CN108407784B - 一种基于模糊控制理论的防撞控制方法和装置 - Google Patents

一种基于模糊控制理论的防撞控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于模糊控制理论的防撞控制方法和装置。本发明所述的方法包括以下步骤:(1)获取装置的预行驶轨迹；(2)获取预设范围内影像信息和预设范围内物体与所述装置的距离信息；(3)利用模糊控制模型对预设范围内的物体与所述装置发生碰撞的概率进行判断；(4)若发生碰撞的概率大于预设值，则提示驾驶员并自动刹车制动。采用本发明所述的方法和装置，能解决新能源公交车在进出站及转弯过路口过程中，主动实施制动防止发生碰撞的问题。

Description

一种基于模糊控制理论的防撞控制方法和装置
技术领域
本发明属于交通系统的主动安全领域，具体涉及一种基于模糊控制理论的防撞控制方法和装置。
背景技术
公交车作为市民出行的主要交通工具，服务于城市的经济建设。近几年，交通拥堵问题日益严重，各级政府加大力度发展公共交通事业。为了满足大客流量的需求，同时倡导绿色出行，因此政府采购长车身、纯电动或者混动新能源公交车。而纯电动或者混动公交车在起步阶段是以驱动电机作为动力源起步，因起步时声音低且速度快，公交车车身周边的行人及车辆不能第一时间获知公交车的起步状态；同时因车身比较长，公交车在进出站及转弯过路口时，车身的盲区非常大，这样就极易造成“剐蹭”等安全事故。
目前解决此问题的主要方法是通过在车身四周加装4个广角摄像头，通过影像“缝合”技术，将4组不同方向影像组成一个画面，通过显示器显示给驾驶员，驾驶员通过查看车身跟移动物体的距离来采取相应应急措施。此装置可以说是一种被动安全防撞预警装置，这样虽能减少一部分事故的发生，但却增加了驾驶员的劳动强度。因驾驶员长时间工作在公交车上，难免会出现“走神”或者误操作的情况，这样就会带来很大的安全隐患。
现有技术中公开了一种采用模糊控制理论来设计防撞预警装置，其主要还是解决怎样防止车辆“追尾”的问题。而对于新能源公交车在转向过程中主动实施制动防止发生碰撞的问题急需解决。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于模糊控制理论的防撞控制方法和装置。该方法和装置能够解决新能源公交车在进出站及转弯过路口过程中，主动实施制动防止发生碰撞的问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于模糊控制理论的防撞控制方法，包括以下步骤：(1)获取装置的预行驶轨迹；(2)获取预设范围内影像信息和预设范围内物体与所述装置的距离信息；(3)利用模糊控制模型对预设范围内的物体与所述装置发生碰撞的概率进行判断；(4)若发生碰撞的概率大于预设值，则提示驾驶员并自动刹车制动。
进一步，在所述步骤(1)的具体包括如下步骤:
根据所述装置车轮转角θ计算所述装置车身最外点的转弯半径R，
Figure BDA0001556220910000021
式中，R-车身最外点的最小转弯半径；L-轴距；θ-转向轮外轮转向角；C-前悬长度；K-整车宽度；M-主销中心距；
按预设频率获取所述装置车速信息，并计算加速度；
根据转弯半径R、车速和加速度绘制所述装置的预行驶轨迹。
进一步的，在步骤(3)具体包括如下步骤：
获取所述装置实时车速，并判断车速是否大于0；
当车速大于0时，根据预设范围内物体与所述装置的距离信息，计算所述预设范围内物体运动情况；
计算每个物体与所述装置的距离和相对运动变化率；
根据物体与所述装置的距离和相对运动变化率判断物体与所述装置发生碰撞的概率。
进一步，通过控制器局域网总线技术(CAN-BUS)实现数据交换及控制。
进一步，通过显示器和/或语音装置提示驾驶员。
一种基于模糊控制理论的防撞控制装置，所述装置包括主控制单元ECU以及与主控制单元ECU连接的测距装置、摄像头、方向盘转角传感器和显示器；
所述主控制单元ECU用于采集、分析、处理信号数据，并利用模糊控制理论对预设范围内的物体与所述装置发生碰撞的概率进行判断，且当发生碰撞的概率大于预设值时，发出刹车指令及目标车速信息；
所述摄像头用于实时获取预设范围内影像信息；
所述测距装置用于实时获取预设范围内物体与所述装置的距离信息；
所述方向盘转角传感器用于实时获取前轮的转向角度；
所述显示器用于显示所述装置的预行驶轨迹。
进一步，
所述摄像头设置于所述装置两侧倒车镜支架上方；
所述测距装置设置于所述装置两侧倒车镜支架上方；
所述方向盘转角传感器设置于所述装置方向盘转向柱上；
所述显示器，设置于驾驶室，还用于显示预设范围内物体的速度及其与所述装置的距离，并根据所述主控制单元ECU的判断结果提示驾驶员。
进一步，所述测距装置为毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达或红外线雷达。
进一步，所述装置还包括整车控制器VCU，所述主控制单元ECU通过控制器局域网总线技术(CAN-BUS)与整车控制器VCU进行信息交换及控制。
进一步，所述装置还包括电机控制器MCU，主控制单元ECU判断物体与所述装置发生碰撞的概率大于预设值时，向整车控制器VCU发出刹车指令及目标车速信息，整车控制器VCU向电机控制器MCU下发反向制动扭矩指令，直到所述装置车速达到预设范围内。
本发明的效果在于：采用本发明所述的方法和装置，让新能源公交车在进出站及转弯过路口过程中，能主动实施制动防止发生碰撞。
附图说明
图1是本发明所述方法一实施例的流程示意图；
图2是本发明所述装置一实施例的预行驶轨迹曲线示意图；
图3是本发明所述方法中模糊控制逻辑一实施例的流程示意图；
图4是本发明所述装置一实施例的结构示意图；
图5是本发明控制器局域网总线技术(CAN-BUS)网络拓扑结构示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
如图1所示，图1是本发明所述方法一实施例的流程示意图。所述方法包括以下步骤：
步骤101：获取所述装置的预行驶轨迹。
图2是本发明所述装置一实施例的预行驶轨迹曲线示意图。结合图2可知，装置在起步和转弯过程中装置的行驶轨迹随着车轮转角θ发生变化，本发明可以通过计算车轮转角θ,可获取装置最外点的转弯半径R，则绘制出装置的预行驶轨迹。
具体的，在进出站及转弯过路口时，其车速一般运行在40km/h以下，因此可认为装置稳定性因数为零，即装置具有中性转向特性，可先根据装置车轮转角θ计算车身最外点的转弯半径R。计算公式如下：
Figure BDA0001556220910000051
式中，R-车身最外点的最小转弯半径；L-轴距；θ-转向轮外轮转向角；C-前悬长度；K-整车宽度；M-主销中心距。
具体的，车轮转角θ可通过设置于所述装置方向盘转向柱上的方向盘转角传感器获得。
同时，主控制单元ECU通过控制器局域网总线技术(CAN-BUS)可按预设频率获取装置车速信息并计算出装置加速度参数。最后将装置实时加速度参数输入到装置预行驶轨迹中可绘制出装置预行驶轨迹曲线图。
步骤102：获取预设范围内影像信息和预设范围内物体与所述装置的距离信息。
优选的，通过设置于装置两侧倒车镜支架上方的摄像头实时获取预设范围内影像信息。预设范围具体根据摄像头参数和装置大小设定。
优选的，通过设置于所述装置两侧倒车镜支架上方的测距装置来实时获取预设范围内物体与所述装置的距离信息。同样的，预设范围具体根据测距装置参数和装置大小设定。
通过预设范围内影像信息和预设范围内物体与所述装置的距离信息经过处理后，能快速准确地获取装置预设范围内的环境信息，然后根据所探知的物体信息将预设范围内的物体进行目标追踪和识别分类。
步骤103：利用模糊控制模型对预设范围内的物体与所述装置发生碰撞的概率进行判断。
图3为本发明所述方法中模糊控制逻辑一实施例的流程示意图。参阅图3，对预设范围内的每个物体利用模糊控制模型对预设范围内的物体与所述装置发生碰撞的概率进行判断。
首先，获取所述装置实时车速，并判断车速是否大于0。当车速为0时，装置还未启动，碰撞概率也为0。
当车速大于0时，根据预设范围内物体与所述装置的距离信息，计算所述预设范围内物体运动情况。具体的，物体与装置的距离信息在不断变化，通过计算两个采样周期内的数据，可计算出目标物体距离装置的距离yr、移动的方向及加速度等信息，同时将这些信息输入到装置预行驶轨迹曲线图中。
然后，计算每个物体与所述装置的距离e和相对运动变化率Δe。
最后，采用模糊控制模型判断物体与所述装置发生碰撞的概率。需要指出的是，现有的模糊控制模型种类很多，在这里不指定为某一种模糊控制模型。但总的来说其核心的判断参数为物体与所述装置的距离e和相对运动变化率Δe，所以将物体与所述装置的距离e和相对运动变化率Δe代入模糊控制模型中，判断物体与所述装置发生碰撞的概率。
步骤104：若发生碰撞的概率大于预设值，则提示驾驶员并自动刹车制动。
预设值可根据统计的大数据来设定。在一个具体的实施例中，当碰撞概率为30％-50％时，装置通过在上显示器标注醒目的字或图来提示驾驶员，或者通过语音装置来播报危险情况。当碰撞概率为50％-100％时，装置通过显示器和语音装置提示驾驶员并自动刹车制动。需要说明的是，本实施例中预设值的取值仅为举例说明，不做限定。
区别于现有技术，本发明提供的一种基于模糊控制理论的防撞控制方法，通过绘制装置的预行驶轨迹，利用模糊控制模型判断预设范围内物体与装置的碰撞概率进行预判，当发生碰撞的概率大于预设值时，不仅可以提示驾驶员并且能自动刹车制动，提升安全性。
如图4所示，图4是本发明所述装置一实施例的结构示意图。所述装置400包括：主控制单元ECU404，以及与其连接的测距装置401、摄像头402、方向盘转角传感器403和显示器405。
所述主控制单元ECU404用于采集、分析、处理信号数据，并利用模糊控制理论对预设范围内的物体与所述装置400发生碰撞的概率进行判断，且当发生碰撞的概率大于预设值时，发出刹车指令及目标车速信息。
所述摄像头402设置于所述装置400两侧倒车镜支架上方，用于实时获取预设范围内影像信息。
所述测距装置401设置于所述装置400两侧倒车镜支架上方，用于实时获取预设范围内物体与所述装置的距离信息。
所述方向盘转角传感器403设置于所述装置400方向盘转向柱上，用于实时获取前轮的转向角度。
显示器405，为方便驾驶员观看，设置于装置400的驾驶室内，用于显示所述装置400的预行驶轨迹，预设范围内物体的速度及其与所述装置的距离，并根据所述主控制单元ECU的判断结果提示驾驶员。
优选的，测距装置401可为毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达或红外线雷达中的任意一种。
参阅图5，装置400还包括整车控制器VCU406。所述主控制单元ECU404通过控制器局域网总线技术(CAN-BUS)与整车控制器VCU406进行信息交换及控制。在一个具体的实施例中，主控制单元ECU404通过CAN总线可实时读取整车控制器VCU406所发送的车速信息，并发送实施刹车制动指令及目标车速信息。
在其他实施例中，装置400还可以通过RS232或RS485串行数据通信协议实现数据传输。
参阅图5，装置400还包括电机控制器MCU407。所述主控制单元ECU404判断物体与所述装置发生碰撞的概率大于预设值时，向整车控制器VCU406发出刹车指令及目标车速信息，整车控制器VCU406向电机控制器MCU407下发反向制动扭矩指令，直到所述装置400车速达到预设范围内。
区别于现有技术，本发明提供的一种基于模糊控制理论的防撞控制装置，通过绘制装置的预行驶轨迹，利用模糊控制模型判断预设范围内物体与装置的碰撞概率进行预判，当发生碰撞的概率大于预设值时，不仅可以提示驾驶员并且能自动刹车制动，提升安全性。
本领域技术人员应该明白，本发明所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于模糊控制理论的防撞控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)获取装置的预行驶轨迹；
(2)获取预设范围内影像信息和预设范围内物体与所述装置的距离信息；
(3)利用模糊控制模型对预设范围内的物体与所述装置发生碰撞的概率进行判断，具体包括如下步骤：
获取所述装置实时车速，并判断车速是否大于0；
当车速大于0时，根据预设范围内物体与所述装置的距离信息，将所述距离信息输入到所述装置的预行驶轨迹曲线图中，计算所述预设范围内物体运动情况，所述距离信息包括所述物体距离所述装置的距离、移动的方向及加速度；
计算每个物体与所述装置的距离和相对运动变化率；
将物体与所述装置的距离和相对运动变化率带入模糊控制模型中，判断物体与所述装置发生碰撞的概率；
(4)若发生碰撞的概率大于预设值，则提示驾驶员并自动刹车制动，直到所述装置车速达到预设范围内。
2.如权利要求1所述的一种基于模糊控制理论的防撞控制方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体包括如下步骤:
根据所述装置车轮转角θ计算所述装置车身最外点的转弯半径R，
Figure FDA0003157941380000011
式中，R-车身最外点的最小转弯半径；L-轴距；θ-转向轮外轮转向角；C-前悬长度；K-整车宽度；M-主销中心距；
按预设频率获取所述装置车速信息，并计算加速度；
根据转弯半径R、车速和加速度绘制所述装置的预行驶轨迹。
3.如权利要求1或2任一所述的一种基于模糊控制理论的防撞控制方法，其特征在于，通过控制器局域网总线技术(CAN-BUS)实现数据交换及控制。
4.如权利要求1所述的一种基于模糊控制理论的防撞控制方法，其特征在于，提示方法具体包括:
通过显示器和/或语音装置提示驾驶员。
5.一种基于模糊控制理论的防撞控制装置，其特征在于，所述装置包括主控制单元ECU以及与其连接的测距装置、摄像头、方向盘转角传感器和显示器；
所述主控制单元ECU用于采集、分析、处理信号数据，并利用模糊控制理论对预设范围内的物体与所述装置发生碰撞的概率进行判断，且当发生碰撞的概率大于预设值时，发出刹车指令及目标车速信息，所述利用模糊控制理论对预设范围内的物体与所述装置发生碰撞的概率进行判断包括：获取所述装置实时车速，并判断车速是否大于0；当车速大于0时，根据预设范围内物体与所述装置的距离信息，将所述距离信息输入到所述装置的预行驶轨迹曲线图中，计算所述预设范围内物体运动情况，所述距离信息包括所述物体距离所述装置的距离、移动的方向及加速度；计算每个物体与所述装置的距离和相对运动变化率；将物体与所述装置的距离和相对运动变化率带入模糊控制模型中，判断物体与所述装置发生碰撞的概率；
所述摄像头用于实时获取预设范围内影像信息；
所述测距装置用于实时获取预设范围内物体与所述装置的距离信息；
所述方向盘转角传感器用于实时获取前轮的转向角度；
所述显示器用于显示所述装置的预行驶轨迹；
所述装置还包括电机控制器MCU，主控制单元ECU判断物体与所述装置发生碰撞的概率大于预设值时，向整车控制器VCU发出刹车指令及目标车速信息，整车控制器VCU向电机控制器MCU下发反向制动扭矩指令，直到所述装置车速达到预设范围内。
6.如权利要求5所述的一种基于模糊控制理论的防撞控制装置，其特征在于:
所述摄像头设置于所述装置两侧倒车镜支架上方；
所述测距装置设置于所述装置两侧倒车镜支架上方；
所述方向盘转角传感器设置于所述装置方向盘转向柱上；
所述显示器，设置于驾驶室，还用于显示预设范围内物体的速度及其与所述装置的距离，并根据所述主控制单元ECU的判断结果提示驾驶员。
7.如权利要求6所述的一种基于模糊控制理论的防撞控制装置，其特征在于，所述测距装置为毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达或红外线雷达。
8.如权利要求5所述的一种基于模糊控制理论的防撞控制装置，其特征在于，所述装置还包括整车控制器VCU，所述主控制单元ECU通过控制器局域网总线技术(CAN-BUS)与整车控制器VCU进行信息交换及控制。
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