本發(fā)明屬于自動(dòng)駕駛技術(shù)，具體涉及一種高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

高速公路自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是針對(duì)高速公路結(jié)構(gòu)化道路的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，在高速公路主路上通過前視攝像頭對(duì)車道線的檢測(cè)以確定車輛和車道線的相對(duì)位置，從而控制方向盤沿著車道線行駛或切換道路；通過車身周圍的雷達(dá)傳感器對(duì)車輛四周交通環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，從而確實(shí)安全狀況。

針對(duì)目前高速公路自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能否適應(yīng)上下匝道主要有兩種方案：

第一種方案，增加激光雷達(dá)對(duì)匝道進(jìn)行三維建模；由于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)量大，現(xiàn)有電子電器架構(gòu)無法兼容，且激光雷達(dá)的成本高，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性也差。

第二種方案，利用高精度導(dǎo)航/地圖進(jìn)行局部路徑規(guī)劃，此種方式對(duì)地圖精度以及定位精度的要求非常高，但現(xiàn)有的定位方式不能滿足要求。

因此，有必要開發(fā)一種新的高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)及方法，能實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)進(jìn)出匝道。

本發(fā)明所述的高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)，包括攝像頭、圖像處理模塊、導(dǎo)航模塊、自動(dòng)駕駛決策模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述自動(dòng)駕駛決策模塊分別與攝像頭、圖像處理模塊、導(dǎo)航模塊連接，該自動(dòng)駕駛決策模塊還通過整車CAN網(wǎng)絡(luò)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接；

所述攝像頭用于獲取圖像；

所述圖像處理模塊從所獲取的圖像中識(shí)別出匝道標(biāo)志線、車道線，并在車道線不規(guī)則時(shí)從所獲取的圖像中識(shí)別出道路右邊沿的實(shí)線，作為右車道線，同時(shí)擬合出左車道線，并給出駛?cè)牖蝰偝龈咚俟返男旭偮窂剑?/p>

所述導(dǎo)航模塊用于提供車輛距匝道的距離信息，以及匝道與高速路的相對(duì)位置信息；

所述自動(dòng)駕駛決策模塊基于導(dǎo)航模塊所提供的信息發(fā)出匝道檢測(cè)的觸發(fā)信號(hào)給攝像頭，攝像頭將識(shí)別區(qū)域調(diào)整到匝道方向；

所述自動(dòng)駕駛決策模塊還基于導(dǎo)航模塊所提供的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使車輛自動(dòng)調(diào)節(jié)車速；

所述自動(dòng)駕駛決策模塊還基于所述行駛路徑控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使車輛按照該行駛路徑駛?cè)牖蝰偝龈咚俾贰?/p>

還包括用于對(duì)道路邊沿或高速路護(hù)欄進(jìn)行檢測(cè)的雷達(dá)組，并提供道路邊沿信息給圖像處理模塊，所述圖像處理模塊將道路邊沿信息和圖像信息相融合并規(guī)劃出行駛路徑，所述自動(dòng)駕駛決策模塊基于雷達(dá)組所提供的信息進(jìn)行駕駛決策處理及車輛控制；該雷達(dá)組分別與圖像處理模塊、自動(dòng)駕駛決策模塊連接。

所述雷達(dá)組至少包括分別安裝在車輛的四個(gè)角以及正前方的下格柵上的雷達(dá)。

所述雷達(dá)采用毫米波雷達(dá)。

所述攝像頭安裝在車輛正前方的前擋風(fēng)玻璃。

本發(fā)明所述的高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制方法，采用如本發(fā)明所述的高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)，其方法包括以下步驟：

步驟一、導(dǎo)航模塊實(shí)時(shí)提供車輛距匝道的距離信息，以及車輛與匝道的相對(duì)位置，在車輛距匝道的距離達(dá)到預(yù)設(shè)距離時(shí)，觸發(fā)高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)；

步驟二、攝像頭實(shí)時(shí)獲取車輛前方的圖像，圖像處理模塊從所獲取的圖像中識(shí)別出車道線，并根據(jù)車道線判斷車輛是否在最右側(cè)車道，若不是，則自動(dòng)駕駛決策模塊控制車輛完成車道的自動(dòng)切換，使車輛進(jìn)入最右側(cè)車道，若是，則自動(dòng)駕駛決策模塊控制車輛保持在最右側(cè)車道上行駛；

步驟三、自動(dòng)駕駛決策模塊發(fā)出匝道檢測(cè)的觸發(fā)信號(hào)給攝像頭，使攝像頭將識(shí)別區(qū)域調(diào)整到匝道方向；

步驟四、攝像頭實(shí)時(shí)獲取匝道方向的圖像，圖像處理模塊從所獲取的圖像中識(shí)別出匝道標(biāo)志線和車道線，并在車道線不規(guī)則時(shí)從所獲取的圖像中識(shí)別出道路右邊沿的實(shí)線，作為右車道線，同時(shí)擬合出左車道線，并給出行駛路徑；

步驟五、自動(dòng)駕駛決策模塊根據(jù)所述步驟四所輸出的行駛路徑控制車輛駛?cè)牖蝰偝龈咚俾罚徊⒃趫D像處理模塊能識(shí)別到車道的左車道線和右車道線時(shí)，退出高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)。

在車輛從高速路進(jìn)入匝道時(shí)，所述步驟一中，在車輛距匝道的距離為D1米時(shí)，觸發(fā)高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)；

在車輛從匝道進(jìn)入高速路時(shí)，所述步驟一中，在車輛距匝道的距離為D2米時(shí)，觸發(fā)高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。

在車輛從高速路進(jìn)入匝道時(shí)，所述步驟三還包括：在車輛距匝道的距離為D3米時(shí)，自動(dòng)駕駛決策模塊根據(jù)距離的變化控制車輛逐漸降低車速到匝道規(guī)定的車速。

在車輛從匝道進(jìn)入高速路時(shí)，所述步驟五中還包括：自動(dòng)駕駛決策模塊根據(jù)所述步驟四所輸出的行駛路徑控制車輛駛?cè)敫咚俾凡⒉粩嗵岣哕囁俚礁咚俾芬?guī)定的車速。

所述步驟四中，還包括通過雷達(dá)對(duì)道路邊沿或高速路護(hù)欄進(jìn)行檢測(cè)，所述圖像處理模塊將道路邊沿信息和圖像信息相融合并規(guī)劃出行駛路徑，具體為：

所述圖像處理模塊利用攝像頭所檢測(cè)的道路右邊沿的實(shí)線，并結(jié)合雷達(dá)對(duì)高速路護(hù)欄的探測(cè)結(jié)果，計(jì)算出道路的邊界，然后根據(jù)檢測(cè)的道路右邊沿的實(shí)線的位置，并利用車輛道路的寬度，反向擬合出虛擬的左車道線，并規(guī)劃出車輛上下匝道的行駛路徑。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明通過攝像頭對(duì)匝道的特點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，并結(jié)合雷達(dá)的識(shí)別結(jié)果和普通導(dǎo)航的提示，實(shí)現(xiàn)車輛在匝道口的自動(dòng)駕駛功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理框圖；

圖2為車輛從高速路自動(dòng)進(jìn)入匝道的示意圖；

圖3為車輛從匝道自動(dòng)進(jìn)入高速路的示意圖；

圖4為車輛從高速路自動(dòng)進(jìn)入匝道的邏輯流程圖；

圖5為車輛從匝道自動(dòng)進(jìn)入高速路的邏輯流程圖；

圖中：1、雷達(dá)，2、圖像處理模塊，3、攝像頭，4、導(dǎo)航模塊，5、自動(dòng)駕駛決策模塊，6、整車CAN網(wǎng)絡(luò)，7、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，8、左車道線，9、中央虛線，10、匝道標(biāo)志線，11、道路右邊沿的實(shí)線，12、行駛路徑，13、高速路護(hù)欄。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示的高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)，包括雷達(dá)組、攝像頭3、圖像處理模塊2、導(dǎo)航模塊4、自動(dòng)駕駛決策模塊5和執(zhí)行機(jī)構(gòu)7。自動(dòng)駕駛決策模塊5分別與攝像頭3、圖像處理模塊2、導(dǎo)航模塊4連接，自動(dòng)駕駛決策模塊5還通過整車CAN網(wǎng)絡(luò)6與執(zhí)行機(jī)構(gòu)7連接；雷達(dá)組分別與圖像處理模塊2、自動(dòng)駕駛決策模塊5連接。

攝像頭3用于獲取圖像。

圖像處理模塊2從所獲取的圖像中識(shí)別出匝道標(biāo)志線10、車道線，并在車道線不規(guī)則時(shí)從所獲取的圖像中識(shí)別出道路右邊沿的實(shí)線11，作為右車道線，同時(shí)擬合出左車道線8，并給出駛?cè)牖蝰偝龈咚俟返男旭偮窂?2。

導(dǎo)航模塊4用于提供車輛距匝道的距離信息，以及匝道與高速路的相對(duì)位置信息（比如：匝道口位于高速路的右側(cè)）。

自動(dòng)駕駛決策模塊5基于導(dǎo)航模塊4所提供的信息發(fā)出匝道檢測(cè)的觸發(fā)信號(hào)給攝像頭3，攝像頭3將識(shí)別區(qū)域調(diào)整到匝道方向。自動(dòng)駕駛決策模塊5還基于導(dǎo)航模塊4所提供的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)7，使車輛自動(dòng)調(diào)節(jié)車速。自動(dòng)駕駛決策模塊5還基于行駛路徑控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)7，使車輛按照該行駛路徑駛?cè)牖蝰偝龈咚俾贰?/p>

雷達(dá)組用于對(duì)道路邊沿或高速路護(hù)欄進(jìn)行檢測(cè)，并提供道路邊沿信息給圖像處理模塊2，所述圖像處理模塊2將道路邊沿信息和圖像信息相融合并規(guī)劃出行駛路徑。具體為：利用攝像頭檢測(cè)道路右邊沿的實(shí)線11，并結(jié)合雷達(dá)對(duì)高速路護(hù)欄13的探測(cè)結(jié)果，以明確道路的邊界，然后根據(jù)檢測(cè)的道路右邊沿的實(shí)線11的位置，利用車輛道路寬度（車輛道路寬度是固定的，一般為3.75m），反向擬合出另一條虛擬的左車道線，并規(guī)劃出車輛上下匝道的行駛路徑。本發(fā)明主要以攝像頭3為主，以雷達(dá)1為輔。

自動(dòng)駕駛決策模塊5還基于雷達(dá)組所提供的信息進(jìn)行駕駛決策處理及車輛控制；該雷達(dá)組分別與圖像處理模塊2、自動(dòng)駕駛決策模塊5連接。

整車CAN網(wǎng)絡(luò)6用于提供整車信息，比如：車速信號(hào)，用于獲取當(dāng)前車輛行駛速度；方向轉(zhuǎn)角信號(hào)，用于獲取當(dāng)前方向盤轉(zhuǎn)向角度；車輛橫擺角速度，用于獲取車輛姿態(tài)；車輛當(dāng)前位置信號(hào)，用于獲取車輛在高速公路距離位置；車輛加速度，用于獲取車輛的行駛趨勢(shì)。

本發(fā)明中所述雷達(dá)組包括五個(gè)雷達(dá)1，分別安裝在車輛的四個(gè)角以及正前方的下格柵上的雷達(dá)1。五個(gè)雷達(dá)1均采用毫米波雷達(dá)。攝像頭3為一個(gè)，安裝在車輛正前方的前擋風(fēng)玻璃上。雷達(dá)1的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需求增加。

本發(fā)明的高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制方法，采用如本發(fā)明所述的高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)，其方法包括以下步驟：

步驟一、導(dǎo)航模塊4實(shí)時(shí)提供車輛距匝道的距離信息，以及車輛與匝道的相對(duì)位置，在車輛距匝道的距離達(dá)到預(yù)設(shè)距離時(shí)，觸發(fā)高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。

步驟二、攝像頭3實(shí)時(shí)獲取車輛前方的圖像，圖像處理模塊2從所獲取的圖像中識(shí)別出車道線，并根據(jù)車道線判斷車輛是否在最右側(cè)車道，若不是，則自動(dòng)駕駛決策模塊5控制車輛完成車道的自動(dòng)切換，使車輛進(jìn)入最右側(cè)車道，若是，則自動(dòng)駕駛決策模塊5控制車輛保持在最右側(cè)車道上行駛。

步驟三、自動(dòng)駕駛決策模塊5發(fā)出匝道檢測(cè)的觸發(fā)信號(hào)給攝像頭3，通知攝像頭3將識(shí)別區(qū)域調(diào)整到匝道方向。

步驟四、攝像頭3實(shí)時(shí)獲取匝道方向的圖像，圖像處理模塊2從所獲取的圖像中識(shí)別出匝道標(biāo)志線和車道線，并在車道線不規(guī)則（匝道口的車道線一般情況下都不規(guī)則）時(shí)從所獲取的圖像中識(shí)別出道路右邊沿的實(shí)線，作為右車道線，同時(shí)擬合出左車道線，并給出行駛路徑。

步驟五、自動(dòng)駕駛決策模塊5根據(jù)步驟四所輸出的行駛路徑控制車輛駛?cè)牖蝰偝龈咚俾罚徊⒃趫D像處理模塊2能識(shí)別到車道的左車道線和右車道線時(shí)，退出高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)。

所述步驟四中，為了確保駕駛的安全性，還通過雷達(dá)組對(duì)道路邊沿或高速路護(hù)欄13進(jìn)行檢測(cè)，圖像處理模塊2將道路邊沿信息和圖像信息相融合并規(guī)劃出行駛路徑12。

以下以實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明：

如圖2和圖4所示，圖2中包括左車道線8，中央虛線9，匝道標(biāo)志線10，道路右邊沿的實(shí)線11，行駛路徑12，高速路護(hù)欄13。當(dāng)車輛需要從高速路進(jìn)入匝道，具體控制過程如下：

a1、導(dǎo)航模塊4實(shí)時(shí)提供車輛距匝道的距離信息，以及車輛與匝道的相對(duì)位置（比如：匝道在高速路的右側(cè)或左側(cè)），并在車輛距匝道的距離為D1米（比如：2km）時(shí)，觸發(fā)高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。

a2、攝像頭3實(shí)時(shí)獲取車輛前方的圖像，圖像處理模塊2從所獲取的圖像中識(shí)別出車道線，圖像處理模塊2根據(jù)車道線判斷車輛是否在最右側(cè)車道，若不是，則自動(dòng)駕駛決策模塊5控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)7完成車道的自動(dòng)切換，使車輛進(jìn)入最右側(cè)車道，整個(gè)變道過程需在車輛距匝道的距離在1km～2km的范圍內(nèi)完成。若是，則自動(dòng)駕駛決策模塊5控制車輛保持在最右側(cè)車道上行駛。在自動(dòng)駕駛過程中，自動(dòng)駕駛決策模塊5會(huì)根據(jù)雷達(dá)1所檢測(cè)的道路邊沿信息進(jìn)行駕駛輔助決策處理及車輛控制。

a3、在車輛距匝道的距離為D3米（比如：1km）時(shí)，自動(dòng)駕駛決策模塊5根據(jù)距離的變化逐漸降低車速到匝道規(guī)定的車速，并且同時(shí)發(fā)出匝道檢測(cè)的觸發(fā)信號(hào)給攝像頭3和雷達(dá)1，使攝像頭3將識(shí)別區(qū)域調(diào)整到匝道方向。

a4、攝像頭3實(shí)時(shí)獲取匝道方向的圖像，圖像處理模塊2從所獲取的圖像中識(shí)別出匝道標(biāo)志線和車道線，并在車道線不規(guī)則時(shí)，利用攝像頭檢測(cè)道路右邊沿的實(shí)線11，作為右車道線，并結(jié)合雷達(dá)對(duì)高速路護(hù)欄13的探測(cè)結(jié)果，以明確道路的邊界，然后根據(jù)檢測(cè)的道路右邊沿的實(shí)線11的位置，利用車輛道路寬度，反向擬合出另一條虛擬的左車道線，并規(guī)劃出車輛駛出高速公路的行駛路徑。

a5、自動(dòng)駕駛決策模塊5根據(jù)步驟a4所輸出的行駛路徑控制車輛駛離高速路，進(jìn)入匝道；并在圖像處理模塊2能識(shí)別到正常的兩條車道線（即車輛所在車道的左車道線和右車道鄉(xiāng)線）時(shí)，退出高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)。此時(shí)，車輛進(jìn)入正常自動(dòng)駕駛狀態(tài)。

參見圖3和圖5，圖3中包括左車道線8，中央虛線9，匝道標(biāo)志線10，道路右邊沿的實(shí)線11，行駛路徑12，高速路護(hù)欄13。當(dāng)車輛從匝道進(jìn)入高速，具體控制過程如下：

b1、導(dǎo)航模塊4實(shí)時(shí)提供車輛距匝道的距離信息，以及車輛與匝道的相對(duì)位置，并在車輛距匝道的距離為D2米（比如：500米）時(shí)，觸發(fā)高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。

b2、攝像頭3實(shí)時(shí)獲取車輛前方的圖像，圖像處理模塊2從所獲取的圖像中識(shí)別出車道線，并根據(jù)車道線判斷車輛是否在最右側(cè)車道，若不是，則自動(dòng)駕駛決策模塊5控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)7完成車道的自動(dòng)切換，使車輛進(jìn)入最右側(cè)車道，若是，則自動(dòng)駕駛決策模塊5控制車輛保持在最右側(cè)車道上行駛。

b3、自動(dòng)駕駛決策模塊5發(fā)出匝道檢測(cè)的觸發(fā)信號(hào)給攝像頭3和雷達(dá)1，使攝像頭3將識(shí)別區(qū)域調(diào)整到匝道方向。

b4、攝像頭3實(shí)時(shí)獲取匝道方向的圖像，圖像處理模塊2從所獲取的圖像中識(shí)別出匝道標(biāo)志線和車道線，并在車道線不規(guī)則時(shí)，利用攝像頭3檢測(cè)道路右邊沿的實(shí)線11，作為右車道線，并結(jié)合雷達(dá)1對(duì)高速路護(hù)欄13的探測(cè)結(jié)果，以明確道路的邊界，然后根據(jù)檢測(cè)的道路右邊沿的實(shí)線11的位置，利用車輛道路寬度，反向擬合出另一條虛擬的左車道線，并規(guī)劃出車輛駛?cè)敫咚俟返男旭偮窂健?/p>

b5、自動(dòng)駕駛決策模塊5根據(jù)步驟b4所輸出的行駛路徑控制車輛駛?cè)敫咚俾凡⒉粩嗵岣哕囁俚礁咚俾芬?guī)定的車速；并在圖像處理模塊2能識(shí)別到正常的兩條車道線（即車輛所在車道的左車道線和右車道線）時(shí)，退出高速公路自動(dòng)駕駛上下匝道控制系統(tǒng)。此時(shí)，車輛進(jìn)入正常自動(dòng)駕駛狀態(tài)。