CN110254423A - 一种用于无人驾驶车辆的制动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种用于无人驾驶车辆的制动控制方法，包括：计算车辆制动控制的安全监控区；获取车辆当前行驶速度，根据车辆制动参数和当前行驶速度计算安全距离；监测在安全监控区内是否存在距离车辆距离小于安全距离的障碍物；当在安全监控区内探测障碍物至车辆距离不小于预设的紧急制动距离时，输出一级制动控制指令，以第一制动力控制车辆制动；当在安全监控区内探测障碍物至车辆距离小于预设的紧急制动距离时，确定车辆的当前最大车轮转角，当当前最大车轮转角大于设定的转角角度阈值时输出二级制动控制指令，以最大制动力控制车辆制动；当当前最大车轮转角不大于设定的转角角度阈值时输出一级制动控制指令，以第一制动力控制车辆制动。

Description

一种用于无人驾驶车辆的制动控制方法

技术领域

本发明涉及自动驾驶控制技术领域，尤其涉及一种用于无人驾驶车辆的制动控制方法。

背景技术

制动控制是无人驾驶技术的一个非常关键的技术要素，无人驾驶车辆的紧急制动算法需要感知模块与控制模块协作，感知模块负责检测障碍物并且将障碍物划分分类，之后进行坐标转换，给出障碍物在车体坐标系下的坐标、速度以及障碍物类型。

目前无人驾驶领域的紧急制动算法一般只考虑车辆正前方或正后方危险区域内是否存在障碍物，判断障碍物在车体坐标系下的坐标是否在危险范围之内，从而得到是否触发紧急制动的指令。例如图1所示，大多无人驾驶的制动控制只有在两条直线范围内的障碍物会触发紧急制动。这种方案控制模块接收到感知模块的障碍物信息之后，对障碍物信息进行遍历，根据车辆当前档位寻找车辆正前方或正后方的距离车辆最近的障碍物，将其坐标记录下来，根据车辆当前车速计算安全距离，将最近障碍物坐标与安全距离进行比较，若障碍物坐标小于安全距离则触发紧急制动。

这种只考虑正前方或正后方障碍物的紧急制动方案虽然原理简单，容易实现，但是在车辆转弯时有两个缺点：一是车辆在转弯过程中，若正前方存在障碍物，但横向摆轮能正常通过时，车辆会“误停”；二是车辆在转弯或者调头时，由于只考虑正前方障碍物，若侧边有障碍物，不在正前方危险区，车辆不会紧急制动，会导致“误撞”。如图2所示，图中矩形代表无人驾驶车辆，两条弧线为车辆未来行驶路径，圆点与三角形为障碍物，可见车辆在按照预定路径行驶过程中不会与三角形障碍物发生碰撞，但是由于车辆在判断紧急制动时仅判断正前方障碍物，因此此时会触发紧急制动而停车造成不良体验；而第二种情况，车辆在调头时，路径前方存在圆点障碍物，但是车辆在行驶过程中只实时判断正前方障碍物，因此可能无法及时检测到该障碍物导致“误撞”。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于无人驾驶车辆的制动控制方法，在制动控制的算法中考虑车辆行进沿路径方向的切向角、前后轮的转弯半径来计算紧急制动的安全监控区域，作为判断是否出现的障碍物会触发紧急制动的依据，从而更加合理、有效的进行车辆的制动控制，提高自动驾驶车辆的行驶安全性。

为此，第一方面，本发明实施例提供了一种用于无人驾驶车辆的制动控制方法，所述制动控制方法包括：

计算车辆制动控制的安全监控区；

获取车辆当前行驶速度，根据车辆制动参数和所述当前行驶速度，计算安全距离；

监测在所述安全监控区内是否存在距离车辆距离小于安全距离的障碍物；

当在所述安全监控区内，探测所述障碍物至所述车辆距离不小于预设的紧急制动距离时，输出一级制动控制指令，以第一制动力控制车辆制动；

当在所述安全监控区内，探测所述障碍物至所述车辆距离小于预设的紧急制动距离时，确定所述车辆的当前最大车轮转角，当所述当前最大车轮转角大于设定的转角角度阈值时，输出二级制动控制指令，以最大制动力控制车辆制动；当所述当前最大车轮转角不大于设定的转角角度阈值时，输出一级制动控制指令，以第一制动力控制车辆制动。

优选的，所述计算车辆制动控制的安全监控区具体为：

根据车辆运动模型建立车体坐标系，并根据从车辆转弯运动半径确定车体运动的圆心的位置；

根据车辆转弯方向同侧的后轮与所述圆心的距离确定安全监控区的最小半径；

根据车辆转弯方向对侧的前轮与所述圆心的距离确定安全监控区的最大半径；

其中，所述车辆转弯运动半径R为车体坐标系原点至车辆最前端的距离L与所述车辆行进沿路径方向的切向角δ_f的商。

优选的，所述根据车辆制动参数和所述当前行驶速度，计算安全距离具体为：

其中，safedistance为安全距离，V₀为本车车速，lag_time为车辆执行器延时，a_emerg为车辆制动减速度，a_max为移动障碍物最大制动减速度，Dis为紧急制动安全阈值距离。

优选的，所述第一制动力＝kpress*pressure_max；其中kpress为一般制动参数，pressure_max为车辆最大制动力。

进一步优选的，所述kpress为常数，数值取值大小在0.6至0.8范围内。

优选的，所述制动控制方法还包括：

获取所述安全监控区内的车辆行驶方向上前方位置的前车行驶车辆的行驶位置和行驶速度；

获取车辆当前行驶速度，根据车辆制动参数、所述车辆当前行驶速度、所述前车行驶车辆的行驶位置和速度，以及前车最大制动减速度，计算制动安全距离；

当所述制动安全距离不满足安全跟车距离的要求时，输出二级制动控制指令，以最大制动力控制车辆制动。

进一步优选的，根据车辆制动参数、所述车辆当前行驶速度、所述前车行驶车辆的行驶位置和速度，以及前车最大制动减速度，计算制动安全距离具体为：

其中，safedistance’为制动安全距离，V₀为本车车速，lag_time为车辆执行器延时，a_emerg为车辆制动减速度，a_max为前车最大制动减速度，Dis为紧急制动安全阈值距离。

本发明实施例提供的在制动控制的算法中考虑车辆行进沿路径方向的切向角、前后轮的转弯半径来计算紧急制动的安全监控区域，作为判断是否出现的障碍物会触发紧急制动的依据，从而更加合理、有效的进行车辆的制动控制，提高自动驾驶车辆的行驶安全性。

附图说明

图1为现有技术提供的自动驾驶车辆紧急制动示意图；

图2为现有技术提供的车辆转弯时紧急制动示意图；

图3为本发明实施例提供的制动控制方法的方法流程图；

图4为本发明实施例提供的根据车辆运动模型建立车体坐标系的示意图；

图5为车辆四轮以及左前端和右前端的运动轨迹示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例提供了一种用于无人驾驶车辆的制动控制方法，尤其适合用于自动驾驶车辆在转弯或掉头等行驶状态下的制动控制。

本发明提供的制动控制方法，其执行方法如图3所示，主要包括如下步骤：

步骤110，计算车辆制动控制的安全监控区；

根据业内已有的运动学自行车模型，假定车辆形如一辆自行车，整个的控制量可以简化为(a,δ_f)，其中a是车辆的加速度，踩油门踏板意味着正的加速度，踩刹车踏板意味着负的加速度。δ_f是我们的方向盘转角，我们假定这个方向盘转角就是前轮胎当前的转角。这样，我们使用两个量描述了车辆的控制输入(control input)。车辆在行进过程中的任意时刻，所有质点均绕圆心O做圆周运动。

基于上述模型，我们可以根据车辆运动模型建立车体坐标系，并根据从车辆转弯运动半径确定车体运动的圆心的位置；根据车辆转弯方向同侧的后轮与圆心的距离确定安全监控区的最小半径；根据车辆转弯方向对侧的前轮与圆心的距离确定安全监控区的最大半径；其中，车辆转弯运动半径R为车体坐标系原点至车辆最前端的距离L与车辆行进沿路径方向的切向角δ_f的商。

即，车体坐标系原点的运动半径的计算可根据图4所示，得出下式：

R＝L/tanδ_f (式1)

对于安全监控区的最小半径和最大半径，我们结合图5所示的车辆四个轮和左前、右前的运动轨迹示意图来理解。图5是车辆四轮以及左前端和右前端的运动轨迹示意图。

步骤120，获取车辆当前行驶速度，根据车辆制动参数和所述当前行驶速度，计算安全距离；

结合上面图5。

以左转前进为例，危险区的最小半径Rmin为车辆左后轮与圆心的距离，最大半径Rmax为右前与圆心的距离。根据当前车速计算安全距离safe_distance，

安全距离safedistance计算公式如下：

其中，safedistance为安全距离，V₀为本车车速，lag_time为车辆执行器延时，a_emerg为车辆制动减速度，Dis为紧急制动安全阈值距离。

步骤130，监测在安全监控区内是否存在距离车辆距离小于安全距离的障碍物；

如果不存在，执行步骤160，车辆继续正常行驶；

如果存在步骤140，当在安全监控区内，探测障碍物至车辆距离不小于预设的紧急制动距离时，输出一级制动控制指令，以第一制动力控制车辆制动；

步骤150，当在安全监控区内，探测障碍物至车辆距离小于预设的紧急制动距离时，确定车辆的当前最大车轮转角，当当前最大车轮转角大于设定的转角角度阈值时，输出二级制动控制指令，以最大制动力控制车辆制动；当当前最大车轮转角不大于设定的转角角度阈值时，输出一级制动控制指令，以第一制动力控制车辆制动。

上述采用分级制动是因为考虑到，由于无人车在直线行驶时车速相对较快，一般情况下不可直接车轮抱死，因此对紧急制动进行分级，通过感知判断障碍物距车的距离，当障碍物在较远处且位于危险区域内则采用一级制动，第一制动力＝kpress*pressure_max；其中kpress为一般制动参数，一般设置0.6～0.8；pressure_max为车辆最大制动力。可以对应执行器模式为1(BRAKING)。

只有当突然在距车很近的地方出现障碍物时，才会采用二级制动，车轮抱死，执行器模式为2(EMERGING)。

此外，考虑到转弯半径较小的情况下因为紧急制动容易造成的危险，所以为减小车辆转弯时误检停车概率，对车轮转角进行测量和监控，当转角小于角度阈值时，视为近似直线行驶，此时安全监控区相比较大，安全监控区出现障碍物时以第一制动力控制车辆制动。在车轮转角大于角度阈值时，采用二级制动，以减小危险区域降低误检。

本发明除了可以解决在单车行驶中的车辆制动控制外，还可以用于跟车行驶状态下的车辆紧急制动控制。这里请注意区别于正常自动驾驶下的驾驶状态中一般情况下的正常减速。

其主要方法可以包括如下步骤：

步骤210，获取安全监控区内的车辆行驶方向上前方位置的前车行驶车辆的行驶位置和行驶速度；

步骤220，获取车辆当前行驶速度，根据车辆制动参数、车辆当前行驶速度、所述前车行驶车辆的行驶位置和速度，以及前车最大制动减速度，计算制动安全距离；

步骤230，当制动安全距离不满足安全跟车距离的要求时，输出二级制动控制指令，以最大制动力控制车辆制动。

在紧急制动算法设计时不仅要考虑安全性还需保证跟车效果良好。为保证跟车效果，需要考虑前车车速，在前车车速小于本车车速时，紧急制动考虑极限工况，即本车认为前车正以最大减速度进行急刹，因此此时紧急制动安全距离为上述实施例中的safedistance减去前车的制动距离，公式如下：

其中，safedistance’为制动安全距离，V₀为本车车速，lag_time为车辆执行器延时，a_emerg为车辆制动减速度，a_max为前车最大制动减速度，Dis为紧急制动安全阈值距离。

为保证跟车效果，安全距离需小于跟车距离，一般安全跟车距离为k*safedis_follow。

safedistance′≤k*safedis_follow (式4)

其中safedis_follow为跟车距离，其只与本车车速有关，k为系数(一般设置为0.6～0.8)。根据上式可计算得出本车车速与前车车速的大小关系，因此仅在本车车速满足该大小关系的条件下触发紧急制动从而保证安全，其它情况不触发以保证跟车效果良好。

本发明的紧急制动算法设计需要保证不能在紧急制动与退出紧急制动两种状态之间频繁切换，因此在车辆进入紧急制动之后需要保持制动状态，只有在障碍物远离之后才会退出。本算法紧急制动危险区域由最小半径Rmin、最大半径Rmax和safe_distance所围成，因此在触发紧急制动之后，将Rmin、Rmax和safe_distance放大，相当于危险区域的“膨胀”，只要障碍物依然存在于“膨胀”后的危险区域内，紧急制动模式一直保持，只有确认放大后的危险区域不存在障碍物时才会退出制动模式。

此外，为了进一步提高安全系数，还可以对车辆进行类似的“膨胀”处理，即对车辆进行一定程度的方法，之后根据实时的前轮转角得到车辆未来行进方向，在行进方向上预测一定距离，判断是否会有障碍物落在框内，若有则提前触发紧急制动。

本发明实施例提供的制动控制方法具有如下优点：

车辆在转弯过程中，会根据实际车辆转角进行危险判断，若正前方存在障碍物，但横向摆轮能正常通过时，车辆不会“误停”；

车辆在转弯或者调头时，会根据车辆转角实时预测转弯区域的障碍物，即使障碍物不在正前方，根据本方法所计算的危险区域也能够覆盖到，车辆能够及时紧急制动，避免撞车。

无人驾驶车辆车速较快时，根据车速计算的安全距离较大，本算法考虑前车车速，保证跟车效果，不会发生误触发而频繁停车。

本发明控制方法在算法中根据障碍物距车的距离对制动模式进行分级，从而不会频繁车轮抱死，减小车轮与制动器的磨损。

因此本发明实施例提供的制动控制方法能够更加合理、有效的进行车辆的制动控制，提高自动驾驶车辆的行驶安全性。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，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。

Claims (7)

1.一种用于无人驾驶车辆的制动控制方法，其特征在于，所述制动控制方法包括：

计算车辆制动控制的安全监控区；

获取车辆当前行驶速度，根据车辆制动参数和所述当前行驶速度，计算安全距离；

监测在所述安全监控区内是否存在距离车辆距离小于安全距离的障碍物；

当在所述安全监控区内，探测所述障碍物至所述车辆距离不小于预设的紧急制动距离时，输出一级制动控制指令，以第一制动力控制车辆制动；

当在所述安全监控区内，探测所述障碍物至所述车辆距离小于预设的紧急制动距离时，确定所述车辆的当前最大车轮转角，当所述当前最大车轮转角大于设定的转角角度阈值时，输出二级制动控制指令，以最大制动力控制车辆制动；当所述当前最大车轮转角不大于设定的转角角度阈值时，输出一级制动控制指令，以第一制动力控制车辆制动。

2.根据权利要求1所述的制动控制方法，其特征在于，所述计算车辆制动控制的安全监控区具体为：

根据车辆运动模型建立车体坐标系，并根据从车辆转弯运动半径确定车体运动的圆心的位置；

根据车辆转弯方向同侧的后轮与所述圆心的距离确定安全监控区的最小半径；

根据车辆转弯方向对侧的前轮与所述圆心的距离确定安全监控区的最大半径；

其中，所述车辆转弯运动半径R为车体坐标系原点至车辆最前端的距离L与所述车辆行进沿路径方向的切向角δ_f的商。

3.根据权利要求1所述的制动控制方法，其特征在于，所述根据车辆制动参数和所述当前行驶速度，计算安全距离具体为：

其中，safedistance为安全距离，V₀为本车车速，lag_time为车辆执行器延时，a_emerg为车辆制动减速度，Dis为紧急制动安全阈值距离。

4.根据权利要求1所述的制动控制方法，其特征在于，所述第一制动力＝kpress*pressure_max；其中kpress为一般制动参数，pressure_max为车辆最大制动力。

5.根据权利要求4所述的制动控制方法，其特征在于，所述kpress为常数，数值取值大小在0.6至0.8范围内。

6.根据权利要求1所述的制动控制方法，其特征在于，所述制动控制方法还包括：

获取所述安全监控区内的车辆行驶方向上前方位置的前车行驶车辆的行驶位置和行驶速度；

获取车辆当前行驶速度，根据车辆制动参数、所述车辆当前行驶速度、所述前车行驶车辆的行驶位置和速度，以及前车最大制动减速度，计算制动安全距离；

当所述制动安全距离不满足安全跟车距离的要求时，输出二级制动控制指令，以最大制动力控制车辆制动。

7.根据权利要求6所述的制动控制方法，其特征在于，根据车辆制动参数、所述车辆当前行驶速度、所述前车行驶车辆的行驶位置和速度，以及前车最大制动减速度，计算制动安全距离具体为：

其中，safedistance’为制动安全距离，V₀为本车车速，lag_time为车辆执行器延时，a_emerg为车辆制动减速度，a_max为前车最大制动减速度，Dis为紧急制动安全阈值距离。