CN108189835B - 一种自动驾驶的避撞控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动驾驶的避撞控制方法，包括：当检测到自车的规划行驶路径上存在障碍物时，计算自车与障碍物的碰撞时间；若碰撞时间小于设定安全阈值时，执行安全避撞操作；若碰撞时间小于等于设定紧急制动阈值时，执行紧急制动行为；计算自车与障碍物的相对速度；若相对速度大于等于常规制动阈值时，执行常规制动行为；若相对速度大于跟车巡航阈值时，计算自车与障碍物的实时距离，若实时距离大于最小换道距离时，执行换道行为；否则执行跟车巡航行为。本发明针对不同的复杂工况进行统筹规划，给出不同工况下的基于车辆自身状态给出最优的避撞行为方式，适用于自动驾驶汽车车速在60km/h及以下的工况，可以实现车辆高效行驶的安全性。

Description

一种自动驾驶的避撞控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种自动驾驶的避撞控制方法，具体地涉及一种适用于60km/h及以下，可以适应于不同复杂工况下的自动驾驶的避撞行为控制方法及系统。
背景技术
随着科学技术的发展，自动驾驶汽车逐渐趋于成熟。而影响汽车行驶的关键问题是其安全性与可靠性，这在一定程度上反映了自动驾驶发展的水平。其中，安全避撞功能是自动驾驶技术的一项重要功能，安全避撞已成为车辆上必不可少的功能系统。它可以显著降低驾驶员的紧张度和疲劳感，并在出现障碍物的危险情况下辅助或代替驾驶人员采取避撞措施，避免与障碍物发生碰撞，从而最大程度的减小事故造成的伤亡，为创建可持续发展的和谐型社会奠定基础。
中国专利文献CN 107145147A公开了一种车辆低速自动驾驶避撞方法及系统，包含障碍物检测模块、碰撞风险判断模块和避让处理模块。根据车载道路环境感知系统所监测的道路环境参数，从而检测车辆的规划行驶路径上是否有障碍物；当检测到障碍物时，则判断是否有碰撞风险；当存在碰撞风险时，则判断是否可以避让障碍物，若是，则采用避让策略来控制障碍物的避让；反之，则控制车辆启动主动制动。其中，主要公开了判断车辆轮廓是否与障碍物轮廓相交的方法，采用最小转弯避让策略来进行避让行驶路线规划，采用最大转弯避让策略来控制车辆进行障碍物避让。该系统仅限于30km/h以下的低速状况，且未考虑到堵车时跟车行驶的状况，系统相对不够完善。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种自动驾驶的避撞控制方法，针对不同的复杂工况进行统筹规划，给出不同工况下的基于车辆自身状态给出最优的避撞行为方式，适用于自动驾驶汽车车速在60km/h及以下的工况，可以实现车辆高效行驶的安全性。
本发明的技术方案是：
一种自动驾驶的避撞控制方法，包括以下步骤：
S01：当检测到自车的规划行驶路径上存在障碍物时，计算自车与障碍物的碰撞时间；
S02：若碰撞时间小于等于安全阈值时，触发安全避撞操作；
S03：若碰撞时间小于等于紧急制动阈值时，触发紧急制动行为；
S04：若碰撞时间大于紧急制动阈值时，计算自车与障碍物的相对速度；若相对速度大于等于常规制动阈值时，触发常规制动行为，所述安全阈值大于紧急制动阈值；
S05：若相对速度大于等于跟车巡航阈值时，计算自车与障碍物的实时距离，若实时距离大于等于满足车辆运动学约束的换道距离DLC时，触发换道行为；若实时距离小于满足车辆运动学约束的换道距离DLC或相对速度小于跟车巡航阈值时，触发跟车巡航行为，所述常规制动阈值大于跟车巡航阈值。
本发明还公开了一种自动驾驶的避撞控制系统，包括：
碰撞判断模块，当检测到自车的规划行驶路径上存在障碍物时，计算自车与障碍物的碰撞时间；若碰撞时间小于等于安全阈值时，触发安全避撞操作；
安全避撞决策模块，若碰撞时间小于等于紧急制动阈值时，触发紧急制动行为；若碰撞时间大于紧急制动阈值时，计算自车与障碍物的相对速度；若相对速度大于等于常规制动阈值时，触发常规制动行为，所述安全阈值大于紧急制动阈值；若相对速度大于等于跟车巡航阈值时，计算自车与障碍物的实时距离，若实时距离大于等于满足车辆运动学约束的换道距离DLC时，触发换道行为；若实时距离小于满足车辆运动学约束的换道距离DLC或相对速度小于跟车巡航阈值时，触发跟车巡航行为，所述常规制动阈值大于跟车巡航阈值。
优选的，触发换道行为的步骤包括：
判断相邻车道是否可以通行；
若相邻车道可以通行，进行布局路径规划后，触发换道绕行避撞行为。
优选的，所述碰撞时间包括系统延时T，所述系统延时包括传感知系统响应时间Tp、决策系统响应Td和执行系统响应时间Ta，即T=Tp+Td+Ta。
优选的，所述跟车巡航阈值为RFV，V为自车实时车速，RF为比例系数，所述RF根据实际跟车需求以及行车效率进行调整。
与现有技术相比，本发明的优点是：
（1）、针对不同的复杂工况进行统筹规划，通过对碰撞时间、相对速度、相对距离、制动减速度等因素，综合判断分析不同避撞行为的触发条件，给出不同工况下的基于车辆自身状态给出最优的避撞行为方式。
（2）、该避撞策略可以适用于自动驾驶汽车车速在60km/h及以下的工况，既能兼顾车辆行车效率又能兼顾安全性。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明避撞控制方法的流程图；
图2为判断条件分析示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步说明。
如图1所示，本发明的避撞控制方法包括以下步骤：
自动驾驶车辆启动后，开始运行安全避撞控制算法；
启动环境感知系统，进行车辆周围的障碍物监测；
基于自动驾驶汽车的环境感知系统主要由雷达，视觉摄像头，V2X，定位等系统组成。雷达包含激光雷达、毫米波雷达和超声波雷达；视觉摄像头包含高清摄像头和高动态摄像头等，以满足系统不同的功能需求；V2X则包含4G/5G和DSRC/LTE-V技术的专用设备；定位系统则是卫星定位、惯性测量、视觉匹配定位、多模式协同定位等。
系统通过环境感知系统获取到运动方向有障碍物信息时，首先判断自车及前方障碍物的运动状态；
当碰撞时间ttc（time to collision）大于某一安全阈值TTCS时，车辆保持当前状态继续行驶；ttc小于等于TTCS时，自动驾驶系统将触发安全避撞行为。
当ttc小于等于紧急制动阈值TEB(VR)时，系统触发紧急制动行为；ttc大于TEB(VR)时，系统将触发常规制动、换道绕行、跟车巡航等安全避撞行为，其中VR为自车与前方障碍物的相对速度，TEB(VR)为ttc关于VR的函数。
当VR大于等于常规制动阈值VB(t)时，此时车辆处于一个相对危险的状态，需要触发常规制动行为，减小相对速度，保证车辆安全，且能更好的执行换道绕行和跟车巡航动作。当相对速度VR小于跟车巡航阈值RFV或相对距离小于DLC时，系统触发跟车巡航动作进行安全避撞。其中，V为自车实时车速，RF为可根据实际跟车需求以及行车效率调整的比例系数，DLC为满足车辆运动学约束的换道距离。
当相对速度VR大于等于RFV且相对距离大于等于DLC时，系统触发换道绕行动作进行安全避撞。
影响避撞行为的因素很多，本发明主要通过对ttc、相对速度、相对距离、制动减速度等因素，分析不同避撞行为的触发条件。可以保证行车效率并兼顾安全性的避撞策略。
车辆在行驶过程中遇到障碍物时，可选择三种应对的避撞行为：换道绕行、跟车巡航和制动停车：
（1）换道绕行，车辆行进方向遇到障碍物，若自车速度与障碍物移动速度大于某一阈值，且临侧道路可通行，此时可通过变换车道来进行避撞。通过转向行驶至相邻的车道来绕开原定路线上的障碍物继续前进，绕过障碍物后汽车可以再调整到原来的车道，继续执行原先规划好的路径。
（2）跟车巡航，车辆行进方向遇到移动障碍物，若障碍物移动速度略低于自车速度，经过对车速的调整后，跟随前车行驶。跟随移动障碍物时，只需由车速跟随系统对前车车速进行监测并执行跟随。
（3）制动停车，车辆行进方向遇到障碍物，若自车与障碍物的相对速度过大，且不满足换道时需遵循的运动学约束，则通过执行制动系统使车辆逐渐减速到静止状态，等待系统对当前路况进行综合分析后做出控制决策，再执行下一步任务。在未知路况遇到静止障碍物时，或遇到紧急状况（如前方车辆突然停止或障碍物侧向插入）时，制动停车是一种比较安全保守的方法。
三种避撞行为各有优劣：制动停车最为安全可靠，控制相对简单，但行车效率低；跟车巡航是应对动态障碍物的一种安全高效的方法，但是对系统协调控制汽车的行驶速度有较高要求；换道绕行是最直接和彻底的避障方法，但是在换道的路径选择和跟踪控制等方面学要进行严格的规划。
本发明确定上述避撞控制流程的判断条件的示意图，如图2所示。
其中TTCS为是否触发任何安全避撞行为的一个阈值，可通过车辆安全距离、车辆相对速度，并结合车辆自身性能计算获得，当ttc大于TTCS时，车辆不会触发任何安全避撞行为；
当相对速度点进入紧急制动范围内，即曲线TEB(VR)的右侧，车辆触发紧急制动行为，曲线TEB(VR)为ttc关于VR的一个函数，它保证了在车辆采取紧急制动（以最大减速度减速）至车速为0时，仍能与前方障碍物保持某一设定距离；
当相对速度VR小于RFV或相对距离小于DLC时，系统触发跟车巡航动作进行安全避撞。其中，V为自车实时车速，RF为可根据实际跟车需求以及行车效率调整的比例系数，DLC为满足车辆运动学约束的换道距离。
当相对速度VR大于等于RFV且相对距离大于等于DLC时，系统触发换道绕行动作进行安全避撞。
当相对速度在VB(t)上方时，系统应采取常规制动。系统实时采用的制动压力应与ttc存在负相关的关系，即ttc越小制动压力越大，根据最大制动减速度、安全碰撞时间TTCS等条件可以计算出明确的函数VB(t)；
若相对速度进入理论碰撞区域，此时车辆及时采取最大减速度减速，其制动距离仍大于相对距离，车辆与障碍物必然将会发生碰撞；
若相对速度进入实际碰撞区域，此时ttc小于等于0，车辆已与障碍物发生碰撞。
时间T为整个自动驾驶系统的延迟，包括传感知系统响应时间Tp、决策系统响应Td、执行系统响应时间Ta，即T=Tp+Td+Ta，在判断ttc时，首先要加入系统延时T。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种自动驾驶的避撞控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：当检测到自车的规划行驶路径上存在障碍物时，计算自车与障碍物的碰撞时间；
S02：若碰撞时间小于等于安全阈值时，触发安全避撞操作；
S03：若碰撞时间小于等于紧急制动阈值时，触发紧急制动行为；
S04：若碰撞时间大于紧急制动阈值时，计算自车与障碍物的相对速度；若相对速度大于等于常规制动阈值时，触发常规制动行为，所述安全阈值大于紧急制动阈值；
S05：若相对速度大于等于跟车巡航阈值时，计算自车与障碍物的实时距离，若实时距离大于等于满足车辆运动学约束的换道距离DLC时，触发换道行为；若实时距离小于满足车辆运动学约束的换道距离DLC或相对速度小于跟车巡航阈值时，触发跟车巡航行为，所述常规制动阈值大于跟车巡航阈值。
2.根据权利要求1所述的自动驾驶的避撞控制方法，其特征在于，触发换道行为的步骤包括：
判断相邻车道是否可以通行；
若相邻车道可以通行，进行布局路径规划后，进行换道。
3.根据权利要求1所述的自动驾驶的避撞控制方法，其特征在于，所述碰撞时间包括系统延时T，所述系统延时包括传感知系统响应时间Tp、决策系统响应Td和执行系统响应时间Ta，即T=Tp+Td+Ta。
4.根据权利要求1所述的自动驾驶的避撞控制方法，其特征在于，所述跟车巡航阈值为RFV，V为自车实时车速，RF为比例系数，所述RF根据实际跟车需求以及行车效率进行调整。
5.一种自动驾驶的避撞控制系统，其特征在于，包括：
碰撞判断模块，当检测到自车的规划行驶路径上存在障碍物时，计算自车与障碍物的碰撞时间；若碰撞时间小于等于安全阈值时，触发安全避撞操作；
安全避撞决策模块，若碰撞时间小于等于紧急制动阈值时，触发紧急制动行为；若碰撞时间大于紧急制动阈值时，计算自车与障碍物的相对速度；若相对速度大于等于常规制动阈值时，触发常规制动行为，所述安全阈值大于紧急制动阈值；若相对速度大于等于跟车巡航阈值时，计算自车与障碍物的实时距离，若实时距离大于等于满足车辆运动学约束的换道距离DLC时，触发换道行为；若实时距离小于满足车辆运动学约束的换道距离DLC或相对速度小于跟车巡航阈值时，触发跟车巡航行为，所述常规制动阈值大于跟车巡航阈值。
6.根据权利要求5所述的自动驾驶的避撞控制系统，其特征在于，触发换道行为的步骤包括：
判断相邻车道是否可以通行；
若相邻车道可以通行，进行布局路径规划后，进行换道。
7.根据权利要求5所述的自动驾驶的避撞控制系统，其特征在于，所述碰撞时间包括系统延时T，所述系统延时包括传感知系统响应时间Tp、决策系统响应Td和执行系统响应时间Ta，即T=Tp+Td+Ta。
8.根据权利要求5所述的自动驾驶的避撞控制系统，其特征在于，所述跟车巡航阈值为RFV，V为自车实时车速，RF为比例系数，所述RF根据实际跟车需求以及行车效率进行调整。
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