CN111891127A - 一种用于自动驾驶车辆的安全行驶方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，包括如下步骤：步骤一、获取环境温度、湿度、风向及风速；获取路面水膜厚度、积雪厚度及结冰厚度；以及获取整车重量、车身长度、轮胎的行驶的里程及轮胎的胎压；步骤二、根据所述环境温度、湿度、风向及风速、所述路面水膜厚度、积雪厚度及结冰厚度得到路面环境安全指数；以及根据所述整车重量、车身长度、轮胎的行驶的里程及轮胎的胎压确定车辆安全行驶指数；步骤三、将所述路面环境安全指数和所述车辆安全行驶指数输入模糊控制器，得到车辆的安全行驶速度等级；步骤四、根据所述车辆安全行驶速度等级和当前路段限速值确定车辆的安全行驶速度。

Description

一种用于自动驾驶车辆的安全行驶方法

技术领域

本发明属于自动驾驶车辆技术领域，特别涉及一种用于自动驾驶车辆的安全行驶方法。

背景技术

自动驾驶汽车又称无人驾驶汽车、电脑驾驶汽车、或轮式移动机器人，是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。在20世纪已有数十年的历史，21世纪初呈现出接近实用化的趋势。

自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，让电脑可以在没有任何人类主动的操作下，自动安全地操作机动车辆。

自动驾驶车辆行驶过程中，自动驾驶车辆会通过传感器感知前后左右的车辆的距离进行加速减速或变道，但遇到极端路面情况时却并没有很好地应对方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，其将环境路面情况与车辆自身情况相结合，得到车辆安全行驶速度等级；并且根据车辆安全行驶速度等级确定当前路段的车辆自动驾驶的限速值，从而提高自动驾驶车辆的行驶安全性。

本发明提供的技术方案为：

一种用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，包括如下步骤：

步骤一、获取环境温度、湿度、风向及风速；获取路面水膜厚度、积雪厚度及结冰厚度；以及获取整车重量、车身长度、轮胎的行驶的里程及轮胎的胎压；

步骤二、根据所述环境温度、湿度、风向及风速、所述路面水膜厚度、积雪厚度及结冰厚度得到路面环境安全指数；以及根据所述整车重量、车身长度、轮胎的行驶的里程及轮胎的胎压确定车辆安全行驶指数；

步骤三、将所述路面环境安全指数和所述车辆安全行驶指数输入模糊控制器，得到车辆的安全行驶速度等级；

步骤四、根据所述车辆安全行驶速度等级和当前路段限速值确定车辆的安全行驶速度。

优选的是，在所述步骤二中，得到路面环境安全指数，包括如下步骤：

步骤1、对所述环境温度、湿度和风速进行归一化，分别得到温度系数X_T、湿度系数X_RH和风速系数X_Vwind；以及对所述路面水膜厚度、积雪厚度及结冰厚度进行归一化，分别得到路面水膜厚度系数Y_Hwater、积雪厚度系数Y_Hsnow及结冰厚度系数Y_Hice；

步骤2、计算所述环境安全指数；其中，

当V_wind≤6m/s时，

当Vwind＞6m/s时，

其中，Vwind表示风速，α表示车辆行驶方向与风向之间的夹角，α∈[0，180]。

优选的是，在所述步骤1中，对所述环境温度、湿度和风速进行归一化的公式为：

其中，T表示环境温度，RH表示环境湿度，Vwind表示风速，i_min表示对应参数的最小值，i_max表示对应参数的最大值。

优选的是，在所述步骤1中，对所述路面水膜厚度、积雪厚度及结冰厚度进行归一化的公式为：

其中，Hwater表示路面水膜厚度，Hsnow表示路面积雪厚度，Hice表示路面结冰厚度，j_unit表示对应参数的单位值。

优选的是，在所述步骤二中，所述车辆安全行驶指数为：

其中，m表示整车重量，m_base表示整车重量的基准值；L表示车身长度，L_base表示车身长度的基准值；S表示轮胎的行驶的里程，S_base表示轮胎的行驶的基准里程；P₁、P₂表示车辆轮胎中胎压最大的两个轮胎的胎压，P₀表示标准大气压；δ为校正系数。

优选的是，在所述步骤三中，采用模糊控制方法得到车辆的安全行驶速度等级，包括：

分别将所述的环境安全指数与车辆安全行驶指数，转化为模糊论域中的量化等级，输入模糊控制器；

其中，环境安全指数分为5个等级，车辆安全行驶指数分为5个等级；

模糊控制器输出为车辆的安全行驶速度等级，车辆的安全行驶速度分为5个等级。

优选的是，所述环境安全指数的模糊集为{N，NM，M，ML，L}；车辆安全行驶指数的模糊集为{L，LM，M，MH，H}；所述车辆的安全行驶速度等级为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用梯形隶属函数。

优选的是，所述模糊控制器的控制规则为：

如果环境安全指数为“L”，车辆安全行驶指数为“H”，则安全行驶速度等级为“B”，即车辆的安全行驶速度等级高；

如果环境安全指数为“N”，车辆安全行驶指数为“L”，则安全行驶速度等级为“S”，即车辆的安全行驶速度等级低；

如果车辆的安全行驶速度等级为“M”，该车辆的安全行驶速度等级为中等，如果路况环境或车辆参数稍有变化，则会形成车辆的安全行驶速度等级高和车辆的安全行驶速度等级低的切换。

优选的是，在所述步骤四中，

当车辆的安全行驶速度等级为B时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝V_road-max；

当车辆的安全行驶速度等级为MB时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝κ₁V_road-max；

当车辆的安全行驶速度等级为M时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝κ₂V_road-max；

当车辆的安全行驶速度等级为SM时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝κ₃V_road-max；

当车辆的安全行驶速度等级为S时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝κ₄V_road-max；

其中，V_auto-max表示车辆自动驾驶的限速值，V_road-max表示当前路段限速值；κ₁、κ₂、κ₃和κ₄表示速度调整系数，κ₁、κ₂、κ₃和κ₄均为0～1之间的常数，并且满足κ₁＞κ₂＞κ₃＞κ₄。

本发明的有益效果是：

本发明提供的用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，将环境路面情况与车辆自身情况相结合，得到车辆安全行驶速度等级；并且根据车辆安全行驶速度等级确定当前路段的车辆自动驾驶的限速值，从而提高自动驾驶车辆的行驶安全性。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供了一种用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，通过温度传感器获取环境温度，通过湿度传感器获取环境湿度，通过风向风速仪获取风向及风速；通过路面水膜厚度测量仪获取路面水膜厚度，通过路面积雪测量仪获取积雪厚度，以及通过路面厚度结冰测量仪获取路面结冰厚度。通过质量传感器获取整车重量，通过胎压传感器分别获取每个轮胎的胎压；数据采集模块采集上述传感器或测量仪获取的信息，数据接收模接收所述信息采集模块采集的信息；信息处理模块接收所述数据接收模块发送的信息，其中，车身长度和轮胎的行驶的信息预先存储在信息处理模块中；信息处理模块对接收到的信息和预先存储的信息进行处理，得到车辆安全行驶速度等级，并且最终根据车辆安全行驶速度等级确定车辆自动驾驶限速值。

所述的用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，具体实施方法如下：

一、获取环境温度、湿度、风向及风速；获取路面水膜厚度、积雪厚度及结冰厚度；以及获取整车重量、车身长度、轮胎的行驶的里程及轮胎的胎压。

二、根据所述环境温度、湿度、风向及风速、所述路面水膜厚度、积雪厚度及结冰厚度得到路面环境安全指数；包括如下步骤：

(1)对所述环境温度、湿度和风速进行归一化，分别得到温度系数X_T、湿度系数X_RH和风速系数X_Vwind；以及对所述路面水膜厚度、积雪厚度及结冰厚度进行归一化，分别得到路面水膜厚度系数Y_Hwater、积雪厚度系数Y_Hsnow及结冰厚度系数Y_Hice；

(2)计算所述环境安全指数；其中，

当V_wind≤6m/s时，

当Vwind＞6m/s时，

其中，Vwind表示风速，α表示车辆行驶方向与风向之间的夹角，α∈[0，180]。

作为优选，对所述环境温度、湿度和风速进行归一化的公式为：

其中，T表示环境温度，单位为℃；RH表示环境湿度，Vwind表示风速，单位为m/s；i_min表示对应参数的最小值，i_max表示对应参数的最大值。

对所述路面水膜厚度、积雪厚度及结冰厚度进行归一化的公式为：

其中，Hwater表示路面水膜厚度，单位为mm；Hsnow表示路面积雪厚度，单位为mm，Hice表示路面结冰厚度，单位为mm，j_unit表示对应参数的单位值，即j_unit＝1mm。

三、根据所述整车重量、车身长度、轮胎的行驶的里程及轮胎的胎压确定车辆安全行驶指数。

所述车辆安全行驶指数为：

其中，m表示整车重量，m_base表示整车重量的基准值，单位为kg；L表示车身长度，L_base表示车身长度的基准值，单位为m；S表示轮胎的行驶的里程，S_base表示轮胎的行驶的基准里程，单位为kM；P₁、P₂表示车辆轮胎中胎压最大的两个轮胎的胎压，P₀表示标准大气压，单位为bar；δ为校正系数。

在另一实施例中，根据经验设定L_base＝4～5m；S_base＝30000～35000kM；m_base＝2000～2500kg。

四、将所述路面环境安全指数和所述车辆安全行驶指数输入模糊控制器，得到车辆的安全行驶速度等级；具体过程如下：

分别将所述的环境安全指数与车辆安全行驶指数，转化为模糊论域中的量化等级，输入模糊控制器；其中，环境安全指数分为5个等级，车辆安全行驶指数分为5个等级；模糊控制器输出为车辆的安全行驶速度等级，车辆的安全行驶速度分为5个等级。

所述环境安全指数的模糊集为{N，NM，M，ML，L}；车辆安全行驶指数的模糊集为{L，LM，M，MH，H}；所述车辆的安全行驶速度等级为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用梯形隶属函数。

环境安全指数E的论域为{0,0.2,0.4,0.6,0.8,1}，车辆安全行驶指数F的论域为{0,0.8,1.08,1.25,1.63,2}；输入变量E的模糊语言集为：N(低)，NM(较低)，M(中等)，ML(较高)，L(高)，输入变量F的模糊语言集为：L(低)，LM(较低)，M(中等)，MH(较高)，H(高)，输出变量车辆的安全行驶速度等级为：S(低)，SM(较低)，M(中等)，MB(较高)，B(高)；E与F的量化因子均为1.0。

如表1所示，给出了车辆的安全行驶速度等级模糊逻辑控制模型的模糊控制规则，即用模糊语言描述模糊控制器输入变量(E与F)与输出变量(车辆的安全行驶速度等级)间的关系。

表1模糊控制规则

如果环境安全指数为“L(高)”，车辆安全行驶指数为“H(高)”，则安全行驶速度等级为“B”，即车辆的安全行驶速度等级高；

如果环境安全指数为“N(低)”，车辆安全行驶指数为“L(低)”，则安全行驶速度等级为“S”，即车辆的安全行驶速度等级低；

如果车辆的安全行驶速度等级为“M”，该车辆的安全行驶速度等级为中等，如果路况环境或车辆参数稍有变化，则会形成车辆的安全行驶速度等级高和车辆的安全行驶速度等级低的切换。

五、根据所述车辆安全行驶速度等级和当前路段限速值确定车辆的安全行驶速度，具体包括：

当车辆的安全行驶速度等级为B时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝V_road-max；

当车辆的安全行驶速度等级为MB时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝κ₁V_road-max；

当车辆的安全行驶速度等级为M时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝κ₂V_road-max；

当车辆的安全行驶速度等级为SM时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝κ₃V_road-max；

当车辆的安全行驶速度等级为S时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝κ₄V_road-max；

其中，V_auto-max表示车辆自动驾驶的限速值，V_road-max表示当前路段限速值；κ₁、κ₂、κ₃和κ₄表示速度调整系数，κ₁、κ₂、κ₃和κ₄均为0～1之间的常数，并且满足κ₁＞κ₂＞κ₃＞κ₄。

在另一实施例中，根据经验设定κ₁＝0.85～0.95；κ₂＝0.8～0.85；κ₃＝0.7～0.8；κ₄＜0.7。

本发明提供的用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，将环境路面情况与车辆自身情况相结合，得到车辆安全行驶速度等级；并且根据车辆安全行驶速度等级确定当前路段的车辆自动驾驶的限速值，从而提高自动驾驶车辆的行驶安全性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (9)

1.一种用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、获取环境温度、湿度、风向及风速；获取路面水膜厚度、积雪厚度及结冰厚度；以及获取整车重量、车身长度、轮胎的行驶的里程及轮胎的胎压；

步骤二、根据所述环境温度、湿度、风向及风速、所述路面水膜厚度、积雪厚度及结冰厚度得到路面环境安全指数；以及根据所述整车重量、车身长度、轮胎的行驶的里程及轮胎的胎压确定车辆安全行驶指数；

步骤三、将所述路面环境安全指数和所述车辆安全行驶指数输入模糊控制器，得到车辆的安全行驶速度等级；

步骤四、根据所述车辆安全行驶速度等级和当前路段限速值确定车辆的安全行驶速度。

2.根据权利要求1所述的用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，其特征在于，在所述步骤二中，得到路面环境安全指数，包括如下步骤：

步骤1、对所述环境温度、湿度和风速进行归一化，分别得到温度系数X_T、湿度系数X_RH和风速系数X_Vwind；以及对所述路面水膜厚度、积雪厚度及结冰厚度进行归一化，分别得到路面水膜厚度系数Y_Hwater、积雪厚度系数Y_Hsnow及结冰厚度系数Y_Hice；

步骤2、计算所述环境安全指数；其中，

当V_wind≤6m/s时，

当Vwind＞6m/s时，

其中，Vwind表示风速，α表示车辆行驶方向与风向之间的夹角，α∈[0，180]。

3.根据权利要求2所述的用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，其特征在于，在所述步骤1中，对所述环境温度、湿度和风速进行归一化的公式为：

其中，T表示环境温度，RH表示环境湿度，Vwind表示风速，i_min表示对应参数的最小值，i_max表示对应参数的最大值。

4.根据权利要求3所述的用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，其特征在于，在所述步骤1中，对所述路面水膜厚度、积雪厚度及结冰厚度进行归一化的公式为：

其中，Hwater表示路面水膜厚度，Hsnow表示路面积雪厚度，Hice表示路面结冰厚度，j_unit表示对应参数的单位值。

5.根据权利要求4所述的用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述车辆安全行驶指数为：

其中，m表示整车重量，m_base表示整车重量的基准值；L表示车身长度，L_base表示车身长度的基准值；S表示轮胎的行驶的里程，S_base表示轮胎的行驶的基准里程；P₁、P₂表示车辆轮胎中胎压最大的两个轮胎的胎压，P₀表示标准大气压；δ为校正系数。

6.根据权利要求4或5所述的用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，其特征在于，在所述步骤三中，采用模糊控制方法得到车辆的安全行驶速度等级，包括：

分别将所述的环境安全指数与车辆安全行驶指数，转化为模糊论域中的量化等级，输入模糊控制器；

其中，环境安全指数分为5个等级，车辆安全行驶指数分为5个等级；

模糊控制器输出为车辆的安全行驶速度等级，车辆的安全行驶速度分为5个等级。

7.根据权利要求6所述的用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，其特征在于，所述环境安全指数的模糊集为{N，NM，M，ML，L}；车辆安全行驶指数的模糊集为{L，LM，M，MH，H}；所述车辆的安全行驶速度等级为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用梯形隶属函数。

8.根据权利要求7所述的用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，其特征在于，所述模糊控制器的控制规则为：

如果环境安全指数为“L”，车辆安全行驶指数为“H”，则安全行驶速度等级为“B”，即车辆的安全行驶速度等级高；

如果环境安全指数为“N”，车辆安全行驶指数为“L”，则安全行驶速度等级为“S”，即车辆的安全行驶速度等级低；

如果车辆的安全行驶速度等级为“M”，该车辆的安全行驶速度等级为中等，如果路况环境或车辆参数稍有变化，则会形成车辆的安全行驶速度等级高和车辆的安全行驶速度等级低的切换。

9.根据权利要求8所述的用于自动驾驶车辆的安全行驶方法，其特征在于，在所述步骤四中，

当车辆的安全行驶速度等级为B时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝V_road-max；

当车辆的安全行驶速度等级为MB时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝κ₁V_road-max；

当车辆的安全行驶速度等级为M时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝κ₂V_road-max；

当车辆的安全行驶速度等级为SM时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝κ₃V_road-max；

当车辆的安全行驶速度等级为S时，设置车辆自动驾驶的限速值为：V_auto-max＝κ₄V_road-max；

其中，V_auto-max表示车辆自动驾驶的限速值，V_road-max表示当前路段限速值；κ₁、κ₂、κ₃和κ₄表示速度调整系数，κ₁、κ₂、κ₃和κ₄均为0～1之间的常数，并且满足κ₁＞κ₂＞κ₃＞κ₄。