CN112141078A - 一种爆胎自动驾驶系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了交通安全技术领域的一种爆胎自动驾驶系统，包括系统控制器、传感器和执行机构，所述传感器包括视觉传感器、测距雷达、轮胎胎压传感器、车速传感器、横摆角速度传感器、横向加速度传感器和纵向加速度传感器，所述执行机构包括车辆的转向系统、制动系统和动力系统，当车辆在车道上行驶时，系统控制器通过横摆角速度、胎压变化确定爆胎以及发生爆胎的位置，系统控制器接管车辆驾驶，按照爆胎时的前行矢量和目标行驶轨迹，调整转向角度确保车辆不偏离轨迹，经过一系列调整和控制，将爆胎车辆自动回到原有轨迹上，避免了因人误操作产生次生事故，最大限度地保证乘员、车辆和周边物产和路人的安全，减少事故造成的损失。

Description

一种爆胎自动驾驶系统
技术领域
本发明涉及交通安全技术领域，具体为一种爆胎自动驾驶系统。
背景技术
随着汽车普及率越来越高，汽车的安全越来越成为一个关注点。在众多与车辆相关事故中，高速公路的车辆爆胎是高速公路主要杀手，车速超过100km/h的爆胎乘员死亡率在100％，占恶性事故的一半。爆胎研究一直是车辆安全的重大课题。
目前爆胎的预防方案有多种，主要可分成两个方向：事前(预防)式和事后(补救)式。事前式是指采用胎压监测系统，实时监测轮胎压力，当出现压力突变时，车辆控制系统发出报警信号，驾驶员提前采取安全措施来防范。事后式是在发生胎爆后，利用防爆胎的安全装置能稳定车辆行驶，同时控制系统采取紧急安全措施，避免次生事故发生或降低事故损失。
由于胎爆是由压力突变引起，在极短时间轮胎失压、轮面撕裂。爆胎的诱因复杂，具有极高不确定性。尽管许多车辆安装了胎压监测系统，仍无法有效避免爆胎产生的交通事故发生。因此，事后式的方案成为防止爆胎次生事故主要方向。
比如“汽车爆胎应急安全装置”是在轮辋内槽安装一套装置，与轮胎连接并在爆胎后能避免失压轮胎卷如槽底或脱离轮辋，同时能在槽内形成支撑，减少因胎爆后外径减少出现的转向突变，从而避免事故发生。由于在轮胎内增加机构，增加了重量和成本，加上爆胎方式的不确定性，实际应用价值差。
爆胎的大部分情况多数发生在高速公路上，其中转向轮或驱动轮的爆胎后果比其它轮的爆胎更加严重。当出现爆胎时，由于轮胎有效滚动半径的减少，车辆向爆胎的一边倾斜和偏转，对此突发情况驾驶员下意识的就是向反方向猛打方向盘，导致车辆偏离原有道路，加上高速带来的能量，车辆失控，与其它车辆或周边物体产生高速碰撞，导致车毁人亡的严重事故。
基于此，本发明设计了一种爆胎自动驾驶系统，最大限度避免因爆胎产生次生事故的发生，避免生命和财产的损失，具有成本低，易于普及的优点，是一个具有市场应用前景的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种爆胎自动驾驶系统，结合车身稳定系统、胎压监测系统、车辆控制系统等车辆技术，结合一系列传感器系统，运用人工智能原理，对车辆在车道上行驶时突发爆胎及时感知，并立即对车辆进行计算机接管，通过对转向系统对目标行驶轨迹的调整控制，使得车辆在正常车道上行驶，从而避免次生恶性事故发生，以解决上述提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种爆胎自动驾驶系统，包括系统控制器、传感器和执行机构，所述传感器包括视觉传感器、测距雷达、轮胎胎压传感器、车速传感器、横摆角速度传感器、横向加速度传感器和纵向加速度传感器，根据需要这些传感器分别布置在车辆前部、侧部、中部，视觉传感器包括前向视觉传感器和侧向视觉传感器，用于探测道路、车辆、其它物品和人员等情况并输出识别数据，所述执行机构包括车辆的转向系统、制动系统和动力系统，当车辆在车道上行驶时，系统控制器通过横摆角速度、胎压变化确定爆胎以及发生爆胎的位置，系统控制器接管车辆驾驶，按照爆胎时的前行矢量和目标行驶轨迹，调整转向角度确保车辆不偏离轨迹，经过一系列调整和控制，将爆胎车辆自动回到原有轨迹上，系统控制器对传感器反馈信息进行决策，通过执行机构实现驾驶操控，确保车辆和人员的安全。
优选的，所述系统控制器在爆胎后启动所述车身稳定系统，配合车辆的转向角纠偏，由施加在不同车轮的制动力提供辅助转向力。
优选的，所述系统控制器转向角纠偏补偿，因控制延时原因，采用惯性算法确定车辆中心偏离目标行驶轨迹位置差和偏转角的偏差，并据此调整转向角度。
优选的，所述系统控制器对车辆的纠偏控制通过前向视觉传感器识别的实时前方道路中心线进行控制，所述目标行驶轨迹无法给出转向调整目标时，通过前向视觉传感器识别的道路中心线作为调整目标。
优选的，所述目标行驶轨迹通过全球定位系统或者与前向视觉传感器识别的道路中心线进行融合计算得出。
优选的，所述系统控制器在接管爆胎车辆后，通过转向系统、制动系统和动力系统控制驾驶员对转向系统、制动系统和动力系统的干预，所述系统控制器通过与车身稳定系统ESC、高级辅助驾驶系统ADAS、胎压监测系统TPMS、车辆控制器VCU的通讯实现爆胎自动驾驶。
优选的，将爆胎车辆纠偏回车道后，所述系统控制器若判断车辆仍然无法由驾驶者驾驶或驾驶者不具备驾驶条件，所述系统控制器则继续按照自动驾驶模式，根据左右车道车辆和道路判断，将车辆通过变道撤离车道，并寻找安全地带减速停车。
优选的，所述系统控制器判断爆胎后，通过显示屏、灯光和声音信号，提醒驾驶员车辆发生故障，并告知驾驶者车辆处于自动驾驶模式。
优选的，所述系统控制器判断爆胎后，记录整个车辆数据以及周边视频，并通过车联网系统向后台数据中心和保险公司提报相关信息，以及告知车辆位置和事故发生时间。
优选的，所述系统控制器判断爆胎后，通过车辆控制器对燃油系统、高压系统和电池系统采取安全保护策略。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结合车身稳定系统、胎压监测系统、车辆控制系统等车辆技术，结合一系列传感器系统，运用人工智能原理，对车辆在车道上行驶时突发爆胎及时感知，并立即对车辆进行计算机接管，通过对转向系统对目标行驶轨迹的调整控制，使得车辆在正常车道上行驶，从而避免次生恶性事故发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明控制原理图；
图3为本发明车辆发生爆胎后的运动轨迹图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、系统控制器；2、转向系统；3、车身稳定系统；4、车辆控制器；5、胎压监控模块；6、前向视觉传感器；7、前向雷达；8、侧向视觉传感器；9、侧向雷达；10、胎压传感器；11、车轮制动器；12、动力系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种爆胎自动驾驶系统，包括系统控制器1、传感器和执行机构，
传感器包括视觉传感器、测距雷达、轮胎胎压传感器10、车速传感器、横摆角速度传感器、横向加速度传感器和纵向加速度传感器，视觉传感器和测距雷达包括分别布置在车辆前部、侧部的前向视觉传感器6、侧向视觉传感器8、前向雷达7、侧向雷达9，
执行机构包括车辆的转向系统2、制动系统和动力系统12，当车辆在车道上行驶时，系统控制器1通过横摆角速度、胎压变化确定爆胎以及发生爆胎的位置，系统控制器1接管车辆驾驶，按照爆胎时的前行矢量和目标行驶轨迹，调整转向角度确保车辆不偏离轨迹，经过一系列调整和控制，将爆胎车辆自动回到原有轨迹上。
其中，车身稳定系统3由车身稳定传感器、车身稳定控制器以及车身稳定执行机构组成，车身稳定传感器包括方向盘角度传感器、车轮传感器、横摆角速度传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、加速踏板传感器和刹车踏板传感器等组成；车身稳定执行机构是各个车轮制动器11，利用蓄压系统对车辆实施制动。
胎压监测系统是直接测量式的系统，它由胎压传感器10、胎压监控模块5和信息提示系统组成。胎压传感器10布置在每个轮胎里，通过无线传输将压力和温度信号传给胎压监控模块5，并在显示屏上实时显示胎内压力和温度。当某轮胎胎内压力和温度出现异常，可在显示屏上显示提示符号或发出提醒声音。
车辆控制器4是整个汽车的核心控制部件，相当于汽车的大脑。它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后，控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽车正常行驶。
具体工作原理如下：
在车辆行驶过程中，通过前向视觉传感器6、侧向视觉传感器8、前向雷达7、侧向雷达9实时识别车道线以及道路和车辆情况，输出前向矢量、目标行驶轨迹，以及前方车辆车速和间隔距离，并实时报告给爆胎自动驾驶系统的系统控制器1。当车轮发生爆胎，系统控制器1立即根据自身内置的横摆角速度传感器探测到车身横摆角速度大于阈值，结合胎压监控模块5发出的某胎压减少或发出某轮胎的失压信号一致，即判断发生爆胎，爆胎自动驾驶系统控制器1立即比对内部数据库确定爆胎位置，同时启动爆胎自动驾驶系统。
当车身向爆胎方向偏转时，系统控制器1立即根据轮胎、轮辋、轮距等参数、立即通过转向系统2对车身偏转进行纠偏：系统控制器1根据爆胎后车轮有效滚动半径减少与轮距形成的圆锥角以及按照爆胎前的前行矢量计算出纠偏的方向盘转角，通过对转向系统2来对车身进行纠偏；同时借助车身稳定系统对各车轮制动器11实施不同制动力，提供车身转向辅助力矩，避免出现过度转向或不足转向；车辆控制器4在过程中对动力系统12发出指令控制车速，以避免车速变化过快干扰车辆控制，也避免突然降低车速产生的追尾等事故发生。系统控制器1对转向角计算，既考虑车轮有效滚动半径变化导致圆锥角，同时根据车身与前行矢量角度差，沿着目标行驶轨迹进行计算。考虑到延时车辆质心的位置偏移以及偏转角度的变化，计算出的转向角度是沿着目标行驶轨迹的实时的转向角度。
由于从感知爆胎发生到采取措施有一定延时，因此需要在转向角度纠偏计算中考虑这个偏差。延时的偏移位置按照惯性定位原理，根据车身纵向加速度和横向加速度值的二次积分获得，偏转角度则根据偏转角速度积分获得；转向纠偏角度是按照目标行驶轨迹根据车辆偏移位置、车身偏转角度，通过系统控制器的计算模型获得。
目标行驶轨迹是确保车辆能够回到车道的重要数据。在有些场合下，前行视觉传感器无法计算较远的轨迹，或者车辆在转向调整过程过长，超过存储在系统控制器1内的目标行驶轨迹距离，则可以通过前向视觉传感器6实时识别前方道路进行补充和完善，包括利用全球定位系统和5G网络更加准确计算目标行驶轨迹。
一旦判断出现爆胎，爆胎自动驾驶系统控制器1立即接管车辆驾驶，同时通过转向系统2、车身稳定系统3和车辆控制器4对驾驶者可能发生的转向、制动、动力干预进行限制或屏蔽，避免人为介入产生误操作，干扰系统控制器1正常工作。
在爆胎自动驾驶系统控制器1接管车辆控制后，将在车内显示器上提醒驾驶者车辆已被接管，进入自动驾驶状态；同时通过音频、灯光等立即提醒或警告驾驶者车辆发生事故。系统控制器1立即通过车联网向后台发出事故报警，行车记录仪立即记录车辆信息，乘员约束系统准备启动乘员保护，燃油或电池等系统准备开启保护模式。
当车辆稳定在车道后，爆胎自动驾驶系统控制器1判断爆胎车辆是否能够正常驾驶以及驾驶者能否接管车辆，如果车辆无法由驾驶者驾驶，系统控制器1做出退出车道的策略。传感器对车辆左或右侧车道进行判断，在确定变道安全后，爆胎自动驾驶系统控制器1发出向左或向右的变道指令，给定转向系统2的转向角度，以及配合制动力分配来协助稳定车身，在侧面车道安全前提下，实行侧向变道，由高速车道变到低速车道，直至退出车辆行驶道。最后在车道外将车辆减速并停稳，完成爆胎自动驾驶系统整个控制过程。
以上是在爆胎紧急情况下用系统控制器1代替驾驶者控制车辆，用及时、精确的控制以及人工智能算法做出安全处置决策，避免驾驶员由于慌乱而引发次生事故，最大限度保护乘员和周边人员生命和财产安全。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种爆胎自动驾驶系统，其特征在于：包括系统控制器、传感器和执行机构，所述传感器包括视觉传感器、测距雷达、轮胎胎压传感器、车速传感器、横摆角速度传感器、横向加速度传感器和纵向加速度传感器，所述执行机构包括车辆的转向系统、制动系统和动力系统，当车辆在车道上行驶时，系统控制器通过横摆角速度、胎压变化确定爆胎以及发生爆胎的位置，系统控制器接管车辆驾驶，按照爆胎时的前行矢量和目标行驶轨迹，调整转向角度确保车辆不偏离轨迹，经过一系列调整和控制，将爆胎车辆自动回到原有轨迹上。
2.根据权利要求1所述的一种爆胎自动驾驶系统，其特征在于：所述系统控制器在爆胎后启动所述车身稳定系统，配合车辆的转向角纠偏，由施加在不同车轮的制动力提供辅助转向力。
3.根据权利要求1所述的一种爆胎自动驾驶系统，其特征在于：所述系统控制器转向角纠偏补偿，因控制延时原因，采用惯性算法确定车辆中心偏离目标行驶轨迹位置差和偏转角的偏差，并据此调整转向角度。
4.根据权利要求1所述的一种爆胎自动驾驶系统，其特征在于：所述系统控制器对车辆的纠偏控制通过前向视觉传感器识别的实时前方道路中心线进行控制，所述目标行驶轨迹无法给出转向调整目标时，通过前向视觉传感器识别的道路中心线作为调整目标。
5.根据权利要求1所述的一种爆胎自动驾驶系统，其特征在于：所述目标行驶轨迹通过全球定位系统或者与前向视觉传感器识别的道路中心线进行融合计算得出。
6.根据权利要求1所述的一种爆胎自动驾驶系统，其特征在于：所述系统控制器在接管爆胎车辆后，通过转向系统、制动系统和动力系统控制驾驶员对转向系统、制动系统和动力系统的干预，所述系统控制器通过与车身稳定系统ESC、高级辅助驾驶系统ADAS、胎压监测系统TPMS、车辆控制器VCU的通讯实现爆胎自动驾驶。
7.根据权利要求1所述的一种爆胎自动驾驶系统，其特征在于：将爆胎车辆纠偏回车道后，所述系统控制器若判断车辆仍然无法由驾驶者驾驶或驾驶者不具备驾驶条件，所述系统控制器则继续按照自动驾驶模式，根据左右车道车辆和道路判断，将车辆通过变道撤离车道，并寻找安全地带减速停车。
8.根据权利要求1所述的一种爆胎自动驾驶系统，其特征在于：所述系统控制器判断爆胎后，通过显示屏、灯光和声音信号，提醒驾驶员车辆发生故障，并告知驾驶者车辆处于自动驾驶模式。
9.根据权利要求1所述的一种爆胎自动驾驶系统，其特征在于：所述系统控制器判断爆胎后，记录整个车辆数据以及周边视频，并通过车联网系统向后台数据中心和保险公司提报相关信息，以及告知车辆位置和事故发生时间。
10.根据权利要求1所述的一种爆胎自动驾驶系统，其特征在于：所述系统控制器判断爆胎后，通过车辆控制器对燃油系统、高压系统和电池系统采取安全保护策略。
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