CN111645677B - 一种车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统及控制方法，通过数据采集模块采集相应的车辆行驶信息及道路信息，并通过拟合的方法获得精确的车辆实际行驶数据，然后依次考虑紧急制动安全距离、自车变道后与前后车之间的车距和对应临界安全距离、自车与两侧的侧方车道边界线的距离与对应侧的车宽之间的关系以及自车变道时间后侧方车道内前后车辆的距离关系等影响因素，产生并输出相应的决策指令，控制车辆按第一变道轨迹侧方变道、紧急制动或以第二变道轨迹侧方变道。本发明不仅考虑到同车道前车和侧方车道车辆行驶状况和道路实际情况，还考虑到侧方变道时的临界碰撞危险点的影响，进一步提高了车辆主动安全性能。

Description

一种车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统及控制方法

技术领域

本发明属于车辆主动安全技术领域，具体涉及一种车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统及控制方法。

背景技术

随着电子信息技术的快速发展，汽车电子的应用范围越来越广。各类传感器、安全模型、控制算法的应用，极大的提高了汽车主动安全性能。

当汽车行驶前方遇到危险时，传统的安全距离模型能够提供安全预警和紧急制动，避免发生碰撞，而当汽车车速较高，前后汽车制动距离不足，使用传统的安全距离模型仍有可能发生碰撞危险。

有学者提出通过侧方变道从而规避碰撞危险，但目前已有的正弦函数变道轨迹模型、圆弧变道轨迹模型、等速偏移变道轨迹模型等，仅考虑了变道过程中自车参数变化的影响，尚未考虑变道目标车道车辆实际运动情况以及周边车辆的实际行驶情况的影响。此外，现有的车辆变道轨迹较为单一，未考虑侧方变道时与临近车辆的之间存在的碰撞危险，存在较大安全隐患。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明公开了一种车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统及控制方法，本发明既考虑到同车道前车和侧方车道车辆行驶状况和道路实际情况，还考虑到侧方变道时临界碰撞危险点的影响，进一步提高车辆主动安全性能，结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

一种车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统，所述系统包括数据采集模块、综合处理模块和执行模块；

所述数据采集模块中：雷达单元、摄像头、自车车速传感器、自车加速度传感器和自车参数单元，分别将采集到的车辆行驶数据和道路信息数据发送至综合处理模块；

所述综合处理模块中，数据处理单元对接收到的车辆行驶数据和道路信息数据进行分析处理获得决策数据并发送至决策单元，经决策单元判断产生决策指令并发送至执行模块；

所述执行模块中，制动器和转向器分别接收决策单元发送的决策指令，执行侧方变道或紧急制动操作。

进一步地，所述车辆行驶数据包括：

所述雷达单元中，激光雷达采集到的周围车辆的行驶状况、车辆尺寸参数、自车与同车道前方车辆纵向的距离、自车与侧方车道车辆纵向距离、侧方车道车辆纵向距离；

所述雷达单元中，位于自车前端的第一长距离毫米波雷达采集到的前方同车道和侧方车道车辆的行驶状况、自车与同车道和侧方车道前方车辆纵向距离；

所述雷达单元中，位于自车后端的第二长距离毫米波雷采集到的后方同车道和侧方车道车辆的行驶状况、自车与同车道和侧方车道后方车辆纵向距离；

所述自车车速传感器采集到的自车的车速；

所述自车加速度传感器采集到的自车的加速度；

所述自车参数单元用于采集到的自车车车长、车宽、质心距前轴距离、最大制动减速度和临界侧向附着系数；

所述道路信息数据包括：

摄像头采集到的车道信息、侧方前车相对同车道前车的侧向距离和侧方前车距离侧方车道边界线的距离。

一种车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统的控制方法，所述控制方法具体如下：

S1：采集车辆行驶数据和道路信息数据；

S2：数据初步分析处理获得周边车辆行驶数据；

S3：数据进一步分析处理获得决策数据，经判断产生并输出决策指令；

S4：控制决策指令执行侧方变道或紧急制动操作。

进一步地，所述车辆行驶数据包括自车A、同车道前车B、侧方后车C以及侧方前车D的行驶数据；其中：

通过激光雷达采集同车道前车B的车速v_Bj、加速度a_Bj、车长L_B、车宽W_B和距离自车车距d_ABj，侧方后车C的车速v_Cj、加速度a_Cj、车长L_C、车宽W_C和距离本车纵向车距d_ACj，侧方前车D的车速v_Dj、加速度a_Dj、车长L_D、车宽W_D、距离本车纵向车距d_ADj以及侧方后车C与侧方前车D的车距d_CD；

通过第一长距离毫米波雷达采集同车道前车B的车速v_Bh、加速度a_Bh和距离自车纵向车距d_ABh，侧方前车D的车速v_Dh、加速度a_Dh和距离自车纵向车距d_Adh；

通过第二长距离毫米波雷达采集侧方后车C的车速v_Ch、加速度a_Ch和距离自车纵向车距d_ACh；

通过自车车速传感器采集自车A的车速v_A；

通过自车加速度传感器采集自车A的加速度a_A；

通过自车参数单元采集自车A车车长L_A、车宽W_A、质心距前轴距离a、最大制动减速度a_Amax和临界侧向附着系数

所述道路信息数据为通过摄像头采集到的道路宽M、侧方前车D相对同车道前车B的侧向距离Ds₂、侧方前车D距离其所在一侧的道路边界线的距离Ds₁。

进一步地，所述步骤S2中：

根据所述步骤S1中获得的车辆行驶数据初步分析处理获得的周边车辆行驶数据包括：同车道前车B的车速v_B和加速度a_B、侧方车道后车C的车速v_C和加速度a_C、侧方车道前车D的车速v_D和加速度a_D、自车A距离同车道前车B的纵向距离d_AB、自车A距离侧方后车C的纵向距离d_AC、自车A距离侧方前车D的纵向距离d_AD。

进一步地，所述周边车辆行驶数据的获得过程为：首先基于激光雷达采集一份连续的20组相关数据，并基于第一长距离毫米波雷达或第二长距离毫米波雷达采集另一份连续的20组相关数据，并分别对两份相关数据进行拟合，得到对应的拟合曲线，然后分别计算两组拟合曲线对应的拟合方差，判断：若|r₁-r₂|＞max{r₁ r₂}，其中，r₁为激光雷达采集同车道前车B的车速拟合曲线

的拟合方差，r₂为第一长距离毫米波雷采集同车道前车B的车速拟合曲线

的拟合方差，取r₁、r₂中较小者对应的数据为相应的数据取值，反之，取激光雷达和第一长距离毫米波雷达或第二长距离毫米波雷达采集到的相应数据的平均值为相应的数据取值；

进一步地，所述步骤S3中，数据进一步分析处理获得决策数据，经判断产生并输出决策指令的具体过程如下：

S31：获取步骤S1中采集到的车辆行驶数据和道路信息数据，以及步骤S2中车辆行驶数据初步分析处理获得的周边车辆行驶数据；

S32：判断自车A距离同车道前车B的纵向距离d_AB与紧急制动安全距离d_j之间的大小关系；若d_AB<d_j,则计算第一种第一侧方变道轨迹y₁，并记录此时的时刻t₀，否则，产生并输出自车紧急制动控制决策指令；

本步骤S32中：

所述紧急制动安全距离d_j的计算公式如下：

上述紧急制动安全距离d_j的计算公式中：

d_AB为自车A距离同车道前车B的纵向距离；

v_A为自车A的车速；

v_B为同车道前车B的车速；

L_B为同车道前车B的车长；

d_j0为临界纵向安全距离；

本步骤S32中：

所述第一种第一侧方变道轨迹y₁的计算公式如下：

上述第一种第一侧方变道轨迹y₁的计算公式中：

Ds₂为侧方前车D相对同车道前车B的侧向距离；

t_z为自车变道至与侧方前车D同一纵向中心线处的时间，其中：

为临界侧向附着系数；

为最大制动减速度a_Amax的一半；

t≤t_z；

S33：判断侧方后车C与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的后方实际距离d₁与后方临界安全距离d_r之间的大小关系，以及判断侧方前车D与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的前方实际距离d₂与前方临界安全距离d_f之间的大小关系；若d_r<d₁且d_f<d₂，则产生并输出自车按照第一种第一侧方变道轨迹y₁进行侧方变道的控制决策指令，否则进入下述步骤S34；

本步骤S33中：

所述侧方后车C与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的后方实际距离d₁的计算公式如下：

上述后方实际距离d₁的计算公式中：

d_AC为自车A距离侧方后车C的纵向距离；

v_A为自车A的车速；

v_C为侧方后车C的车速；

t_z为自车变道至与侧方后车C同一纵向中心线处的时间，此时侧方后车C与侧方前车D处于同一纵向中心线上，其中：

为临界侧向附着系数；

为最大制动减速度a_Amax的一半；

a_C为侧方后车C的加速度；

所述侧方前车D与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的前方实际距离d₂的计算公式如下：

上述前方实际距离d₂的计算公式中：

d_AD为自车A距离侧方前车D的纵向距离；

v_A为自车A的车速；

v_C为侧方前车D的车速；

t_z为自车变道至与侧方前车D同一纵向中心线处的时间，其中：

为临界侧向附着系数；

a_A为最大制动减速度a_Amax的一半；

a_D为侧方前车D的加速度；

所述后方临界安全距离d_r为预设值；

所述前方临界安全距离d_f为预设值；

S34：判断侧方前车D距离其所在一侧的道路边界线的距离Ds₁是否满足D_s1＞1.5+W_A+0.5W_D，若满足，则自车A的目标变道侧向位移为Δ₁，且Δ₁＝0.95+0.5(W_A+W_D)+D_s2，此时，产生并输出自车按照第二种第一侧方变道轨迹

进行侧方变道的控制决策指令，若不满足，则进入下述步骤S35；

本步骤S34中：

所述第二种第一侧方变道轨迹

的计算公式如下：

上述第二种第一侧方变道轨迹

的计算公式中：

S35：判断侧方前车D相对同车道前车B的侧向距离Ds₂是否满足D_s2＞2+W_A+0.5(W_B+W_D)，若满足，则自车A的目标变道侧向位移为Δ₂，且Δ₂＝1.2+0.5(W_B+W_A)，此时，产生并输出自车按照第三种第一侧方变道轨迹

进行侧方变道的控制决策指令，若不满足，则进入下述步骤S36；

本步骤S35中：

所述第三种第一侧方变道轨迹

的计算公式如下：

上述第三种第一侧方变道轨迹

的计算公式中：

t≤t_z1；

S36：判断在变道t_z时间后，侧方后车C与侧方前车D之间的实际车距d₃与侧方变道临界安全值d_fr之间的大小关系，若d₃＞d_fr，则进入下述步骤S37，否则，产生并输出自车紧急制动控制决策指令；

本步骤S36中：

所述侧方后车C与侧方前车D之间的实际车距d₃的计算公式如下：

d₃＝s_f-s_r+d_CD

上述实际车距d₃的计算公式中：

s_r为侧方后车C的位移；

s_f为侧方前车D车位移；

故：

所述侧方变道临界安全值d_fr为预设值；

S37：计算第二侧方变道轨迹y₂；

本步骤S37中：

所述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式如下：

X(t)＝a₀+a₁t+a₂t²+a₃t³+a₄t⁴+a₅t⁵+a₆t⁶

Y(t)＝b₀+b₁t+b₂t²+b₃t³+b₄t⁴+b₅t⁵

上述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式中：

X_st(t)为自车侧方变道初始纵向位移，此时t取0；

X_fi(t)为自车侧方变道终点纵向位移，此时t取t_z；

Y_st(t)为自车侧方变道初始侧向位移，此时t取0；

Y_fi(t)为自车侧方变道终点侧向位移，此时t取t_z；

根据上述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式，计算获得：b₀、b₁、b₂、b₃、b₄、b₅；并根据上述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式计算获得：a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅与a₆的关系；

S38：判断第二侧方变道轨迹y₂是否有解；

本步骤S38中，判断第二侧方变道轨迹y₂是否有解是通过判断是否同时满足下述两条件，若同时满足下述两条件则判断第二侧方变道轨迹y₂有解，则产生并输出自车按照第二侧方变道轨迹y₂进行侧方变道的控制决策指令，否则，则判断第二侧方变道轨迹y₂无解，则产生并输出自车紧急制动控制决策指令；

所述两条件分别如下：

条件1：

为防止侧方变道时与同车道前车B发生碰撞，当

时，X(t_w1)需满足：

条件2：

为防止侧方变道时与侧方后车C发生碰撞，当d_AC+L_A+X_A(t_w2)＝s_r(t_w2)时，其中，X_A为自车A的纵向位移，Y(t_w2)需满足：

式中，

a为自车A质心距前轴距离。

进一步地，所述步骤S4中，转向器或制动器接收到决策单元发送的相应的控制决策指令执行转向或制动动作；其中：

所述制动器接收到紧急制动控制决策指令后，进行紧急制动操作；

所述转向器接收到侧方变道的控制决策指令，并根据不同的侧方变道控制决策指令控制自车A从所在车道按照第一种第一侧方变道轨迹y₁进行侧方变道、控制自车A从所在车道按照第二种第一侧方变道轨迹

进行侧方变道、控制自车A从所在车道按照第三种第一侧方变道轨迹

进行侧方变道或控制自车A从所在车道按照第二侧方变道轨迹y₂进行侧方变道。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明所述车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统及控制方法，首先通过数据采集模块采集相应的车辆行驶信息及道路信息，并通过拟合的方法获得较为精确的车辆实际行驶数据，然后依次通过考虑自车与同车道前车距离与紧急制动安全距离的大小关系、自车变道后与前后车之间的车距和对应临界安全距离的大小关系、自车与两侧的侧方车道边界线的距离与对应侧的车宽之间的关系以及自车变道时间后侧方车道内前后车辆的距离关系等影响因素，产生并输出相应的决策指令，控制车辆按第一变道轨迹侧方变道、紧急制动或以第二变道轨迹侧方变道，本发明不仅考虑到同车道前车和侧方车道车辆行驶状况和道路实际情况，还考虑到侧方变道时的临界碰撞危险点的影响，故进一步提高了车辆主动安全性能。

附图说明

图1为本发明所述车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统的结构组成框图；

图2为本发明所述车辆制动转向协调控制紧急防碰撞控制方法的流程框图；

图3为本发明所述车辆制动转向协调控制紧急防碰撞控制方法中，判断生成b并执行控制决策的具体流程框图；

图4为采用本发明所述紧急防碰撞系统和控制方法，车辆按照第一种第一侧方变道轨迹进行侧方变道的示意图；

图5为采用本发明所述紧急防碰撞系统和控制方法，车辆按照第二种第一侧方变道轨迹进行侧方变道的示意图；

图6为采用本发明所述紧急防碰撞系统和控制方法，车辆按照第三种第一侧方变道轨迹进行侧方变道的示意图；

图7为采用本发明所述紧急防碰撞系统和控制方法，车辆按照第二侧方变道轨迹进行侧方变道的示意图；

具体实施方式

为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1所示，本发明公开了一种车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统，所述系统包括：数据采集模块、综合处理模块和执行模块；其中，所述数据采集模块采集车辆行驶信息和道路信息，并将采集到的数据信息发送给综合处理模块，综合处理模块对接收到的数据信息进行分析处理后指定控制决策，并根据控制决策向进而控制执行模块进行制动或转向操作。

如图4至图7所示，与自车A处于同一车道且位于自车前方的车辆为：同车道前车B；位于自车A侧方车道可能与侧方变道过程中的自车发生碰撞的后方车辆为：侧方后车C；位于自车A侧方车道可能与侧方变道过程中的自车发生碰撞的前方车辆为：侧方前车D；

如图4所示，按照第一种第一侧方变道轨迹变道后的自车为A’；

如图5所示，按照第二种第一侧方变道轨迹变道后的自车为A₁’；

如图6所示，按照第三种第一侧方变道轨迹变道后的自车为A₂’；

如图7所示，按照第二侧方变道轨迹变道后的自车为A₃’；

如图1所示，所述数据采集模块由雷达单元、摄像头、自车车速传感器、自车加速度传感器以及自车参数单元组成，所述雷达单元包括激光雷达、第一长距离毫米波雷达和第二长距离毫米波雷达；所述激光雷达、第一长距离毫米波雷达、第二长距离毫米波雷达、摄像头、自车车速传感器、自车加速度传感器和自车参数单元分别与综合处理模块中的数据处理单元信号连接，以分别将采集到的车辆行驶信息和道路信息发送至数据处理单元进行分析处理；其中：

所述激光雷达安装于自车顶部，用于检测周围车辆的行驶状况、车辆尺寸参数、自车与同车道前方车辆纵向的距离、自车与侧方车道车辆纵向距离、侧方车道车辆纵向距离；所述激光雷达所采集的数据具体包括：同车道前车B的车速v_Bj、加速度a_Bj、车长L_B、车宽W_B和距离自车车距d_ABj，侧方后车C的车速v_Cj、加速度a_Cj、车长L_C、车宽W_C和距离本车纵向车距d_ACj，侧方前车D的车速v_Dj、加速度a_Dj、车长L_D、车宽W_D和距离本车纵向车距d_ADj以及侧方后车C与侧方前车D的车距d_CD；

所述第一长距离毫米波雷达安装于自车前保险杠中部，用于检测前方同车道和侧方车道车辆的行驶状况、自车与同车道和侧方车道前方车辆纵向距离；所述第一长距离毫米波雷达所采集的数据具体包括：同车道前车B的车速v_Bh、加速度a_Bh和距离自车纵向车距d_ABh，侧方前车D的车速v_Dh、加速度a_Dh和距离自车纵向车距d_ADh；

所述第二长距离毫米波雷达安装于自车后保险杠中部，用于检测后方同车道和侧方车道车辆的行驶状况、自车与同车道和侧方车道后方车辆纵向距离；所述第二长距离毫米波雷达所采集的数据具体包括：侧方后车C的车速v_Ch、加速度a_Ch和距离自车纵向车距d_ACh；

所述摄像头安装于车内后视镜前部，用于识别车道信息、侧方前车相对同车道前车的侧向距离和侧方前车距离侧方车道边界线的距离；所述摄像头采集的数据包括：道路宽M、侧方前车D相对同车道前车B的侧向距离Ds₂、侧方前车D距离其所在一侧的道路边界线的距离Ds₁；

所述自车车速传感器用于采集：自车A的车速v_A；

所述自车加速度传感器用于采集：自车A的加速度a_A；

所述自车参数单元用于采集：自车A车车长L_A、车宽W_A、质心距前轴距离a、最大制动减速度a_Amax、临界侧向附着系数

如图1所示，所述综合处理模块由数据处理单元和决策单元组成；所述数据处理单元对接收到的数据采集模块采集到的车辆行驶信息和道路信息进行分析处理，并将处理后的数据发送至决策单元，通过决策单元作出相应的决策，并将决策控制信号发送给执行模块，控制执行模块进行制动或转向操作；其中：

所述数据处理单元，用于通过对车辆行驶信息和道路信息进行分析计算，获得：同车道前车B的车速v_B和加速度a_B、侧方后车C的车速v_C和加速度a_C、侧方前车D的车速v_D和加速度a_D、自车A距离同车道前车B的纵向距离d_AB、自车A距离侧方后车C的纵向距离d_AC、自车A距离侧方前车D的纵向距离d_AD、自车A与同车道前车B之间的紧急制动安全距离d_j、自车A从所在车道变换车道至侧方车道的第一种第一侧方变道轨迹y₁、侧方后车C与变道后的自车之间的实际距离d₁、侧方前车D与变道后的自车之间的实际距离d₂、自车A从所在车道变换车道至侧方车道的第二种第一侧方变道轨迹y₁ ^*、自车A从所在车道变换车道至侧方车道的第三种第一侧方变道轨迹y₁ ^**、自车A从所在车道变换车道后侧方后车C与侧方前车D之间的实际车距d₃以及自车A从所在车道变换车道至侧方车道的第二侧方变道轨迹y₂；

所述决策单元根据数据处理单元获得的相关数据作出决策判断并向执行模块发送相应的控制信号，进而控制执行模块进行制动或转向；其中：

所述决策单元作出的决策判断包括：判断自车A紧急制动或侧方变道，若判断决策侧方变道，则继续判断依次采用第一侧方变道轨迹变道和第二侧方变道轨迹变道；

当判断决策采用第一侧方变道轨迹变道过程中，分别判断依次采用第一种第一侧方变道轨迹变道、第二种第一侧方变道轨迹变道和第三种第一侧方变道轨迹变道，若三种第一侧方变道轨迹变道均不适合，则初步判断决策是否有可能采用第二侧方变道轨迹变道，若无可能则判断决策紧急制动，若初步判断可采用第二侧方变道轨迹变道，则进一步确定是否可以采用第二侧方变道轨迹变道，若确定可以，则采用第二侧方变道轨迹变道，否则判断决策紧急制动。

如图1所示，所述执行模块由制动器和转向器组成；其中：

所述制动器接收决策单元发送的制动控制信号后进行制动操作，进而实现车辆紧急制动；

所述转向器接收决策单元发送的转向控制信号后进行转向操作，进而实现车辆按照相应的侧方变道轨迹进行侧方变道操作。

本发明还公开了一种车辆制动转向协调控制紧急防碰撞控制方法，所述紧急防碰撞控制方法基于上述车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统，将综合考虑道路条件、变道目标车道上车辆的行驶状况、自车参数变化以及侧方变道时的临界碰撞危险点的影响，实现紧急防碰撞控制。

如图2至图7所示，本发明所述车辆制动转向协调控制防碰撞控制方法的具体过程如下：

S1：采集车辆行驶数据和道路信息数据；

本步骤S1中，所述车辆行驶数据包括自车A、同车道前车B、侧方车道后车C以及侧方车道前车D的行驶数据；其中：

通过激光雷达采集同车道前车B的车速v_Bj、加速度a_Bj、车长L_B、车宽W_B和距离自车车距d_ABj，侧方后车C的车速v_Cj、加速度a_Cj、车长L_C、车宽W_C和距离本车纵向车距d_ACj，侧方前车D的车速v_Dj、加速度a_Dj、车长L_D、车宽W_D、距离本车纵向车距d_ADj以及侧方后车C与侧方前车D的车距d_CD；

通过第一长距离毫米波雷达采集同车道前车B的车速v_Bh、加速度a_Bh和距离自车纵向车距d_ABh，侧方前车D的车速v_Dh、加速度a_Dh和距离自车纵向车距d_ADh；

通过第二长距离毫米波雷达采集侧方后车C的车速v_Ch、加速度a_Ch和距离自车纵向车距d_ACh；

通过自车车速传感器采集自车A的车速v_A；

通过自车加速度传感器采集自车A的加速度a_A；

通过自车参数单元采集自车A车车长L_A、车宽W_A、质心距前轴距离a、最大制动减速度a_Amax和临界侧向附着系数

本步骤S1中，所述道路信息数据为通过摄像头采集到的道路宽M、侧方前车D相对同车道前车B的侧向距离Ds₂、侧方前车D距离其所在一侧的道路边界线的距离Ds₁。

S2：数据初步分析处理获得周边车辆行驶数据；

本步骤S2中，根据上述步骤S1中获得的车辆行驶数据初步分析处理获得的周边车辆行驶数据包括：同车道前车B的车速v_B和加速度a_B、侧方车道后车C的车速v_C和加速度a_C、侧方车道前车D的车速v_D和加速度a_D、自车A距离同车道前车B的纵向距离d_AB、自车A距离侧方后车C的纵向距离d_AC、自车A距离侧方前车D的纵向距离d_AD；

周边车辆行驶数据的获得过程为：首先基于激光雷达采集一份连续的20组相关数据，并基于第一长距离毫米波雷达或第二长距离毫米波雷达采集另一份连续的20组相关数据，并分别对两份相关数据进行拟合，得到对应的拟合曲线，然后分别计算两组拟合曲线对应的拟合方差，判断：若|r₁-r₂|＞max{r₁ r₂}，取r₁、r₂中较小者对应的数据为相应的数据取值，反之，取激光雷达和第一长距离毫米波雷达或第二长距离毫米波雷达采集到的相应数据的平均值为相应的数据取值；

以同车道前车B的车速v_B为例，具体获得过程如下：

S21：记录连续20组激光雷达采集到的同车道前车B的车速数据，记为v_Bj1、v_Bj2、……、v_Bj20，以及记录连续20组第一长距离毫米波雷达采集到的同车道前车B的车速数据，记为v_Bh1、v_Bh2、……、v_Bh20；

S22：分别对激光雷达采集到的同车道前车B的车速数据v_Bj1、v_Bj2、……、v_Bj20和第一长距离毫米波雷达采集到的同车道前车B的车速数据v_Bh1、v_Bh2、……、v_Bh20进行线性拟合，分别得到：

激光雷达采集同车道前车B的车速拟合曲线

x取1到20的整数；

第一长距离毫米波雷采集同车道前车B的车速拟合曲线

x取1到20的整数；

S23：计算激光雷达采集同车道前车B的车速拟合曲线

的拟合方差r₁：

并计算第一长距离毫米波雷采集同车道前车B的车速拟合曲线

的拟合方差r₂：

S24：判断：若|r₁-r₂|＞max{r₁ r₂}，取r₁、r₂中较小者对应的数据为同车道前车B的车速v_B，反之，取激光雷达和第一长距离毫米波雷达采集到的同车道前车B的车速的平均值为同车道前车B的车速v_B；

S3：数据进一步分析处理获得决策数据，经判断产生并输出决策指令；

如图3至图7所示，本步骤S3中，根据步骤S1和步骤S2中获得的数据进一步分析处理获得决策数据，经判断产生并执行决策指令控制执行相应操作的具体过程如下：

S31：环境监测，获取步骤S1中采集到的车辆行驶数据和道路信息数据，以及步骤S2中车辆行驶数据初步分析处理获得的周边车辆行驶数据；

S32：判断自车A距离同车道前车B的纵向距离d_AB与紧急制动安全距离d_j之间的大小关系；若d_AB<d_j,则计算第一种第一侧方变道轨迹y₁，并记录此时的时刻t₀，否则，产生并输出自车紧急制动控制决策指令；

本步骤S32中：

所述紧急制动安全距离d_j的计算公式如下：

上述紧急制动安全距离d_j的计算公式中：

d_AB为自车A距离同车道前车B的纵向距离；

v_A为自车A的车速；

v_B为同车道前车B的车速；

L_B为同车道前车B的车长；

d_j0为临界纵向安全距离；

本步骤S32中：

所述第一种第一侧方变道轨迹y₁的计算公式如下：

上述第一种第一侧方变道轨迹y₁的计算公式中：

Ds₂为侧方前车D相对同车道前车B的侧向距离；

t_z为自车变道至与侧方前车D同一纵向中心线处的时间，其中：

为临界侧向附着系数；

为最大制动减速度a_Amax的一半；

t≤t_z；

S33：如图4所示，判断侧方后车C与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的后方实际距离d₁与后方临界安全距离d_r之间的大小关系，以及判断侧方前车D与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的前方实际距离d₂与前方临界安全距离d_f之间的大小关系；若d_r<d₁且d_f<d₂，则产生并输出自车按照第一种第一侧方变道轨迹y₁进行侧方变道的控制决策指令，否则进入下述步骤S34；

本步骤S33中：

所述侧方后车C与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的后方实际距离d₁的计算公式如下：

上述后方实际距离d₁的计算公式中：

d_AC为自车A距离侧方后车C的纵向距离；

v_A为自车A的车速；

v_C为侧方后车C的车速；

t_z为自车变道至与侧方后车C同一纵向中心线处的时间(此时侧方后车C与侧方前车D处于同一纵向中心线上)，其中：

为临界侧向附着系数；

为最大制动减速度a_Amax的一半；

a_C为侧方后车C的加速度；

所述侧方前车D与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的前方实际距离d₂的计算公式如下：

上述前方实际距离d₂的计算公式中：

d_AD为自车A距离侧方前车D的纵向距离；

v_A为自车A的车速；

v_C为侧方前车D的车速；

t_z为自车变道至与侧方前车D同一纵向中心线处的时间，其中：

为临界侧向附着系数；

为最大制动减速度a_Amax的一半；

a_D为侧方前车D的加速度；

所述后方临界安全距离d_r为预设值，本实施例中取20m；

所述前方临界安全距离d_f为预设值，本实施例中取30m；

S34：如图5所示，判断侧方前车D距离其所在一侧的道路边界线的距离Ds₁是否满足D_s1＞1.5+W_A+0.5W_D，若满足，则自车A的目标变道侧向位移为Δ₁，且Δ₁＝0.95+0.5(W_A+W_D)+D_s2，此时，产生并输出自车按照第二种第一侧方变道轨迹

进行侧方变道的控制决策指令，若不满足，则进入下述步骤S35；

本步骤S34中：

所述第二种第一侧方变道轨迹

的计算公式如下：

上述第二种第一侧方变道轨迹

的计算公式中：

t≤t_z1；

S35：如图6所示，判断侧方前车D相对同车道前车B的侧向距离Ds₂是否满足D_s2＞2+W_A+0.5(W_B+W_D)，若满足，则自车A的目标变道侧向位移为Δ₂，且Δ₂＝1.2+0.5(W_B+W_A)，此时，产生并输出自车按照第三种第一侧方变道轨迹

进行侧方变道的控制决策指令，若不满足，则进入下述步骤S36；

本步骤S35中：

所述第三种第一侧方变道轨迹

的计算公式如下：

上述第三种第一侧方变道轨迹

的计算公式中：

t≤t_z1；

S36：判断在变道t_z时间后，侧方后车C与侧方前车D之间的实际车距d₃与侧方变道临界安全值d_fr之间的大小关系，若d₃＞d_fr，则进入下述步骤S37，否则，产生并输出自车紧急制动控制决策指令；

本步骤S36中：

所述侧方后车C与侧方前车D之间的实际车距d₃的计算公式如下：

d₃＝s_f-s_r+d_CD

上述实际车距d₃的计算公式中：

s_r为侧方后车C的位移；

s_f为侧方前车D车位移；

故：

所述侧方变道临界安全值d_fr为预设值，本实施例中取35m；

S37：计算第二侧方变道轨迹y₂；

本步骤S37中：

所述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式如下：

X(t)＝a₀+a₁t+a₂t²+a₃t³+a₄t⁴+a₅t⁵+a₆t⁶

Y(t)＝b₀+b₁t+b₂t²+b₃t³+b₄t⁴+b₅t⁵

上述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式中：

X_st(t)为自车侧方变道初始纵向位移，此时t取0；

X_fi(t)为自车侧方变道终点纵向位移，此时t取t_z；

Y_st(t)为自车侧方变道初始侧向位移，此时t取0；

Y_fi(t)为自车侧方变道终点侧向位移，此时t取t_z；

根据上述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式，计算获得：b₀、b₁、b₂、b₃、b₄、b₅；并根据上述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式计算获得：a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅与a₆的关系；

S38：判断第二侧方变道轨迹y₂是否有解；

本步骤S38中，判断第二侧方变道轨迹y₂是否有解是通过判断是否同时满足下述两条件，若同时满足下述两条件则判断第二侧方变道轨迹y₂有解，则产生并输出自车按照第二侧方变道轨迹y₂进行侧方变道的控制决策指令，否则，则判断第二侧方变道轨迹y₂无解，则产生并输出自车紧急制动控制决策指令；

所述两条件分别如下：

条件1：

为防止侧方变道时与同车道前车B发生碰撞，当

时，X(t_w1)需满足

条件2：

为防止侧方变道时与侧方后车C发生碰撞，当d_AC+L_A+X_A(t_w2)＝s_r(t_w2)时，Y(t_w2)需满足

式中，

a为自车A质心距前轴距离；

S4：控制决策指令执行侧方变道或紧急制动操作；

执行模块中，转向器或制动器接收到决策单元发送的相应的控制决策指令执行转向或制动动作；其中：

所述制动器接收到紧急制动控制决策指令后，进行紧急制动操作；

所述转向器接收到侧方变道的控制决策指令，并根据不同的侧方变道控制决策指令控制自车A从所在车道按照第一种第一侧方变道轨迹y₁进行侧方变道、控制自车A从所在车道按照第二种第一侧方变道轨迹

进行侧方变道、控制自车A从所在车道按照第三种第一侧方变道轨迹

进行侧方变道或控制自车A从所在车道按照第二侧方变道轨迹y₂进行侧方变道。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统的控制方法，

所述系统包括数据采集模块、综合处理模块和执行模块；

所述数据采集模块中：雷达单元、摄像头、自车车速传感器、自车加速度传感器和自车参数单元，分别将采集到的车辆行驶数据和道路信息数据发送至综合处理模块；

所述综合处理模块中，数据处理单元对接收到的车辆行驶数据和道路信息数据进行分析处理获得决策数据并发送至决策单元，经决策单元判断产生决策指令并发送至执行模块；

所述执行模块中，制动器和转向器分别接收决策单元发送的决策指令，执行侧方变道或紧急制动操作；

所述车辆行驶数据包括：

所述雷达单元中，激光雷达采集到的周围车辆的行驶状况、车辆尺寸参数、自车与同车道前方车辆纵向的距离、自车与侧方车道车辆纵向距离、侧方车道车辆纵向距离；

所述雷达单元中，位于自车前端的第一长距离毫米波雷达采集到的前方同车道和侧方车道车辆的行驶状况、自车与同车道和侧方车道前方车辆纵向距离；

所述雷达单元中，位于自车后端的第二长距离毫米波雷采集到的后方同车道和侧方车道车辆的行驶状况、自车与同车道和侧方车道后方车辆纵向距离；

所述自车车速传感器采集到的自车的车速；

所述自车加速度传感器采集到的自车的加速度；

所述自车参数单元用于采集到的自车车车长、车宽、质心距前轴距离、最大制动减速度和临界侧向附着系数；

所述道路信息数据包括：

摄像头采集到的车道信息、侧方前车相对同车道前车的侧向距离和侧方前车距离侧方车道边界线的距离；

其特征在于：

所述控制方法具体如下：

S1：采集车辆行驶数据和道路信息数据；

所述车辆行驶数据包括自车A、同车道前车B、侧方后车C以及侧方前车D的行驶数据；其中：

通过激光雷达采集同车道前车B的车速v_Bj、加速度a_Bj、车长L_B、车宽W_B和距离自车车距d_ABj，侧方后车C的车速v_Cj、加速度a_Cj、车长L_C、车宽W_C和距离本车纵向车距d_ACj，侧方前车D的车速v_Dj、加速度a_Dj、车长L_D、车宽W_D、距离本车纵向车距d_ADj以及侧方后车C与侧方前车D的车距d_CD；

通过第一长距离毫米波雷达采集同车道前车B的车速v_Bh、加速度a_Bh和距离自车纵向车距d_ABh，侧方前车D的车速v_Dh、加速度a_Dh和距离自车纵向车距d_ADh；

通过第二长距离毫米波雷达采集侧方后车C的车速v_Ch、加速度a_Ch和距离自车纵向车距d_ACh；

通过自车车速传感器采集自车A的车速v_A；

通过自车加速度传感器采集自车A的加速度a_A；

通过自车参数单元采集自车A车车长L_A、车宽W_A、质心距前轴距离a、最大制动减速度a_Amax和临界侧向附着系数

所述道路信息数据为通过摄像头采集到的道路宽M、侧方前车D相对同车道前车B的侧向距离Ds₂、侧方前车D距离其所在一侧的道路边界线的距离Ds₁；

S2：数据初步分析处理获得周边车辆行驶数据；

所述步骤S2中：

根据所述步骤S1中获得的车辆行驶数据初步分析处理获得的周边车辆行驶数据包括：同车道前车B的车速v_B和加速度a_B、侧方车道后车C的车速v_C和加速度a_C、侧方车道前车D的车速v_D和加速度a_D、自车A距离同车道前车B的纵向距离d_AB、自车A距离侧方后车C的纵向距离d_AC、自车A距离侧方前车D的纵向距离d_AD；

所述周边车辆行驶数据的获得过程为：首先基于激光雷达采集一份连续的20组相关数据，并基于第一长距离毫米波雷达或第二长距离毫米波雷达采集另一份连续的20组相关数据，并分别对两份相关数据进行拟合，得到对应的拟合曲线，然后分别计算两组拟合曲线对应的拟合方差，判断：若|r₁-r₂|＞max{r₁r₂}，其中，r₁为激光雷达采集同车道前车B的车速拟合曲线

的拟合方差，r₂为第一长距离毫米波雷采集同车道前车B的车速拟合曲线

的拟合方差，取r₁、r₂中较小者对应的数据为相应的数据取值，反之，取激光雷达和第一长距离毫米波雷达或第二长距离毫米波雷达采集到的相应数据的平均值为相应的数据取值；

S3：数据进一步分析处理获得决策数据，经判断产生并输出决策指令；

所述步骤S3中，数据进一步分析处理获得决策数据，经判断产生并输出决策指令的具体过程如下：

S31：获取步骤S1中采集到的车辆行驶数据和道路信息数据，以及步骤S2中车辆行驶数据初步分析处理获得的周边车辆行驶数据；

S32：判断自车A距离同车道前车B的纵向距离d_AB与紧急制动安全距离d_j之间的大小关系；若d_AB<d_j,则计算第一种第一侧方变道轨迹y₁，并记录此时的时刻t₀，否则，产生并输出自车紧急制动控制决策指令；

本步骤S32中：

所述紧急制动安全距离d_j的计算公式如下：

上述紧急制动安全距离d_j的计算公式中：

d_AB为自车A距离同车道前车B的纵向距离；

v_A为自车A的车速；

v_B为同车道前车B的车速；

L_B为同车道前车B的车长；

d_j0为临界纵向安全距离；

本步骤S32中：

所述第一种第一侧方变道轨迹y₁的计算公式如下：

上述第一种第一侧方变道轨迹y₁的计算公式中：

Ds₂为侧方前车D相对同车道前车B的侧向距离；

t_z为自车变道至与侧方前车D同一纵向中心线处的时间，其中：

为临界侧向附着系数；

为最大制动减速度a_Amax的一半；

t≤t_z；

S33：判断侧方后车C与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的后方实际距离d₁与后方临界安全距离d_r之间的大小关系，以及判断侧方前车D与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的前方实际距离d₂与前方临界安全距离d_f之间的大小关系；若d_r<d₁且d_f<d₂，则产生并输出自车按照第一种第一侧方变道轨迹y₁进行侧方变道的控制决策指令，否则进入下述步骤S34；

本步骤S33中：

所述侧方后车C与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的后方实际距离d₁的计算公式如下：

上述后方实际距离d₁的计算公式中：

d_AC为自车A距离侧方后车C的纵向距离；

v_A为自车A的车速；

v_C为侧方后车C的车速；

t_z为自车变道至与侧方后车C同一纵向中心线处的时间，此时侧方后车C与侧方前车D处于同一纵向中心线上，其中：

为临界侧向附着系数；

为最大制动减速度a_Amax的一半；

a_C为侧方后车C的加速度；

所述侧方前车D与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的前方实际距离d₂的计算公式如下：

上述前方实际距离d₂的计算公式中：

d_AD为自车A距离侧方前车D的纵向距离；

v_A为自车A的车速；

v_D为侧方前车D的车速；

t_z为自车变道至与侧方前车D同一纵向中心线处的时间，其中：

为临界侧向附着系数；

为最大制动减速度a_Amax的一半；

a_D为侧方前车D的加速度；

所述后方临界安全距离d_r为预设值；

所述前方临界安全距离d_f为预设值；

S34：判断侧方前车D距离其所在一侧的道路边界线的距离Ds₁是否满足D_s1＞1.5+W_A+0.5W_D，若满足，则自车A的目标变道侧向位移为Δ₁，且Δ₁＝0.95+0.5(W_A+W_D)+D_s2，此时，产生并输出自车按照第二种第一侧方变道轨迹

进行侧方变道的控制决策指令，若不满足，则进入下述步骤S35；

本步骤S34中：

所述第二种第一侧方变道轨迹y₁ ^*的计算公式如下：

上述第二种第一侧方变道轨迹

的计算公式中：

S35：判断侧方前车D相对同车道前车B的侧向距离Ds₂是否满足D_s2＞2+W_A+0.5(W_B+W_D)，若满足，则自车A的目标变道侧向位移为Δ₂，且Δ₂＝1.2+0.5(W_B+W_A)，此时，产生并输出自车按照第三种第一侧方变道轨迹

进行侧方变道的控制决策指令，若不满足，则进入下述步骤S36；

本步骤S35中：

所述第三种第一侧方变道轨迹

的计算公式如下：

上述第三种第一侧方变道轨迹

的计算公式中：

S36：判断在变道t_z时间后，侧方后车C与侧方前车D之间的实际车距d₃与侧方变道临界安全值d_fr之间的大小关系，若d₃＞d_fr，则进入下述步骤S37，否则，产生并输出自车紧急制动控制决策指令；

本步骤S36中：

所述侧方后车C与侧方前车D之间的实际车距d₃的计算公式如下：

d₃＝s_f-s_r+d_CD

上述实际车距d₃的计算公式中：

s_r为侧方后车C的位移；

s_f为侧方前车D车位移；

故：

所述侧方变道临界安全值d_fr为预设值；

S37：计算第二侧方变道轨迹y₂；

本步骤S37中：

所述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式如下：

X(t)＝a₀+a₁t+a₂t²+a₃t³+a₄t⁴+a₅t⁵+a₆t⁶

Y(t)＝b₀+b₁t+b₂t²+b₃t³+b₄t⁴+b₅t⁵

上述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式中：

X_st(t)为自车侧方变道初始纵向位移，此时t取0；

X_fi(t)为自车侧方变道终点纵向位移，此时t取t_z；

Y_st(t)为自车侧方变道初始侧向位移，此时t取0；

Y_fi(t)为自车侧方变道终点侧向位移，此时t取t_z；

根据上述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式，计算获得：b₀、b₁、b₂、b₃、b₄、b₅；并根据上述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式计算获得：a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅与a₆的关系；

S38：判断第二侧方变道轨迹y₂是否有解；

本步骤S38中，判断第二侧方变道轨迹y₂是否有解是通过判断是否同时满足下述两条件，若同时满足下述两条件则判断第二侧方变道轨迹y₂有解，则产生并输出自车按照第二侧方变道轨迹y₂进行侧方变道的控制决策指令，否则，则判断第二侧方变道轨迹y₂无解，则产生并输出自车紧急制动控制决策指令；

所述两条件分别如下：

条件1：

为防止侧方变道时与同车道前车B发生碰撞，当

时，X(t_w1)需满足：

条件2：

为防止侧方变道时与侧方后车C发生碰撞，当d_AC+L_A+X_A(t_w2)＝s_r(t_w2)时，其中，X_A为自车A的纵向位移，Y(t_w2)需满足：

式中，

a为自车A质心距前轴距离

S4：控制决策指令执行侧方变道或紧急制动操作。

2.如权利要求1所述一种车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统的控制方法，其特征在于：

所述步骤S4中，转向器或制动器接收到决策单元发送的相应的控制决策指令执行转向或制动动作；其中：

所述制动器接收到紧急制动控制决策指令后，进行紧急制动操作；

所述转向器接收到侧方变道的控制决策指令，并根据不同的侧方变道控制决策指令控制自车A从所在车道按照第一种第一侧方变道轨迹y₁进行侧方变道、控制自车A从所在车道按照第二种第一侧方变道轨迹

进行侧方变道、控制自车A从所在车道按照第三种第一侧方变道轨迹

进行侧方变道或控制自车A从所在车道按照第二侧方变道轨迹y₂进行侧方变道。

Images