CN105857294A - 一种汽车换道避撞控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车换道避撞控制方法，属于汽车主动安全领域。汽车上相关传感器采集汽车自身和外部环境相关信息，将相关信息输入给电控单元ECU，ECU解析各传感器的信号，确定行车紧急情况，快速规划出换道路径，建立纵向最小安全距离模型。根据规划路径和安全距离模型，合理控制节气门开度和制动力，在适当位置控制转向电机使汽车沿着规划轨迹路径行驶，随时检测横摆角速度传感器输入量，在保证稳定的前提下，调节方向盘转向电机，保证车辆轨迹良好跟踪，以此达到避撞目的。

Description

一种汽车换道避撞控制方法

技术领域

本发明涉及一种避撞控制方法，具体涉及一种汽车换道避撞控制方法，属于汽车主动安全领域。

背景技术

在汽车主动避撞方面，当出现可能会碰撞的危险工况时，人们通常会采用制动的方式来避免自车和障碍物(或前车)发生碰撞，此避撞方式只有在有足够安全制动距离时才能通过制动减轻或避免碰撞，有一定的局限性。制动避撞系统仅仅是需要考虑自车车道的情况，相对来说比较简单，在解决避撞问题中是常常被采用的方法。目前普遍是利用雷达对车距进行探测，虽然在试验条件下，这种方法通过采用自动报警、自动减速、自动刹车等措施能使得汽车在未发生碰撞前停车，但它会出现虚警、误动作等问题，难以满足各种实际复杂的交通环境的要求，尤其是近距离情况下突然出现的人、车往往不能被准确识别出来。在这种紧急情况下，驾驶员发现障碍物时往往已经没有能力操控汽车安全行驶，仅仅通过制动不能达到避免碰撞的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种在紧急路况下汽车换道避撞控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的汽车换道避撞控制方法，包括以下步骤：

步骤一：汽车上的传感器采集汽车自身和外部环境信息，将信息输入给电控单元ECU；

步骤二：ECU解析各传感器的信号，确定行车紧急情况，规划出换道路径y：

y＝a₀+a₁x+a₂x²+···+a_nxⁿ

设定多项式最高次数为5次，根据边界条件：

$y\left(0\right)=\stackrel{\·}{y}\left(0\right)=\stackrel{\·\·}{y}\left(0\right)=0,y\left(x_e\right)=y_e,\stackrel{\·}{y}\left(x_e\right)=\stackrel{\·\·}{y}\left(x_e\right)=0$

经过对比分析，采取基于五阶多项式的换道路径，在满足规划路径起始点和终止点约束

和曲率约束后，求得五阶多项式方程为：

y(x)＝y_e[10(x/x_e)³-15(x/x_e)⁴+6(x/x_e)⁵],0≤x≤x_e

式中x_e为换道纵向位移；

步骤三：建立纵向最小安全距离模型，考虑车身长度，并保证车辆在整个变道的过程中不与前方障碍发生碰撞，相应的安全距离为：

X＝x_tc+S cosθ+d

其中，S为车辆的车身长度，d为静态安全距离，x_tc为自车从发现障碍物开始进行制动到到达可能的碰撞点时车辆行驶的纵向距离；

步骤四：根据纵向安全距离模型和换道路径设计控制器，经软件仿真可行，且输入信息经过核心处理器处理后，控制发动机节气门和方向盘转角，跟踪规划路径。

进一步，本发明采用Freescale系列MC9S12DP512单片机作为步骤一的电控单元ECU和步骤四的核心处理器。

进一步，步骤一中的传感器包括用于测量与前方车辆或者障碍物的距离S的毫米雷达，用于测量自车的车速U的轮速传感器，用于检测当前节气门开度的节气门位置传感器，用于检测制动的力度的制动踏板位置传感器，用于检测转角信号的方向盘转角传感器，用于检测横摆角速度信号的横摆角速度传感器。

本发明的有益效果在于：根据输入信息合理规划出换道路径，处理数据量较少，控制器实时性高，能满足紧急情况下的安全避撞。

附图说明

图1是避撞整体逻辑框图；

图2是换道轨迹规划曲线；

图3为本发明的路径规划示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种汽车换道避撞控制方法，具体过程如下：

步骤1、汽车上毫米雷达测量与前方车辆或者障碍物的距离S，轮速传感器测出自车的车速U，节气门位置传感器检测当前节气门开度，制动踏板位置传感器检测制动的力度，方向盘转角传感器检测转角信号，横摆角速度传感器检测横摆角速度信号，将这些信号输入到Freescale系列MC9S12DP512单片机中；

步骤2、单片机根据外部环境和自身车速等信号，规划出合理路径y：

y(x)＝a₀+a₁x+a₂x²+…+a_nxⁿ

设定多项式最高次数为5次，根据边界条件：

$y\left(0\right)=\stackrel{\·}{y}\left(0\right)=\stackrel{\·\·}{y}\left(0\right)=0,y\left(x_e\right)=y_e,\stackrel{\·}{y}\left(x_e\right)=\stackrel{\·\·}{y}\left(x_e\right)=0---(1-1)$

经过对比分析采取了基于五阶多项式的换道路径，在满足规划路径起始点和终止点约束和曲率约束后，求得五阶多项式方程为:

y(x)＝y_e[10(x/x_e)³-15(x/x_e)⁴+6(x/x_e)⁵],0≤x≤x_e (1-2)

式中x_e为换道纵向位移。

紧急变道控制系统是以时间为变量进行控制的，同时考虑到车辆进行变道时的航向角很小，即可以将车辆纵向速度u看成定值，将x_e用u·t_e来替换，即可得到以时间为从参数变量的变道轨迹函数：

y(t)＝(y_e/t_e ⁵)(6t⁵-15t_et⁴+10t_e ²t³),0≤t≤t_e (1-3)

其中y_e为车辆完成整个变道过程的侧向位移，由图3所示。

步骤3、建立纵向最小安全距离模型，设变道前车辆初始速度为u，进行的最大强度的制动时间为t_adj，路面附着系数为μ，则车辆制动时的最大制动减速度a＝μg，那么自车在进行车速调整的过程中的纵向运动特征为：

u(t)＝u-at,0≤t≤t_adj (1-4)

X₁(t)＝ut-at2/2,0≤t≤t_adj (1-5)

制动过程完成之后的tadj时刻，自车此时的行驶速度便为之后变道过程中的纵向速度，有：

u(t_adj)＝u-at_adj (1-6)

此后，车辆变道过程中的纵向位移为：

X₂(t)＝u(t_adj)(t-t_adj),t_adj≤t≤t_adj+t_e (1-7)

而在整个制动加变道的过程中，车辆的侧向位移可表示为：

y(t)＝(y_e/t_e ⁵)[6(t-t_adj)⁵-15t_e(t-t_adj)⁴+10t_e ²(t-t_adj)³],t_adj≤t≤t_adj+t_e (1-8)

设车辆前方障碍物的宽度为w，自车的前外侧与障碍物的后内侧轮廓可能产生碰撞的时刻为t_c，那么车辆在此时刻恰好不与障碍物发生碰撞的临界条件为：

w＝y(t_c) (1-9)

即为：

w＝(y_e/t_e ⁵)[6(t_c-t_adj)⁵-15t_e(t_c-t_adj)⁴+10t_e ²(t_c-t_adj)³],(1-10)

由1-10式可以求出自车达到临界碰撞点时所用的变道时间t_c-t_adj。那么自车从发现障碍物开始进行制动到到达可能的碰撞点时车辆行驶的纵向距离为：

X₃(t_c)＝X₁(t_adj)+X₂(t_c)＝ut_adj-at_adj ²/2+(u-at_c-t_adj)(t_c-t_adj) (1-11)

考虑车身长度，并保证车辆在整个变道的过程中不与前方障碍发生碰撞，相应的安全距离为：

X＝X₃(t_c)+S cosθ+d (1-12)

其中S为车辆的车身长度，d为静态安全距离，θ为车头与车道水平方向夹角即偏航角，式1-12即为纵向的安全距离模型。

步骤4、根据规划换道路径和纵向安全距离模型设计相关控制器(如模糊PID，模型预测控制器等)，经软件仿真可行后，采用Freescale系列MC9S12DP512单片机作为核心处理器，根据输入信息经过相关处理后，合理控制节气门开度和制动力，在适当位置控制转向电机使汽车沿着规划轨迹路径行驶，随时检测横摆角速度传感器输入量，在保证稳定的前提下，调节方向盘转向电机，保证车辆轨迹良好跟踪。

如图2所示，可以清楚看出图中路径规划轨迹曲线，换道开始和换道结束的地点，路径的曲率都为0，并且变化率也为0，换道的开始和结束的地点，路径与车道线的夹角为0，并且其变化率也为0。

本发明的应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种汽车换道避撞控制方法，包括以下步骤：

步骤一：汽车上传感器采集汽车自身和外部环境信息，将信息输入给电控单元ECU；

步骤二：ECU解析各传感器的信号，确定行车紧急情况，规划出换道路径y：

y＝a₀+a₁x+a₂x²+…+a_nxⁿ

设定多项式最高次数为5次，根据边界条件：

$y\left(0\right)=\stackrel{\·}{y}\left(0\right)=\stackrel{\·\·}{y}\left(0\right)=0,y\left(x_e\right)=y_e,\stackrel{\·}{y}\left(x_e\right)=\stackrel{\·\·}{y}\left(x_e\right)=0$

经过对比分析采取基于五阶多项式的换道路径，在满足规划路径起始点和终止点约束和曲率约束后，求得五阶多项式方程为

y(x)＝y_e[10(x/x_e)³-15(x/x_e)⁴+6(x/x_e)⁵],0≤x≤x_e

式中x_e为换道纵向位移；

步骤三：建立纵向最小安全距离模型，考虑车身长度，并保证车辆在整个变道的过程中不与前方障碍发生碰撞，相应的安全距离为：

X＝x_tc+Scosθ+d

其中S为车辆的车身长度，d为静态安全距离，θ为车头与车道水平方向夹角即偏航角，x_tc为自车从发现障碍物开始进行制动到到达可能的碰撞点时车辆行驶的纵向距离；

步骤四：根据纵向安全距离模型和换道路径设计控制器，经软件仿真可行，输入信息经过核心处理器处理后，控制发动机节气门和方向盘转角,跟踪规划路径。

2.根据权利要求1所述的一种汽车换道避撞控制方法，其特征在于：采用Freescale系列MC9S12DP512单片机作为步骤一的电控单元ECU和步骤四的核心处理器。

3.根据权利要求1所述的一种汽车换道避撞控制方法，其特征在于：步骤一中的传感器包括用于测量与前方车辆或者障碍物的距离S的毫米雷达，用于测量自车的车速U的轮速传感器，用于检测当前节气门开度的节气门位置传感器，用于检测制动的力度的制动踏板位置传感器，用于检测转角信号的方向盘转角传感器，用于检测横摆角速度信号的横摆角速度传感器。