通过距离传感器的车道保持系统的车道延伸的制作方法

本公开总地涉及用于自动化车辆的车道保持系统，并且更具体地涉及当车道标记未被相机检测到时使用距离传感器以操作自动化车辆。

发明

背景技术：

已经提出当人类操作者需要辅助时仅驾驶车辆或当有必要时简单地向人类操作者提供警告的完全自动化的(即自主的)车辆或部分自动化的车辆的控制以辅助横向控制(即转向)的系统。通常，视觉传感器或相机是确定相对于道路上的车道标记的车道位置的主要装置。然而，当视觉信息不可得、劣化或以其他方式不可用时，问题出现了。

发明概述

不具有足够的视觉信息以操作横向控制应用的问题能够通过使用前面、侧面和/或后面的距离传感器解决。本文中所描述的系统可以是经济上有优势的，因为这些传感器通常已经为其他传感系统存在了。距离传感器可以包括雷达或激光雷达。可以采用这些传感器以指示到车辆周围静止的或移动的物体的距离，可以包括路缘、障碍、墙壁、树木、草木、地形特征、汽车、卡车和其他道路物体。例如，可能已经将雷达安装在车辆上用于自适应巡航控制、碰撞避免和减轻、盲点警告或停车辅助。当视觉数据暂时不可用时，对用于标识主车辆周围的场景的视觉和距离传感器的结合的使用能跟随控制的可用性提供延伸道路的可行的方法。

视觉通常是用于车道保持或车道跟随控制的主要传感器，并且通常以安装在前方的相机的形式提供，其通过检测在车辆前面的车道标记分布产生对车道方向的指示。雷达或激光雷达是能够以相似的方式将地形绘制成地图以生成沿着道路的轮廓的次传感源。与视觉车道信息最强地相关的绘制的轮廓被选择并且相对于视觉数据被校准以提供用于车道跟随控制的次信息源。

如果车道标记减弱并且视觉数据变得不可用，当车道数据仍然可用时先前已经被校准或与可用的车道标记数据相关的雷达/激光雷达绘制的轮廓数据应当仍然存在，并且能够用于继续向车道跟随控制系统提供道路信息的任务。不基于雷达/激光雷达的车道跟随转向控制能够继续，只要绘制的数据的可信度水平保持高于指定的可信度阈值或直到诸如两个传感器的数据之间的预计的相关不再存在的时间。

距离传感器，无论是雷达还是激光雷达，能够检测道路物体和垂直表面。当这些传感器安装在车辆的前面、侧面和/或后面，能够实现对道路物体和边缘的绘制，使得检测是足够有用的来为受限制的转向控制生成参考轮廓。

本文中所描述的系统根据以下算法逻辑流操作：

·相机检测和测量车道标记向控制器提供数据；

·雷达/激光雷达扫描车辆周围的环境提供检测地图；

·在雷达地图上收集了成熟的更高可信度的雷达检测点；

·在雷达/激光雷达检测地图上进行处理以生成平行于主车辆的行进路径或行进车道的轮廓；

·将满足准则的似合理的候选轮廓提交到控制器；

·当视觉和距离传感器数据一起是可用的时，形成相关和相似测量以建立数据指示的位置关系；

·存储视觉和雷达/激光雷达测量之间的相对位置和距离；

·如果相关不再保持，解耦合视觉和雷达/激光雷达数据；

·当相机和雷达/激光雷达数据均存在高可信度时，将自动车道控制转向加权朝向相机检测数据的使用；以及

·当只有雷达/激光雷达数据是可用的时(相机是低可信度或没有可信度的)，自动车道控制偏移到根据先前所述的位置关系调整的雷达/激光雷达数据的使用。

由于主车辆在没有视觉数据的情形下继续向前行进，并且雷达/激光雷达的数据过时，并且没有新的数据可用于刷新相关，可以使用两种可能的自动转向控制策略的其中之一：a)更保守的方法：仅在仍存在相同/相似的检测时使用雷达/激光雷达数据，其中这些检测是在最后确认的视觉车道数据的附近最后检测出的。即，如果道路的相同部分已经被视觉验证，对道路的特定部分使用雷达数据；或b)更激进的方法(最大化自动车道控制的可用性)：线性地从先前已经检测到的雷达/激光雷达检测推断雷达/激光雷达检测，并且继续检查雷达/激光雷达检测点是否落在推断的线的边界内。此外，作出对自动车辆行进的并行性的另一检查。如果满足这些条件(即真)，可以将雷达/激光雷达数据对于继续的转向控制视为有效的。如果不满足这些条件(即假)，中止转向控制以及等待视觉数据重新成为可靠的。如果没有视觉和雷达/激光雷达数据是相关的，则不允许自动转向控制。当视觉数据仅是可用的(相机是高可信度的)而雷达/激光雷达不具有可接受的水平的检测以形成可转向的轮廓时，不允许自动转向控制。当视觉和雷达/激光雷达数据都不是可用的时，不允许自动转向控制。错误和合理性检查将同时运行以在必要时中止转向控制。

根据一个实施例，提供了一种适于在自动化车辆上的使用的车道保持系统。系统包括相机、距离传感器以及控制器。相机用于捕捉车辆行进的道路的图像。距离传感器用于检测由接近道路的物体反射的反射信号。控制器与相机和距离传感器通信。控制器配置为基于道路的车道标记为车辆确定车道位置。控制器还配置为基于反射信号确定物体相对于车道位置的偏移距离。控制器还配置为当检测到车道标记时，根据车道位置操作车辆，而当车道标记不存在时，根据偏移距离操作。

在另一实施例中，控制器进一步配置为基于道路的车道标记确定车道轮廓、定义对应于车道轮廓的毗邻道路的多个轮廓条带、从多个轮廓条带中选择其中物体驻留的控制条带并且基于道路轮廓和控制条带的先前偏移确定偏移距离。

在阅读优选实施例的下列详细描述后，进一步的特征和优势将更清楚地呈现，该优选实施例仅作为非限制性的示例且参照附图而给出。

附图说明

现在将参考附图借助示例来描述本发明，在附图中：

图1是根据一个实施例的车道保持系统的示图；以及

图2是根据一个实施例的由图1的系统经历的交通场景。

具体实施方式

图1和2示出适于在自动化车辆(下文称为车辆12)上的使用的车道保持系统10(下文称为系统10)的非限制性示例。构想车辆12可以是完全自动化的或自主的车辆，其中操作者14仅仅指示目的地，并且不做任何关于转向、加速或制动的直接操作车辆12的事情。还构想车辆12可以是部分自动化的，其中系统10只在特殊情况期间操作车辆12，或当操作者14处于对车辆12的转向、加速和制动完全控制时仅仅提供可听或可视警告给操作者14以辅助操作者14。

系统10包括用于捕捉车辆12行进的道路20的图像18(图2)的相机16。相机16可以但不要求被集成在中心地安装在车辆12上的物体传感器22中。如在以下的描述中将变得明显的，可替代地，本文中所描述的相机16和其他传感器可以分布在车辆12上的各个点并且用于多个目的。相机16优选地是摄像类型的相机或能在足够的帧速率例如10帧每秒捕捉道路20和周围区域的图像的相机。

系统10还包括用于检测由接近道路20的物体28反射的反射信号26的距离传感器24。如本文中所使用的，距离传感器24是一种非常适于至少确定从距离传感器24到物体28的距离和方位角的类型的传感器。距离传感器的合适示例包括但不限于雷达单元24A和激光雷达单元24B。适于在车辆12上的使用的雷达单元24A和激光雷达单元24B的示例是可商购的。

系统10还包括与相机16和距离传感器24通信的控制器30。控制器30可包括诸如微处理器的处理器或诸如包括用于处理数据的专用集成电路(ASIC)的模拟和/或数字控制电路的其它控制电路，如对本领域技术人员而言应当是显而易见的。控制器30可包括存储器，包括非易失性存储器，例如用于存储一个或多个例程、阈值和捕捉的数据的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。该一个或多个例程可由处理器执行，以执行用于确定由控制器30接收的信号是否能被用于如本文中所述的操作(例如转向)车辆12的步骤。

控制器被配置(例如被编程或被硬连线)为基于由相机16检测的道路20的车道标记34为车辆12确定道路20上的车道位置32。即，控制器30使用已知的技术处理相机16检测或捕捉的图像18以确定车辆在沿道路20何处应该被操作或转向。通常，车道位置32优选地在道路20的行进车道36的中间。然而，构想车道位置32在某种情况下可以偏移到某个不在行进车道36中央的位置，例如当行人正走近道路20的边缘时。

如图2所示，当行进在车辆12上的箭头指示的方向时，在车辆12到达示出的位置38之前，车道标记34通常已经足够确定车道位置32。然而，在位置38的前方，车道标记通常不足以让系统10确定或跟随车道位置32(在此示例中不存在)。尽管示出显示车道标记34已经被移除或不存在，还构想其他理由可能是相机16不能检测到车道标记34的原因，例如但不限于相机16的镜头上的雨或灰尘、相机16的工作故障、道路20上的雪等等。

为了克服来自相机的图像信息不足的问题，控制器30配置为基于反射信号26确定物体28相对于车道位置32的偏移距离42。即，反射信号分析46由控制器30执行以处理距离传感器24(雷达单元24A和/或激光雷达单元24B)检测的反射信号26以确定当车道标记34是足够的时物体28相对于车道位置32位于哪里。当车道标记34被检测到或是足够的时，控制器30根据车道位置32操作车辆12，而当车道标记34不存在或不足时，控制器30根据偏移距离42操作车辆12。通过进一步解释的方式，当车道标记34和物体28的相对位置能够由物体传感器22确定时控制器30学习偏移距离42，使得如果在未来的某些时刻车道标记34不能被检测到，控制器30能通过保持对应于偏移距离42的车辆12和物体28之间的距离继续操作(例如转向)车辆12。

图2示出了由反射信号26指示的目标44的非限制性的示例。在该示例中，大部分目标44与毗邻道路20的护栏相关联。如雷达领域的技术人员将认识到的，反射信号26通常包括一些噪声，并且存在距离和方位角上的分辨率限制。像这样，目标44在单行方式中不全是完美地对齐的，其将使对雷达信号的处理更容易。并且，目标44中的一些可能由于碎片、或路标、或其他靠近护栏的物体，因此使得确定目标44中的哪些能够用于确定偏移距离更加困难。为了在具有某种程度的可信度和可靠性的情形下确定偏移距离42，可以由控制器30执行若干创造性的步骤以更好地确定偏移距离42，使得当车道标记34的图像18丢失或模糊时，车辆12能够被更可靠地操作。

作为第一步骤，控制器30基于道路20的车道标记34确定道路轮廓48。在图2中，道路轮廓48是直的。然而，构想能弯曲到右边或左边的道路轮廓48的弯曲实例，并且控制器30可以进一步配置为确定道路轮廓48的半径或曲率。

作为第二步骤，控制器30定义对应于道路轮廓48的毗邻道路20的多个轮廓条带50。在图2中，轮廓条带50由直的平行的点状线之间的直的平行的间隔指示，因为道路轮廓48是直的。如果道路20是弯曲的，轮廓条带将由在曲线的内部具有递减的半径而在曲线的外部具有递增的半径的曲线定义，以建立轮廓条带的相对不变宽度的实例的多个实例。

作为第三步骤，控制器30从多个轮廓条带50中选择被认为驻留物体28的控制条带52。如上所述，诸如护栏的物体与其他间隔开的物体结合可产生多个反射返回，每个反射返回与多个轮廓条带的多个实例中的一个相关联或位于其中。即，目标44中的每一个被分配或关联轮廓条带50中的一个，因此轮廓条带的多个实例具有目标。通过示例而非限制的方式，可以基于控制条带中的反射返回的数量指示的返回数选择控制条带52。作为具体的示例，控制条带可以是轮廓条带50中具有多个轮廓条带50中最大的返回数(即最大数量的目标44)的一个。

作为第四步骤，控制器30基于道路轮廓48和控制条带52的先前偏移56确定偏移距离42。即，当车道标记34被系统10检测到时确定先前偏移56，并且先前偏移56的值用于确定当车道标记34停止被系统10检测到时操作车辆12的偏移距离42。

因此，提供了车道保持系统10、用于系统10的控制器30和根据如上所述的步骤操作系统10的方法。系统10在未检测到车道标记34之后的一段时间为车辆12提供延伸的车道保持操作。车辆在没有车道标记34的情形下能操作多长时间由多个因素确定，包括车道标记34“丢失”之前的道路轮廓48、控制条带52中的目标的一致性和沿道路20的其他目标的存在。

尽管已针对其优选实施例对本发明进行了描述，然而本发明不旨在受如此限制，而是仅受所附权利要求书中给出的范围限制。