车道偏离预警方法和预警系统与流程

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种用于车辆高级驾驶辅助系统的车道偏离预警方法。本发明还是一种车道偏离预警系统。

背景技术：

作为高级驾驶辅助系统的重要组成，车道偏离预警受到了广泛关注。车道偏离预警系统通过前部摄像头识别车道线参数，判断本车与车道线的相对位置，若探测到有发生偏离的趋势，系统发出报警提醒驾驶员及时操控方向盘，防止因驾驶员无意识偏离车道导致安全事故的发生。

目前车道偏离预警系统在很多车辆上实现了配备，绝大部分车道偏离预警系统的报警触发逻辑有两种，一种为基于距离的车道偏离，一种为基于时间的车道偏离。基于距离的车道偏离逻辑大体为：计算车辆与车道线的横向距离，若距离小于报警阈值，则系统发出报警。但此种报警触发逻辑忽视了车辆行驶方向对车道偏离的影响因素，当车辆保持直线行驶或朝车道另一侧行驶时，即使车辆与另一侧车道线距离小于阈值，车辆依然没有偏离车道的趋势，而此种报警逻辑会误报警，影响驾驶体验。传统基于时间的车道偏离，虽然考虑到车辆行驶方向对车道偏离的影响，但是由于车道线多样且几何方程复杂，tlc时间的求解过程较为复杂。因此，即考虑到车辆行驶方向的影响，又减少了算法计算过程中的复杂性，本文提出了一种基于提前预瞄的控制方法。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明要解决的技术问题是提供一种能克服现有技术中基于时间和基于距离阈值车道偏离预警方案缺陷的车道偏离预警方法。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种克服现有技术中基于时间和基于距离阈值车道偏离预警方案缺陷的车道偏离预警系统。

为解决上述技术问题，本发明提供用于车辆主动安全驾驶辅助的车道偏离预警方法，包括以下步骤：

s1，判断是否符合车道偏离预警条件；

s2，根据车速设置预瞄时间tpre；

s3，根据车辆行驶速度和车辆行驶方向计算出预瞄时间tpre后车辆与车道线的相对位置，判断车辆是否有发生车道偏离，若发生车道线偏离则输出预警。

可选择的，基于现有技术中任意一种基于视觉传感器的车载机器视觉车道线识别系统、驾驶辅助系统获取车道线参数和车道线方程。

其中，所述车道偏离预警条件为车辆同时满足下述所有工况；

a)can线输入底盘信号和车身信号均有效；

车身can线分为一条用于驱动系统的高速can线,主要连接发动机、自动变速器、abs、esp等对实时性要求比较高的系统，工程上一般称为底盘can，这些系统输出的信号如发动机转速、档位信息、车速、车轮转角、轮缸压力等信号一般称为底盘信号；一条用于车身系统的低速can线，主要连接照明系统、电动车窗、自动空调机信息显示系统等，这些系统输出的信号如各照明灯开关信号、电动车窗开关信号、空调开关信号等工程上一般称为车身信号。

b)轮速为正；

c)车速在预设范围内；

可选择的，车速在60kph-200kph范围内。

d)各车门关闭；

e)各有乘客的位置安全带锁固；

f)车辆远程控制未启用；

g)驾驶员未抑制报警。

其中，所述驾驶员抑制报警包括下述任一工况：

a)驾驶员施加在方向盘的手力大于手力阈值；

b)左侧偏离时左转向灯开启；

c)右侧偏离时右转向灯开启；

d)车辆不处于d挡或n挡；

e)车道偏离预警关闭；

f)前轮转角大于前轮转角阈值；

g)横摆角速度大于横摆角速度阈值；

h)电源开关关闭。

可选择的，进一步改进所述的车道偏离预警方法，预瞄时间tpre后车辆与车道线的相对位置采用以下方式计算；

s3.1，以当前位置车辆后轴中心为原点，车辆正前方作为x轴，车辆正左侧作为y轴建立第一平面坐标系；

s3.2，计算预瞄时间tpre后车辆左前角坐标(xfl，yfl)和或车辆右前角坐标(xfr，yfr)；

s3.3，识别车道两侧的车道线并输出车道线参数，将车道线参数转换到第一平面坐标系；

s3.4，获得车辆左侧车道线方程和或车辆右侧车道线方程；

s3.5，将车辆右前车角横坐标xfr带入到右侧车道线方程式，获得右前车角判断纵坐标ylaner，若yfr≤ylaner判断车辆右前车角和右侧车道将要发生偏离，若yfr＞ylaner判断车辆右前车角和右侧车道未发生偏离；

或，将车辆左前车角横坐标xfl带入到左侧车道线方程式，获得左前车角判断纵坐标ylanel，若yfl＞ylanel判断车辆左前车角和左侧车道将要发生偏离，若yfl≤ylanel判断车辆左前车角和左侧车道未发生偏离。

其中，步骤s3.2中，不同车速条件下的预瞄时间tpre通过标定获取，车速越快则预瞄时间越小。

可选择的，进一步改进所述的车道偏离预警方法，步骤s3.2中，若车速变化，则预瞄时间tpre根据相应的实时更新。

可选择的，进一步改进所述的车道偏离预警方法，步骤s3.2中；

xfr＝xfl+w×sinα；

yfr＝yfl-w×cosα；

α为在预瞄时间内车辆后轴中心转过的角度，l为预瞄时间内车辆走过的弧长，r为车辆的转向半径，v为车辆纵向速度，w为车宽，wb为车辆轴距，lfroover为车辆前悬长度；(x,y)为车辆后轴中心坐标，(xfr，yfr)为车辆右前车角坐标，(xfl，yfl)为车辆左前车角坐标。

可选择的，进一步改进所述的车道偏离预警方法，步骤s3.3包括以下子步骤；

s3.3.1，将视觉传感器输出参数转换到第一平面坐标系下；

s3.3.2，机器视觉视觉系统对两侧车道线进行识别并输出两侧车道线x坐标为0的点处的y坐标l0、r0，该点的斜率l1、r1，该点的曲率l2、r2和该点的曲率导数l3、r3；

s3.3.3，根据识别的车道线参数建立左侧车道线方程yl＝l0+l1x+l2x²+l3x³和右侧车道线方程yr＝r0+r1x+r2x²+r3x³。

本发明提供一种用于车辆主动安全驾驶辅助车道偏离预警系统，包括：

参数获取模块，其适用于自车载can线获取底盘信号和车身信号，并自车载机器视觉系统获取车道线参数；

判断模块，其适用于根据参数获取模块数据判断是否符合车道偏离预警条件，若不符合车道偏离预警条件则退出车道偏离预警系统；

预警模块，其适用于根据车辆行驶速度和车辆行驶方向计算出预瞄时间tpre后车辆与车道线的相对位置，判断车辆是否有发生车道偏离，若发生车道线偏离则输出预警。

其中，所述车道偏离预警条件为车辆同时满足下述所有工况；

a)can线输入底盘信号和车身信号均有效；

b)轮速为正；

c)车速在预设范围内；

d)各车门关闭；

e)各有乘客的位置安全带锁固；

f)车辆远程控制未启用；

g)驾驶员未抑制报警。

其中，所述驾驶员抑制报警包括下述任一工况：

a)驾驶员施加在方向盘的手力大于手力阈值；

b)左侧偏离时左转向灯开启；

c)右侧偏离时右转向灯开启；

d)车辆不处于d挡或n挡；

e)车道偏离预警关闭；

f)前轮转角大于前轮转角阈值；

g)横摆角速度大于横摆角速度阈值；

h)电源开关关闭。

可选择的，进一步改进所述的车道偏离预警系统，预警模块采用以下方式判断车道是否发生偏离；

以当前位置车辆后轴中心为原点，车辆正前方作为x轴，车辆正左侧作为y轴建立第一平面坐标系；

计算预瞄时间tpre后车辆左前角坐标(xfl，yfl)和或车辆右前角坐标(xfr，yfr)；

识别车道两侧的车道线并输出车道线参数，将车道线参数转换到第一平面坐标系；

获得车辆左侧车道线方程和或车辆右侧车道线方程；

将车辆右前车角横坐标xfr带入到右侧车道线方程式，获得右前车角判断纵坐标ylaner，若yfr≤ylaner判断车辆右前车角和右侧车道将要发生偏离，若yfr＞ylaner判断车辆右前车角和右侧车道未发生偏离；

或，将车辆左前车角横坐标xfl带入到左侧车道线方程式，获得左前车角判断纵坐标ylanel，若yfl＞ylanel判断车辆左前车角和左侧车道将要发生偏离，若yfl≤ylanel判断车辆左前车角和左侧车道未发生偏离。

可选择的，进一步改进所述的车道偏离预警系统，所述预瞄时间tpre通过标定获取，形成车速与预瞄时间tpre一维表，预警模块通过一维查表获得预瞄时间tpre。

可选择的，进一步改进所述的车道偏离预警系统，若车速变化，则预警模块实时查询车速与预瞄时间tpre一维表，预瞄时间tpre根据标定值相应的实施变化。

可选择的，进一步改进所述的车道偏离预警系统，预警模块采用以下方式计算右前车角坐标或左前车角坐标；

xfr＝xfl+w×sinα；

yfr＝yfl-w×cosα；

α为在预瞄时间内车辆后轴中心转过的角度，l为预瞄时间内车辆走过的弧长，r为车辆的转向半径，v为车辆纵向速度，w为车宽，wb为车辆轴距，lfroover为车辆前悬长度；(x,y)为车辆后轴中心坐标；(xfr，yfr)为车辆右前车角坐标，(xfl，yfl)为车辆左前车角坐标。

可选择的，进一步改进所述的车道偏离预警系统，预警模块采用以下方式获取车道线方程；

将视觉传感器输出参数转换到第一平面坐标系下；

车载机器视觉系统对两侧车道线进行识别并输出两侧车道线x坐标为0点处的y坐标l0、r0，该点的斜率l1、r1，该点的曲率l2、r2和该点的曲率导数l3、r3，根据识别的车道线参数建立左侧车道线方程yl＝l0+l1x+l2x²+l3x³和或右侧车道线方程yr＝r0+r1x+r2x²+r3x³。

传统的tlc算法为计算从汽车当前位置开始到汽车与车道线开始接触为止所需的运动时间，也可称之为汽车从当前的时刻开始到汽车偏离本车道之前所剩余的时间tlc(timetolanecrossing)，判断此时间是否在安全阈值内，若小于安全阈值则触发报警。但是由于车道线的多样化与复杂化，tlc的求解较为复杂，需进行大量的几何运算。tlc的求解为：参考图1所示。

本发明虽然也是利用车道偏离剩余时间进行报警，但与现有技术的方案完全不同。本发明提供一种基于预瞄时间的车道偏离预警系统，在驾驶员有无意识下偏离车道的趋势时进行报警，并可防止基于距离计算偏离时误报警的发生。根据当前车速查表对应的预瞄时间tpre，根据车辆行驶状态(车辆行驶速度和车辆行驶方向)计算出预瞄时间tpre后车辆与车道线的相对位置，判断车辆是否有发生车道偏离的趋势。这样本发明的技术方案避免了大量的几何运算，能节约系统资源，提高车道偏离的计算速度。并且，相比传统的基于横向距离偏离报警的方案，本发明基于预瞄的报警逻辑充分考虑了行驶方向对车道偏离预警的影响，能车辆保持直线行驶或朝车道另一侧行驶时的误报警问题，能防止误报警的发生，增强了驾驶体验。

附图说明

本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有基于tlc算法原理示意图。

图2是本发明车道偏离预警方法第二实施例流程示意图。

图3是本发明车道偏离预警方法第二实施例原理示意图一，其显示车辆右转工况。

图4是本发明车道偏离预警方法第二实施例原理示意图二，其显示车辆直行工况。

图5是本发明车道偏离预警系统第二实施例原理示意图一，其显示车辆左转工况。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。

本发明提供用于车辆主动安全驾驶辅助的车道偏离预警方法第一实施例，包括以下步骤：

s1，判断是否符合车道偏离预警条件；

s2，根据车速设置预瞄时间tpre；

s3，根据车辆行驶速度和车辆行驶方向计算出预瞄时间tpre后车辆与车道线的相对位置，判断车辆是否有发生车道偏离，若发生车道线偏离则输出预警。

本发明车道偏离预警方法第一实施例根据车辆行驶速度和车辆行驶方向计算出预瞄时间tpre后车辆与车道线的相对位置，判断车辆是否有发生车道偏离的趋势。这样本发明的技术方案避免了大量的几何运。并且，充分考虑了行驶方向对车道偏离预警的影响，能车辆保持直线行驶或朝车道另一侧行驶时的误报警问题。

如图2所示，本发明提供用于车辆主动安全驾驶辅助的车道偏离预警方法第二实施例，包括以下步骤：

s1，判断是否符合车道偏离预警条件；

所述车道偏离预警条件为车辆同时满足下述所有工况；

a)can线输入底盘信号和车身信号均有效；

b)轮速为正；

c)车速在预设范围内；

可选择的，车速在60kph-200kph范围内。

d)各车门关闭；

e)各有乘客的位置安全带锁固；

f)车辆远程控制未启用；

g)驾驶员未抑制报警，所述驾驶员抑制报警包括：

a)驾驶员施加在方向盘的手力大于手力阈值；

b)左侧偏离时左转向灯开启；

c)右侧偏离时右转向灯开启；

d)车辆不处于d挡或n挡；

e)车道偏离预警关闭；

f)前轮转角大于前轮转角阈值；

g)横摆角速度大于横摆角速度阈值；

h)电源开关关闭。

s2，不同车速条件下的预瞄时间tpre通过标定获取，车速越快则预瞄时间越小，设置当前车速下的tpre；其中，若车速变化，则预瞄时间tpre根据标定值相应的实施变化。

s3，参考图3所示，车辆位置1处为车辆当前位置，位置2处为预瞄时间tpre后车辆的位置，以车辆右转弯为例，左转和直线原理相同不再赘述，预瞄时间tpre后车辆与车道线的相对位置采用以下方式计算；

以当前位置车辆后轴中心为原点，车辆正前方作为x轴，车辆正左侧作为y轴建立第一平面坐标系；

计算预瞄时间tpre后车辆右前角坐标(xfr，yfr)；

xfr＝xfl+w×sinα；

yfr＝yfl-w×cosα；α为在预瞄时间内车辆后轴中心转过的角度，l为预瞄时间内车辆走过的弧长，r为车辆的转向半径，v为车辆纵向速度，w为车宽，wb为车辆轴距，lfroover为车辆前悬长度；(x,y)为车辆后轴中心坐标，(xfr，yfr)为车辆右前车角坐标，(xfl，yfl)为车辆左前车角坐标。

将视觉传感器输出参数转换到第一平面坐标系下；

分别为l0、l1、l2、l3、r0、r1、r2、r3其中l0表示坐标原点与左侧车道线的距离，l1表示左侧车道线的斜率，l2表示左侧车道线的曲率，l3表示左侧车道线的曲率一阶导数；同理，r0表示坐标原点与右侧车道线的距离，r1表示右侧车道线的斜率，r2表示右侧车道线的曲率，r3表示右侧车道线的曲率一阶导数。机器视觉视觉系统对两侧车道线进行识别并输出两侧车道线x坐标为0的点处的y坐标l0、r0，该点的斜率l1、r1，该点的曲率l2、r2和该点的曲率导数l3、r3；根据识别的车道线参数建立左侧车道线方程yl＝l0+l1x+l2x²+l3x³和右侧车道线方程yr＝r0+r1x+r2x²+r3x³。

判断右转是否偏离，将车辆右前车角横坐标xfr带入到右侧车道线方程式，获得右前车角判断纵坐标ylaner，若yfr≤ylaner判断车辆右前车角和右侧车道将要发生偏离，若yfr＞ylaner判断车辆右前车角和右侧车道未发生偏离；

或，判断左转是否偏离，将车辆左前车角横坐标xfl带入到左侧车道线方程式，获得左前车角判断纵坐标ylanel，若yfl＞ylanel判断车辆左前车角和左侧车道将要发生偏离，若yfl≤ylanel判断车辆左前车角和左侧车道未发生偏离。

当车辆处于直线行驶时，求解原理相同，参考图4所示。位置2处车辆右前车角的坐标为(xfr，yfr)，右侧车道线x坐标为xfr时，y轴坐标为ylaner，若yfr≤ylaner，则右前车角和右侧车道将要发生偏离；反之yfr＞ylaner，则右前车角和右侧车道不会发生偏离。同理，若yfl＞ylanel判断车辆左前车角和左侧车道将要发生偏离，若yfl≤ylanel判断车辆左前车角和左侧车道未发生偏离。

本发明提供一种用于车辆主动安全驾驶辅助车道偏离预警系统第一实施例，包括：

参数获取模块，其适用于自车载can线获取底盘信号和车身信号，并自车载机器视觉系统获取车道线参数；

判断模块，其适用于根据参数获取模块数据判断是否符合车道偏离预警条件，若不符合车道偏离预警条件则退出车道偏离预警系统；

预警模块，其适用于根据车辆行驶速度和车辆行驶方向计算出预瞄时间tpre后车辆与车道线的相对位置，判断车辆是否有发生车道偏离，若发生车道线偏离则输出预警。

本发明提供一种用于车辆主动安全驾驶辅助车道偏离预警系统第二实施例，包括：

参数获取模块，其适用于自车载can线获取底盘信号和车身信号，并自车载机器视觉系统获取车道线参数；

判断模块，其适用于根据参数获取模块数据判断是否符合车道偏离预警条件，若不符合车道偏离预警条件则退出车道偏离预警系统；所述车道偏离预警条件为车辆同时满足下述所有工况；

a)can线输入底盘信号和车身信号均有效；

b)轮速为正；

c)车速在预设范围内；

d)各车门关闭；

e)各有乘客的位置安全带锁固；

f)车辆远程控制未启用；

g)驾驶员未抑制报警，所述驾驶员抑制报警包括：

a)驾驶员施加在方向盘的手力大于手力阈值；

b)左侧偏离时左转向灯开启；

c)右侧偏离时右转向灯开启；

d)车辆不处于d挡或n挡；

e)车道偏离预警关闭；

f)前轮转角大于前轮转角阈值；

g)横摆角速度大于横摆角速度阈值；

h)电源开关关闭。

预警模块，以当前位置车辆后轴中心为原点，车辆正前方作为x轴，车辆正左侧作为y轴建立第一平面坐标系；

计算预瞄时间tpre后车辆左前角坐标(xfl，yfl)和或车辆右前角坐标(xfr，yfr)；

识别车道两侧的车道线并输出车道线参数，将车道线参数转换到第一平面坐标系；

获得车辆左侧车道线方程和或车辆右侧车道线方程；

将车辆右前车角横坐标xfr带入到右侧车道线方程式，获得右前车角判断纵坐标ylaner，若yfr≤ylaner判断车辆右前车角和右侧车道将要发生偏离，若yfr＞ylaner判断车辆右前车角和右侧车道未发生偏离；

或，将车辆左前车角横坐标xfl带入到左侧车道线方程式，获得左前车角判断纵坐标ylanel，若yfl＞ylanel判断车辆左前车角和左侧车道将要发生偏离，若yfl≤ylanel判断车辆左前车角和左侧车道未发生偏离。

可选择的，所述预瞄时间tpre通过标定获取，形成车速与预瞄时间tpre一维表，预警模块通过一维查表获得预瞄时间tpre。如上所述，预瞄时间tpre根据车速实时更新。

参考图5所示，车辆位置1处为车辆当前位置，位置2处为预瞄时间tpre后车辆的位置，以车辆左转弯为例，右转和直线原理相同不再赘述，预瞄时间tpre后车辆与车道线的相对位置采用以下方式计算；

以当前位置车辆后轴中心为原点，车辆正前方作为x轴，车辆正左侧作为y轴建立第一平面坐标系；

计算预瞄时间tpre后车辆左前角坐标(xfl，yfl)和；

xfr＝xfl+w×sinα；

yfl＝yfr-w×cosα；

α为在预瞄时间内车辆后轴中心转过的角度，l为预瞄时间内车辆走过的弧长，r为车辆的转向半径，v为车辆纵向速度，w为车宽，wb为车辆轴距，lfroover为车辆前悬长度；(x,y)为车辆后轴中心坐标；(xfr，yfr)为车辆右前车角坐标，(xfl，yfl)为车辆左前车角坐标。

将视觉传感器输出参数转换到第一平面坐标系下；

分别为l0、l1、l2、l3、r0、r1、r2、r3其中l0表示坐标原点与左侧车道线的距离，l1表示左侧车道线的斜率，l2表示左侧车道线的曲率，l3表示左侧车道线的曲率一阶导数；同理，r0表示坐标原点与右侧车道线的距离，r1表示右侧车道线的斜率，r2表示右侧车道线的曲率，r3表示右侧车道线的曲率一阶导数。机器视觉视觉系统对两侧车道线进行识别并输出两侧车道线x坐标为0的点处的y坐标l0、r0，该点的斜率l1、r1，该点的曲率l2、r2和该点的曲率导数l3、r3；根据识别的车道线参数建立左侧车道线方程yl＝l0+l1x+l2x²+l3x³和右侧车道线方程yr＝r0+r1x+r2x²+r3x³。

判断左转是否偏离，将车辆左前车角横坐标xfl带入到左侧车道线方程式，获得左前车角判断纵坐标ylanel，若yfl＞ylanel判断车辆左前车角和左侧车道将要发生偏离，若yfl≤ylanel判断车辆左前车角和左侧车道未发生偏离。

此外，还应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的元件、参数、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、参数、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、参数、组件、区域、层或部分与另一个元件、参数、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本发明的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、参数、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、参数、组件、区域、层或部分。

除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。