CN107226089A - 一种无人驾驶汽车避撞策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人驾驶汽车避撞策略，汽车上相关传感器采集自车和外部车辆、道路信息，将信息传送给ECU，ECU解析各传感器的信号，计算制动和转向安全距离，确定车辆所属紧急状态，快速规划合适的避撞方式，包括制动避撞、转向避撞、制动转向分段控制避撞，控制汽车的预警系统即通过蜂鸣器报警方式预警外部车辆、制动系统、转向系统执行相应避撞指令，并实时监测和计算TTC^‑1和横摆角速度的数值，在保证车辆稳定性的条件下，有效防止车辆发生碰撞事故，提高无人驾驶汽车的行车安全性。

Description

一种无人驾驶汽车避撞策略

技术领域

本发明涉及一种避撞策略，具体讲是一种无人驾驶汽车避撞策略，属于汽车主动安全领域。

背景技术

随着计算机技术、环境感知技术的发展，越来越多的自动控制技术被应用在汽车上，无人驾驶汽车也成为了汽车产业的一大变革。在无人驾驶技术的研究过程中，避免无人驾驶车辆在紧急状态下与前车、后车或者护栏发生碰撞，对于提高无人驾驶车辆安全性具有重要意义。

避撞方式包括纵向制动避撞和横向转向避撞。纵向制动避撞在某些路面条件下会出现车辆两侧制动力不平衡和制动距离变长的问题；转向避撞的安全距离较短，但是紧急转向时存在着斜碰、侧翻等危险；单一避撞方式在某些工况下存在一定局限性。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题在于克服现有避撞策略的缺陷，提供一种在紧急路况下汽车避撞策略。

技术方案：一种无人驾驶汽车避撞策略，包括以下步骤：

步骤一、汽车上相关传感器采集自车和外部环境相关信息，包括通过毫米波雷达采集自车与前车纵向车距的距离S₁、自车与干扰车纵向车距的距离S₂、干扰车车速U₂，通过霍尔式车速传感器采集自车车速U₁、横摆角速度传感器检测到的自车横摆角速度等信息，并将各信号传输至ECU中；

步骤二、ECU解析各传感器的信号，计算自车与前车制动安全距离B_r1，目标车道干扰车的制动安全距离和转向安全距离，ECU根据车辆实际环境信息和制动和转向安全距离进行计算，确定当前车辆所处紧急工况，根据车辆所处的紧急工况，决策避撞策略，

(1)若S₁≥B_r1，自车与前车的实际距离大于或等于制动安全距离，自车有制动避撞的条件，因此选择制动模式；

(2)若S_t1≤S₁＜B_r1，S₂≥S_t2，U₁≤U₂，自车与前车的实际距离大于或等于转向安全距离，但小于等于制动安全距离，自车可以通过换道的方式避免与前车发生碰撞事故，当自车与干扰车的实际距离大于转向安全距离时且自车车速小于干扰车的车速，自车换道后不会与干扰车发生碰撞危险，因此选择转向模式；

(3)若S_t1≤S₁＜B_r1，S₂≥S_t2，U₁＞U₂，自车避免与前车发生碰撞，可以转向避撞，但是此时自车车速大于相邻换道车道干扰车的车速，自车需要减速进入相邻车道，因此选择制动转向分段控制模式；

(4)若S_t1≤S₁＜B_r1，S₂＜S_t2，自车可以通过转向避免与前车发生碰撞，但自车实际距离小于自车与干扰车的换道安全距离，此时选择转向模式同时启动预警系统，自车在转向避撞的同时预警前车及干扰车注意紧急情况，此时自车预警灯闪烁，并且语音播报，通过自车避撞和车车合作相结合的方式减少事故；

(5)若S₁＜S_t1,自车很难避免与前车发生追尾碰撞，此时选择制动模式同时启动预警系统，也通过自车避撞和车车合作相结合的方式减少事故；

步骤三、ECU通过模糊PID方法控制制动执行器和转向执行器进行相应的避撞操作；

步骤四、ECU实时监测车辆碰撞时距TTC^-1和横摆角速度值是否为安全值，若自车处于危险状态，延时2秒，再次监测TTC^-1和横摆角速度值，若自车仍然处于危险状态，ECU适当减小控制量或者调节分段控制时长，定义制动时长和转向时长之和为总时长，制动时长占总时长的比例用K表示，若横摆角速度较大，增大K值，若TTC^-1值大于阈值时，适当减小控制量值。

进一步的，步骤4中所述车辆碰撞时距TTC^-1阈值为0.8。

有益效果：本发明克服了单一制动避撞和单一转向避撞的局限性，采用制动、转向、制动和转向分段控制三种切换模式，更好地满足不同紧急情况下的避撞要求；在保证车辆稳定性的条件下，有效防止车辆发生碰撞事故，提高无人驾驶汽车的行车安全性。

附图说明

图1是道路车辆信息图；

图2是无人驾驶汽车避撞策略图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明一种无人驾驶汽车避撞策略，具体过程如下：

步骤1、如图1所示，汽车上毫米雷达测量自车F与前方车辆D₁的距离S₁、自车与相邻车道干扰车D₂的距离S₂、自车与干扰车的相对车速，轮速传感器测量自车的车速U₁，通过自车车速和自车与干扰车相对车速得到干扰车车速U₂。横摆角速度传感器检测横摆角速度信号，将这些信号通过串口通讯传输到Freescale系列MC9S12DP512单片机中。

步骤2、如图2所示，电控单元ECU(MC9S12DP512)解析各传感器的信号，计算自车与前车、自车与目标车道干扰车的制动安全距离B_r1和自车与前车转向安全距离S_t1、自车与干扰车转向安全距离S_t2。

(1)若S₁≥B_r1，自车与前车的实际距离大于或等于制动安全距离，自车有制动避撞的条件，因此选择制动模式。

(2)若S_t1≤S₁＜B_r1，S₂≥S_t2，U₁≤U₂，自车与前车的实际距离大于或等于自车与前车转向安全距离S_t1，但小于制动安全距离B_r1，自车通过制动无法有效避免与前车发生追尾等碰撞事故，但自车可以通过换道的方式避免与前车发生碰撞事故。但转向换道避撞时需要考虑相邻换道车道干扰车的信息。当自车与干扰车的实际距离大于自车与干扰车转向安全距离S_t2时且自车车速小于干扰车的车速，自车换道后不会与干扰车发生碰撞危险，因此选择转向模式。

(3)若S_t1≤S₁＜B_r1，S₂≥S_t2，U₁＞U₂，自车避免与前车发生碰撞，可以转向避撞，但是此时自车车速大于相邻换道车道干扰车的车速，自车进入低速车道需要减速，否则自车换道进入相邻车道后容易与干扰车发生追尾事故。自车需要减速进入相邻车道，因此选择制动转向分段控制模式。

(4)若S_t1≤S₁＜B_r1，S₂＜S_t2，自车可以通过转向避免与前车发生碰撞，但自车实际距离小于自车与干扰车的换道安全距离，自车很难避免与干扰车发生斜碰、侧碰等事故。为了尽量减小事故发生的概率，此时选择转向模式同时启动预警系统。自车在转向避撞的同时预警前车及干扰车注意紧急情况，此时自车预警灯闪烁，并且语音播报：“注意车距，防止碰撞！”，通过警示让干扰车加速以加大自车与干扰车的纵向距离，减少事故。

(5)若S₁＜S_t1,自车很难避免与前车发生追尾碰撞，此时选择制动模式同时启动预警系统，也通过自车避撞和车车合作相结合的方式减少事故。

步骤3、如图2所示，ECU通过相关控制算法(如PID、模型预测控制等)PID算法控制制动执行电机和转向执行电机进行相应的避撞操作。PID制动控制算法的输入参数为自车实际纵向加速度和理想纵向加速度的差值，仿真调节PID的比例系数K_P值、积分系数K_I值和微分系数K_D值使PID输出值快速平稳的逼近理想纵向加速度的值。PID转向控制算法的输入参数为自车实际方向盘转角和理想的方向盘转角的差值，仿真调节PID的比例系数K_P值、积分系数K_I值和微分系数K_D值使PID输出值快速平稳的逼近理想的方向盘转角的值。

步骤4、如图2所示，本避撞策略中设置安全性评价指标，监测自车安全状态，本发明根据实际需要引入TTC^-1和横摆角速度作为评价指标，评价汽车的安全性。

车辆碰撞时距定义为：

其中，S为自车与前车实际间距，v_rel为自车与前车相对速度。

由定义可知，当车辆达到安全状态时，两车相对速度趋于0，TTC^-1此时趋近于零。当车辆越安全时，TTC^-1值越小；当车辆碰撞危险等级越高，TTC^-1的值越大。

ECU实时监测TTC^-1和横摆角速度值，若自车处于危险状态，延时2秒，再次监测TTC^-1和横摆角速度值，延时的目的是防止TTC^-1和横摆角速度值瞬时数值抖动造成误判。若自车仍然处于危险状态，ECU适当减小控制量或者调节分段控制时长。定义制动时长和转向时长之和为总时长，制动时长占总时长的比例用K表示，若横摆角速度较大，增大K值，若TTC^-1值较大(大于0.8)，适当减小控制量值。

本发明的应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种无人驾驶汽车避撞策略，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、汽车上相关传感器采集自车和外部环境相关信息，包括通过毫米波雷达采集自车与前车纵向车距的距离S₁、自车与干扰车纵向车距的距离S₂、干扰车车速U₂，通过霍尔式车速传感器采集自车车速U₁、横摆角速度传感器检测到的自车横摆角速度等信息，并将各信号传输至ECU中；

步骤二、ECU解析各传感器的信号，计算自车与前车制动安全距离B_r1，目标车道干扰车的制动安全距离和转向安全距离，ECU根据车辆实际环境信息和制动和转向安全距离进行计算，确定当前车辆所处紧急工况，根据车辆所处的紧急工况，决策避撞策略，(1)若S₁≥B_r1，自车与前车的实际距离大于或等于制动安全距离，自车有制动避撞的条件，因此选择制动模式；

(2)若S_t1≤S₁＜B_r1，S₂≥S_t2，U₁≤U₂，自车与前车的实际距离大于或等于转向安全距离，但小于等于制动安全距离，自车可以通过换道的方式避免与前车发生碰撞事故，当自车与干扰车的实际距离大于转向安全距离时且自车车速小于干扰车的车速，自车换道后不会与干扰车发生碰撞危险，因此选择转向模式；

(3)若S_t1≤S₁＜B_r1，S₂≥S_t2，U₁＞U₂，自车避免与前车发生碰撞，可以转向避撞，但是此时自车车速大于相邻换道车道干扰车的车速，自车需要减速进入相邻车道，因此选择制动转向分段控制模式；

(4)若S_t1≤S₁＜B_r1，S₂＜S_t2，自车可以通过转向避免与前车发生碰撞，但自车实际距离小于自车与干扰车的换道安全距离，此时选择转向模式同时启动预警系统，自车在转向避撞的同时预警前车及干扰车注意紧急情况，此时自车预警灯闪烁，并且语音播报，通过自车避撞和车车合作相结合的方式减少事故；

(5)若S₁＜S_t1,自车很难避免与前车发生追尾碰撞，此时选择制动模式同时启动预警系统，也通过自车避撞和车车合作相结合的方式减少事故；

步骤三、ECU通过模糊PID方法控制制动执行器和转向执行器进行相应的避撞操作；

步骤四、ECU实时监测车辆碰撞时距TTC^-1和横摆角速度值是否为安全值，若自车处于危险状态，延时2秒，再次监测TTC^-1和横摆角速度值，若自车仍然处于危险状态，ECU适当减小控制量或者调节分段控制时长，定义制动时长和转向时长之和为总时长，制动时长占总时长的比例用K表示，若横摆角速度较大，增大K值，若TTC^-1值大于阈值时，适当减小控制量值。

2.如权利要求1所述的一种无人驾驶汽车避撞策略，其特征在于，步骤4中所述车辆碰撞时距TTC^-1阈值为0.8。