CN106564495B - 融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法 - Google Patents
融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106564495B CN106564495B CN201610910181.0A CN201610910181A CN106564495B CN 106564495 B CN106564495 B CN 106564495B CN 201610910181 A CN201610910181 A CN 201610910181A CN 106564495 B CN106564495 B CN 106564495B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vehicle
- intelligent vehicle
- envelope
- intelligent
- safety
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 10
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 8
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 38
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 206010039203 Road traffic accident Diseases 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003542 behavioural effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
- B60W30/08—Active safety systems predicting or avoiding probable or impending collision or attempting to minimise its consequences
- B60W30/095—Predicting travel path or likelihood of collision
- B60W30/0956—Predicting travel path or likelihood of collision the prediction being responsive to traffic or environmental parameters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
- B60W30/10—Path keeping
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
- B60W30/08—Active safety systems predicting or avoiding probable or impending collision or attempting to minimise its consequences
- B60W30/095—Predicting travel path or likelihood of collision
- B60W30/0953—Predicting travel path or likelihood of collision the prediction being responsive to vehicle dynamic parameters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
- B60W30/14—Adaptive cruise control
- B60W30/16—Control of distance between vehicles, e.g. keeping a distance to preceding vehicle
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
- B60W50/0097—Predicting future conditions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
- B60W50/0098—Details of control systems ensuring comfort, safety or stability not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W60/00—Drive control systems specially adapted for autonomous road vehicles
- B60W60/001—Planning or execution of driving tasks
- B60W60/0015—Planning or execution of driving tasks specially adapted for safety
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W60/00—Drive control systems specially adapted for autonomous road vehicles
- B60W60/001—Planning or execution of driving tasks
- B60W60/0027—Planning or execution of driving tasks using trajectory prediction for other traffic participants
- B60W60/00274—Planning or execution of driving tasks using trajectory prediction for other traffic participants considering possible movement changes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
- B60W2050/0001—Details of the control system
- B60W2050/0002—Automatic control, details of type of controller or control system architecture
- B60W2050/0017—Modal analysis, e.g. for determining system stability
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
- B60W2050/0001—Details of the control system
- B60W2050/0019—Control system elements or transfer functions
- B60W2050/0028—Mathematical models, e.g. for simulation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
- B60W2050/0001—Details of the control system
- B60W2050/0043—Signal treatments, identification of variables or parameters, parameter estimation or state estimation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
- B60W2520/14—Yaw
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2554/00—Input parameters relating to objects
- B60W2554/40—Dynamic objects, e.g. animals, windblown objects
- B60W2554/404—Characteristics
- B60W2554/4041—Position
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2554/00—Input parameters relating to objects
- B60W2554/80—Spatial relation or speed relative to objects
- B60W2554/801—Lateral distance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2554/00—Input parameters relating to objects
- B60W2554/80—Spatial relation or speed relative to objects
- B60W2554/802—Longitudinal distance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2754/00—Output or target parameters relating to objects
- B60W2754/10—Spatial relation or speed relative to objects
- B60W2754/20—Lateral distance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2754/00—Output or target parameters relating to objects
- B60W2754/10—Spatial relation or speed relative to objects
- B60W2754/30—Longitudinal distance
Abstract
本发明公开了融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法,从模拟真实驾驶员对前向行驶区域潜在碰撞风险进行预估的行为出发,将前向车辆驾驶行为预测结果引入到智能车辆的环境感知环节,基于前向车辆驾驶行为预测结果,融合空间特性和动力学特性对智能车辆的安全驾驶包络进行重构(安全环境包络重构和稳定控制包络重构),提高智能车辆的安全性和稳定性。首先,基于前向车辆驾驶行为预测结果对智能车辆与前向车辆的横向间距、纵向间距进行修正,实现智能车辆安全环境包络重构,提高智能车辆安全性。然后,基于重构的安全环境包络,结合智能车辆动力学模型,对智能车辆的稳定控制包络进行重构,提高智能车辆稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及智能汽车领域,具体为一种融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法。
背景技术
随着汽车工业的迅猛发展以及人民生活水平的不断提高,汽车保有量持续攀升,随之而来的是越来越大的交通压力,道路拥堵,交通事故频发等一系列亟待解决的问题,智能交通系统作为解决上述问题的有效途径,受到社会各界的广泛关注。智能车辆作为智能交通系统中的新兴技术,已经成为国内外研究的热点。智能车辆首先要解决的问题就是环境感知问题,即通过视觉传感器、雷达传感器、车载传感器等进行车辆周围交通环境以及智能车辆自身运动参数的感知。但目前国内外学者只是针对智能车辆周边车辆当前运动参数进行感知,进行路径规划和跟踪控制。然而周边车辆尤其是前向车辆驾驶行为的随机变化,使得智能车辆很难对潜在的碰撞风险进行预估,进而影响路径规划和跟踪控制的准确性。因此,为了模拟驾驶员驾驶车辆过程中对潜在碰撞危险的预估的行为,将前向车辆驾驶行为预测引入到安全环境包络中,根据前向车辆驾驶行为预测结果,融合空间信息和动力学特性,进行安全驾驶包络重构(安全环境包络重构和稳定控制包络重构),从安全性和稳定性的角度为智能车辆规划与决策提供依据。
因此,本发明提出一种融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法,通过摄像头、激光雷达对智能车辆前方交通环境及前向车辆进行感知,对前向车辆驾驶行为进行预测。根据前向车辆驾驶行为预测结果对智能车辆与前向车辆的横向间距、纵向间距进行修正,实现智能车辆安全环境包络重构。同时,根据重构的安全环境包络,结合智能车辆动力学模型,对智能车辆的稳定控制包络进行重构,进而实现对智能车辆安全驾驶区域内潜在的碰撞危险进行预估,提高智能车辆的安全性和稳定性。通过查阅资料,目前在通过融合空间特性和动力学特性对智能车辆安全驾驶包络进行重构的方法尚未见到报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法,从模拟真实驾驶员对前向行驶区域潜在碰撞风险进行预估的行为出发,将前向车辆驾驶行为预测结果引入到智能车辆的环境感知环节,基于前向车辆驾驶行为预测结果,融合空间特性和动力学特性对智能车辆的安全驾驶包络进行重构(安全环境包络重构和稳定控制包络重构),提高智能车辆的安全性和稳定性。首先,基于前向车辆驾驶行为预测结果对智能车辆与前向车辆的横向间距、纵向间距进行修正,实现智能车辆安全环境包络重构,提高智能车辆安全性。然后,基于重构的安全环境包络,结合智能车辆动力学模型,对智能车辆的稳定控制包络进行重构,提高智能车辆稳定性。
本发明的技术方案:一种融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法由智能车辆安全环境包络重构算法和稳定控制包络重构算法组成。其中,智能车辆安全环境包络重构算法负责基于前向车辆驾驶行为预测结果对智能车辆与前向车辆的安全横向间距、安全纵向间距进行修正,实现对智能车辆安全驾驶区域内潜在的碰撞危险进行预估,提高智能车辆的安全性。智能车辆稳定控制包络重构算法负责基于环境包络重构的结果,结合智能车辆动力学特性,对智能车辆的横摆角速度安全区域进行重构,提高智能车辆的稳定性。
本发明所述智能车辆安全环境包络重构算法如下:
智能车辆根据前向车辆与智能车辆的横向间距、纵向间距确定前方安全行驶区域,即本发明所述的安全环境包络。根据传感器及动力学模型,建立智能车辆与前向车辆相对位置信息公式如式(1)所示:
其中:px,j(t)为第j个前向车辆的纵向坐标,px,sub(t)为智能车辆的纵向坐标,eψ(t)车辆与路面的定位误差,py,j(t)为第j个前向车辆的横向坐标,py,sub(t)为智能车辆的横向坐标,Δpx,j(t)为智能车辆与第j个前向车辆纵向相对距离,Δpy,j(t)为智能车辆与第j个前向车辆横向相对距离。
通过变换得到智能车辆与前向车辆的间距如式(2)所示:
其中:Lv为前向车辆的长度,Wv为前向车辆的宽度,Cx,j(t)为智能车辆与前向车辆的纵向间距,Cy,j(t)智能车辆与前向车辆的横向间距。
公式(2)所表示的智能车辆与前向车辆的纵向间距和横向间距是根据前向车辆当前位置计算得到的,作为智能车辆下一时刻安全环境包络的参考值,未考虑前向车辆驾驶行为变化的有随机性。当前向车辆下一时刻具有左转向驾驶行为或右转向驾驶行为时,智能车辆与前向车辆的横向间距会增大或减小;当前向车辆下一时刻具有紧急制动驾驶行为时,智能车辆与前向车辆的纵向间距会减小。因此,为了对前方安全行驶区域内潜在的碰撞风险进行预估,本发明将前向车辆驾驶行为预测引入到智能车辆安全环境包络构建环节,根据预测结果对智能车辆与前向车辆的纵向间距和横向间距进行修正,进而实现对智能车辆安全环境包络的重构,修正公式如式(3)所示:
ωx为纵向修正因子,表示纵向间距变化尺度,由于对前向车辆纵向预测结果为匀速驾驶行为或紧急制动驾驶行为,所以ωx的取值范围在0-1之间。ωy为横向修正因子,表示横向间距变化尺度,由于对前向车辆横向预测结果为左转向驾驶行为或右转向驾驶行为,同时考虑智能车辆与前向车辆横向相对位置,当横向间距变小时,ωy的取值0-1之间,当横向间距变大时,ωy的取值大于1。为了提高智能车辆安全环境包络重构的准确性,本发明通过HMM模型预测结果的概率值大小来确定ωx和ωy的值。
本发明所述智能车辆稳定控制包络重构算法如下:
本发明在二自由度自行车模型基础上考虑轮胎饱和特性和路面误差,建立自主车辆动力学模型如式(4)所示:
其中,状态变量β为质心侧偏角,状态变量γ为车辆的横摆角速度,δf为汽车前轮转向角,Cf为前轮侧偏刚度,Cr为后轮侧偏刚度,kaf为前轮侧偏刚度调整系数,kar为后轮侧偏刚度调整系数,m为智能车辆质量,vx为车辆纵向速度,lf为质心到前轴距离,lr为质心到后轴距离,Iz为汽车绕z轴转动惯量。
考虑到轮胎饱和特性,为了保证车辆横向控制稳定性,车辆的横摆角速度和质心侧偏角必须限定在一定范围内,本发明定义为稳定控制包络。根据智能车辆的动力学特性,稳定控制包络应定义为:
β(t)≤βmax=tan-1(0.02μg)
其中,μ为轮胎与路面摩擦系数,g为重力加速度,ay,max横向加速度最大值。
这里稳定控制包络主要是基于道路附着系数、轮胎侧向的附着力等因素,没有考虑到安全环境包络的约束,即这里的横摆角速度和质心侧偏角只要在稳定控制包络围内即可。但当考虑到环境包络约束时,这时车辆的横摆角速度就需要满足智能车辆横向行驶在安全环境包络范围内,这就需要融合空间特性和动力学特性对稳定控制包络进行重构。重构方法如下:
根据安全环境包络重构的结果,这时智能车辆与前向车辆的横向安全距离为C′y,j(t),智能车辆当前时刻横向速度为vy,横向加速度为ay。经过时间Δt后,智能车辆横向位移为
当l(t)<C′y,j(t)时,这时的最大横摆角速度仍为
当l(t)≥C′y,j(t)时,此时根据需要对ay进行限制以保证Δt时间后智能车辆与前向车辆横向不发生碰撞,此时最大横向加速度为
此时,最大横摆角速度为
本发明的有益效果:
本发明从模拟真实驾驶员对前向行驶区域潜在碰撞风险进行预估的行为出发,将前向车辆驾驶行为预测引入到智能车辆的环境感知环节,对智能车辆安全驾驶区域内潜在的碰撞危险进行预估。基于前向车辆驾驶行为预测结果对智能车辆的安全环境包络进行重构;基于安全环境包络对智能车辆的稳定控制包络进行重构。实现了融合空间特性和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络进行重构算法,提高智能车辆的安全性和稳定性。
附图说明
图1为本发明系统框图。
图2为前向车辆具有左转向驾驶行为时安全环境包络横向间距变化示意图;
其中(a)表示智能车辆与前向车辆的当前横向距离示意图;(b)表示前向车辆具有左转向驾驶行为时,智能车辆与前向车辆的横向间距变化示意图;
图3为前向车辆具有紧急制动驾驶行为时安全环境包络纵向间距变化示意图;
其中(a)表示智能车辆与前向车辆的当前纵向距离示意图;(b)表示前向车辆具有紧急制动驾驶行为时,智能车辆与前向车辆的纵向间距变化示意图;
图4为智能车辆稳定控制包络示意图;
图5为智能车辆左转向时稳定控制包络重构示意图;
其中,(a)表示智能车辆的横向位移距离还在安全环境包络中横向安全距离的约束范围内;(b)表示智能车辆的横向位移距离已经超出了安全环境包络中横向安全距离的约束。
具体实施方式
下面参照附图并结合示例对本发明的构思、具体工作过程行清楚完整地描述。显然,所描述的实施例只是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例,基于本发明实施例,本领域技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例,均属于本发明保护范围。
见图1,一种融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法由智能车辆安全环境包络重构算法和稳定控制包络重构算法组成。首先,智能车辆安全环境包络重构算法基于前向车辆驾驶行为预测结果对智能车辆与前向车辆的安全横向间距、安全纵向间距进行修正。然后,智能车辆稳定控制包络重构算法基于环境包络重构的结果,结合智能车辆动力学特性,对智能车辆的横摆角速度安全区域进行重构。通过融合空间特性和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构实现对对智能车辆安全驾驶区域内潜在的碰撞危险进行预估,提高智能车辆的安全性和稳定性。
安全环境包络重构
下面以前向车辆预测结果为左转向驾驶行为为例,说明本发明横向安全距离重构。
如图2(a)所示,当只考虑前向车辆②当前位置时,智能车辆①与前向车辆②的横向间距为Cy,j(t),如图2(b)所示,当考虑前向车辆②具有左转向驾驶行为时,智能车辆①与前向车辆②的横向间距变为C′y,j(t)。对比图2(a)和图2(b)可知,这时智能车辆①与前向车辆②的横向间距变小了,根据预测结果对横向安全距离重构得到新的横向安全间距为C′y,j(t)=ωyCy,j(t),其中ωy为横向修正因子,表示横向间距变化尺度,ωy值的大小根据前向车辆驾驶行为预测模型预测出的左转向驾驶行为的最大似然概率确定。可以看出,当考虑前向车辆具有左转向驾驶行为时,智能车辆对前向车辆左转向驾驶行为进行预测,通过重构横向安全距离,减小了横向碰撞的风险。
下面以前向车辆预测结果为紧急制动驾驶行为为例,说明本发明纵向安全距离重构。
如图3(a)所示,当只考虑前向车辆②当前位置时,智能车辆①与前向车辆②的纵向间距为Cx,j(t),如图3(b)所示,当考虑前向车辆具有紧急制动驾驶行为时,智能车辆①与前向车辆②的纵向间距变为C′x,j(t)。对比图3(a)和图3(b)可知,这时智能车辆①与前向车辆②的纵向间距变小了,根据预测结果对纵向安全距离重构得到新的纵向安全间距为C′x,j(t)=ωxCx,j(t),其中ωx为纵向修正因子,表示纵向间距变化尺度,ωx值得大小根据前向车辆驾驶行为预测模型预测出的紧急制动驾驶行为的最大似然概率确定。可以看出,当考虑前向车辆具有紧急制动驾驶行为时,智能车辆对前向车辆紧急制动驾驶行为进行预测,通过重构纵向安全距离,减小了纵向碰撞的风险。
稳定控制包络重构
考虑到轮胎饱和特性,为了保证车辆横向控制稳定性,车辆的横摆角速度和质心侧偏角必须限定在一定范围内,本发明定义为稳定控制包络。根据智能车辆的动力学特性,稳定控制包络应定义为:
β(t)≤βmax=tan-1(0.02μg)
稳定控制包络如图4所示。
这里稳定控制包络主要是基于道路附着系数、轮胎侧向的附着力等因素,没有考虑到安全环境包络的约束,即这里的横摆角速度和质心侧偏角只要在稳定控制包络范围内即可。但当考虑到环境包络约束时,这时车辆的横摆角速度就需要满足智能车辆横向行驶在安全环境包络范围内,这就需要融合空间特性和动力学特性对稳定控制包络进行重构。重构方法如下:
下面以智能车辆左转向为例,说明本发明横摆角速度重构。
根据安全环境包络重构的结果,这时智能车辆与前向车辆的横向安全距离为C′y,j(t),智能车辆当前时刻横向速度为vy,横向加速度为ay。经过时间Δt后,智能车辆横向位移为
如图5(a)所示,当l(t)<C′y,j(t)时,智能车辆的横向位移距离还在安全环境包络中横向安全距离的约束范围内,所以此时的最大横摆角速度仍为
如图5(b)所示,当l(t)≥C′y,j(t)时,此时的横摆角速度虽然仍在稳定包络范围内,但这时智能车辆的横向位移距离已经超出了安全环境包络中横向安全距离的约束,因此需要对横摆角速度进行限制,重构稳定控制包络。此时据需要对ay进行限制以保证Δt时间后智能车辆与前向车辆横向不发生碰撞,此时最大横向加速度为
此时,最大横摆角速度为
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法,其特征在于,包括智能车辆安全环境包络重构算法和稳定控制包络重构算法;其中,所述智能车辆安全环境包络重构算法负责基于前向车辆驾驶行为预测结果对智能车辆与前向车辆的安全横向间距、安全纵向间距进行修正,实现对智能车辆安全驾驶区域内潜在的碰撞危险进行预估,提高智能车辆的安全性;所述智能车辆稳定控制包络重构算法负责基于安全环境包络重构的结果,结合智能车辆动力学特性,对智能车辆的横摆角速度安全区域进行重构,提高智能车辆的稳定性;
所述智能车辆安全环境包络重构算法为:
智能车辆根据前向车辆与智能车辆的横向间距、纵向间距确定前方安全行驶区域,即为安全环境包络;根据传感器及动力学模型,建立智能车辆与前向车辆相对位置信息表达式:
其中:px,j(t)为第j个前向车辆的纵向坐标,px,sub(t)为智能车辆的纵向坐标,eψ(t)车辆与路面的定位误差,py,j(t)为第j个前向车辆的横向坐标,py,sub(t)为智能车辆的横向坐标,Δpx,j(t)为智能车辆与第j个前向车辆纵向相对距离,Δpy,j(t)为智能车辆与第j个前向车辆横向相对距离;
通过变换得到智能车辆与前向车辆的间距表达式:
其中:Lv为前向车辆的长度,Wv为前向车辆的宽度,Cx,j(t)为智能车辆与前向车辆的纵向间距,Cy,j(t)智能车辆与前向车辆的横向间距;
将前向车辆驾驶行为预测引入到智能车辆安全环境包络构建环节,根据预测结果对智能车辆与前向车辆的纵向间距和横向间距进行修正,实现对智能车辆安全环境包络的重构;所述修正表达式为:
其中,ωx为纵向修正因子,表示纵向间距变化尺度;ωy为横向修正因子,表示横向间距变化尺度;C′x,j(t)为考虑前向车辆驾驶行为后重构的纵向间距;C′y,j(t)为考虑前向车辆驾驶行为后重构的横向间距;
所述稳定控制包络重构算法为:
在二自由度车辆模型基础上考虑轮胎饱和特性和路面误差,建立自主车辆动力学模型:
其中:
状态变量β为质心侧偏角,状态变量γ为车辆的横摆角速度,δf为汽车前轮转向角,Cf为前轮侧偏刚度,Cr为后轮侧偏刚度,kaf为前轮侧偏刚度调整系数,kar为后轮侧偏刚度调整系数,m为智能车辆质量,vx为车辆纵向速度,lf为质心到前轴距离,lr为质心到后轴距离,Iz为汽车绕z轴转动惯量;
根据智能车辆的动力学特性,建立稳定控制包络为:
β(t)≤βmax=tan-1(0.02μg)
其中,μ为轮胎与路面摩擦系数,g为重力加速度,ay,max横向加速度最大值;
结合安全环境包络的约束,融合空间特性和动力学特性对稳定控制包络进行重构。
2.根据权利要求1所述的融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法,其特征在于,所述ωx的取值范围在0-1之间;所述ωy的取值为:当横向间距变小时,ωy的取值0-1之间,当横向间距变大时,ωy的取值大于1。
3.根据权利要求1所述的融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法,其特征在于,所述前向车辆驾驶行为预测采用HMM模型进行预测。
4.根据权利要求1所述的融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法,其特征在于,所述对稳定控制包络进行重构的方法为:
根据安全环境包络重构的结果,即智能车辆与前向车辆的横向安全距离为C′y,j(t),智能车辆当前时刻横向速度为vy,横向加速度为ay,经过时间Δt后,智能车辆横向位移为:
当l(t)<C′y,j(t)时,最大横摆角速度仍为
当l(t)≥C′y,j(t)时,对ay进行限制此情况下,最大横摆角速度修正为
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610910181.0A CN106564495B (zh) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法 |
US16/342,974 US20190263399A1 (en) | 2016-10-19 | 2017-03-29 | Intelligent vehicle safety driving envelope reconstruction method based on integrated spatial and dynamic characteristics |
PCT/CN2017/078515 WO2018072394A1 (zh) | 2016-10-19 | 2017-03-29 | 融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610910181.0A CN106564495B (zh) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106564495A CN106564495A (zh) | 2017-04-19 |
CN106564495B true CN106564495B (zh) | 2018-11-06 |
Family
ID=58533912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610910181.0A Active CN106564495B (zh) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20190263399A1 (zh) |
CN (1) | CN106564495B (zh) |
WO (1) | WO2018072394A1 (zh) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106564496B (zh) * | 2016-10-19 | 2018-11-09 | 江苏大学 | 基于前向车辆驾驶行为的智能车辆安全环境包络重构方法 |
US10597028B2 (en) * | 2017-06-14 | 2020-03-24 | GM Global Technology Operations LLC | Systems and methods for holistic vehicle control with collaborative steering, electronic limited slip differential (ELSD), powertrain and braking |
US20180374341A1 (en) * | 2017-06-27 | 2018-12-27 | GM Global Technology Operations LLC | Systems and methods for predicting traffic patterns in an autonomous vehicle |
CN107878453B (zh) * | 2017-11-07 | 2019-07-30 | 长春工业大学 | 一种躲避动障碍物的汽车紧急避撞一体式控制方法 |
CN109900490B (zh) * | 2017-12-11 | 2020-11-03 | 上海交通大学 | 基于自主式和协同式传感器的车辆运动状态检测方法及系统 |
US10614717B2 (en) * | 2018-05-17 | 2020-04-07 | Zoox, Inc. | Drive envelope determination |
CN109085837B (zh) | 2018-08-30 | 2023-03-24 | 阿波罗智能技术(北京)有限公司 | 车辆控制方法、装置、计算机设备及存储介质 |
US11827241B2 (en) | 2018-10-29 | 2023-11-28 | Motional Ad Llc | Adjusting lateral clearance for a vehicle using a multi-dimensional envelope |
CN110217227B (zh) * | 2019-06-25 | 2020-09-18 | 长春工业大学 | 一种适用于冰雪道路工况的转向制动联合避撞控制方法 |
CN114616528A (zh) * | 2019-08-06 | 2022-06-10 | 西门子电子设计自动化有限公司 | 用于控制自主交通工具的方法、装置和系统 |
FR3102444B1 (fr) * | 2019-10-25 | 2021-10-08 | Safran Electronics & Defense | Procédé de commande d’un véhicule roulant en condition d’adhérence précaire |
CN111143771B (zh) * | 2019-12-12 | 2021-12-07 | 中山大学 | 机动车保有量计算方法、系统、装置及介质 |
GB2615203A (en) * | 2020-01-09 | 2023-08-02 | Jaguar Land Rover Ltd | Vehicle control system and method |
CN113954857B (zh) * | 2020-07-15 | 2023-03-21 | 广州汽车集团股份有限公司 | 一种自动驾驶控制方法及其系统、计算机设备、存储介质 |
CN111831776B (zh) * | 2020-07-16 | 2022-03-11 | 广州小鹏自动驾驶科技有限公司 | 一种地图融合的方法及车辆、电子设备、存储介质 |
CN112068445B (zh) * | 2020-09-23 | 2021-05-25 | 北京理工大学 | 自动驾驶车辆路径规划与路径跟踪集成控制方法及系统 |
CN113008240B (zh) * | 2021-03-01 | 2021-12-14 | 东南大学 | 基于稳定域的四轮独立驱动智能电动汽车路径规划方法 |
CN113901582A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-01-07 | 燕山大学 | 一种车辆换道纵向位移计算方法及其优化方法 |
CN113778108B (zh) * | 2021-10-09 | 2023-07-21 | 招商局检测车辆技术研究院有限公司 | 一种基于路侧感知单元的数据采集系统及数据处理方法 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5299756B2 (ja) * | 2008-09-24 | 2013-09-25 | 株式会社エクォス・リサーチ | 車両 |
GB2490878B8 (en) * | 2011-05-12 | 2014-07-23 | Jaguar Cars | Monitoring apparatus and method |
CN103150337B (zh) * | 2013-02-04 | 2016-09-21 | 北京航空航天大学 | 一种基于Bézier曲线的车道线重构方法 |
KR101480610B1 (ko) * | 2013-05-21 | 2015-01-08 | 현대자동차주식회사 | 차량의 충돌 방지 장치 및 그 방법 |
DE102013009424A1 (de) * | 2013-06-04 | 2014-12-04 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Notfallassistenz ohne aktivierte Querführungsunterstützung |
DE102013010983B4 (de) * | 2013-07-01 | 2023-02-23 | Audi Ag | Verfahren zum Betreiben eines Kraftwagens bei einem Spurwechsel und Kraftwagen |
DE102014111951A1 (de) * | 2014-08-21 | 2016-02-25 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Verfahren zum Warnen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs vor der Anwesenheit eines Objekts in der Umgebung, Fahrerassistenzsystem und Kraftfahrzeug |
CN104210489B (zh) * | 2014-09-16 | 2017-06-13 | 武汉理工大学 | 车路协同环境下车辆与行人碰撞规避方法与系统 |
CN105691388B (zh) * | 2016-01-14 | 2017-11-14 | 南京航空航天大学 | 一种汽车主动避撞系统及其轨迹规划方法 |
CN105711586B (zh) * | 2016-01-22 | 2018-04-03 | 江苏大学 | 一种基于前向车辆驾驶人驾驶行为的前向避撞系统及避撞算法 |
CN205573939U (zh) * | 2016-01-22 | 2016-09-14 | 江苏大学 | 一种基于前向车辆驾驶人驾驶行为的前向避撞系统 |
-
2016
- 2016-10-19 CN CN201610910181.0A patent/CN106564495B/zh active Active
-
2017
- 2017-03-29 US US16/342,974 patent/US20190263399A1/en not_active Abandoned
- 2017-03-29 WO PCT/CN2017/078515 patent/WO2018072394A1/zh active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018072394A1 (zh) | 2018-04-26 |
US20190263399A1 (en) | 2019-08-29 |
CN106564495A (zh) | 2017-04-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106564495B (zh) | 融合空间和动力学特性的智能车辆安全驾驶包络重构方法 | |
CN106364481B (zh) | 一种适用于电动汽车的爆胎安全控制系统 | |
CN106564496B (zh) | 基于前向车辆驾驶行为的智能车辆安全环境包络重构方法 | |
CN104176054B (zh) | 一种汽车主动防碰撞自动换道控制系统及其工作方法 | |
US10144399B2 (en) | Vehicle acceleration and deceleration control device | |
CN104192144B (zh) | 一种汽车主动防撞弯道虚警消除方法 | |
CN109334564B (zh) | 一种防碰撞的汽车主动安全预警系统 | |
CN103640541B (zh) | 一种利用陀螺转动惯量的车辆防侧翻方法 | |
CN105857306A (zh) | 一种用于多种泊车场景的车辆自主泊车路径规划方法 | |
CN108819951A (zh) | 一种考虑驾驶员驾驶技能的人机共驾横向驾驶权分配方法 | |
CN106314430B (zh) | 一种应用于智能汽车的纵向主动安全防撞系统及其方法 | |
CN105551282A (zh) | 一种超车提示方法和装置 | |
CN110104057A (zh) | 车辆转向助力控制方法、装置、设备及存储介质 | |
EP2261093B1 (en) | Method and system for predictive yaw stability control for automobile | |
CN107380162B (zh) | 基于功能分配与多目标模糊决策的协同避撞方法 | |
CN108215933A (zh) | 采用轮内系统控制车辆行驶的方法 | |
CN108248686A (zh) | 一种基于四轮独立转向驱动线控汽车的紧急制动控制方法 | |
CN113635893A (zh) | 一种基于城市智慧交通的无人驾驶车辆转向的控制方法 | |
Lai et al. | Simulation analysis of automatic emergency braking system under constant steer conditions | |
CN103600737A (zh) | 基于爆胎车辆稳定状态评估确定车辆制动减速度的方法 | |
Fujinami et al. | Risk predictive driver assistance system for collision avoidance in intersection right turns | |
Wang et al. | Post-impact stability control for four-wheel-Independently-actuated electric vehicles | |
Hong et al. | Roll prediction-based optimal control for safe path following | |
Zhao et al. | Adaptive Drift Control of Autonomous Electric Vehicles After Brake System Failures | |
Huang et al. | Pre-emptive braking control for stability improvement of autonomous vehicles on a curved road based on vehicle-to-everything technology |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |