CN113830084B - 基于多车道车辆主动避撞的控制方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于多车道车辆主动避撞的控制方法及系统，该方法包括：判断自车前方是否存在车辆；若否，则自车纵向加速；若是，则根据碰撞时间和与前车的前向距离判断自车纵向加速是否会引起前向碰撞预警或AEB触发；若否，则自车纵向加速；若是则判断对侧车道是否有车辆；若否，则自车保持纵向速度不变，以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道；若是，则判断对侧车道车辆相对于自车的位置以及车速：若位于自车侧前方或侧方且车速高于自车速度，则自车纵向减速同时以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道；若位于自车侧后方或侧方且车速低于自车速度，则自车纵向加速同时以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道，以主动避免车辆侧后方的碰撞。

Description

基于多车道车辆主动避撞的控制方法及车辆

技术领域

本发明属于车辆控制技术领域，具体涉及一种基于多车道车辆主动避撞的控制方法及车辆。

背景技术

随着我国汽车保有量越来越大，道路上车辆也越来越多，行车安全显得更为重要。在智能汽车规模越来越大的情形下，大批量产车型均配备有AEB，紧急制动辅助功能；当前方有危险目标时，自车采取自动紧急制动，降低交通事故发生率。同时BSD盲区监测功能也越来越成熟，装配有四颗角雷达的汽车，对自车的周围环境进行实时的监控，当有碰撞风险时，会在HMI上提示驾驶员注意行车安全。然而BSD仅仅只是警告性的功能，无法控制车辆进行正确且有效的主动避撞。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于多车道车辆主动避撞的控制方法及车辆，主动避免车辆侧后方的碰撞，降低交通事故发生率，保证驾驶员及车内乘客的安全。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于多车道车辆主动避撞的控制方法，包括以下步骤：

S1、获取自车侧后方车辆与自车的碰撞时间T；

S2、判断自车前方是否存在车辆；若否，则自车纵向加速；若是，则获取自车前方车辆与自车的前向距离del_S，执行步骤S3；

S3、根据碰撞时间T和前向距离del_S判断自车纵向加速是否会引起前向碰撞预警或AEB触发；若否，则自车纵向加速；若是则执行步骤S4；

S4、判断对侧车道是否有车辆；若否，则自车保持纵向速度不变，以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道；若是，则执行步骤S5；

S5、判断对侧车道车辆相对于自车的位置以及车速：

若对侧车道车辆位于自车侧前方或侧方且车速高于自车速度，则自车纵向减速同时以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道；

若对侧车道车辆位于自车侧后方或侧方且车速低于自车速度，则自车纵向加速同时以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道。

在一些可选的实施方案中，步骤S3中，根据碰撞时间T和前向距离del_S判断自车纵向加速是否会引起前向碰撞预警或AEB触发的公式为：

del_S≤Vego*T+1/2*a*T²+del_d

式中，Vego表示自车速度，a表示自车纵向加速度，del_d表示引起前向碰撞预警或AEB触发的安全距离；

若满足上式，则表明会引起前向碰撞预警或AEB触发。

在一些可选的实施方案中，步骤S4中，自车保持纵向速度不变，以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道之前还包括：

判断自车与自车前方车辆是否会发生碰撞，若否则变道。

在一些可选的实施方案中，步骤S5中，自车纵向减速同时以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道之前还包括：

判断自车与自车前方车辆、自车与自车侧后方车辆、以及自车与对侧车道车辆是否会发生碰撞；若都不会发生碰撞，则变道。

在一些可选的实施方案中，步骤S5中，自车纵向加速同时以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道之前还包括：

判断自车与自车前方车辆以及自车与对侧车道车辆是否会发生碰撞；若都不会发生碰撞，则变道。

在一些可选的实施方案中，碰撞判断公式为：

X₁＞X₂+L₁₂+W₁sin(θ₁(t))+W₂sin(θ₂(t))

式中，X₁表示前车移动的纵向位移，X₂表示后车移动的纵向位移，L₁₂表示前车和后车之间的距离，W₁表示前车的宽度，W₂表示后车的宽度，θ₁(t)表示前车与行驶方向的夹角，θ₂(t)表示后车与行驶方向的夹角；若满足上式，则表明不会发生碰撞；

前车和后车表示两车的相对位置，若两车没有前后相对位置，则速度大的车为前车，速度小的车为后车。

在一些可选的实施方案中，变道轨迹如下：

式中，B表示变道轨迹中每个点的坐标，P表示轨迹规划中采样点的坐标，t表示时间。

本发明还提供一种车辆，该车辆采用上述的基于多车道车辆主动避撞的控制方法。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

当侧后方有车辆即将与本车发生碰撞时，自车能根据是否有前车、邻车道是否有车、变道至邻车道是否有碰撞风险，做出对应的控制对策，以舒适纵向加速度加速、以舒适横向加速度变道、以舒适纵向加速度和横向加速度变道、以舒适纵向减速度和横向加速度变道，在兼顾舒适性和安全的情况下，达到主动避撞的目标，降低事故发生率。

附图说明

图1为基于多车道车辆主动避撞的控制方法流程图。

图2为自车前方无车场景示意图。

图3为自车前方有车但右侧无车场景示意图。

图4为自车右侧前方有车场景示意图。

图5为自车右侧后方有车场景示意图。

图6为基于多车道车辆主动避撞系统框图。

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。

目前市场上已量产车型对于汽车行驶安全主要采用的是预警类的提示，少数如AEB紧急制动刹车也是针对位于本车前方的目标车辆；抑或是目前已经普及的BSD盲区监测，当自车四周有车辆通行时，仪表会发出警告类的声音提示驾驶员。然而BSD仅仅只是警告性的功能，无法控制车辆进行正确且有效的主动避撞。本发明基于量产车型搭配有的1V5R传感器(1个摄像头、5个毫米波雷达)，以及高性能的车规级计算芯片，对车辆侧后方的碰撞风险进行实时的监控，当有碰撞风险出现时，域控制器计算出最优的避撞路径，并利用车辆控制模块进行加速、制动、转向操作，同时兼顾安全与行车舒适，达到有效的避撞，减少交通事故的发生，确保驾驶员以及乘客的安全，也让驾驶员体验感更好。

本发明实施例的基于多车道车辆主动避撞的控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、获取自车侧后方车辆与自车的碰撞时间T。

S2、判断自车前方是否存在车辆；若否，则自车纵向加速；若是，则获取自车前方车辆与自车的前向距离del_S，执行步骤S3。

S3、根据碰撞时间T和前向距离del_S判断自车纵向加速是否会引起前向碰撞预警或AEB触发；若否，则自车纵向加速；若是则执行步骤S4。

在本实施例中，根据碰撞时间T和前向距离del_S判断自车纵向加速是否会引起前向碰撞预警或AEB触发的公式为：

del_S≤Vego*T+1/2*a*T²+del_d

式中，Vego表示自车速度，a表示自车纵向加速度，del_d表示引起前向碰撞预警或AEB触发的安全距离；

若满足上式，则表明会引起前向碰撞预警或AEB触发。

S4、判断对侧车道是否有车辆；若否，则自车保持纵向速度不变，以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道；若是，则执行步骤S5。

在本实施例中，自车保持纵向速度不变，以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道之前还包括：

判断自车与自车前方车辆是否会发生碰撞，若否则变道，若会发生碰撞，则表明不能变道。

S5、判断对侧车道车辆相对于自车的位置以及车速：

若对侧车道车辆位于自车侧前方或侧方且车速高于自车速度，则自车纵向减速同时以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道；

若对侧车道车辆位于自车侧后方或侧方且车速低于自车速度，则自车纵向加速同时以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道。

在本实施例中，自车纵向减速同时以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道之前还包括：

判断自车与自车前方车辆、自车与自车侧后方车辆、以及自车与对侧车道车辆是否会发生碰撞；若都不会发生碰撞，则变道。

自车纵向加速同时以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道之前还包括：

判断自车与自车前方车辆以及自车与对侧车道车辆是否会发生碰撞；若都不会发生碰撞，则变道。

其中碰撞判断公式为：

X₁＞X₂+L₁₂+W₁sin(θ₁(t))+W₂sin(θ₂(t))

式中，X₁表示前车移动的纵向位移，X₂表示后车移动的纵向位移，L₁₂表示前车和后车之间的距离，W₁表示前车的宽度，W₂表示后车的宽度，θ₁(t)表示前车与行驶方向的夹角，θ₂(t)表示后车与行驶方向的夹角；若满足上式，则表明不会发生碰撞；

前车和后车表示两车的相对位置，若两车没有前后相对位置，则速度大的车为前车，速度小的车为后车。

变道轨迹如下：

式中，B表示变道轨迹中每个点的坐标，P表示轨迹规划中采样点的坐标，t表示时间。

具体地，本发明提供了一种基于1V5R传感器(1个摄像头、5个毫米波雷达)方案和高性能的车规级计算芯片，以及车载控制模块，实现多车道自车主动避撞的系统。

以左侧后方车辆碰撞为例(右后侧方车辆碰撞同理)，该主动避撞系统与整车的框架如图6所示。车载传感器将外界环境数据传输至域控制器，经过计算平台计算后，输出左侧后方车辆与本车碰撞时间T，本车与前车的动态距离del_S，右邻车道车辆速度、位置，BSD监测情况；同时经过路径规划模块，输出假设本车变道至右邻车道，是否会与其他车碰撞，以及实时的路径规划。具体包括以下四个场景：

场景1：当无前车或自车与前车距离del_S＞Vego*T+1/2*a*T²+del_d，其中Vego为自车速度，T为左侧后方车辆与本车碰撞时间T，a为舒适加速度，这里取3m/s²。即前面无车或者距本车较远时，采取的控制策略是车辆保持直行，同时以纵向的舒适加速度a加速，驶离危险碰撞区域，完成主动避撞，如图2所示。

场景2：当前方有目标车时，且以舒适纵向加速会引起前向碰撞预警或AEB触发时，即del_S≤Vego*T+1/2*a*T²+del_d，式中del_d是安全距离，此数值与车辆AEB功能内部标定量相关，通常为自车与前车相对速度乘以碰撞时间阈值T。

此时若在车辆BSD监测范围内，右邻车道没有出现车辆，采取的控制策略是车辆保持纵向速度不变，以舒适的横向加速度a_y(此处标定为1m/s²)自动变道至右邻车道，驶离危险碰撞区域，完成主动避撞，示意图如3所示。

变道轨迹规划采取Bezier 4阶方程，如下：

式中，B表示预测轨迹中每个点的坐标，P为轨迹规划中采样点的坐标，t为时间。

安全变道需要满足以下碰撞检测公式：

X₁＞X₂+L₁₂+W₁sin(θ₁(t))+W₂sin(θ₂(t)) ①

式中，X₁表示前车移动的纵向位移，X₂表示后车移动的纵向位移，L₁₂表示前车和后车之间的距离，W₁表示前车的宽度，W₂表示后车的宽度，θ₁(t)表示前车与行驶方向的夹角，θ₂(t)表示后车与行驶方向的夹角；若满足上式，则表明不会发生碰撞；

前车和后车表示两车的相对位置，若两车没有前后相对位置，则速度大的车为前车，速度小的车为后车。在本场景中，前方目标车为前车，自车为后车。

场景3：基于场景2，当前方有目标车时，以舒适纵向加速会引起前向碰撞预警或AEB触发，且BSD监测范围内右前方有车辆或右侧有以较高速度通过的车辆时，即通过路径规划模块计算出，以当前纵向速度以及横向舒适加速度变道时会引起碰撞，即无法满足安全碰撞检测公式①。此时采取的控制策略是让自车产生一个舒适的减速度a_y(可标定)，降低自车纵向速度，同时以舒适的横向加速度a_y(此处标定为1m/s²)自动变道至右邻车道。这样既可保证与右侧车辆避免碰撞，在其后方完成变道，也避免了与侧后方车辆的碰撞。整个变道过程同场景二中变道策略，依旧在满足碰撞检测公式的前提下，采取Bezier4阶方程进行路径规划。至此车辆在减速过程中变道至右邻车道，驶离危险碰撞区域，完成主动避撞，示意图如图4所示。

此外，还要判断自车与前方目标车、以及自车与侧后方车辆是否会发生碰撞，同样采用碰撞检测公式①。当右侧车辆与自车位置在纵向相近时，由于右车速度高，故右车为前车，自车为后车。

场景4：基于场景2，当前方有目标车时，以舒适纵向加速会引起前向碰撞预警或AEB触发，且BSD监测范围内右后方有车辆或右侧有以较低速度的车辆时，即通过路径规划模块计算出，以当前纵向速度以及横向舒适加速度变道时会引起与右侧车辆的碰撞，即无法满足安全碰撞检测公式①。此时采取的控制策略是让自车产生一个舒适的加速度a_y(可标定)，提高自车纵向速度，同时以舒适的横向加速度a_y(此处标定为1m/s²)自动变道至右邻车道。这样既可保证与右侧车辆避免碰撞，在其后方完成变道，也避免了与侧后方车辆的碰撞。整个变道过程同场景二中变道策略，依旧在满足碰撞检测公式的前提下，采取Bezier4阶方程进行路径规划。至此车辆在以舒适加速度的情形下变道至右邻车道，驶离危险碰撞区域，完成主动避撞，示意图如图5所示。

此外，还要判断自车与前方目标车是否会发生碰撞，同样采用碰撞检测公式①。当右侧车辆与自车位置在纵向相近时，由于自车速度高，故自车为前车，右车为后车。

以上四个场景利用车载传感器以及高性能计算平台，提高了车辆环境感知与实时路径规划的能力，准确获取前方目标物信息、侧方目标物的信息，进行最优路径规划与车辆控制。这既保证了驾驶员的行车安全，也提高了车辆的智能化，提高了车辆避撞的主动性，大大降低了事故发生的概率。

综上所述，本发明利用对车辆的一系列控制策略，在确保车辆安全的情况下，极大地提高了控制系统的灵活性，针对日常行车的多个危险场景，在确保安全、以及驾驶员行车舒适度的前提下，可以实时进行主动加速、制动、转向以及加速/转向和制动/转向等组合控制方法，更加灵活、有效的避免车辆侧方以及后方的碰撞，降低交通事故发生方面更加有效，保证驾驶员及车内乘客的安全。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于多车道车辆主动避撞的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取自车侧后方车辆与自车的碰撞时间T；

S2、判断自车前方是否存在车辆；若否，则自车纵向加速；若是，则获取自车前方车辆与自车的前向距离del_S，执行步骤S3；

S3、根据碰撞时间T和前向距离del_S判断自车纵向加速是否会引起前向碰撞预警或AEB触发；若否，则自车纵向加速；若是则执行步骤S4；

S4、判断对侧车道是否有车辆；若对侧车道无车辆，则自车保持纵向速度不变，以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道；变道之前，判断自车与自车前方车辆是否会发生碰撞，若否再变道；若对侧车道有车辆，则执行步骤S5；

S5、判断对侧车道车辆相对于自车的位置以及车速：

若对侧车道车辆位于自车侧前方或侧方且车速高于自车速度，则自车纵向减速同时以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道；变道之前，判断自车与自车前方车辆、自车与自车侧后方车辆、以及自车与对侧车道车辆是否会发生碰撞；若都不会发生碰撞再变道；

若对侧车道车辆位于自车侧后方或侧方且车速低于自车速度，则自车纵向加速同时以舒适的横向加速度自动变道至对侧车道；变道之前，判断自车与自车前方车辆以及自车与对侧车道车辆是否会发生碰撞；若都不会发生碰撞再变道；

其中，碰撞判断公式为：

X₁＞X₂+L₁₂+W₁sin(θ1(t))+W₂sin(θ₂(t))

式中，X₁表示前车移动的纵向位移，X₂表示后车移动的纵向位移，L₁₂表示前车和后车之间的距离，W₁表示前车的宽度，W₂表示后车的宽度，θ₁(t)表示前车与行驶方向的夹角，θ₂(t)表示后车与行驶方向的夹角；若满足上式，则表明不会发生碰撞；

前车和后车表示两车的相对位置，若两车没有前后相对位置，则速度大的车为前车，速度小的车为后车；

变道轨迹如下：

式中，B表示变道轨迹中每个点的坐标，P表示轨迹规划中采样点的坐标，t表示时间。

2.根据权利要求1所述的基于多车道车辆主动避撞的控制方法，其特征在于，步骤S3中，根据碰撞时间T和前向距离del_S判断自车纵向加速是否会引起前向碰撞预警或AEB触发的公式为：

del_S≤Vego*T+1/2*a*T²+del_d

式中，Vego表示自车速度，a表示自车纵向加速度，del_d表示引起前向碰撞预警或AEB触发的安全距离；

若满足上式，则表明会引起前向碰撞预警或AEB触发。

3.一种车辆，其特征在于，该车辆采用权利要求1所述的基于多车道车辆主动避撞的控制方法。

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