本發明屬于自動駕駛技術，具體涉及一種高速公路自動駕駛上下匝道控制系統及方法。

背景技術：

高速公路自動駕駛系統是針對高速公路結構化道路的自動駕駛系統，在高速公路主路上通過前視攝像頭對車道線的檢測以確定車輛和車道線的相對位置，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傳感器對車輛四周交通環境進行檢測，從而確實安全狀況。

針對目前高速公路自動駕駛系統能否適應上下匝道主要有兩種方案：

第一種方案，增加激光雷達對匝道進行三維建模；由于激光雷達數據量大，現有電子電器架構無法兼容，且激光雷達的成本高，對環境的適應性也差。

第二種方案，利用高精度導航/地圖進行局部路徑規劃，此種方式對地圖精度以及定位精度的要求非常高，但現有的定位方式不能滿足要求。

因此，有必要開發一種新的高速公路自動駕駛上下匝道控制系統及方法。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種高速公路自動駕駛上下匝道控制系統及方法，能實現車輛自動進出匝道。

本發明所述的高速公路自動駕駛上下匝道控制系統，包括攝像頭、圖像處理模塊、導航模塊、自動駕駛決策模塊和執行機構，所述自動駕駛決策模塊分別與攝像頭、圖像處理模塊、導航模塊連接，該自動駕駛決策模塊還通過整車CAN網絡與執行機構連接；

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別出匝道標志線、車道線，并在車道線不規則時從所獲取的圖像中識別出道路右邊沿的實線，作為右車道線，同時擬合出左車道線，并給出駛入或駛出高速公路的行駛路徑；

所述導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位置信息；

所述自動駕駛決策模塊基于導航模塊所提供的信息發出匝道檢測的觸發信號給攝像頭，攝像頭將識別區域調整到匝道方向；

所述自動駕駛決策模塊還基于導航模塊所提供的信息控制執行機構，使車輛自動調節車速；

所述自動駕駛決策模塊還基于所述行駛路徑控制執行機構，使車輛按照該行駛路徑駛入或駛出高速路。

還包括用于對道路邊沿或高速路護欄進行檢測的雷達組，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劃出行駛路徑，所述自動駕駛決策模塊基于雷達組所提供的信息進行駕駛決策處理及車輛控制；該雷達組分別與圖像處理模塊、自動駕駛決策模塊連接。

所述雷達組至少包括分別安裝在車輛的四個角以及正前方的下格柵上的雷達。

所述雷達采用毫米波雷達。

所述攝像頭安裝在車輛正前方的前擋風玻璃。

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

步驟一、導航模塊實時提供車輛距匝道的距離信息，以及車輛與匝道的相對位置，在車輛距匝道的距離達到預設距離時，觸發高速公路自動駕駛上下匝道控制系統進入工作狀態；

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

步驟三、自動駕駛決策模塊發出匝道檢測的觸發信號給攝像頭，使攝像頭將識別區域調整到匝道方向；

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

步驟五、自動駕駛決策模塊根據所述步驟四所輸出的行駛路徑控制車輛駛入或駛出高速路；并在圖像處理模塊能識別到車道的左車道線和右車道線時，退出高速公路自動駕駛上下匝道控制系統。

在車輛從高速路進入匝道時，所述步驟一中，在車輛距匝道的距離為D1米時，觸發高速公路自動駕駛上下匝道控制系統進入工作狀態；

在車輛從匝道進入高速路時，所述步驟一中，在車輛距匝道的距離為D2米時，觸發高速公路自動駕駛上下匝道控制系統進入工作狀態。

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

在車輛從匝道進入高速路時，所述步驟五中還包括：自動駕駛決策模塊根據所述步驟四所輸出的行駛路徑控制車輛駛入高速路并不斷提高車速到高速路規定的車速。

所述步驟四中，還包括通過雷達對道路邊沿或高速路護欄進行檢測，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的道路右邊沿的實線，并結合雷達對高速路護欄的探測結果，計算出道路的邊界，然后根據檢測的道路右邊沿的實線的位置，并利用車輛道路的寬度，反向擬合出虛擬的左車道線，并規劃出車輛上下匝道的行駛路徑。

本發明具有以下優點：本發明通過攝像頭對匝道的特點進行識別，并結合雷達的識別結果和普通導航的提示，實現車輛在匝道口的自動駕駛功能。

附圖說明

圖1為本發明的原理框圖；

圖2為車輛從高速路自動進入匝道的示意圖；

圖3為車輛從匝道自動進入高速路的示意圖；

圖4為車輛從高速路自動進入匝道的邏輯流程圖；

圖5為車輛從匝道自動進入高速路的邏輯流程圖；

圖中：1、雷達，2、圖像處理模塊，3、攝像頭，4、導航模塊，5、自動駕駛決策模塊，6、整車CAN網絡，7、執行機構，8、左車道線，9、中央虛線，10、匝道標志線，11、道路右邊沿的實線，12、行駛路徑，13、高速路護欄。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示的高速公路自動駕駛上下匝道控制系統，包括雷達組、攝像頭3、圖像處理模塊2、導航模塊4、自動駕駛決策模塊5和執行機構7。自動駕駛決策模塊5分別與攝像頭3、圖像處理模塊2、導航模塊4連接，自動駕駛決策模塊5還通過整車CAN網絡6與執行機構7連接；雷達組分別與圖像處理模塊2、自動駕駛決策模塊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別出匝道標志線10、車道線，并在車道線不規則時從所獲取的圖像中識別出道路右邊沿的實線11，作為右車道線，同時擬合出左車道線8，并給出駛入或駛出高速公路的行駛路徑12。

導航模塊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位置信息（比如：匝道口位于高速路的右側）。

自動駕駛決策模塊5基于導航模塊4所提供的信息發出匝道檢測的觸發信號給攝像頭3，攝像頭3將識別區域調整到匝道方向。自動駕駛決策模塊5還基于導航模塊4所提供的信息控制執行機構7，使車輛自動調節車速。自動駕駛決策模塊5還基于行駛路徑控制執行機構7，使車輛按照該行駛路徑駛入或駛出高速路。

雷達組用于對道路邊沿或高速路護欄進行檢測，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劃出行駛路徑。具體為：利用攝像頭檢測道路右邊沿的實線11，并結合雷達對高速路護欄13的探測結果，以明確道路的邊界，然后根據檢測的道路右邊沿的實線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，并規劃出車輛上下匝道的行駛路徑。本發明主要以攝像頭3為主，以雷達1為輔。

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

整車CAN網絡6用于提供整車信息，比如：車速信號，用于獲取當前車輛行駛速度；方向轉角信號，用于獲取當前方向盤轉向角度；車輛橫擺角速度，用于獲取車輛姿態；車輛當前位置信號，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。

本發明中所述雷達組包括五個雷達1，分別安裝在車輛的四個角以及正前方的下格柵上的雷達1。五個雷達1均采用毫米波雷達。攝像頭3為一個，安裝在車輛正前方的前擋風玻璃上。雷達1的數量可根據實際需求增加。

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

步驟一、導航模塊4實時提供車輛距匝道的距離信息，以及車輛與匝道的相對位置，在車輛距匝道的距離達到預設距離時，觸發高速公路自動駕駛上下匝道控制系統進入工作狀態。

步驟二、攝像頭3實時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別出車道線，并根據車道線判斷車輛是否在最右側車道，若不是，則自動駕駛決策模塊5控制車輛完成車道的自動切換，使車輛進入最右側車道，若是，則自動駕駛決策模塊5控制車輛保持在最右側車道上行駛。

步驟三、自動駕駛決策模塊5發出匝道檢測的觸發信號給攝像頭3，通知攝像頭3將識別區域調整到匝道方向。

步驟四、攝像頭3實時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別出匝道標志線和車道線，并在車道線不規則（匝道口的車道線一般情況下都不規則）時從所獲取的圖像中識別出道路右邊沿的實線，作為右車道線，同時擬合出左車道線，并給出行駛路徑。

步驟五、自動駕駛決策模塊5根據步驟四所輸出的行駛路徑控制車輛駛入或駛出高速路；并在圖像處理模塊2能識別到車道的左車道線和右車道線時，退出高速公路自動駕駛上下匝道控制系統。

所述步驟四中，為了確保駕駛的安全性，還通過雷達組對道路邊沿或高速路護欄13進行檢測，圖像處理模塊2將道路邊沿信息和圖像信息相融合并規劃出行駛路徑12。

以下以實例對本發明進行詳細的說明：

如圖2和圖4所示，圖2中包括左車道線8，中央虛線9，匝道標志線10，道路右邊沿的實線11，行駛路徑12，高速路護欄13。當車輛需要從高速路進入匝道，具體控制過程如下：

a1、導航模塊4實時提供車輛距匝道的距離信息，以及車輛與匝道的相對位置（比如：匝道在高速路的右側或左側），并在車輛距匝道的距離為D1米（比如：2km）時，觸發高速公路自動駕駛上下匝道控制系統進入工作狀態。

a2、攝像頭3實時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別出車道線，圖像處理模塊2根據車道線判斷車輛是否在最右側車道，若不是，則自動駕駛決策模塊5控制執行機構7完成車道的自動切換，使車輛進入最右側車道，整個變道過程需在車輛距匝道的距離在1km～2km的范圍內完成。若是，則自動駕駛決策模塊5控制車輛保持在最右側車道上行駛。在自動駕駛過程中，自動駕駛決策模塊5會根據雷達1所檢測的道路邊沿信息進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，自動駕駛決策模塊5根據距離的變化逐漸降低車速到匝道規定的車速，并且同時發出匝道檢測的觸發信號給攝像頭3和雷達1，使攝像頭3將識別區域調整到匝道方向。

a4、攝像頭3實時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別出匝道標志線和車道線，并在車道線不規則時，利用攝像頭檢測道路右邊沿的實線11，作為右車道線，并結合雷達對高速路護欄13的探測結果，以明確道路的邊界，然后根據檢測的道路右邊沿的實線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，并規劃出車輛駛出高速公路的行駛路徑。

a5、自動駕駛決策模塊5根據步驟a4所輸出的行駛路徑控制車輛駛離高速路，進入匝道；并在圖像處理模塊2能識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線）時，退出高速公路自動駕駛上下匝道控制系統。此時，車輛進入正常自動駕駛狀態。

參見圖3和圖5，圖3中包括左車道線8，中央虛線9，匝道標志線10，道路右邊沿的實線11，行駛路徑12，高速路護欄13。當車輛從匝道進入高速，具體控制過程如下：

b1、導航模塊4實時提供車輛距匝道的距離信息，以及車輛與匝道的相對位置，并在車輛距匝道的距離為D2米（比如：500米）時，觸發高速公路自動駕駛上下匝道控制系統進入工作狀態。

b2、攝像頭3實時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別出車道線，并根據車道線判斷車輛是否在最右側車道，若不是，則自動駕駛決策模塊5控制執行機構7完成車道的自動切換，使車輛進入最右側車道，若是，則自動駕駛決策模塊5控制車輛保持在最右側車道上行駛。

b3、自動駕駛決策模塊5發出匝道檢測的觸發信號給攝像頭3和雷達1，使攝像頭3將識別區域調整到匝道方向。

b4、攝像頭3實時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別出匝道標志線和車道線，并在車道線不規則時，利用攝像頭3檢測道路右邊沿的實線11，作為右車道線，并結合雷達1對高速路護欄13的探測結果，以明確道路的邊界，然后根據檢測的道路右邊沿的實線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，并規劃出車輛駛入高速公路的行駛路徑。

b5、自動駕駛決策模塊5根據步驟b4所輸出的行駛路徑控制車輛駛入高速路并不斷提高車速到高速路規定的車速；并在圖像處理模塊2能識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，退出高速公路自動駕駛上下匝道控制系統。此時，車輛進入正常自動駕駛狀態。