本發(fā)明涉及一種汽車駕駛安全輔助系統(tǒng)，特別是一種基于路面圖像特征分析的駕駛安全輔助系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高速路車流量大，車與車之間間距小，前面的車突然制動或減速，會引起后面車輛追尾，尤其是在雨霧天氣，路面狀況較差，為了防止車輛打滑，往往會突然減速，造成事故。

對于車隊，車與車之間的速度距離往往靠司機目測判斷，第一車輛發(fā)現(xiàn)路面條件發(fā)生變化時，如路面有積水、積雪時，往往會突然減速，由于后面車輛駕駛員反應(yīng)時間及執(zhí)行器延時等因素的影響，使得后車車輛反應(yīng)慢，容易發(fā)生事故。

本專利提出了一種利用圖像處理的方法，對當前和前方出現(xiàn)的路面的特征（最大摩擦系數(shù)）進行監(jiān)測，推算當前和前方路面的最大允許摩擦力，并對駕駛員提出安全的行車（牽引力）提示，以便駕駛員及時規(guī)劃車輛牽引力或制動力，使得車輛速度變化符合安全行駛和后車及時跟隨變化的要求。

目前尚沒有相似技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)的不足，提出一種基于路面圖像分析的駕駛安全輔助系統(tǒng)，使得車輛行駛的牽引車輛行駛的牽引力/制動力、速度的控制的符合的行駛安全。

為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案。

一種基于路面圖像分析的駕駛安全輔助系統(tǒng)，包括視覺監(jiān)測模塊、分類庫模塊、車輛參數(shù)監(jiān)測模塊、路面最大允許摩擦力推算模塊、顯示和提示模塊等。視覺監(jiān)測模塊、分類庫模塊、車輛參數(shù)監(jiān)測模塊、顯示和提示模塊與路面最大允許摩擦力推算模塊連接；車輛參數(shù)監(jiān)測模塊還與顯示和提示模塊連接。分類庫模塊輸出給路面允許最大摩擦力推算模塊，視覺檢測模塊將距離-路面圖像信息輸出給路面允許最大摩擦力推算模塊，車輛參數(shù)監(jiān)測模塊輸出信息提供給路面最大允許摩擦力推算模塊、顯示和提示模塊，路面最大允許摩擦力推算模塊輸出給顯示和提示模塊。

視覺監(jiān)測模塊，通過前置的攝像頭和圖像處理技術(shù)獲取地面信息和地面上的點與車輛之間對應(yīng)的距離。

分類庫模塊，用于存儲典型路面條件的知識。

車輛參數(shù)監(jiān)測模塊，通過傳感器和信息處理技術(shù)獲得車輛的載荷、車速、車輛加速度、車輛牽引力等信息。

路面允許最大摩擦力推算模塊，通過視覺監(jiān)測模塊輸入的距離-路面圖像信息，識別出前方路面的“距離-路面類型”和最大允許的摩擦系數(shù)，并進一步計算前方路面的最大允許摩擦力。

提示和顯示模塊，根據(jù)當前路面距離-最大允許摩擦力信息、和車輛載荷信息，計算最大允許牽引力/制動力、最大允許速度等信息，并顯示和語音報警。

上述的視覺監(jiān)測模塊，包括視覺傳感器、圖像信息處理模塊。視覺傳感器可采用前置攝像頭，用于測前方路面的圖像，獲取數(shù)字圖像信息。所述的圖像信息處理模塊，對數(shù)字圖像信息進行處理，提取前方一定寬度和長度構(gòu)成的矩形區(qū)域內(nèi)的路面圖像，得到距離-路面圖像信息。

上述的分類庫模塊，該模塊為一個系統(tǒng)的存儲單元。該該模塊將典型路面條件歸納劃分成四種典型的狀態(tài)，包括干燥、濕潤、積水、積冰積雪，模塊所存儲的典型路面條件知識是上述的四種典型面對應(yīng)的數(shù)字圖像特征。

上述的車輛參數(shù)監(jiān)測模塊，包括輪胎壓力傳感器、壓力傳感器信號處理模塊、車速傳感器、車速傳感器信號處理模塊、車輛加速度傳感器、加速度傳感器信號處理模塊、牽引力測量傳感器、牽引力傳感器信號處理模塊。

上述的路面允許最大摩擦力推算模塊，包括特征提取模塊，路面匹配模塊，路面-大摩擦系數(shù)映射模塊、最大摩擦力計算模塊。

特征提取模塊是根據(jù)上述的距離-路面圖像信息，提取數(shù)字圖像特征，得到“距離-路面數(shù)字圖像特征”信息。所述的“距離-路面數(shù)字圖像特征”信息是指前方圖像中，由近及遠的不同距離對應(yīng)的路面特征。

路面匹配模塊是將所述的“距離-路面數(shù)字圖像特征”信息與分類庫存儲的典型路面數(shù)字圖像信息進行匹配，識別出前方路面的“距離-路面類型”。

路面-大摩擦系數(shù)映射模塊，儲存有四種典型路面條件下對應(yīng)的最大摩擦系數(shù)的表格。

最大摩擦力計算模塊，根據(jù)最大允許摩擦系數(shù)、輪胎壓力傳感器得到的所述的輪胎縱向載荷，計算所關(guān)注路面允許的最大輪胎摩擦力。

路面允許最大摩擦力推算模塊，還可以包括天氣情況選擇鍵，用于由駕駛員給出天氣的先驗信息，減少在線信息處理計算量和計算時間。

上述的顯示和提示模塊，包括計算模塊、信息顯示模塊、語音預警模塊。計算模塊的輸出信息，提供給信息顯示模塊和語音報警模塊。

計算模塊，根據(jù)車輛參數(shù)檢測模塊提供的信息和路面允許最到摩擦力信息，計算車輛連續(xù)運行曲線和前方監(jiān)測處的預測曲線的數(shù)據(jù)（包括車輛速度、地面允許最大牽引和制動力）。

顯示模塊所顯示的信息包括車輛速度、地面允許最大牽引和制動力、當前車輛牽引力/制動力等曲線；語音報警模塊的內(nèi)容包括前方路面情況、是否需要降低牽引力或制動力等的提示。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著技術(shù)進步，具體如下：

1）采用視覺技術(shù)，識別車輛前方路面的特征，實現(xiàn)車輛防打滑/防抱死控制；

2）對于路面特征，按天氣、晝夜、路面情況（干、濕、積水、冰雪）分類，充分考慮光線對視覺圖像的影響；

3）按路面特征，獲得所檢測到的路面允許的最大摩擦系數(shù)、當前車輛允許的最大牽引力和制動力，與常規(guī)的動力學控制方法實現(xiàn)防打滑/防抱死控制相比，具有控制響應(yīng)速度快的特點，由于不啟動摩擦制動系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以大大提高車輛的能效；

4）實時顯示、預測前方路面允許的最大牽引力和制動力，大大提高駕駛行車和車輛控制的安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理示意圖。

圖2分類庫模塊存儲的典型的路面圖像知識。

圖3為視覺監(jiān)測模塊結(jié)構(gòu)框圖。

圖4為視覺傳感模塊及獲取圖像示意圖。

圖5為本發(fā)明的一種車輛參數(shù)檢測模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

圖6為四種典型路面條件下對應(yīng)的最大摩擦系數(shù)表格。

圖7為四種典型路面的摩擦系數(shù)-滑移率關(guān)系圖。

圖8路面允許最大附著力推算模塊結(jié)構(gòu)框圖。

圖9為距離-路面類型信息示意圖。

圖10為本發(fā)明的一種顯示和提示模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

發(fā)明的優(yōu)選實施案例結(jié)合附圖詳述如下：

實施例一：

參照圖1，本基于路面圖像分析的駕駛安全輔助系統(tǒng)，包括視覺監(jiān)測模塊（1）、分類庫模塊（2）、車輛參數(shù)監(jiān)測模塊（3）、路面最大允許摩擦力推算模塊（4）、顯示和提示模塊（5）等。其特征在于：所述視覺監(jiān)測模塊（1）、分類庫模塊（2）、車輛參數(shù)監(jiān)測模塊（3）、顯示和提示模塊（5）與路面最大允許摩擦力推算模塊（4）連接；車輛參數(shù)監(jiān)測模塊（3）還與顯示和提示模塊（5）連接；所述分類庫模塊（2）輸出給路面允許最大摩擦力推算模塊（4），視覺檢測模塊（1）將距離-路面圖像信息輸出給路面允許最大摩擦力推算模塊（4），車輛參數(shù)監(jiān)測模塊（3）輸出信息提供給路面最大允許摩擦力推算模塊（4）、顯示和提示模塊（5），路面最大允許摩擦力推算模塊（4）輸出給顯示和提示模塊（5）；所述視覺監(jiān)測模塊（1），通過前置的攝像頭和圖像處理技術(shù)獲取地面信息和地面上的點與車輛之間對應(yīng)的距離；分類庫模塊（2），用于存儲典型路面條件的知識；車輛參數(shù)監(jiān)測模塊（3），通過傳感器和信息處理技術(shù)獲得車輛的載荷、車速、車輛加速度、車輛牽引力等信息；路面允許最大摩擦力推算模塊（4），通過視覺監(jiān)測模塊輸入的距離-路面圖像信息，識別出前方路面的“距離-路面類型”和最大允許的摩擦系數(shù)，并進一步計算前方路面的最大允許摩擦力；提示和顯示模塊（5），根據(jù)當前路面距離-最大允許摩擦力信息、和車輛載荷信息，計算最大允許牽引力/制動力、最大允許速度等信息，并顯示和語音報警。

實施例二：本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下：

參見圖1~圖10，

所述的視覺監(jiān)測模塊（1）包括視覺傳感器（1-1）和圖像信息處理模塊（1-2）。所述的視覺傳感器（1-1）為前置攝像頭，用于測前方路面的圖像，獲取數(shù)字圖像信息。所述的圖像信息處理模塊（1-2），對數(shù)字圖像信息進行處理，提取前方一定寬度和長度構(gòu)成的矩形區(qū)域內(nèi)的路面圖像，得到距離-路面圖像信息。

所述的分類庫模塊（2）為一個系統(tǒng)的存儲單元。該模塊將典型路面條件歸納劃分成四種典型的狀態(tài)，包括干燥、濕潤、積水、積冰積雪，模塊所存儲的典型路面條件知識是上述的四種典型面對應(yīng)的數(shù)字圖像特征。

所述的車輛參數(shù)監(jiān)測模塊（3）包括輪胎壓力傳感器（3-1）、壓力傳感器信號處理單元（3-2）、車速傳感器（3-3）、車速傳感器信號處理單元（3-4）、車輛加速度傳感器（3-5）、加速度傳感器信號處理單元（3-6）、牽引力測量傳感器（3-7）和牽引力傳感器信號處理單元（3-8）。其中牽引力傳感器（3-7），可安裝在汽車驅(qū)動橋輸入端或發(fā)動機或電動汽車的電動機的輸出軸上，用于獲得汽車牽引力的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，對于純電動汽車，也可以通過電機及其驅(qū)動系統(tǒng)輸出的轉(zhuǎn)矩信號。

所述的路面允許最大摩擦力推算模塊（4），包括特征提取模塊（4-1），路面匹配模塊（4-2），路面-大摩擦力映射模塊（4-3）和最大摩擦力計算模塊（4-4）。所述特征提取模塊（4-1）是根據(jù)2）所述的距離-路面圖像信息，提取數(shù)字圖像特征，得到“距離-路面數(shù)字圖像特征”信息；所述的“距離-路面數(shù)字圖像特征”信息是指前方圖像中，由近及遠的不同距離對應(yīng)的路面特征；路面匹配模塊（4-2）是將所述的“距離-路面數(shù)字圖像特征”信息與分類庫存儲的典型路面數(shù)字圖像信息進行匹配，識別出前方路面的“距離-路面類型”；路面-大摩擦力映射模塊（4-3），儲存有四種典型路面條件下對應(yīng)的最大摩擦力的表格；最大摩擦力計算模塊（4-4），根據(jù)最大允許摩擦系數(shù)、輪胎壓力傳感器得到的所述的輪胎縱向載荷，計算所關(guān)注路面允許的最大輪胎摩擦力；路面允許最大摩擦力推算模塊（4），還可以包括天氣情況選擇鍵，用于由駕駛員給出天氣的先驗信息，減少在線信息處理計算量和計算時間。

所述的顯示和提示模塊（5），包括計算模塊（5-1）、信息顯示模塊（5-2）、語音預警模塊（5-3），所述的計算模塊（5-1）的輸出信息，提供給信息顯示模塊（5-2）和語音報警模塊（5-3）；計算模塊（5-1），根據(jù)車輛參數(shù)檢測模塊提供的信息和路面允許最到摩擦力信息，計算車輛連續(xù)運行曲線和前方監(jiān)測處的預測曲線的數(shù)據(jù)，包括車輛速度、地面允許最大牽引和制動力；顯示模塊（5-2）所顯示的信息包括車輛速度、地面允許最大牽引和制動力、當前車輛牽引力/制動力曲線；語音報警模塊（5-3）的內(nèi)容包括前方路面情況、是否需要降低牽引力或制動力的提示。