CN105644564A

CN105644564A - 一种汽车侧向主动避撞安全性判断方法

Info

Publication number: CN105644564A
Application number: CN201610128620.2A
Authority: CN
Inventors: 袁朝春; 刘慧�
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2036-03-09
Also published as: CN105644564B

Abstract

本发明公开了一种汽车侧向避撞安全性判断方法，包括以下步骤：通过车载雷达获得自车与同车道前方车辆的纵向距离；通过自车传感器和雷达获得的自车和前方目标车辆的速度；计算自车的横向位移；自车与同车道前方车辆避撞完成后会进入到相邻车道，通过车载雷达检测相邻车道空间是否宽裕；通过车载雷达获得相邻车道目标车辆的速度；本发明的汽车侧向避撞安全性判断方法能够充分利用传感器采集到的实时数据，判断自车侧向避撞的安全性，在汽车实际纵向距离小于安全距离，甚至以最大制动减速度也无法避免与前方车辆相撞的情况下，有效的采取侧向避撞以避免事故的发生。

Description

一种汽车侧向主动避撞安全性判断方法

技术领域

本发明属于车辆控制技术领域，主要涉及一种汽车侧向主动避撞安全性的一种判断方法。

背景技术

目前，随着汽车数量的与日俱增，道路交通事故愈发频繁发生，由此引发的惨案也数不胜数。究其原因主要是驾驶员、汽车以及道路三个方面，其中，驾驶员是最关键的因素，如果能在事故发生前提醒驾驶员做出相应决策，就能减少事故的发生。因此能够预防事故的发生并保证驾驶员安全的主动安全系统越来越重要，尤其是主动安全系统中的主动避撞系统。

现在国内外主动避撞系统的研究都主要集中在纵向避撞系统上，通过判断目标车辆与自车的纵向安全距离，进行制动避撞。侧向主动避撞系统相对来说比较复杂，这方面的研究也比较少，然而，当实际纵向距离小于其安全距离时，汽车通常会选择以最大制动减速度进行制动，这样会极大的影响汽车的操纵稳定性及乘坐舒适性，甚至是无法避免与目标车辆相撞，因此，可以考虑选择转向避撞方式，但是此时的车辆在转向时，既要避免与前方车辆相撞，也要避免与相邻车道上的车辆相撞。所以，必须发明一种能够判断此时侧向主动避撞是否安全的方法，一旦确定侧向主动避撞安全，就可以进行转向避撞，从而避免事故的发生。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明需要解决的问题是发明一种车辆侧向主动避撞安全性判断方法。

为了达到上述发明功能，本发明方法的技术方案为：一种汽车侧向避撞安全性判断方法，包括以下步骤：假设避撞过程中，自车的纵向分运动与侧向分运动相对独立；

步骤1，通过车载雷达获得自车与同车道前方车辆的纵向距离，前车速度ν_F，若发现与前车有碰撞危险且纵向距离s₁小于临界安全距离，则可以考虑转动方向盘采取侧向避撞的方式，从而避免与前车相撞，并且进入下一步；

步骤2，通过自车传感器和雷达获得的自车和前方目标车辆的速度分别为ν_M和ν_F；理想状况是自车的右前方与目标车辆的左后方不能相撞，由于车辆在避撞过程中，侧向速度先增加后减少，所以自车的侧向加速度采用正弦函数车道变换模型；为尽量提高汽车转向时的操纵稳定性，充分利用纵向安全距离，根据下式：

v_{M} t_{1} - \frac{1}{2} a_{M} {t_{1}}^{2} - V_{F} t_{1} + L + W \sin θ = s_{1}

其中，L为车身长度，；W为车身宽度；α_M为自车的最大制动减速度；θ为自车的转角，满足下式：计算得到自车右前方与前方车辆左后方碰撞的临界时间t₁；

步骤3，计算自车的横向位移y_M1：其中，H为车道宽度；t_e为施加横向加速度的时间，可通过下式求得：其中，R_min为极限转弯半径；

若y_M1＜Wcosθ，说明自车M的横向位移大于自车与前方目标车辆的最大横向位移理论值，则自车将会与目标车辆发生碰撞，从而可以得出判断该情形下汽车采取侧向避撞的方式不可行，因此系统主控单元将发出指令，使预警执行机构发出侧向避撞预警；

若y_M1≥Wcosθ，说明自车M的横向位移不大于自车与前方目标车辆的最大横向位移理论值，则自车不会与目标车辆发生碰撞，但由于侧向避撞比纵向避撞复杂，其安全性判断不能仅仅考虑与同车道车辆的避撞，还必须考虑车辆在转向后与相邻车道上车辆的避撞情况，因此需要进入下一步判断；

步骤4，自车与同车道前方车辆避撞完成后会进入到相邻车道，通过车载雷达检测相邻车道空间是否宽裕，若检测到相邻车道车辆较少，可以轻松换道，则侧向避撞可行，主控单元发出指令，预警执行机构不会发出侧向避撞预警；若检测到相邻车道空间并不充裕且有发生碰撞的危险，则进入下一步；

步骤5，通过车载雷达获得相邻车道目标车辆的速度ν_B，该车相对于自车所在的横向位置为：y_B＝αH；其中α为目标车辆与自车的横向位移与道路宽度的比值，取值在1到1.5之间；通过雷达测得自车与相邻车道目标车辆初始纵向距离s₂，根据下式：

v_{M} t_{2} - \frac{1}{2} a_{M} {t_{2}}^{2} - v_{B} t_{2} + L + {Wsinθ}_{2} = s_{2}

其中，θ₂为自车的转角，满足下式：计算得到自车右前方与目标车辆右后方碰撞的临界时间t₂，然后计算此时自车M的横向位移：

y_{M 2} = \frac{H}{t_{e}} t_{2} - \frac{H}{2 π} \sin (\frac{2 π}{t_{e}} t_{2})

若y_M2＞y_B-W，说明自车M的横向位移大于自车与相邻车道目标车辆的最大横向位移理论值，则自车将会与目标车辆发生碰撞，从而可以得出判断该情形下汽车采取侧向避撞的方式不可行，因此系统主控单元将发出指令，使预警执行机构发出侧向避撞预警；

若y_M2≤y_B-W，说明自车M的横向位移不大于自车与相邻车道目标车辆最大横向位移理论值，则自车不会与目标车辆发生碰撞，从而可以得出判断该情形下汽车采取侧向避撞的方式是可行的，因此此时汽车可以立即采取侧向避撞以避免事故的发生。

进一步，所述步骤2中，从汽车应具有的制动能力来说，紧急制动时，汽车的最大减速度一般为7.5-8m/s²；普通制动时，汽车的平均减速度应为3-4m/s²。

进一步，所述步骤3中，极限转弯半径R_min＝8m。

进一步，所述步骤5中，目标车辆与自车的横向位移与道路宽度的比值α＝1。

本发明的有益效果为：

1)本发明所提出的一种汽车侧向主动避撞安全性判断方法，实时的通过自车速度传感器、加速度传感器以及车载雷达采集到的汽车速度、加速度以及距离信息输送到系统主控单元，进行数据处理并对侧向避撞的安全性加以判断，然后输出相应预警指令；

2)在汽车实际纵向距离小于安全距离，甚至以最大制动减速度也无法避免与前方车辆相撞时，自动检测侧向主动避撞的安全性，若判断侧向主动避撞安全，则汽车可以采取侧向避撞的方式，以避免事故的发生。

因此本发明的汽车侧向避撞安全性判断方法能够充分利用传感器采集到的实时数据，判断自车侧向避撞的安全性，在汽车实际纵向距离小于安全距离，甚至以最大制动减速度也无法避免与前方车辆相撞的情况下，有效的采取侧向避撞以避免事故的发生。

附图说明

图1为本发明的侧向避撞安全性判断方法的工作流程图；

图2为避撞过程中自车与同车道前方车辆的运动过程示意图；

图3为避撞过程中自车与相邻车道目标车辆的运动过程示意图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本发明做进一步阐述。

用于判断汽车侧向主动避撞安全性判断的方法的计算步骤包括：首先通过车载雷达获得周围车辆与自车之间的距离，如果发现前方车辆有潜在的碰撞危险且实际纵向距离小于临界安全距离，则可以根据速度传感器和加速度传感器获得的自车与目标车辆的速度及加速度，判断侧向避撞是否可行。

假设避撞过程中，自车的纵向分运动与侧向分运动相对独立；

步骤1，通过车载雷达获得自车与同车道前方车辆的纵向距离，前车速度ν_F，若发现与前车有碰撞危险且纵向距离s₁小于临界安全距离，则可以考虑转动方向盘采取侧向避撞的方式，从而避免与前车相撞，并且进入下一步计算；

步骤2，通过自车传感器和雷达获得的自车和前方目标车辆的速度分别为ν_M和ν_F。理想状况是自车的右前方与目标车辆的左后方不能相撞。由于车辆在避撞过程中，侧向速度先增加后减少，所以自车的侧向加速度采用正弦函数车道变换模型。为尽量提高汽车转向时的操纵稳定性，充分利用纵向安全距离，根据下式：

v_{M} t_{1} - \frac{1}{2} a_{M} {t_{1}}^{2} - V_{F} t_{1} + L + W \sin θ = s_{1}

其中，L为车身长度，本发明专利取的是4m(一般小轿车的尺寸)；W为车身宽度，本发明专利取的是2m(一般小轿车的尺寸)；α_M为自车的最大制动减速度，从汽车应具有的制动能力来说，紧急制动时，汽车的最大减速度一般为7.5-8m/s²；普通制动时，汽车的平均减速度应为3-4m/s²。由于本发明要考虑的是汽车采取最大制动减速度也无法实现避撞而必须采取侧向避撞的情形，同时也要保障乘客的安全，不致发生危险，因此本发明取的是7.5m/s²；θ为自车的转角，满足下式：

t a n θ = \frac{V_{M y}}{V_{M x}} = \frac{\frac{H}{t_{e}} (1 - c o s (\frac{2 π}{t_{e}} t_{1}))}{v_{M} - a_{M} t_{1}}

计算得到自车右前方与前方车辆左后方碰撞的临界时间t₁。

步骤3，计算自车的横向位移y_M1：

y_{M 1} = \frac{H}{t_{e}} t_{1} - \frac{H}{2 π} s i n (\frac{2 π}{t_{e}} t_{1})

其中，H为车道宽度，由于国家对公路每条机动车道的宽度是有标准的，三级以上多车道公路每条机动车道宽度为3m，因此本发明专利中取的是3m；t_e为施加横向加速度的时间，可通过下式求得：

v_{M} t_{e} - \frac{1}{2} a_{M} {t_{e}}^{2} = \sqrt{4 R_{\min} (H + W) - H^{2}},

R_min为极限转弯半径，根据城市道路标准，轻型车最小转弯半径6.5-8m，该值越大，汽车在转向时的轨迹越平缓，则汽车转向越平顺，从而使得侧向避撞越安全，因此本发明专利中取R_min＝8m；

步骤5，通过车载雷达获得相邻车道目标车辆的速度ν_B(匀速行驶)，该车相对于自车所在的横向位置为：

y_B＝αH

其中α为目标车辆与自车的横向位移与道路宽度的比值，取值在1到1.5之间，为了计算和研究方便，同时使本发明提出的侧向避撞安全性判断方法更趋一般性，本发明专利取α＝1；

在进入相邻车道时，除了可能会与该车道的其他车辆发生碰撞危险外，还可能会由于转向不足或转向过多使车辆出现撞栏或打滑危险。所以，为了保证自车顺利从原车道进入相邻车道且不会因转向不足冲出车道，则需使其侧向位移小于理论计算值。

通过雷达测得自车与相邻车道目标车辆初始纵向距离s₂，根据下式：

v_{M} t_{2} - \frac{1}{2} a_{M} {t_{2}}^{2} - v_{B} t_{2} + L + {Wsinθ}_{2} = s_{2}

θ₂为自车的转角，满足下式：

{tanθ}_{2} = \frac{V_{M y}}{V_{M x}} = \frac{\frac{H}{t_{e}} (1 - c o s (\frac{2 π}{t_{e}} t_{2}))}{v_{M} - a_{M} t_{2}}

计算得到自车右前方与目标车辆右后方碰撞的临界时间t₂，然后计算此时自车M的横向位移：

y_{M 2} = \frac{H}{t_{e}} t_{2} - \frac{H}{2 π} s i n (\frac{2 π}{t_{e}} t_{2})

结合图1所示的流程图，首先通过所获取的位移信息比较实际纵向距离与临界安全距离大小关系，如果实际纵向距离小于临界安全距离，则进入下一步。

如图2所示，通过传感器所获取的自车M与前方目标车辆F的速度分别为ν_M和ν_F，自车与目标车辆纵向距离为s₁，此时，自车M纵向以α_M进行匀减速制动，侧向其加速度采用正弦函数车道变换模型，F车匀速行驶，为尽量提高汽车转向时的操纵稳定性，充分利用纵向安全距离，根据下式：

\{\begin{matrix} v_{M} t_{1} - \frac{1}{2} a_{M} {t_{1}}^{2} - V_{F} t_{1} + L + W {sinθ}_{1} = s_{1} \\ {tanθ}_{1} = \frac{V_{M y}}{V_{M x}} = \frac{\frac{H}{t_{e}} (1 - \cos (\frac{2 π}{t_{e}} t_{1}))}{v_{M} - a_{M} t_{1}} \end{matrix}

计算得到自车M右前方与前方车辆F左后方碰撞的临界时间t₁，然后计算自车M的横向位移：

y_{M 1} = \frac{H}{t_{e}} t_{1} - \frac{H}{2 π} \sin (\frac{2 π}{t_{e}} t_{1})

若y_M1≥Wcosθ，则进入下一步，检测相邻车道空间是否宽裕，若检测到相邻车道车辆较少，可以轻松换道，则侧向避撞可行，否则如图3所示，会与相邻车道车辆有碰撞危险，需要进一步判断安全性。

通过车载雷达获得自车与相邻车道目标车辆初始纵向距离s₂以及相邻车道目标车辆B的速度ν_B(匀速行驶)，B车相对于M车所在的横向位置为：

y_B＝αH

根据下式：

\{\begin{matrix} v_{M} t_{2} - \frac{1}{2} a_{M} {t_{2}}^{2} - V_{F} t_{2} + L + W {sinθ}_{2} = s_{2} \\ {tanθ}_{2} = \frac{V_{M y}}{V_{M x}} = \frac{\frac{H}{t_{e}} (1 - \cos (\frac{2 π}{t_{e}} t_{2}))}{v_{M} - a_{M} t_{2}} \end{matrix}

y_{M 2} = \frac{H}{t_{e}} t_{2} - \frac{H}{2 π} \sin (\frac{2 π}{t_{e}} t_{2})

若y_M2＞y_B-W，说明自车M的横向位移大于最大横向位移的理论值，则自车将会与目标车辆发生碰撞，从而可以得出判断该情形下汽车采取侧向避撞的方式不可行，因此系统主控单元将发出指令，使预警执行机构发出侧向避撞预警；

若y_M2≤y_B-W，说明自车M的横向位移不大于最大横向位移的理论值，则自车不会与目标车辆发生碰撞，从而可以得出判断该情形下汽车采取侧向避撞的方式是可行的，因此此时汽车可以立即采取侧向避撞以避免事故的发生。

本专利发明的利用传感器采集到的实时数据，判断自车侧向避撞的安全性，在汽车实际纵向距离小于安全距离，甚至以最大制动减速度也无法避免与前方车辆相撞的情况下，有效的采取侧向避撞以避免事故的发生。极大的提高了驾驶员和乘客的安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种汽车侧向避撞安全性判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

假设避撞过程中，所述自车的纵向分运动与侧向分运动相对独立；

步骤1，通过车载雷达获得自车与同车道前方车辆的纵向距离，前车速度v_F，若发现与前车有碰撞危险且纵向距离s₁小于临界安全距离，则可以考虑转动方向盘采取侧向避撞的方式，从而避免与前车相撞，并且进入下一步；

步骤2，通过自车传感器和雷达获得的自车和前方目标车辆的速度分别为v_M和v_F；理想状况是自车的右前方与目标车辆的左后方不能相撞，由于车辆在避撞过程中，侧向速度先增加后减少，所以自车的侧向加速度采用正弦函数车道变换模型；为尽量提高汽车转向时的操纵稳定性，充分利用纵向安全距离，根据下式：

v_{M} t_{1} - \frac{1}{2} a_{M} {t_{1}}^{2} - V_{F} t_{1} + L + W \sin θ = s_{1}

步骤3，计算自车的横向位移y_M1：其中，H为车道宽度；t_θ为施加横向加速度的时间，可通过下式求得：其中，R_min为极限转弯半径；

步骤5，通过车载雷达获得相邻车道目标车辆的速度v_B，该车相对于自车所在的横向位置为：y_B＝αH；其中α为目标车辆与自车的横向位移与道路宽度的比值，取值在1到1.5之间；通过雷达测得自车与相邻车道目标车辆初始纵向距离s₂，根据下式：

v_{M} t_{2} - \frac{1}{2} a_{M} {t_{2}}^{2} - v_{B} t_{2} + L + {Wsinθ}_{2} = s_{2}

y_{M 2} = \frac{H}{t_{s}} t_{2} - \frac{H}{2 π} s i n (\frac{2 π}{t_{s}} t_{2})

2.根据权利要求1所述的一种汽车侧向避撞安全性判断方法，其特征在于，所述步骤2中，从汽车应具有的制动能力来说，紧急制动时，汽车的最大减速度一般为7.5-8m/s²；普通制动时，汽车的平均减速度应为3-4m/s²。

3.根据权利要求1所述的一种汽车侧向避撞安全性判断方法，其特征在于，所述步骤3中，极限转弯半径R_min＝8m。

4.根据权利要求1所述的一种汽车侧向避撞安全性判断方法，其特征在于，所述步骤5中，目标车辆与自车的横向位移与道路宽度的比值α＝1。