CN108556827A - 基于激光测距与acf算法的倒车防碰撞智能辅助系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统及控制方法，包括激光测距传感器、视觉传感器、主动刹车控制器；所述激光测距传感器测量车辆相对于障碍物的距离和相对移动速度，所述主动刹车控制其根据距离和相对移动速度计算出碰撞时间TTC；所述视觉传感器识别出障碍物类型；所述主动刹车控制器比较碰撞时间TTC与系统告警阈值或系统刹车阈值的大小，判断是否需要执行警报或刹车动作，并将指令发送给整车控制器、仪表灯光模块和刹车执行机构。本发明增加了倒车主动刹车功能，可以防止误操作，自动化程度高，增加倒车的安全性。

Description

基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统及控制 方法

技术领域

本发明涉及辅助驾驶系统，更具体地说，涉及一种基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统及控制方法。

背景技术

乘用车尾部以及侧后方都存在一个视野盲区，一个不足1.0m的障碍物或者人站在汽车尾部，很有可能不会被发现而发生意外。尤其是目前城市SUV车型在市场中的份额越来越大，因为SUV普遍车身整体宽大，尤其是车头，前、侧、尾部的视野盲区都比轿车大,安全隐患显得尤为突出。

驾驶作为一项有风险的交通行为，驾驶员行车时的心理、生理和行为特性对驾驶安全影响很大，包括驾驶员的视觉、听觉、反应、情绪、驾驶技能、感知判断能力、疲劳驾驶等，往往都决定着潜在事故是否有可能发生。从心理压力和应激反应上来看，女性司机应对复杂交通状况和处理紧急状况的能力要差很多，因此经常会出现将油门当作刹车的错误操作。

随着汽车技术的发展，大量的车型上都安装有倒车雷达和倒车影像，随着人们对智能辅助驾驶系统的需求，也将会有越来越多的车型上将会使用主动刹车系统。本发明针对倒车这一特殊的应用场景，结合当前汽车技术的发展状况，设计一种倒车主动刹车功能，配合行车的主动刹车系统，为驾驶员提供更好的安全保障。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统及控制方法，增加了倒车主动刹车功能，可以防止误操作，自动化程度高，增加倒车的安全性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统，包括激光测距传感器、视觉传感器、主动刹车控制器；所述主动刹车控制器与整车控制器、仪表灯光模块和刹车执行机构连接；

所述激光测距传感器测量车辆相对于障碍物的距离和相对移动速度，所述主动刹车控制其根据距离和相对移动速度计算出碰撞时间TTC；

所述视觉传感器采集障碍物视频数据作为障碍物样本数据，通过ACF机器学习算法训练障碍物分类器模型用于检测分类障碍物，视觉传感器对检测出的结果用KCF算法进行跟踪，识别出障碍物类型；

所述主动刹车控制器比较碰撞时间TTC与系统告警阈值或系统刹车阈值的大小，判断是否需要执行警报或刹车动作，并将指令发送给整车控制器、仪表灯光模块和刹车执行机构。

上述方案中，所述刹车执行机构包括ABS防抱死刹车系统、ESC线性刹车和ESP电子车身稳定装置。

上述方案中，所述主动刹车控制器通过CAN总线与整车控制器、仪表灯光模块和刹车执行机构连接。

上述方案中，所述视觉传感器还与图像处理硬件加速器连接，所述图像处理硬件加速器与主动刹车控制器连接。

本发明还提供了一种所述基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统的控制方法，包括以下步骤：

1)主动刹车控制器读取车辆档位信息，车辆使用空档或前进档时，倒车防碰撞智能辅助系统停止；车辆使用倒车档时，倒车防碰撞智能辅助系统进入待机状态，视觉传感器提供车后实时环境图像；

2)图像中出现障碍物时，主动刹车控制器立即读取视觉传感器中目标的距离和速度信息并计算出视频中出现在或即将出现在倒车路径中障碍物与本车之间的碰撞时间TTC，当碰撞时间TTC达到系统告警阈值时，主动刹车控制器向整车控制器发送告警指令，由整车控制器启动声光告警；

3)当碰撞时间TTC达到系统刹车阈值时，主动刹车控制器整车控制器发送刹车指令，由整车控制器向车辆刹车执行机构发送刹车指令，进行主动刹车，刹车时间将保持1-2s，为驾驶员提供足够的反应时间；

4)主动刹车控制器读取车辆刹车、油门状态信息，在系统启动碰撞告警时，如果驾驶员没有刹车动作，却出现油门突然变大的情形，主动刹车控制器将直接给刹车执行机构发送刹车指令，立即启动刹车。

5)任何情况下，当驾驶员人工刹车时，倒车防碰撞智能辅助系统都将退出。

上述方案中，所述步骤2)中识别障碍物的方法如下：

视觉传感器采集障碍物视频数据制作障碍物样本数据，用ACF机器学习算法训练障碍物分类器模型用于检测分类障碍物，对检测出的结果用KCF算法进行跟踪，最终得到障碍物相对车尾的位置信息。

实施本发明的基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统及控制方法，具有以下有益效果：

1、本发明通过激光测距传感器可以准确的得到相对于障碍物的距离和速度，从而计算出碰撞时间TTC。

2、本发明用装在车尾的视觉传感器，采集障碍物(行人、车辆等)视频数据制作障碍物样本数据，用ACF(aggregate channel features)机器学习算法训练障碍物分类器模型用于检测分类障碍物，对检测出的结果用KCF(kernelized correlation filters)算法进行跟踪，能有效识别出车辆、行人，该算法的有效检测率可以达到95％以上。

3、本发明结合车速信息和相对速度信息，通过碰撞时间TTC与系统刹车阈值Tmax的比较判断是否执行刹车，而不是根据距离信息进行判断。

4、本发明中系统刹车阈值Tmax是根据实际测试中不同时速下动态调整减速度得到的一条二阶拟合曲线公式，由相对速度Vr计算而来。

5、本发明中的刹车力度与车速相适应，主动刹车控制器在不同倒车车速下动态调整系统刹车阈值Tmax，既能保证安全刹车，也能保证驾驶员和乘客有比较好的舒适体验。

6、本发明适用范围更广，对于未装配有线控刹车执行机构的电动汽车，在低速时该系统也可以有效的避免或减轻碰撞。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统的框图；

图2是视觉传感器获取障碍物的方法的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统，包括激光测距传感器、视觉传感器、主动刹车控制器；主动刹车控制器与整车控制器、仪表灯光模块和刹车执行机构连接。

激光测距传感器测量车辆相对于障碍物的距离和相对移动速度，主动刹车控制其根据距离和相对移动速度计算出碰撞时间TTC。

视觉传感器采集障碍物视频数据作为障碍物样本数据，通过ACF(aggregatechannel features)机器学习算法训练障碍物分类器模型用于检测分类障碍物，视觉传感器对检测出的结果用KCF(kernelized correlation filters)算法进行跟踪，识别出障碍物类型最终得到障碍物相对车尾的位置信息，输入下一步决策控制系统主动刹车控制器。

主动刹车控制器比较碰撞时间TTC与系统告警阈值或系统刹车阈值Tmax的大小，判断是否需要执行警报或刹车动作，并将指令发送给整车控制器、仪表灯光模块和刹车执行机构。系统刹车阈值Tmax是根据实际测试中不同时速下动态调整减速度得到的一条二阶拟合曲线公式，由相对速度Vr计算而来。

根据匀加速运动公式：T＝Vr/a；式中：T为刹车时间，Vr为相对车速，a为减速度。本发明中定义的碰撞时间阈值Tmax＝T+T0；T0为保证车辆安全的安全时距。因此，可以得出Tmax＝Vr/a+T0。本发明中碰撞时间阈值Tmax将根据车速的变化而调整。在实际测试中，测得不同时速下不同减速度的刹车时间，根据测试数据拟合一条输入变量为Vr，输出变量为a的二阶曲线，由相对车速计算出对应的减速度，再由公式计算出该车速下的Tmax。

刹车执行机构包括ABS防抱死刹车系统、ESC线性刹车和ESP电子车身稳定装置。主动刹车控制器通过CAN总线与整车控制器、仪表灯光模块和刹车执行机构连接。视觉传感器还与图像处理硬件加速器连接，图像处理硬件加速器与主动刹车控制器连接。

主动刹车控制器通过CAN总线读取车辆速度信息，视觉传感器为主动刹车控制器(AB)提供当前车后障碍物的距离信息以及该障碍物目标相对车辆的运动速度。根据物理学公式t＝V_相对/a，其中a为刹车减速度，计算出车辆与障碍物发生碰撞的时间TTC(Time ToCollision)。后视摄像头检测到倒车轨迹中有障碍物时立即启动TTC计算算法，通过计算，车辆与障碍物将在t1秒内碰撞，如果t1小于安全时间阈值t，主动刹车控制器将向整车控制器发送刹车指令控制刹车以一定的减速度制动，以防止碰撞。

本发明还提供了一种上述基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统的控制方法，包括以下步骤：

1)主动刹车控制器读取车辆档位信息，车辆使用空档或前进档时，倒车防碰撞智能辅助系统停止；车辆使用倒车档时，倒车防碰撞智能辅助系统进入待机状态，视觉传感器提供车后实时环境图像；

2)图像中出现障碍物时，主动刹车控制器立即读取视觉传感器中目标的距离和速度信息并计算出视频中出现在或即将出现在倒车路径中障碍物与本车之间的碰撞时间TTC，当碰撞时间TTC达到系统告警阈值时，主动刹车控制器向整车控制器发送告警指令，由整车控制器启动声光告警。如图2所示，获取障碍物的方法如下：视觉传感器采集障碍物视频数据制作障碍物样本数据，用ACF机器学习算法训练障碍物分类器模型用于检测分类障碍物，对检测出的结果用KCF算法进行跟踪，最终得到障碍物相对车尾的位置信息。

3)当碰撞时间TTC达到系统刹车阈值时，主动刹车控制器整车控制器发送刹车指令，由整车控制器向车辆刹车执行机构发送刹车指令，进行主动刹车，刹车时间将保持1-2s，为驾驶员提供足够的反应时间；

4)主动刹车控制器读取车辆刹车、油门状态信息，在系统启动碰撞告警时，如果驾驶员没有刹车动作，却出现油门突然变大的情形，主动刹车控制器将直接给刹车执行机构发送刹车指令，立即启动刹车。

5)任何情况下，当驾驶员人工刹车时，倒车防碰撞智能辅助系统都将退出。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统，其特征在于，包括激光测距传感器、视觉传感器、主动刹车控制器；所述主动刹车控制器与整车控制器、仪表灯光模块和刹车执行机构连接；

所述激光测距传感器测量车辆相对于障碍物的距离和相对移动速度，所述主动刹车控制其根据距离和相对移动速度计算出碰撞时间TTC；

所述视觉传感器采集障碍物视频数据作为障碍物样本数据，通过ACF机器学习算法训练障碍物分类器模型用于检测分类障碍物，视觉传感器对检测出的结果用KCF算法进行跟踪，识别出障碍物类型；

所述主动刹车控制器比较碰撞时间TTC与系统告警阈值或系统刹车阈值的大小，判断是否需要执行警报或刹车动作，并将指令发送给整车控制器、仪表灯光模块和刹车执行机构。

2.根据权利要求1所述的基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统，其特征在于，所述刹车执行机构包括ABS防抱死刹车系统、ESC线性刹车和ESP电子车身稳定装置。

3.根据权利要求1所述的基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统，其特征在于，所述主动刹车控制器通过CAN总线与整车控制器、仪表灯光模块和刹车执行机构连接。

4.根据权利要求1所述的基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统，其特征在于，所述视觉传感器还与图像处理硬件加速器连接，所述图像处理硬件加速器与主动刹车控制器连接。

5.一种利用权利要求1所述基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)主动刹车控制器读取车辆档位信息，车辆使用空档或前进档时，倒车防碰撞智能辅助系统停止；车辆使用倒车档时，倒车防碰撞智能辅助系统进入待机状态，视觉传感器提供车后实时环境图像；

2)图像中出现障碍物时，主动刹车控制器立即读取视觉传感器中目标的距离和速度信息并计算出视频中出现在或即将出现在倒车路径中障碍物与本车之间的碰撞时间TTC，当碰撞时间TTC达到系统告警阈值时，主动刹车控制器向整车控制器发送告警指令，由整车控制器启动声光告警；

3)当碰撞时间TTC达到系统刹车阈值时，主动刹车控制器整车控制器发送刹车指令，由整车控制器向车辆刹车执行机构发送刹车指令，进行主动刹车，刹车时间将保持1-2s，为驾驶员提供足够的反应时间；

4)主动刹车控制器读取车辆刹车、油门状态信息，在系统启动碰撞告警时，如果驾驶员没有刹车动作，却出现油门突然变大的情形，主动刹车控制器将直接给刹车执行机构发送刹车指令，立即启动刹车。

5)任何情况下，当驾驶员人工刹车时，倒车防碰撞智能辅助系统都将退出。

6.根据权利要求5所述的基于激光测距与ACF算法的倒车防碰撞智能辅助系统的控制方法，其特征在于，所述步骤2)中识别障碍物的方法如下：

视觉传感器采集障碍物视频数据制作障碍物样本数据，用ACF机器学习算法训练障碍物分类器模型用于检测分类障碍物，对检测出的结果用KCF算法进行跟踪，最终得到障碍物相对车尾的位置信息。