CN109835330B - 车辆主动避撞的方法以及使用该方法的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆主动避撞的方法以及使用该方法的车辆。在该方法中，判定是否存在与前方障碍物碰撞的可能性(S01)；判定向相邻车道变道的变道可能性(S02)；在存在与前方障碍物碰撞的可能性并且存在变道可能的情况下，启动主动变道辅助过程(S04)。

Description

车辆主动避撞的方法以及使用该方法的车辆

技术领域

本发明涉及一种车辆安全技术，特别是涉及车辆主动避撞的方法以及使用该方法的车辆。

背景技术

现有技术中已知一种用于车辆的主动安全技术，例如自动紧急制动系统(AEB，Autonomous emergency brake)。在自动紧急制动系统系统中，可利用前雷达测量车辆与前方车辆的距离。如果预测到碰撞危险则对制动系统实施主动控制，从而避免碰撞或缓减碰撞程度。另外，现有技术中已知用于车辆的盲点检测(BSD，Blind Spot Detection)系统。利用该盲点检测系统，当车辆变道时能够检测驾驶员盲点区域中是否有车辆或其它物体，并且就此提醒驾驶员以提高变道安全性。

然而，在实际行驶环境中，可能存在不足以利用制动动作来避免碰撞的情况，特别是在速度较快并且与障碍物之间距离较短的情况下存在这种可能。同时，由于在出现碰撞可能的情况下驾驶员经常匆忙地执行转向操作，可能引起更为严重的后果，例如多车道连环碰撞等。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中的上述问题，以提高行车安全性。

根据本发明，一种车辆主动避撞的方法，包括：判定是否存在与前方障碍物碰撞的可能性；判定向相邻车道变道的变道可能性；在存在与前方障碍物碰撞的可能性并且存在变道可能的情况下，启动主动变道辅助过程；由此，不仅对于可能的碰撞进行判断，在无法通过制动动作来避免碰撞的情况下，在车辆周边环境允许通过变道来避免碰撞时，通过主动的转向介入来避免碰撞的发生，从而提高了车辆的主动安全性。

根据本发明的一种优选实施方式，判定是否存在与前方障碍物碰撞的可能性的步骤与判定向相邻车道变道的变道可能性的步骤是同时地、并列地执行的。

根据本发明的一种优选实施方式，如果判定不存在变道可能性，则使车辆以最大减速度进行制动。

根据本发明的一种优选实施方式，在判定是否存在与前方障碍物碰撞的可能性的步骤中，包括判定是否存在前方的障碍物、和/或判定车辆与前方障碍物之间的距离是否缩小了。

根据本发明的一种优选实施方式，在判定是否存在与前方障碍物碰撞的可能性的步骤中，预测车辆与前方障碍物以当前状态运动的情况下彼此碰撞的可能性。优选地，对以t₁为变量的方程求解

S(t0)＝(v_x1(t0)-v_x2(t0))×t₁+0.5×t₁ ²×(a_x1(t0)-a_x2(t0))

其中S(t0)是车辆与前方障碍物间的当前距离，v_x1(t0)是车辆的当前速度，v_x2(t0)是前方障碍物的当前速度，a_x1(t0)是车辆的当前减速度，a_x2(t0)是前方障碍物的当前速度，t₁为车辆与前方障碍物以当前状态运动的预测碰撞时间，如果存在正的解，则判定存在碰撞可能，否则判定不存在碰撞可能。

根据本发明的一种优选实施方式，在判定是否存在与前方障碍物碰撞的可能性的步骤中，预测车辆以最大减速度制动并且前方障碍物以当前状态运动的情况下彼此碰撞的可能性。

根据本发明的一种优选实施方式，在判定向相邻车道变道的变道可能性的步骤中，包括如下变道条件的检查：

S1_L1<S(t0)+S2_L1

其中S(t0)为车辆与前方障碍物间的当前距离，S1_L1为通过转向避开前方障碍物所述的纵向距离，S2_L1为车辆转向操作期间的前方障碍物的位移。

根据本发明的一种优选实施方式，在判定向相邻车道变道的变道可能性的步骤中，包括对车辆周围环境的检查以确定周围环境允许变道操作。

根据本发明的一种优选实施方式，在主动变道辅助过程中，规定变道安全系数并根据该变道安全系数来进行变道控制。

根据本发明的一种优选实施方式，规定基于距离的变道安全系数fs＝(S(t0)+S2_L1-S1_L1)/S1_L1，

其中，S(t0)为车辆与前方障碍物间的当前距离，S1_L1为通过转向避开前方障碍物所述的纵向距离，S2_L1为车辆转向操作期间的前方障碍物的位移。

根据本发明的一种优选实施方式，在变道安全系数的第一值域范围内，执行第一变道辅助控制；在第一变道辅助控制中，先执行方向盘的短促抖动，对驶员作出光学或声学方面的警示。

根据本发明的一种优选实施方式，在变道安全系数的第二值域范围内，执行第二变道辅助控制；在第二变道辅助控制中，以最大减速度进行制动并点亮制动灯，对驾驶员作出光学或声学方面的警示。

根据本发明的一种优选实施方式，在变道安全系数的第三值域范围内，执行第三变道辅助控制；在第三变道辅助控制中，不进行制动并且开始主动的转向介入。

根据本发明的一种优选实施方式，规定基于时间的变道安全系数ft，

ft＝(t₁-T_{L1_min})/T_{L1_min}

t₁为预测碰撞时间，T_{L1_min}为实现变道所需的侧向位移所需的时间。

本发明还提出了一种车辆，其具有用于执行根据本发明的方法的控制系统。

通过本发明的车辆，不仅对于可能的碰撞进行预测，而且根据当前条件提供合适的避撞措施。在无法通过制动动作来避免碰撞的情况下，在车辆周边环境允许通过变道来避免碰撞时，通过主动的转向介入来避免碰撞的发生，从而提高了车辆的主动安全性。

附图说明

图1示出根据本发明的机动车位于道路中的情况的示意图。

图2示出根据本发明的方法的流程图。

图3示出碰撞可能性判定例程的流程图。

图4示出变道可能性判定例程的流程图。

图5示出机动车位于道路中的情况的示意图，其中示出变道之前的状态。

图6示出机动车位于道路中的情况的示意图，其中示出了变道的过程。

图7示出针对变道可能性判定的简要图示。

具体实施方式

图1示出根据本发明的机动车位于道路中的情况的示意图。如图1所示，机动车包括三个摄像头1、2、3和三个雷达4、5、6。摄像头1用于识别车前方的目标，包括位于车辆101所在车道以及左、右车道中的前方目标。所述目标例如为障碍物(例如图1中的前方车辆102)、具体如行人、护栏、公路、悬崖或其它车辆。摄像头2位于车辆的左后视镜中，其用于识别车辆左侧及后方的目标，该摄像头可由雷达替代。摄像头3位于右后视镜中并用于识别车辆右侧及后方的目标，该摄像头同样可由雷达替代。雷达4检测车辆与前方目标的距离。雷达5检测车辆与左侧目标的距离。雷达6检测车辆与右侧目标的距离。

另外，车辆101还包括车辆状态检测系统，由此，可以检测车辆行驶状态(如车速、安全带信号、方向盘转角、方向盘转角速率等)、车辆行驶姿态(侧向加速度、纵向加速度、横摆角速度等)及驾驶员输入(制动信号、油门信号等)。

在车辆101中执行根据本发明的方法。根据本发明的方法的一个实施例的流程图在图2中示出。

如图2所示，本实施例的车辆主动避撞的方法包括如下步骤：步骤S01，判断是否存在车辆101与前方障碍物碰撞的可能(具体的判定方法流程将在下文中介绍)。如果在步骤S01中判定不存在碰撞的可能，则控制过程结束。而如果在步骤S01中判定存在碰撞的可能，则方法转到步骤S02。

在步骤S02中，判定是否存在无碰撞地变道的可能性(具体的判定方法流程将在下文中介绍)。如果在步骤S02中判定不存在变道可能，即在当前距离无法完成变道，或左、右车道均不允许变道，则方法转到步骤S03。在步骤S03中，使车辆以最大减速度进行制动。

如果在步骤S02中判定存在变道可能，则方法转到步骤S04。在步骤S04中执行变道辅助控制(具体的控制流程将在下文中介绍)。

下面具体地介绍碰撞可能性判定步骤S01、变道可能性判定步骤S02以及主动变道辅助控制步骤S04。

当然，也可以存在如下的可能，即碰撞可能判断步骤S01与变道可能性判定步骤S02是同时并行的，并且由二者的结果来决定共同决定主动变道辅助控制步骤S04。

碰撞可能性判定步骤S01

碰撞可能性判定步骤中，执行如图3所示的碰撞可能性判定例程。在碰撞可能性判定例程开始后，首先在步骤S11中判定是否存在前方的障碍物。也就是说，判定在一定距离内沿车辆的行驶轨迹方向上是否有障碍物，例如正在行驶的其它车辆或固定不动的障碍物。

优选地，如果前方存在障碍物，则通过车辆101的传感器确定前方障碍物的宽度W₂、以及前方障碍物的中心位置。根据此信息计算出前方障碍物的中心位置与车辆101中心位置之间沿车辆横向方向的距离D₀。

前方车辆位于车辆纵轴线左侧为负，右侧为正，二者重叠时为0，W₁是车辆101的宽度，W₂是前方障碍物的宽度。

如果D₀<(W₁+W₂)×0.5，则判定存在前方障碍物，否则判定不存在前方障碍物。其中，D₀是前方障碍物的中心位置与车辆101中心位置之间沿车辆横向方向的距离。

如果在步骤S11中判定存在前方的障碍物，则碰撞可能性判定例程转到步骤S12。而如果在步骤S11中判定不存在前方的障碍物，则碰撞可能性判定例程结束并且输出无碰撞可能的结果。

在步骤S12中判定车辆101与前方障碍物之间的距离是否缩小了。如果在步骤S12中判定车辆101与前方障碍物之间的距离没有缩小，则碰撞可能性判定例程结束并且输出无碰撞可能的结果。如果在步骤S12中判定车辆101与前方障碍物之间的距离减小了，那么碰撞可能性判定例程转到步骤S13。

在步骤S13中判定是否满足预定的碰撞条件。如果在步骤S13中判定满足了预定的碰撞条件，则进入步骤S14，输出存在碰撞可能的结果，碰撞可能性判定例程结束。而如果在步骤S13中判定不满足预定的碰撞条件，则碰撞可能性判定例程结束并且输出不存在碰撞可能的结果。

所述碰撞条件可以按如下方式确定：

假设当前时刻为t0,前方障碍物的纵向速度和纵向减速度分别为v_x2(t0)和a_x2(t0)，本车当前的纵向速度和纵向减速度分别为v_x1(t0)和a_x1(t0)，两车间距S(t0)(如图5所示)。假定本车从当前t0时刻起以当前制动减速度a_x1(t0)均减速制动，前车以当前减速度a_x2(t0)进行匀减速制动，并且在t1时刻两车相遇，如果满足v_x1(t1)>v_x2(t1)：则两车必定要t1时刻发生碰撞。

针对以下方程对求解：

S(t0)＝(v_x1(t0)-v_x2(t0))×t₁+0.5×t₁ ²×(a_x1(t0)-a_x2(t0))

可得到本车以当前减速度a_x1(t0)，前车以当前减速度a_x2(t0)进行匀减速度制动时，预计的碰撞时间t₁，同时可计算出两车碰撞时各自的速度。

如果以上方程无解，即预测碰撞时间t₁不存在或者说不可能发生碰撞，则判定不存在碰撞可能，而如果上述方程存在大于零的解，则判定存在碰撞可能。

也就是说，通过计算预计的碰撞时间t₁来预测车辆与前方障碍物以当前状态运动的情况下彼此碰撞的可能性。

同理可得到本车以最大减速度a_{x1_max}进行制动，即a_x1(t0)＝a_{x1_max}，前车以当前减速度a_x2(t0)进行匀减速度制动时，预计的碰撞时间t₂。

例如如图6所示的示例中，v_x1(t0)＝108kph,v_x2(t0)＝36kph,a_{x1_max}

＝-9m/s²,S(t0)＝20m,a_x2(t0)＝0。根据上述公式求得t₂＝1.22s，即1.22s发生碰撞。

变道可能性判定步骤S02

在变道可能性判定步骤中，执行如图4所示的变道可能性判定例程。首先，在步骤S21中计算车辆避开前方障碍物所需的侧向位移。

例如规定，L₁＝((W₁+W₂)×0.5-D₀+buffer)

其中，D₀是前方障碍物的中心位置与车辆101中心位置之间沿车辆横向方向的距离，W₁是车辆101的宽度，W₂是前方障碍物的宽度，buffer为侧向位移的安全冗余量。

然后，确定车辆在当前车速下实现该侧向位移L₁所需的最小时间T_{L1_min}。产生侧向位移L₁所需的最小时间T_{L1_min}由当前车速及输入的方向盘转角大小及方向盘转角的速度决定，该部分参数由标定所得。

例如，当前速度为72kph,产生1.8m侧向位移的最小时间为1s，所需的方向盘转角为270度，及方向盘转角的速度为1000度/s；

如果T_{L1_min}<t₁，即本车与前车在当前状态运动下彼此碰撞的时间大于当前车速下产生侧向位移L₁所需的最小时间T_{L1_min}，可以通过转向来避免碰撞。

优选地，也可以确定车辆在当前车速下实现该侧向位移L₁所需的纵向位移S1_L1；产生侧向位移L₁所需的纵向位移S1_L1由当前车速及输入的方向盘转角大小及方向盘转角的速度决定，该部分参数由标定所得。同时还需要计算在车辆产生侧向位移L₁期间前车基于当前运动状态所进行的纵向位移S2_L1，如图7所示。

如果S1_L1<S(t0)+S2_L1,即本车通过变道避免碰撞所需的纵向空间小于当前两车间距与在变道期间前车的前进距离之和，即可以通过转向来避免碰撞。

接下来，在步骤S22中判定是否满足变道条件。如果在步骤S22中判定不满足变道条件，则该变道可能性判定例程结束并且输出无变道可能性的结果。之后转到步骤S03。在步骤S03中，使车辆以最大减速度进行制动。

如果在步骤S22中判定满足了变道条件，则转到步骤S23。

在步骤S23中对车辆的左右车道进行检测并且判断是否可能实现变道操作。如果在步骤S23中确定周围环境允许变道操作，则输出存在变道可能性的结果。在存在变道可能性的结果中还包含具体的可能变道方向。如果在步骤S23中确定周围环境不允许变道操作，则该变道可能性判定例程结束并且输出不存在变道可能性的结果。

优选地，左前方环境检测包含左前方车辆、行人及其它障碍物及环境检测，通过前置摄像机1完成。左后方环境检测主要检测左后方是否有车辆，其通过左后视镜上的摄像机2完成。右前方环境检测包含右前方车辆、行人及其它障碍物及环境检测，通过前置摄像机1完成。右后方环境检测主要检测右后方是否有车辆，其通过右后视镜上的摄像机3完成。

当左前方和右前方同时可被用于变道时，利用优化算法得出最优的避险方向。

主动变道辅助控制步骤S04

在变道辅助控制过程中，基于车辆101与前方障碍物间的当前距离S(t0)、本车转向避障所需的纵向距离S1_L1、以及在车辆101转向操作期间的前方障碍物位移S2_L1，来计算出基于距离的变道安全系数fs，

fs＝(S(t0)+S2_L1-S1_L1)/S1_L1

在变道安全系数的第一值域范围内，例如fs>2以上，执行第一变道辅助控制。优选地，在第一变道辅助控制中，先执行方向盘的短促抖动，例如抖动方向与建议进行变道的方向一致。从而，提示驾驶员继续的直线行驶可能会引起碰撞并且可以向方向盘抖动的方向变向。另外，执行制动以使车辆减速并点亮制动灯。可选地，对驾驶员作出光学或声学方面的警示、例如语音提示或者闪亮警示灯。此时，返回主程序并且再次计算碰撞可能性。

在变道安全系数的第二值域范围内，例如1.5<fs<2，执行第二变道辅助控制。优选地，在第二变道辅助控制中，以最大减速度进行制动并点亮制动灯。可选地，对驾驶员作出光学或声学方面的警示、例如语音提示或者闪亮警示灯。此时，返回主程序并且再次计算碰撞可能性。

在变道安全系数的第三值域范围内，例如fs<1.5以下，执行第三变道辅助控制。优选地，在第三变道辅助控制中，不进行制动并且开始主动的转向介入。控制器计算出所需的转向角及对应方向盘转角速度，并将其发送给电动助力转向。电动助力转身执行转向动作并同时点亮转向灯。

替代地或附加地，也可以计算出基于时间的变道安全系数ft，

ft＝(t₁-T_{L1_min})/T_{L1_min}

t₁为当前运动状态下的预测碰撞时间，T_{L1_min}为实现变道所需的侧向位移的最小时间。

在基于时间的变道安全系数的第一值域范围内，执行第一变道辅助控制。例如与上述的第一变道辅助控制类似。

在基于时间的变道安全系数的第二值域范围内，执行第二变道辅助控制。例如与上述的第二变道辅助控制类似。

在基于时间的变道安全系数的第三值域范围内，执行第三变道辅助控制。例如与上述的第三变道辅助控制类似。

优选地，转向角根据转向所需的侧向位移L₁以及当前允许的车辆纵向位移来计算。另外，在使车辆转向时使方向盘根据转向角相应地转动。

可选地，在主动的变道辅助过程中，同时对驾驶员的转向操作进行检测。如果驾驶员操作的方向盘转角小于变道辅助控制得出的方向盘转角，则基于变道辅助控制得出的方向盘转角来控制转向系统。如果驾驶员操作的方向盘转角大于变道控制模块得出的方向盘转角，则基于驾驶员操作的方向盘转角来控制转向系统。

通过本发明的方法及相应车辆，不仅对于可能的碰撞进行预测，而且根据当前条件提供合适的避撞措施。在无法通过制动动作来避免碰撞的情况下，在车辆周边环境允许通过变道来避免碰撞时，通过主动的转向介入来避免碰撞的发生，从而提高了车辆的主动安全性。

Claims (9)

1.一种车辆主动避撞的方法，包括：

判定是否存在与前方障碍物碰撞的可能性(S01)，

判定向相邻车道变道的变道可能性(S02)，

在存在与前方障碍物碰撞的可能性并且存在变道可能的情况下，启动主动变道辅助过程(S04),

在判定是否存在与前方障碍物碰撞的可能性(S01)的步骤中，预测车辆与前方障碍物以当前状态运动的情况下彼此碰撞的可能性,

在判定是否存在与前方障碍物碰撞的可能性(S01)的步骤中，对以t₁为变量的方程求解:

S(t0)＝(v_x1(t0)-v_x2(t0))×t₁+0.5×t₁ ²×(a_x1(t0)-a_x2(t0))

其中,S(t0)是车辆与前方障碍物间的当前距离，v_x1(t0)是车辆的当前速度，v_x2(t0)是前方障碍物的当前速度，a_x1(t0)是车辆的当前减速度，a_x2(t0)是前方障碍物的当前速度，t₁为车辆与障碍物以当前状态运动的预测碰撞时间，如果存在正的解，则判定存在碰撞可能，否则判定不存在碰撞可能，

规定变道安全系数并根据该变道安全系数来进行变道控制，

规定基于距离的变道安全系数fs＝(S(t0)+S2_L1-S1_L1)/S1_L1，

其中，S(t0)为车辆与前方障碍物间的当前距离，S1_L1为通过转向避开前方障碍物的纵向距离，S2_L1为车辆转向操作期间的前方障碍物的位移，

在变道安全系数的第一值域范围内，执行第一变道辅助控制；在第一变道辅助控制中，先执行方向盘的短促抖动，对驶员作出光学或声学方面的警示，

在变道安全系数的第二值域范围内，执行第二变道辅助控制；在第二变道辅助控制中，以最大减速度进行制动并点亮制动灯，对驾驶员作出光学或声学方面的警示，

在变道安全系数的第三值域范围内，执行第三变道辅助控制；在第三变道辅助控制中，不进行制动并且开始主动的转向介入。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判定是否存在与前方障碍物碰撞的可能性的步骤与判定向相邻车道变道的变道可能性的步骤是同时地、并列地执行的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果判定不存在变道可能性，则使车辆以最大减速度进行制动。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在判定是否存在与前方障碍物碰撞的可能性(S01)的步骤中，包括判定是否存在前方的障碍物、和/或判定车辆与前方障碍物之间的距离是否缩小了。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在判定是否存在与前方障碍物碰撞的可能性(S01)的步骤中，预测车辆以最大减速度制动并且前方障碍物以当前状态运动的情况下彼此碰撞的可能性。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在判定向相邻车道变道的变道可能性(S02)的步骤中，包括如下变道条件的检查：

S1_L1<S(t0)+S2_L1

其中S(t0)为车辆与前方障碍物间的当前距离，S1_L1为通过转向避开前方障碍物所述的纵向距离，S2_L1为车辆转向操作期间的前方障碍物的位移。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在判定向相邻车道变道的变道可能性(S02)的步骤中，包括对车辆周围环境的检查以确定周围环境允许变道操作。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，规定基于时间的变道安全系数ft，

ft＝(t₁-T_{L1_min})/T_{L1_min}

t₁为预测碰撞时间，T_{L1_min}为实现变道所需的侧向位移所需的最小时间。

9.一种车辆，具有用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法的控制系统。

Images