(在白天)的检测。可替换地，反射面或其他标记可以布置于高架桥上，以便于直接将高架桥的存在传输至传感器30b。如果确定了高架桥 特征图案，和/或雷达子系统通过固定轨迹检测运动目标，随即査询地图 数据库20。参照图9，执行本发明第二实施例的优选方法开始于第一步骤200, 通过图像传感器30b检测目标16，并且确定其相对目标位置。在步骤202 处，评估被检测的目标，以确定高架桥特征图案是否存在。如果确定了 高架桥特征图案，则将相关的输入数据传输至数据融合模块，并且该方 法进行至步骤204。如果未确定高架桥图案，该方法返回至步骤200。与此同时，在步骤200a处，通过在一定周期内确定多个目标的相对 目标位置来使用雷达子系统30a而跟踪该多个目标。在步骤202a处，检 查各个轨迹数据，以确定是否存在横跨干道宽度的宽固定目标16，禾口/ 或检测通过固定目标位置的运动目标16m的存在。匆果发现运动目标横 过了固定目标位置，则认定雷达所检测的固定目标16为高架桥，并且将 相关的输入数据传输至进行步骤204的数据融合模块；否则，雷达子系 统返回步骤200a。在步骤204处，数据融合模块将对来自每个传感器30a， b的高架挢 识别位置进行合并，并且更优选地，对由两个传感器所检测的那些高架 桥位置分配加权因子。在步骤206处，使用定位器装置26确定车辆12 的当前位置坐标，并且一从地图数据库20检索车辆12附近的链路。从当 前位置坐标，目标16， 16m的绝对位置坐标可以根据其相对定位而确定。 接下来，在步骤208处，确定车辆12的头部方向，以及向前行进的方向， 并且从地图数据库20检索车辆12的向前运动路线的附近的链路。在步 骤210处，根据道路的地图点确定检索到的道路的几何结构，并且识别 正逼近的交叉点。在步骤212处，基于在点处提供的坡度等级标记，将 交叉点划分为"在地面上"或"高架桥"。在步骤214处，将高架桥确定 交叉点传输至数据融合模块，并且在步骤216处，将该交叉点与传感器 确定的高架桥位置相比较。最后，在步骤216a处，如果传感器检测的高架桥位置与地图识别的 高架桥位置24不一致，则认定目标16在路线内并且在地面上，而不需要为了消除目标为高架桥的可能性而考虑信号强度趋势数据。换句话说，当被检测的高架桥得不到数据库20确认时，即使两个传感器30a, b均 检测到高架桥的位置，系统10仍将立即发出预警。然而，如果传感器检 测的高架桥位置与地图数据库的高架桥位置24相一致，则在步骤216b 处考虑信号强度趋势数据，以确定目标是否在地面上的路线内或离开了 坡度等级路线，或者仅由图像传感器检测时，可以进行进一步的分析， 以确定是否也存在路线内目标图案。以上说明的本发明的优选形式仅用于示例，而并不在解释本发明的 范围时以限制的意义来使用。在不背离本发明精神的情况下，本领域技 术人员可以容易地进行如在此所提出的对典型实施例及操作方法的显而 易见的修改。因此发明者声明，其意图在于对于任何在本质上并未背 离但超出了如在以下权利要求中提出的本发明的字面范围的系统或方 法，应该依据等同原则来确定与评价本发明的合理公平范围。
权利要求
1.一种适用于主车辆的供操作者使用的防撞系统，所述系统包括至少一个传感器，所述传感器配置成检测位于距离车辆最小阈值距离处的目标，以便于确定被检测目标的位置；地图数据库，所述数据库包括多个交叉链路，并且指示高架桥位置；定位器装置，所述定位器装置与地图数据库通信连接，并且配置成在地图数据库中检测车辆的当前位置坐标；以及电子控制单元，所述电子控制单元与所述传感器、数据库以及装置通信连接，并且可编程地配置成自动地执行预警评价算法，将被检测目标的位置与高架桥位置相比较，以便于确定被检测的目标位置是否通常地位于高架桥位置，当被检测的目标位置位于通常的高架桥位置时，修改预警评价算法，并且当算法的执行检测到潜在碰撞时，使得产生可由操作者觉察的预警，或使得执行由车辆操纵的缓解。
2. 根据权利要求1所述的系统，所述至少一个传感器利用从基本上由雷达、激光雷达、红外线、图 像以及激光技术所组成的组中选择的技术。
3. 根据权利要求2所述的系统，所述传感器利用雷达技术，并且配置成在一定周期内检测目标，以 便根据目标的检测确定多个返回信号强度，所述算法包括确定连续强度之间的差值中的趋势，其中从在后的强 度减去在前的强度。
4. 根据权利要求3所述的系统， 所述单元配置成当趋势为正时使得产生预警。
5. 根据权利要求3所述的系统，所述单元配置成当被检测的目标位于通常的高架桥位置时，通过縮 短周期修改算法，并且根据目标的检测确定更少量的多个返回信号强度。
6. 根据权利要求3所述的系统，所述单元配置成当被检测的目标不位于通常的高架桥位置时，修改 算法，以便一旦由传感器检测到目标时，就立即产生预警。
7. 根据权利要求1所述的系统， 所述定位器装置包括GPS接收器，所述单元、装置以及数据库进一步配置成检索数据库中当前位置坐 标的预定的附近内的部分，并且将当前位置坐标与在所述部分中的高架 桥位置相比较。
8. 根据权利要求1所述的系统，其中最小阈值距离为150米。
9. 一种适用于主车辆的供操作者使用的防撞系统，所述系统包括 第一传感器，所述第一传感器利用第一技术，并且配置成检测位于距离车辆最小阈值通常距离处的第一固定目标，以便于确定传感器检测 的位置；第二传感器，所述第二传感器利用第二技术，并且配置成检测位于 距离车辆最小阈值通常距离处的第一 目标，地图数据库，所述地图数据库包括多个交叉链路，并且指示高架桥 位置；定位器装置，所述定位器装置与地图数据库通信连接，并且配置成 在地图数据库中检测车辆的当前位置坐标；以及电子控制单元，所述电子控制单元与所述传感器、数据库以及装置 通信连接，并且可编程地配置成自动地执行预警评价算法，将被检测的目标位置与高架桥位置相比较，以便确定被检测的目标 位置是否通常地位于高架桥位置，当被检测的目标位置通常地位于高架桥位置时，修改预警评价算法,并且当算法的执行检测到与第一目标的潜在碰撞时，使得产生可由操作 者觉察的预警，或执行由车辆操纵的缓解。
10. 根据权利要求1所述的系统，所述第一传感器利用雷达技术， 所述第二传感器利用图像技术。
11. 根据权利要求io所述的系统，所述第一传感器与所述单元共同地配置成进一步检测第二目标，其 中第二目标正在运动，在并发检测的第一时段内确定第一与第二目标的 轨迹数据，并且确定在第一时段过程中，第二目标是否穿过第一目标的 位置。
12. 根据权利要求10所述的系统，所述第二传感器与所述单元共同地配置成进一步检测第一目标的特 征图案，并且确定所述图案是否代表高架桥。
13. 根据权利要求12所述的系统，所述特征图案包括横穿视野、相对于地平面的水平纵向方向的宽目标。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述图案进一步包括当在白天检测目标时，位于目标之上的 更高的光强，以及位于目标之下的更低的光强。
15. 根据权利要求10所述的系统，所述第一传感器与所述单元共同地配置成进一步检测第二目标的存 在，其中第二目标正在运动，在并发检测的第一时段内确定目标的轨迹 数据，并且确定在第一时段过程中，第二目标是否穿过第一目标的位置，所述第二传感器与所述单元共同地配置成进一步检测第一目标的特 征图案，并且确定所述图案是否代表高架桥，所述单元进一步配置成将第一传感器检测的第二目标从中穿过的第 一目标位置与第二传感器检测的具有高架桥特征图案的目标位置结合为 高架桥位置的单个表格。
16. 根据权利要求15所述的系统，所述单元进一步配置成当第二目标穿过第一目标的位置时，或所述 图案代表高架桥时，以及被检测的目标位置通常地位于高架桥位置时， 修改算法。
17. 根据权利要求16所述的系统，所述第一传感器与所述单元共同地配置成从第一 目标的检测中确定 多个返回信号强度，所述算法包括确定连续强度之间的差值中的趋势。
18. 根据权利要求17所述的系统，所述单元配置成当检测的目标位置位于通常的高架桥位置时，通过 从目标的检测中确定更少量的多个返回信号强度而修改算法。
19. 根据权利要求17所述的系统，所述单元配置成当被检测的目标位置并非位于通常的高架桥位置 时，修改算法，以便于立即产生预警。
20. —种修改适用于车辆的基于传感器防撞系统的第一预警评价算 法的方法，以便降低由高架桥产生的错误警报，所述方法包括步骤a. 自动地确定当前位置坐标，以及车辆的头部方向；b. 自动地从数据库中检索车辆前方预定的附近区域中至少一个高架 桥位置的位置坐标；c. 检测距离车辆至少最小阈值距离处的逼近目标，并且确定目标的 被检测的位置坐标；d. 将所检测的位置坐标与来自数据库的所述至少一个高架桥位置的 位置坐标相比较；并且e. 如果所检测的坐标通常与数据库高架桥位置的位置坐标相匹配， 则执行第二预警评价算法，并且如果所检测的坐标与数据库高架桥位置 的位置坐标不匹配，则执行第三预警评价算法，其中所述第三预警评价 算法可在比第二预警评价算法更短的周期中执行，并且第二预警评价算 法可在比第一预警评价算法更短的周期中执行。
全文摘要
提供一种用于车辆的防撞系统，以及一种修改该系统的第一预警评价算法的方法，用以降低由高架桥产生的错误警报，并保持足够的预警距离，其中该系统包括至少一个传感器，其可操作为检测目标位置；定位器装置，其可操作为确定车辆当前位置坐标；地图数据库，其提供车辆前方多个高架桥位置；以及电子控制单元，其可操作为如果检测的目标位置通常与高架桥位置相匹配，则执行第二算法，并且在优选的实施例中，如果检测的位置与高架桥位置不相匹配，则执行第三算法，以使得第三算法可在比第二算法更短的周期中执行，并且第二算法可在比第一算法更短的周期中执行。
文档编号G01C21/26GK101241188SQ200810085660
公开日2008年8月13日 申请日期2008年2月5日 优先权日2007年2月6日
发明者S·Y·埃尔米斯, V·萨德卡 申请人:通用汽车环球科技运作公司