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CN113602266A - 一种紧急转向辅助控制方法及系统 - Google Patents

一种紧急转向辅助控制方法及系统 Download PDF

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CN113602266A CN202110974476.5A CN202110974476A CN113602266A CN 113602266 A CN113602266 A CN 113602266A CN 202110974476 A CN202110974476 A CN 202110974476A CN 113602266 A CN113602266 A CN 113602266A
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Abstract

本发明涉及智能汽车驾驶辅助技术，尤其涉及一种紧急转向辅助控制方法及系统。综合考虑了车辆前方、后方以及相邻车道的碰撞风险，提出了紧急转向辅助综合决策因子，使得车辆的紧急转向辅助控制具有更高的可靠性和安全性；采用了模糊逻辑方法综合判断车辆各个方向的碰撞风险，使得紧急转向辅助控制的判断依据更加充分，进一步提高了车辆行驶的安全性；提供了一种紧急转向辅助系统，包括感知模块、决策模块和执行模块。

Description

一种紧急转向辅助控制方法及系统
技术领域
本发明涉及智能汽车驾驶辅助技术，尤其涉及一种紧急转向辅助控制方法及系统。
背景技术
目前已经商业化推广的汽车主动防碰撞安全系统主要为前向碰撞预警系统(Forword Collision Warning，FCW)和自动紧急制动系统(Autonomous EmergencyBraking，AEB)，在车辆纵向行驶方向上通过前向碰撞预警或制动介入给予驾驶员辅助，但是该技术，在车速高达一定程度时，车辆制动措施并不能完全刹停车辆进而避免碰撞。
现有技术在紧急制动系统不能完全避免与前车发生碰撞的情况下，采用转向辅助系统，控制车辆进行变道，从而规避风险。
但是现有的转向辅助系统，只关注本车道前方的障碍物，并未考虑车辆后方来车情况，当判断紧急制动系统能够避免与前车发生碰撞时，会直接刹停车辆，此时若后方车辆距离过近，且左右均有障碍物，就会发生追尾事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种紧急转向辅助控制方法及系统，能够综合考虑车辆前方、后方以及相邻车道的碰撞风险，紧急转向辅助控制的判断依据更加充分，具有更高的可靠性和安全性。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种紧急转向辅助控制方法，其特征在于：在四周设有雷达和摄像头的车辆中；
A、根据雷达和摄像头输出的信号，计算实时的前向碰撞危险系数FCR、后向碰撞危险系数RCR、左车道的换道风险系数CLRl和右车道的换道风险系数CLRr，然后比较CLRl和CLRr的数值大小，选择数值较小者作为换道风险系数CLR；
B、根据所述前向碰撞危险系数FCR、后向碰撞危险系数RCR以及换道风险系数CLR的隶属度函数进行模糊化处理，基于模糊逻辑规则，得到紧急转向辅助可能性等级；
C、使用最小法则和加权平均判别法对所述紧急转向辅助可能性等级进行解模糊计算，得到紧急转向辅助综合决策因子CDF；
D、基于所述紧急转向辅助综合决策因子CDF，进行紧急转向辅助控制。
进一步的，所述进行紧急转向辅助控制，具体包括如下步骤：
S1，判断所述紧急转向辅助综合决策因子CDF是否大于预设的紧急转向辅助阈值，若是，则执行步骤S2，若否，则不进行紧急转向辅助；
S2，判断驾驶员是否有转向意图，若是，则执行步骤S3，若否，则不进行紧急转向辅助；
S3，比较左车道的换道风险系数CLRl和右车道的换道风险系数CLRr的数值大小，向数值较小的一侧车道进行紧急转向辅助，并执行步骤S4；
S4，判断驾驶员是否已经接管，若是，则退出紧急转向辅助，若否，则继续执行步骤S3。
进一步的，所述计算实时的前向碰撞危险系数FCR，具体过程为，通过车辆前部的雷达和摄像头实时获取本车与前车的相对速度Vf、本车与前车的相对距离Sf，并代入如下公式中进行计算：
Figure BDA0003227145350000021
所述前向碰撞危险系数FCR的数值越大，则代表车辆前向碰撞风险越大。
进一步的，所述计算实时的后向碰撞危险系数RCR，具体过程为，通过车辆后部的雷达和摄像头实时获取本车与后车的相对速度Vr、本车与后车的相对距离Sr，并代入如下公式中进行计算：
Figure BDA0003227145350000022
所述后向碰撞危险系数RCR的数值越大，则代表车辆后向碰撞风险越大。
进一步的，所述计算实时的左车道的换道风险系数CLRl，具体过程为：
首先根据侧向加速度安全阈值aymax和从本车道换到左车道的横向距离yl，按照如下公式计算出左车道避让完成时间安全阈值Tmaxl：
Figure BDA0003227145350000031
然后根据本车与左车道障碍物的纵向距离Sl和纵向相对速度Vl，计算出左侧碰撞时间
Figure BDA0003227145350000032
则左车道的换道风险系数
Figure BDA0003227145350000033
所述左车道的换道风险系数CLRl的数值越大，则代表车辆向左侧换道的碰撞风险越大。
进一步的，所述计算实时的右车道的换道风险系数CLRr，具体过程为：
首先根据侧向加速度安全阈值aymax和从本车道换到右车道的横向距离yr，按照如下公式计算出右车道避让完成时间安全阈值Tmaxr：
Figure BDA0003227145350000034
然后根据本车与右车道障碍物的纵向距离Sr和纵向相对速度Vr，计算出右侧碰撞时间
Figure BDA0003227145350000035
则右车道的换道风险系数
Figure BDA0003227145350000036
所述右车道的换道风险系数CLRl的数值越大，则代表车辆向右侧换道的碰撞风险越大。
进一步的，所述模糊逻辑规则如下：
(1)若相邻车道换道碰撞风险大，则不会进行紧急转向避撞；
(2)若相邻车道换道碰撞风险小且前向碰撞风险也小时，需要在后向碰撞也小时才选择紧急制动刹车，而不选择紧急转向辅助；
(3)若相邻车道换道碰撞风险小且前向碰撞风险也小时，后向有碰撞风险，则应该选择紧急转向辅助，避免后向碰撞。
进一步的，所述紧急转向辅助综合决策因子CDF的解模糊计算过程为：首先使用最小法则计算模糊系数FS，然后使用加权平均判别法进行解模糊化，具体计算公式如下：
Figure BDA0003227145350000041
式中，OW代表权重，i代表不同的紧急转向辅助可能性等级。
一种紧急转向辅助系统，其特征在于，包括：
感知模块，具体为设置在车辆四周的雷达和摄像头，用于实时获取车辆与四周障碍物以及路面的距离信息和相对速度信息；
决策模块，具体为设置在车辆内部的紧急转向辅助控制器，用于根据所述感知模块获取的信息计算紧急转向辅助综合决策因子，并基于紧急转向辅助综合决策因子进行紧急转向辅助控制；
执行模块，具体为车辆的制动系统和转向系统，用于根据所述决策模块的控制指令，实现车辆的制动和转向动作。
进一步的，所述决策模块运行有紧急转向辅助程序，所述决策模块运行所述程序时实现如上述的紧急转向辅助方法。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
1、本发明综合考虑了车辆前方、后方以及相邻车道的碰撞风险，提出了紧急转向辅助综合决策因子，使得车辆的紧急转向辅助控制具有更高的可靠性和安全性；
2、本发明采用了模糊逻辑方法综合判断车辆各个方向的碰撞风险，使得紧急转向辅助控制的判断依据更加充分，进一步提高了车辆行驶的安全性。
附图说明
图1为本发明紧急转向辅助控制流程图；
图2为本发明紧急转向辅助综合决策因子CDF计算流程图；
图3为本发明输入变量-前向碰撞危险系数FCR的隶属度函数；
图4为本发明输入变量-后向碰撞危险系数RCR的隶属度函数；
图5为本发明输入变量-换道风险系数CLR的隶属度函数。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1～5及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本发明提供一种紧急转向辅助控制方法，在四周设有雷达和摄像头的车辆中，如图1～2所示，具体包括如下步骤：
A、根据雷达和摄像头输出的信号，计算实时的前向碰撞危险系数FCR、后向碰撞危险系数RCR、左车道的换道风险系数CLRl和右车道的换道风险系数CLRr，然后比较CLRl和CLRr的数值大小，选择数值较小者作为换道风险系数CLR。
其中，所述计算实时的前向碰撞危险系数FCR，具体过程为，通过车辆前部的雷达和摄像头实时获取本车与前车的相对速度Vf、本车与前车的相对距离Sf，并代入如下公式中进行计算：
Figure BDA0003227145350000051
由上式可知，所述前向碰撞危险系数FCR的数值越大，则代表车辆前向碰撞风险越大，本实例取FCRmax＝0.3代表前向碰撞危险系数的安全阈值。
进一步的，所述计算实时的后向碰撞危险系数RCR，具体过程为，通过车辆后部的雷达和摄像头实时获取本车与后车的相对速度Vr、本车与后车的相对距离Sr，并代入如下公式中进行计算：
Figure BDA0003227145350000061
由上式可知，所述后向碰撞危险系数RCR的数值越大，则代表车辆后向碰撞风险越大，本实例取RCRmax＝0.3代表后向碰撞危险系数的安全阈值。
更进一步的，所述计算实时的左车道的换道风险系数CLRl，具体过程为：
首先根据侧向加速度安全阈值aymax和从本车道换到左车道的横向距离yl，按照如下公式计算出左车道避让完成时间安全阈值Tmaxl：
Figure BDA0003227145350000062
若相邻的左车道有障碍物，通过车辆左侧的雷达和摄像头实时获取根据本车与左车道障碍物的纵向距离Sl和纵向相对速度Vl，计算出左侧碰撞时间
Figure BDA0003227145350000063
则左车道的换道风险系数
Figure BDA0003227145350000064
所述左车道的换道风险系数CLRl的数值越大，则代表车辆向左侧换道的碰撞风险越大。
同时，所述计算实时的右车道的换道风险系数CLRr，具体过程为：
首先根据侧向加速度安全阈值aymax和从本车道换到右车道的横向距离yr，按照如下公式计算出右车道避让完成时间安全阈值Tmaxr：
Figure BDA0003227145350000065
若相邻的右车道有障碍物，通过车辆右侧的雷达和摄像头实时获取本车与右车道障碍物的纵向距离Sr和纵向相对速度Vr，计算出右侧碰撞时间
Figure BDA0003227145350000066
则右车道的换道风险系数
Figure BDA0003227145350000067
所述右车道的换道风险系数CLRl的数值越大，则代表车辆向右侧换道的碰撞风险越大。
本实例取CLR＝0.8代表换道风险系数的安全阈值，本实例中侧向加速度安全阈值aymax＝0.76μg。
B、根据所述前向碰撞危险系数FCR、后向碰撞危险系数RCR以及换道风险系数CLR的隶属度函数进行模糊化处理，基于模糊逻辑规则，得到紧急转向辅助可能性等级。
本实施例中，前向碰撞危险系数FCR的隶属度函数如图3所示，后向碰撞危险系数RCR的隶属度函数如图4所示，换道风险系数CLR的隶属度函数如图5所示。
其中，所述模糊逻辑规则具体如下：
(1)若相邻车道换道碰撞风险大，则不会进行紧急转向避撞；
(2)若相邻车道换道碰撞风险小且前向碰撞风险也小时，需要在后向碰撞也小时才选择紧急制动刹车，而不选择紧急转向辅助；
(3)若相邻车道换道碰撞风险小且前向碰撞风险也小时，后向有碰撞风险，则应该选择紧急转向辅助，避免后向碰撞。
具体规则如下表所示，表中紧急转向辅助可能性等级有S、M、L三种，其中S代表换道可能性小，M代表换道可能性中等，L代表换道可能性大。
Figure BDA0003227145350000071
C、使用最小法则和加权平均判别法对所述紧急转向辅助可能性等级进行解模糊计算，得到紧急转向辅助综合决策因子CDF。
所述紧急转向辅助综合决策因子CDF的解模糊计算过程为：首先使用最小法则计算模糊系数FS(Fire Strength)，然后使用加权平均判别法进行解模糊化，具体计算公式如下：
Figure BDA0003227145350000081
式中，OW代表权重，i代表不同的紧急转向辅助可能性等级，本实施例中，OWS＝0.2，OWM＝0.5，OWL＝0.8。
D、基于所述紧急转向辅助综合决策因子CDF，进行紧急转向辅助控制。
所述紧急转向辅助控制，具体包括如下步骤：
S1，判断所述紧急转向辅助综合决策因子CDF是否大于预设的紧急转向辅助阈值(本实施例中预设的紧急转向辅助阈值为0.6)，若是，则执行步骤S2；若否，则不进行紧急转向辅助，不执行紧急转向避撞。
S2，判断驾驶员是否有转向意图，若是，则执行步骤S3；若否，则不进行紧急转向辅助，不执行紧急转向避撞。
本实施例中判断驾驶员是否有转向意图的方法参考中国发明专利CN112896174A《用于判断驾驶员的转向意图的设备和方法及系统》。
S3，比较左车道的换道风险系数CLRl和右车道的换道风险系数CLRr的数值大小，向数值较小的一侧车道进行紧急转向辅助，控制车辆向风险系数低的一侧进行变道，从而避免碰撞事故的产生，并执行步骤S4。
S4，判断驾驶员是否已经接管，若是，则退出紧急转向辅助，交由驾驶员自己控制车辆；若否，则继续执行步骤S3。
本实施例中判断驾驶员是否已经接管的方法参考中国发明专利CN109353347B《车辆及其驾驶接管提醒方法、系统、电子设备和存储介质》。
基于上述方法，本发明还提供：
一种紧急转向辅助系统，其特征在于，包括：
感知模块，具体为设置在车辆四周的雷达和摄像头，用于实时获取车辆与四周障碍物距离信息和相对速度信息，以及从本车道换到邻车道的横向距离信息；
决策模块，具体为设置在车辆内部的紧急转向辅助控制器，用于根据所述感知模块获取的信息计算紧急转向辅助综合决策因子，并基于紧急转向辅助综合决策因子进行紧急转向辅助控制；
执行模块，具体为车辆的制动系统和转向系统，用于根据所述决策模块的控制指令，实现车辆的制动和转向动作。
进一步的，所述决策模块运行有紧急转向辅助程序，所述决策模块运行所述程序时实现如上述的紧急转向辅助控制方法。
采用上述的一种紧急转向辅助控制方法及系统，综合考虑了车辆前方、后方以及相邻车道的碰撞风险，提出了紧急转向辅助综合决策因子，使得车辆的紧急转向辅助控制具有更高的可靠性和安全性；同时采用了模糊逻辑方法综合判断车辆各个方向的碰撞风险，使得紧急转向辅助控制的判断依据更加充分，进一步提高了车辆行驶的安全性。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种紧急转向辅助控制方法，其特征在于：在四周设有雷达和摄像头的车辆中；
A、根据雷达和摄像头输出的信号，计算实时的前向碰撞危险系数FCR、后向碰撞危险系数RCR、左车道的换道风险系数CLRl和右车道的换道风险系数CLRr，然后比较CLRl和CLRr的数值大小，选择数值较小者作为换道风险系数CLR；
B、根据所述前向碰撞危险系数FCR、后向碰撞危险系数RCR以及换道风险系数CLR的隶属度函数进行模糊化处理，基于模糊逻辑规则，得到紧急转向辅助可能性等级；
C、使用最小法则和加权平均判别法对所述紧急转向辅助可能性等级进行解模糊计算，得到紧急转向辅助综合决策因子CDF；
D、基于所述紧急转向辅助综合决策因子CDF，进行紧急转向辅助控制。
2.根据权利要求1所述的一种紧急转向辅助控制方法，其特征在于，所述紧急转向辅助控制，具体包括如下步骤：
S1，判断所述紧急转向辅助综合决策因子CDF是否大于预设的紧急转向辅助阈值，若是，则执行步骤S2，若否，则不进行紧急转向辅助；
S2，判断驾驶员是否有转向意图，若是，则执行步骤S3，若否，则不进行紧急转向辅助；
S3，比较左车道的换道风险系数CLRl和右车道的换道风险系数CLRr的数值大小，向数值较小的一侧车道进行紧急转向辅助，并执行步骤S4；
S4，判断驾驶员是否已经接管，若是，则退出紧急转向辅助，若否，则继续执行步骤S3。
3.根据权利要求1所述的一种紧急转向辅助控制方法，其特征在于，所述计算实时的前向碰撞危险系数FCR，具体过程为，通过车辆前部的雷达和摄像头实时获取本车与前车的相对速度Vf、本车与前车的相对距离Sf，并代入如下公式中进行计算：
Figure FDA0003227145340000011
所述前向碰撞危险系数FCR的数值越大，则代表车辆前向碰撞风险越大。
4.根据权利要求1所述的一种紧急转向辅助控制方法，其特征在于，所述计算实时的后向碰撞危险系数RCR，具体过程为，通过车辆后部的雷达和摄像头实时获取本车与后车的相对速度Vr、本车与后车的相对距离Sr，并代入如下公式中进行计算：
Figure FDA0003227145340000021
所述后向碰撞危险系数RCR的数值越大，则代表车辆后向碰撞风险越大。
5.根据权利要求1所述的一种紧急转向辅助控制方法，其特征在于，所述计算实时的左车道的换道风险系数CLRl，具体过程为：
首先根据侧向加速度安全阈值aymax和从本车道换到左车道的横向距离yl，按照如下公式计算出左车道避让完成时间安全阈值Tmaxl：
Figure FDA0003227145340000022
然后根据本车与左车道障碍物的纵向距离Sl和纵向相对速度Vl，计算出左侧碰撞时间
Figure FDA0003227145340000023
则左车道的换道风险系数
Figure FDA0003227145340000024
所述左车道的换道风险系数CLRl的数值越大，则代表车辆向左侧换道的碰撞风险越大。
6.根据权利要求1所述的一种紧急转向辅助控制方法，其特征在于，所述计算实时的右车道的换道风险系数CLRr，具体过程为：
首先根据侧向加速度安全阈值aymax和从本车道换到右车道的横向距离yr，按照如下公式计算出右车道避让完成时间安全阈值Tmaxr：
Figure FDA0003227145340000025
然后根据本车与右车道障碍物的纵向距离Sr和纵向相对速度Vr，计算出右侧碰撞时间
Figure FDA0003227145340000031
则右车道的换道风险系数
Figure FDA0003227145340000032
所述右车道的换道风险系数CLRl的数值越大，则代表车辆向右侧换道的碰撞风险越大。
7.根据权利要求1所述的一种紧急转向辅助控制方法，其特征在于，所述模糊逻辑规则如下：
(1)若相邻车道换道碰撞风险大，则不会进行紧急转向避撞；
(2)若相邻车道换道碰撞风险小且前向碰撞风险也小时，需要在后向碰撞也小时才选择紧急制动刹车，而不选择紧急转向辅助；
(3)若相邻车道换道碰撞风险小且前向碰撞风险也小时，后向有碰撞风险，则应该选择紧急转向辅助，避免后向碰撞。
8.根据权利要求1或2所述的一种紧急转向辅助控制方法，其特征在于，所述紧急转向辅助综合决策因子CDF的解模糊计算过程为：首先使用最小法则计算模糊系数FS，然后使用加权平均判别法进行解模糊化，具体计算公式如下：
Figure FDA0003227145340000033
式中，OW代表权重，i代表不同的紧急转向辅助可能性等级。
9.一种紧急转向辅助系统，其特征在于，包括：
感知模块，具体为设置在车辆四周的雷达和摄像头，用于实时获取车辆与四周障碍物以及路面的距离信息和相对速度信息；
决策模块，具体为设置在车辆内部的紧急转向辅助控制器，用于根据所述感知模块获取的信息计算紧急转向辅助综合决策因子，并基于紧急转向辅助综合决策因子进行紧急转向辅助控制；
执行模块，具体为车辆的制动系统和转向系统，用于根据所述决策模块的控制指令，实现车辆的制动和转向动作。
10.根据权利要求9所述的一种紧急转向辅助系统，其特征在于：所述决策模块运行有紧急转向辅助程序，所述决策模块运行所述程序时实现如权利要求1～8任一项所述的紧急转向辅助方法。
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