CN110775027B - 基于后车驾驶模式的防追尾制动系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于后车驾驶模式的防追尾制动系统和方法，属于交通安全技术领域；本发明是通过安装在车辆前端的毫米波雷达来判断前车是否紧急制动，通过车辆后端的毫米波雷达和摄像头采集到的后车运动状态数据来分析后车的驾驶行为：车道保持、换道、跟车和制动响应时，后车的响应速度和响应方式，来判断后车的驾驶模式；再根据后车的驾驶模式选择与之对应的制动策略。在保证自车安全的前提下，适当降低制动强度，降低后车的追尾几率。

Description

基于后车驾驶模式的防追尾制动系统和方法

技术领域

本发明属于交通安全技术领域，尤其涉及基于后车驾驶模式的防追尾制动系统和方法。

背景技术

追尾事故发生的主要原因是跟车过程中，前车紧急制动时，后车没有足够的制动距离，从而导致追尾事故的发生。例如在车队行驶中，当前车紧急制动时，相邻的跟随车可能会采取有效的制动措施防止追尾前车，但是由于制动强度的过大，导致该车后方车辆制动距离不足，从而发生追尾事故。

当前的自动制动系统中，只考虑了自车与前方障碍物的相互关系，而没有考虑自车采取紧急制动后，后方车辆是否有足够的制动距离。若将后车安全同时考虑到制动策略中，将有效防止车队行驶中追尾事故的发生。

同时，后车可能是有人驾驶模式，也可能是车辆自动驾驶的无人驾驶模式。后车有人驾驶和无人驾驶两种模式下，后方车辆对前车的制动反应时间和距离等都存在差异，因此，制动策略也不同，例如驾驶员的反映和操作特性要比计算机系统差，但是其灵活性更高。因此，后方车辆驾驶模式对制动的准确性和安全性至关重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于后车驾驶模式的防追尾制动系统和方法，本发明将后车的安全考虑在自车的制动策略中，通过识别后车的驾驶模式，采用不同的制动策略；当前车紧急制动时，在保证自车安全的前提下，适当降低自车制动强度，防止后车追尾，具有制动效率高、安全性高的优点，可有效降低追尾事故的发生。

本发明的原理是通过安装在车辆前端的毫米波雷达来判断前车是否紧急制动，通过车辆后端的毫米波雷达和摄像头采集到的后车运动状态数据来分析后车的驾驶行为：车道保持、换道、跟车和制动时，后车的响应速度和响应方式，来判断后车的驾驶模式；再根据后车的驾驶模式选择与之对应的制动策略。在保证自车安全的前提下，适当降低制动强度，降低后车的追尾几率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

(一)基于后车驾驶模式的防追尾制动系统，包括：安装在车辆前端的前置毫米波雷达、安装于车辆后端的后置毫米波雷达及摄像头、微处理器和制动模块；所述微处理器集成于车辆的控制中心；

所述前置毫米波雷达的信号输出端与微处理器的第一信号输入端电连接，所述后置毫米波雷达的信号输出端与微处理器的第二信号输入端电连接，所述摄像头的信号输出端与微处理器的第三信号输入端电连接，所述微处理器的信号输出端与制动模块的信号输入端连接；

所述前置毫米波雷达用于采集前车的运动状态信息：前车与自车之间的实时相对距离和相对速度；

所述后置毫米波雷达用于采集后车的运动状态信息：后车与自车之间的实时相对距离和相对速度；

所述摄像头用于采集后车相对车道线的相对位置和后车的转向灯开启情况；

所述微处理器用于根据输入的前车、后车运动状态信息和后车相对车道线的相对位置来判断后车的驾驶模式，并根据后车的驾驶模式确定制动策略，并将该制动策略输送至制动模块；

所述制动模块用于接收微处理器的制动策略并实施相应制动。

进一步地，所述前置毫米波雷达和所述后置毫米波雷达分别为德尔福ESR毫米波雷达。

进一步地，所述摄像头为3D高清摄像头。

进一步地，所述微处理器为ARM9处理器。

进一步地，所述制动模块为车辆自身的制动模块。

(二)基于后车驾驶模式的防追尾制动方法，基于上述制动系统，包括以下步骤：

步骤1，自车实时采集前车的运动状态信息、后车的运动状态信息和后车相对于车道线的相对位置；

其中，所述前车的运动状态信息为前车与自车之间的实时相对距离和相对速度，所述后车的运动状态信息为后车与自车之间的实时相对距离相对速度；

步骤2，根据前车的运动状态信息，判断前车是否发生紧急制动，若是，则转至步骤3，否则，保持驾驶速度；

步骤3，根据后车的运动状态信息和后车相对于车道线的相对位置，判断后车的驾驶模式，进而确定对应的制动策略；

步骤4，根据制动策略计算后车所需制动距离，进而确定自车所需制动距离，并据此确定自车制动的时间和加速度，完成自车的防追尾制动。

进一步地，所述判断前车是否发生紧急制动，其具体为：

首先，计算前车的实时加速度a；

然后，判断前车的加速度是否满足：a≤-2m/s²，且连续持续时间t≥0.5s，若是，则判断为前车发生紧急制动。

进一步地，根据后车的运动状态信息和后车相对于车道线的相对位置，判断后车的驾驶模式，其具体为：分别根据后车的车道保持行为、跟车行为、换道行为和制动响应行为，判断对应行为下的驾驶模式；当存在2种行为下的驾驶模式为无人驾驶时，则判断后车为无人驾驶模式；否则，判断后车为人工驾驶模式。

更进一步地，根据后车的车道保持行为，判断该行为下的驾驶模式，其具体为：

首先，设定采样间隔，自车对采集的后车距左车道线和右车道线的距离数据进行采样；

其次，计算车道保持参数，即每个采样时刻后车距左侧车道线的距离与后车距右侧车道线的距离的差值；

再次，计算平均车道保持参数，即在车道保持判定距离内车道保持参数的平均值；

最后，比较平均车道保持参数与设定的车道保持阈值的大小，若平均车道保持参数不大于车道保持阈值，则判断后车为无人驾驶模式，否则，判断为人工驾驶模式。

更进一步地，根据后车的跟车行为，判断该行为下的驾驶模式，其具体为：根据跟车行为对应的无人驾驶模式判定条件，确定后车的驾驶模式；

其中，所述跟车行为对应的无人驾驶模式判定条件为：在10s内，当后车的跟车距离变化不超过5米或者后车的跟车时距变化不超过0.1秒；即

S_跟车-5m≤S_跟车≤S_跟车+5m或者

式中，S_跟车为后车与自车之间的相对距离，单位为m，v_后车为后车的实时行驶速度，单位为m/s。

更进一步地，根据后车的换道行为，判断该行为下的驾驶模式，其具体为：判断后车的换道行为是否符合以下条件，若符合2项以上，判断后车为无人驾驶模式；

(1)后车的转向灯开启时间大于3s且后车的换道频率不大于设定的换道阈值；

(2)设定的换道时间内，后车的横向速度符合特定规律；

(3)设定的换道时间内，后车的纵向速度符合特定规律；

(4)设定的换道时间内，目标车道上后车的减速度不大于0.5m/s²；

其中，特定规律为保持恒定或符合正弦函数；换道频率为单位距离内的换道次数。

更进一步地，根据后车的制动响应行为，判断该行为下的驾驶模式，其具体为：当自车制动时，若后车的响应时间小于0.5s，即t_响应≤0.5s，初步判定后车为无人驾驶模式；

其中，所述后车的响应时间为自车开始制动时刻与后车开始制动时刻之间的时间差。

进一步地，所述根据制动策略计算后车所需制动距离，进而确定自车所需制动距离，其具体为：

首先，若制动策略对应无人驾驶模式，则后车所需制动距离为：

其中，a为后车的最大限制减速度，v_后车为后车运行速度。

若制动策略对应人工驾驶模式，则后车所需制动距离为：

式中，t_反应为人的平均反应时间，一般取值为1s；

然后，确定自车所需制动距离满足以下关系：S_自车制动≥S_后车需求-ΔS

式中，S_后车需求为不同模式下后车所需制动距离，当判断为无人驾驶模式时，S_后车需求＝S_无人，当判断为人工驾驶模式时，S_后车需求＝S_驾驶员；ΔS为自车制动时自车与后车的相对距离。

进一步地，所述确定自车制动的时间和加速度，其具体为：以自车制动所需的最小制动距离S_min为基础，计算自车制动时间t_制动和加速度a_自车制动：

其中，v_制动为自车开始制动时的行驶速度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过判断前车的制动意图和后车的驾驶模式，确定自车的制动策略，在保证安全的前提下，大大减小了紧邻后车及其后车辆的制动安全性，从而有效防止车辆排队行驶时的追尾事故，减小因某辆车的紧急制动而导致其他车辆追尾的事故率。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明的基于后车驾驶模式的防追尾制动系统的示意图；

图2为本发明的基于后车驾驶模式的防追尾制动方法的工作流程示意图；

图中：1、前车；2、自车；3、后车；4、前置毫米波雷达；5、微处理器；6、摄像头；7、后置毫米波雷达；8、制动模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例及效果作进一步详细描述。

参考图1，本发明的一种基于后车3驾驶模式的防追尾制动系统，包括：安装在车辆前端的前置毫米波雷达4、安装于车辆后端的后置毫米波雷达7及摄像头6、微处理器5和制动模块；所述微处理器5集成于车辆的控制中心；

所述前置毫米波雷达4的信号输出端与微处理器5的第一信号输入端电连接，所述后置毫米波雷达7的信号输出端与微处理器5的第二信号输入端电连接，所述摄像头6的信号输出端与微处理器5的第三信号输入端电连接，所述微处理器5的信号输出端与制动模块的信号输入端连接；

所述前置毫米波雷达4用于采集前车1的运动状态信息：前车1与自车2之间的实时相对距离和相对速度；

所述后置毫米波雷达7用于采集后车3的运动状态信息：后车3与自车2之间的实时相对距离和相对速度；

所述摄像头6用于采集后车3相对车道线的相对距离和后车3的转向灯开启情况；

所述微处理器5用于根据输入的前车1、后车3运动状态信息和后车3相对车道线的相对位置来判断后车3的驾驶模式，并根据后车3的驾驶模式确定制动策略，并将该制动策略输送至制动模块；

所述制动模块用于接收微处理器5的制动策略并实施相应制动。

示例性地，本发明的前置毫米波雷达4和后置毫米波雷达7分别为德尔福ESR毫米波雷达，摄像头6为3D高清摄像头6，微处理器5为ARM9处理器，具体型号为S3C2410；制动模块为车辆自身的制动模块。

参考图2，本发明的一种基于后车驾驶模式的防追尾制动方法，按照以下步骤实施：

步骤1，自车实时采集前车的运动状态信息、后车的运动状态信息和后车相对于车道线的相对位置；

其中，所述前车的运动状态信息为前车与自车之间的实时相对距离和相对速度，所述后车的运动状态信息为后车与自车之间的实时相对距离和相对速度；

步骤2，根据前车的运动状态信息，判断前车是否发生紧急制动，若是，则转至步骤3，否则，保持驾驶速度；

示例性地，通过前车与自车的相对速度和相对距离，计算前车的实时加速度a；然后，判断前车的加速度是否满足：a≤-2m/s²，且持续时间t≥0.5s，若是，则判断为前车发生紧急制动。

步骤3，根据后车的运动状态信息和后车相对于车道线的相对位置，判断后车的驾驶模式，进而确定对应的制动策略；

具体地，以后车的车道保持行为、跟车行为、换道行为和制动响应行为为判断依据，分别判断后车每个行为对应的驾驶模式；当存在2种行为下的驾驶模式为无人驾驶时，则判断后车为无人驾驶模式；否则，判断后车为人工驾驶模式。

其中，a)车道保持行为下的驾驶模式判断，其具体为：

首先，设定采样间隔，自车对采集的后车距左车道线和右车道线的距离数据进行采样；

其次，计算车道保持参数，即每个采样时刻后车距左侧车道线的距离与后车距右侧车道线的距离的差值；

再次，计算平均车道保持参数，即在车道保持判定距离内车道保持参数的平均值；

最后，比较平均车道保持参数与设定的车道保持阈值的大小，若平均车道保持参数不大于车道保持阈值，则判断后车为无人驾驶模式，否则，判断为人工驾驶模式。

以上过程中，示例性地，采样间隔设为1m，即每隔1m进行一次采样；车道判定距离设为100m，车道保持阈值设为5-6cm。

b)跟车行为下的驾驶模式判断，其具体为：根据跟车行为对应的无人驾驶模式判定条件，确定后车的驾驶模式；

其中，所述跟车行为对应的无人驾驶模式判定条件为：在10s内，当后车的跟车距离变化不超过5米或者后车的跟车时距变化不超过0.1秒；即

S_跟车-5m≤S_跟车≤S_跟车+5m或者

式中，S_跟车为后车与自车之间的相对距离，单位为m，v_后车为后车的实时行驶速度，单位为m/s。5m作为跟车距离的浮动范围，0.1s作为跟车时距的浮动范围。

c)换道行为下的驾驶模式判断，其具体为：

判断后车的换道行为是否符合以下条件，若符合2项以上，判断后车为无人驾驶模式；

(1)后车的转向灯开启时间大于3s且后车的换道频率不大于设定的换道阈值；

(2)设定的换道时间内，后车的横向速度符合特定规律；

(3)设定的换道时间内，后车的纵向速度符合特定规律；

(4)设定的换道时间内，目标车道上后车的减速度不大于0.5m/s²；

其中，特定规律为保持恒定或符合正弦函数；换道频率为单位距离内的换道次数。

示例性地，换道阈值设为5次/km，换道时间设为12-15s。

d)制动响应行为下的驾驶模式判断，其具体为：当自车制动时，若后车的响应时间小于0.5s，即t_响应≤0.5s，初步判定后车为无人驾驶模式；

其中，所述后车的响应时间为自车开始制动时刻与后车开始制动时刻之间的时间差。

根据驾驶模式的最终判定结果，如果为无人驾驶则对应无人驾驶制动策略，否则，对应人工驾驶模式制动策略。

步骤4，根据制动策略计算后车所需制动距离，进而确定自车所需制动距离，并据此确定自车制动的时间和加速度，完成自车的防追尾制动。

具体地，首先，若制动策略对应无人驾驶模式，则后车所需制动距离为：

其中，a为后车的最大限制减速度，即为后车制动能力范围内的最大减速度，v_后车为后车运行速度。

若制动策略对应人工驾驶模式，则后车所需制动距离为：

式中，t_反应为人的平均反应时间，一般取值为1s；

然后，确定自车所需制动距离满足以下关系：S_自车制动≥S_后车需求-ΔS

式中，S_后车需求为不同模式下后车所需制动距离，当判断为无人驾驶模式时，S_后车需求＝S_无人，当判断为人工驾驶模式时，S_后车需求＝S_驾驶员；ΔS为自车制动时自车与后车的相对距离。

最后，以自车制动所需的最小制动距离S_min为基础，计算自车制动时间t_制动和加速度a_自车制动：

其中，v_制动为自车开始制动时的行驶速度。

至此完成自车的防追尾制动过程。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.基于后车驾驶模式的防追尾制动系统，其特征在于，包括：安装在车辆前端的前置毫米波雷达、安装于车辆后端的后置毫米波雷达及摄像头、微处理器和制动模块；所述微处理器集成于车辆的控制中心；

所述前置毫米波雷达的信号输出端与微处理器的第一信号输入端电连接，所述后置毫米波雷达的信号输出端与微处理器的第二信号输入端电连接，所述摄像头的信号输出端与微处理器的第三信号输入端电连接，所述微处理器的信号输出端与制动模块的信号输入端连接；

所述前置毫米波雷达用于采集前车的运动状态信息：前车与自车之间的实时相对距离和相对速度；

所述后置毫米波雷达用于采集后车的运动状态信息：后车与自车之间的实时相对距离和相对速度；

所述摄像头用于采集后车相对车道线的相对位置和后车的转向灯开启情况；

所述微处理器用于根据输入的前车、后车运动状态信息和后车相对车道线的相对位置来判断后车的驾驶模式，并根据后车的驾驶模式确定制动策略，并将该制动策略输送至制动模块；其中：驾驶模式分为无人驾驶模式和驾驶员驾驶模式；

所述制动模块用于接收微处理器的制动策略并实施相应制动。

2.基于后车驾驶模式的防追尾制动方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，自车实时采集前车的运动状态信息、后车的运动状态信息和后车相对于车道线的相对位置；

其中，所述前车的运动状态信息为前车与自车之间的实时相对距离和相对速度，所述后车的运动状态信息为后车与自车之间的实时相对距离和相对速度；

步骤2，根据前车的运动状态信息，判断前车是否发生紧急制动，若是，则转至步骤3，否则，保持驾驶速度；

步骤3，根据后车的运动状态信息和后车相对于车道线的相对位置，判断后车的驾驶模式，进而确定对应的制动策略；其中：驾驶模式分为无人驾驶模式和驾驶员驾驶模式；

步骤4，根据制动策略计算后车所需制动距离，进而确定自车所需制动距离，并据此确定自车制动的时间和加速度，完成自车的防追尾制动。

3.根据权利要求2所述的基于后车驾驶模式的防追尾制动方法，其特征在于，所述判断前车是否发生紧急制动，其具体为：

首先，计算前车的实时加速度a；

然后，判断前车的加速度是否满足：a≤-2m/s²，且连续持续时间t≥0.5s，若是，则判断为前车发生紧急制动。

4.根据权利要求2所述的基于后车驾驶模式的防追尾制动方法，其特征在于，所述根据后车的运动状态信息和后车相对于车道线的相对位置，判断后车的驾驶模式，其具体为：分别根据后车的车道保持行为、跟车行为、换道行为和制动行为，判断对应行为下的驾驶模式；当存在2种行为下的驾驶模式为无人驾驶时，则判断后车为无人驾驶模式；否则，判断后车为驾驶员驾驶模式。

5.根据权利要求4所述的基于后车驾驶模式的防追尾制动方法，其特征在于，根据后车的车道保持行为，判断该行为下的驾驶模式，其具体为：

首先，设定采样间隔，自车对采集的后车距左车道线和右车道线的距离数据进行采样；

其次，计算车道保持参数，即每个采样时刻后车距左侧车道线的距离与后车距右侧车道线的距离的差值；

再次，计算平均车道保持参数，即在车道保持判定距离内车道保持参数的平均值；

最后，比较平均车道保持参数与设定的车道保持阈值的大小，若平均车道保持参数不大于车道保持阈值，则判断后车为无人驾驶模式，否则，判断为驾驶员驾驶模式。

6.根据权利要求4所述的基于后车驾驶模式的防追尾制动方法，其特征在于，根据后车的跟车行为，判断该行为下的驾驶模式，其具体为：根据跟车行为对应的无人驾驶模式判定条件，确定后车的驾驶模式；

其中，所述跟车行为对应的无人驾驶模式判定条件为：在10s内，当后车的跟车距离变化不超过5米或者后车的跟车时距变化不超过0.1秒；即

S_跟车-5m≤S_跟车≤S_跟车+5m或者

式中，S_跟车为后车与自车之间的相对距离，单位为m，v_后车为后车的实时行驶速度，单位为m/s。

7.根据权利要求4所述的基于后车驾驶模式的防追尾制动方法，其特征在于，根据后车的换道行为，判断该行为下的驾驶模式，其具体为：判断后车的换道行为是否符合以下条件，若符合2项以上，判断后车为无人驾驶模式；

(1)后车的转向灯开启时间大于3s且后车的换道频率不大于设定的换道阈值；

(2)设定的换道时间内，后车的横向速度符合特定规律；

(3)设定的换道时间内，后车的纵向速度符合特定规律；

(4)设定的换道时间内，目标车道上后车的减速度不大于0.5m/s²；

其中，特定规律为保持恒定或符合正弦函数；换道频率为单位距离内的换道次数。

8.根据权利要求 4所述的基于后车驾驶模式的防追尾制动方法，其特征在于，根据后车的制动响应行为，判断该行为下的驾驶模式，其具体为：当自车制动时，若后车的响应时间小于0.5s，即t_响应<0.5s，初步判定后车为无人驾驶模式；

其中，所述后车的响应时间为自车开始制动时刻与后车开始制动时刻之间的时间差。

9.根据权利要求2所述的基于后车驾驶模式的防追尾制动方法，其特征在于，所述根据制动策略计算后车所需制动距离，进而确定自车所需制动距离，其具体为：

首先，若制动策略对应无人驾驶模式，则后车所需制动距离为：

其中，a为后车的最大限制减速度，v_后车为后车运行速度；

若制动策略对应驾驶员驾驶模式，则后车所需制动距离为：

式中，t_反应为人的平均反应时间；

然后，确定自车所需制动距离满足以下关系：S_自车制动≥S_后车需求-△S

式中，S_后车需求为不同模式下后车所需制动距离，当判断为无人驾驶模式时，S_后车需求＝S_无人，当判断为驾驶员驾驶模式时，S_后车需求＝S_驾驶员；△S为自车制动时自车与后车的相对距离。

10.根据权利要求9所述的基于后车驾驶模式的防追尾制动方法，其特征在于，所述确定自车制动的时间和加速度，其具体为：以自车制动所需的最小制动距离S_min为基础，计算自车制动时间t_制动和加速度a_自车制动：

其中，v_制动为自车开始制动时的行驶速度。

Images