一种基于视觉交通灯信息的车辆辅助驾驶装置的制作方法

本发明涉及智能交通控制领域，尤其涉及一种基于视觉交通灯信息的车辆辅助驾驶装置。

背景技术：

交通信号灯用于控制路口的交通秩序和流量，但在传统车辆驾驶模式下，只有交通灯进入驾驶员视野后，驾驶员才能采取相应措施。如果驾驶员能够提前获取路口交通灯信息和前方车辆信息，就可以计算通过交通路口的时间，从而提前加速或减速，平稳通过交通路口，既减缓交通拥堵，又避免频繁加速或减速带来的高油耗、低舒适性等问题。

在现有辅助驾驶或无人驾驶场景中，大多数解决方案强调：车辆作为独立个体，其驱动和控制是通过车辆自身传感设备(如视觉、雷达等)感知周围环境，与交通基础设施并无信息交互，无法获取前方路口交通灯信息和前方车辆信息，即：车辆的驱动和控制并不将前方路口交通灯信息和前方车辆信息作为参照进行综合考虑，使得车辆在驶近交通路口时，往往会出现加速行驶—减速到路口或车流末端—等待红灯或尾随车流慢行的通行状况，特别是一旦路口出现拥堵车流时，由于不能及时通知后续车辆的快速驶近，导致路口排队车辆越来越长，拥堵现象越来越严重；即使在部分智能交通控制方案中，车辆可以通过交通基础设施综合交通灯信息和前方车辆信息，但仅限于通过提醒(如语音、显示等)方式提醒驾驶员，车辆自身并无主动采取控制措施。理论表明，车辆在相对匀速的工况下行驶，不仅舒适性提高，还可以降低油耗，提高车辆使用寿命，因此，上述情况导致的路口交通拥堵、频繁加速或减速带来的高油耗、低舒适性等问题，有待通过引入路口状态和道路车辆综合信息，以及通过车辆辅助驾驶系统的无需人为干预的自动加速和减速控制，进行有效的改善。

技术实现要素：

鉴于现有技术的上述不足，本发明提供一种基于视觉交通灯信息的车辆辅助驾驶装置。采用本发明后，可以在车辆在驶近交通路口时，减少车辆频繁加减速次数，优化车辆控制，降低油耗，提高舒适性，同时减缓交通路口的交通拥堵，使车辆平稳通过交通路口。

本发明通过以下技术方案实现。

一方面，提供一种基于视觉交通灯信息的车辆辅助驾驶装置，所述装置包括：布设在路口的视觉交通灯装置、道路感知区域的多个感知通信节点及安装于车辆的辅助驾驶系统。

所述布设在路口的视觉交通灯装置用于通过摄像头采集路口状态信息，包括交通灯时间状态和车流长度信息，向第一感知通信节点发送。

所述道路感知区域的多个感知通信节点包括第一感知通信节点、第二感知通信节点等，用于接收视觉交通灯装置发送的路口状态信息和感知范围内的车辆位置信息，向后继感知通信节点转发，并向通信范围内的车辆发送。

所述安装于车辆的辅助驾驶系统用于接收路口状态信息和车辆位置信息，计算当前车速下与最近车辆的目标车速，预测到达路口时交通灯状态，自动控制车辆执行加速或减速操作。

进一步的，所述视觉交通灯装置包括摄像头模块、交通灯模块和控制模块。

所述摄像头模块用于采集路口图像，计算路口车流长度。

所述交通灯模块用于采集交通灯时间状态信息。

所述控制模块用于综合交通灯时间状态和路口车流长度信息，向第一感知通信节点发送。

进一步的，所述车辆辅助驾驶系统包括辅助驾驶控制模块、加速控制模块、减速控制模块、显示提醒模块。

所述辅助驾驶控制模块用于获取自身车速、加速控制或者减速控制信息，接收感知通信节点发送的路口状态信息和车辆位置信息，计算当前车速下与最近车辆的目标车速，预测到达路口时交通灯状态，并向加速控制模块或减速控制模块发出加速控制信号或减速控制信号。

所述加速控制模块用于接收辅助驾驶控制模块发出的加速控制信号，并执行相应的车辆加速操作。

所述减速控制模块用于接收辅助驾驶控制模块发出的减速控制信号，并执行相应的车辆减速操作。

所述显示提醒模块用于将加速或减速控制信息通过提醒(如语音、显示等)方式提醒驾驶员。

另一方面，提供一种基于视觉交通灯信息的车辆辅助驾驶装置，所述装置的运行至少包括如下步骤。

步骤一：视觉交通灯装置用于通过摄像头采集路口状态信息，包括交通灯时间状态和车流长度信息，向第一感知通信节点发送。

步骤二：道路感知区域的的第一感知通信节点接收视觉交通灯装置发送的路口状态信息和感知范围内的车辆位置信息，生成第一综合道路信息{交通灯时间状态、路口车流长度信息、第一感知范围车辆位置信息}，向后继的第二感知通信节点转发，并将第一综合道路信息向第一感知通信范围内的车辆发送。

步骤三：第一感知通信范围内的车辆获取自身车速、加速控制或者减速控制信息。

步骤四：第一感知通信范围内的车辆根据交通灯时间状态和路口车流长度信息，计算车辆当前位置与路口车流末端位置之间的距离，以及按照当前自身车速结合当前加速或减速控制信息到达路口车流末端的时间，若：(1)到达路口交通灯时，交通灯为绿灯，则保持当前车速行驶；(2)到达路口交通灯时，交通灯为红灯或黄灯，则根据到达车流末端的时间和红灯剩余时间，以使车辆到达路口交通灯时交通灯转为绿灯为目标，计算目标车速。

步骤五：第一感知通信范围内的车辆根据计算的目标车速，自动控制车辆执行加速或减速操作，并提醒驾驶员。

步骤六：第二感知通信节点接收第一感知通信节点的第一综合道路信息，以及感知范围内的车辆位置信息，生成第二综合道路信息{交通灯时间状态、路口车流长度信息、第二感知范围车辆位置信息}，向后继的第三感知通信节点转发，并将第二综合道路信息向第二感知通信范围内的车辆发送。

步骤七：后继第n感知通信节点接收第(n-1)感知通信节点的第(n-1)综合道路信息，以及感知范围内的车辆位置信息，生成第(n-1)综合道路信息{交通灯时间状态、路口车流长度信息、第(n-1)感知范围车辆位置信息}，向后继的第(n+1)感知通信节点转发，并将第(n-1)综合道路信息向第(n-1)感知通信范围内的车辆发送。

步骤八：第二和第n感知通信节点范围内的车辆分别获取自身车速、加速控制或者减速控制信息。

步骤九：第二和第n感知通信节点范围内的车辆根据接收的感知范围车辆位置信息，计算车辆当前位置与最近车辆之间的距离，以及按照当前自身车速结合当前加速或减速信息到达最近车辆的时间。

步骤十：第二和第n感知通信节点范围内的车辆根据计算的目标车速，自动控制车辆执行加速或减速操作，并提醒驾驶员。

进一步的，第一感知通信范围内的车辆计算目标车速的方法为：设根据摄像头拍摄图像计算出来的车流长度为L(路口到车流末端的长度)，车流平均速度为V1，车辆距离车流末端的距离为S，车辆自身速度为V2，则车辆到达路口交通灯的时间为(L/V1+S/V2)。

根据当前交通灯状态信息，经过(L/V1+S/V2)时间后，如果交通灯为绿色，则车辆保持当前车速V2行驶；如果交通灯为红色或黄色，并且距离转变为绿灯还有时间T，计算目标车速为：

V＝(L+S)/(L/V1+S/V2+T)。

进一步的，第二至第n感知通信范围内的车辆计算目标车速的方法为：设车辆当前位置与最近前车之间的距离为S，前车速度为V1，车辆自身速度为V2，则当S/(V1-V2) ＝Thres时，保持当前车速；当S/(V1-V2)<Thres时，车辆减速至V2；当S/(V1- V2)>Thres时，车辆加速至V1。

进一步的，装置将计算出的目标车速、车辆辅助驾驶系统发出的加速或减速指令通过声音播放或仪表显示的方式提醒驾驶员。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：本发明提出的一种基于视觉交通灯信息的车辆辅助驾驶装置，通过引入路口状态和道路车辆综合信息，使车辆在驶近交通路口时，减少车辆频繁加减速次数，优化车辆自动控制，降低油耗，提高舒适性，同时减缓交通路口的交通拥堵，使车辆平稳通过交通路口。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于视觉交通灯信息的车辆辅助驾驶装置的模块结构图。

图2为本发明提出的一种基于视觉交通灯信息的车辆辅助驾驶装置的工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做进一步详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

本发明的基本实施部署方式如附图1所示，包括：布设在路口的视觉交通灯装置1、道路感知区域的多个感知通信节点2及安装于车辆的辅助驾驶系统3。

其中，视觉交通灯装置1包括摄像头模块1.1、交通灯模块1.2和控制模块1.3；感知通信节点2包括第一感知通信节点2.1、第二感知通信节点2.2、….、直至第n感知通信节点2.3；辅助驾驶系统3包括辅助驾驶控制模块3.1、减速控制模块3.2、显示提醒模块3.3 和加速控制模块3.4。

其中，所述摄像头模块1.1用于采集路口图像，计算路口车流长度；所述交通灯模块 1.2用于采集交通灯时间状态信息；所述控制模块1.3用于综合交通灯时间状态和路口车流长度信息，向第一感知通信节点发送。

其中，所述第一感知通信节点2.1用于接收视觉交通灯装置发送的路口状态信息和感知范围内的车辆位置信息，生成第一综合道路信息{交通灯时间状态、路口车流长度信息、第一感知范围车辆位置信息}，向后继的第二感知通信节点转发，并将第一综合道路信息向第一感知通信范围内的车辆发送；第二感知通信节点2.2用于接收第一感知通信节点的第一综合道路信息，以及感知范围内的车辆位置信息，生成第二综合道路信息{交通灯时间状态、路口车流长度信息、第二感知范围车辆位置信息}，向后继的第三感知通信节点转发，并将第二综合道路信息向第二感知通信范围内的车辆发送；第n感知通信节点2.3接收第 (n-1)感知通信节点的第(n-1)综合道路信息，以及感知范围内的车辆位置信息，生成第 (n-1)综合道路信息{交通灯时间状态、路口车流长度信息、第(n-1)感知范围车辆位置信息}，向后继的第(n+1)感知通信节点转发，并将第(n-1)综合道路信息向第(n-1)感知通信范围内的车辆发送。

其中，所述辅助驾驶控制模块3.1用于获取自身车速、加速控制或者减速控制信息，接收感知通信节点发送的路口状态信息和车辆位置信息，计算当前车速下与最近车辆的目标车速，预测到达路口时交通灯状态，并向加速控制模块或减速控制模块发出加速控制信号或减速控制信号；所述减速控制模块3.2用于接收辅助驾驶控制模块发出的减速控制信号，并执行相应的车辆减速操作；所述加速控制模块3.3用于接收辅助驾驶控制模块发出的加速控制信号，并执行相应的车辆加速操作；所述显示提醒模块3.4用于将加速或减速控制信息通过提醒(如语音、显示等)方式提醒驾驶员。

如图2所示，本发明提供的一种基于视觉交通灯信息的车辆辅助驾驶装置的工作流程为：。

(S1)视觉交通灯装置用于通过摄像头采集路口状态信息，包括交通灯时间状态和车流长度信息，向第一感知通信节点发送。

(S2)道路感知区域的第一感知通信节点接收视觉交通灯装置发送的路口状态信息和感知范围内的车辆位置信息，生成第一综合道路信息{交通灯时间状态、路口车流长度信息、第一感知范围车辆位置信息}，向后继的第二感知通信节点转发，并将第一综合道路信息向第一感知通信范围内的车辆发送。

(S3)第一感知通信范围内的车辆获取自身车速、加速控制或者减速控制信息。

(S4)第一感知通信范围内的车辆根据交通灯时间状态和路口车流长度信息，计算车辆当前位置与路口车流末端位置之间的距离，以及按照当前自身车速结合当前加速或减速控制信息到达路口车流末端的时间，若：(1)到达路口交通灯时，交通灯为绿灯，则保持当前车速行驶；(2)到达路口交通灯时，交通灯为红灯或黄灯，则根据到达车流末端的时间和红灯剩余时间，以使车辆到达路口交通灯时交通灯转为绿灯为目标，计算目标车速。

(S5)第一感知通信范围内的车辆根据计算的目标车速，自动控制车辆执行加速或减速操作，并提醒驾驶员。

(S6)第二感知通信节点接收第一感知通信节点的第一综合道路信息，以及感知范围内的车辆位置信息，生成第二综合道路信息{交通灯时间状态、路口车流长度信息、第二感知范围车辆位置信息}，向后继的第三感知通信节点转发，并将第二综合道路信息向第二感知通信范围内的车辆发送。

(S7)后继第n感知通信节点接收第(n-1)感知通信节点的第(n-1)综合道路信息，以及感知范围内的车辆位置信息，生成第(n-1)综合道路信息{交通灯时间状态、路口车流长度信息、第(n-1)感知范围车辆位置信息}，向后继的第(n+1)感知通信节点转发，并将第(n-1)综合道路信息向第(n-1)感知通信范围内的车辆发送。

(S8)第二和第n感知通信节点范围内的车辆分别获取自身车速、加速控制或者减速控制信息。

(S9)第二和第n感知通信节点范围内的车辆根据接收的感知范围车辆位置信息，计算车辆当前位置与最近车辆之间的距离，以及按照当前自身车速结合当前加速或减速信息到达最近车辆的时间。

(S10)第二和第n感知通信节点范围内的车辆根据计算的目标车速，自动控制车辆执行加速或减速操作，并提醒驾驶员。

其中，第一感知通信范围内的车辆计算目标车速的方法，可以但不限于如下方法：根据摄像头拍摄图像计算出来的车流长度为L(路口到车流末端的长度)，车流平均速度为 V1，车辆距离车流末端的距离为S，车辆自身速度为V2，则车辆到达路口交通灯的时间为 (L/V1+S/V2)。

根据当前交通灯状态信息，经过(L/V1+S/V2)时间后，如果交通灯为绿色，则车辆保持当前车速V2行驶；如果交通灯为红色或黄色，并且距离转变为绿灯还有时间T，计算目标车速为：

V＝(L+S)/(L/V1+S/V2+T)。

其中，第二至第n感知通信范围内的车辆计算目标车速的方法，可以但不限于如下方法：设车辆当前位置与最近前车之间的距离为S，前车速度为V1，车辆自身速度为V2，则当S/(V1-V2)＝Thres时，保持当前车速；当S/(V1-V2)<Thres时，车辆减速至V2；当S/(V1-V2)>Thres时，车辆加速至V1。

其中，装置将计算出的目标车速、车辆辅助驾驶系统发出的加速或减速指令通过声音播放或仪表显示的方式提醒驾驶员。

需要说明的是，上述实施例仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要将上述功能分配由不同的模块完成，即将内部结构划分为不同的功能模块，以完成上述的全部或者部分功能。

上述的实施例仅为本发明的优选实施例，不能以此来限定本发明的权利范围，因此，依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。