CN112849130B - 一种智能碰撞缓解系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能碰撞缓解系统和方法，所述系统包括主控制模块、环境感知模块、定位与通信模块、车辆运动控制模块和人机交互模块；环境感知模块用于对其视距范围内的目标进行跟踪探测输出环境信息；定位与通信模块用于车车通信获取车车通信信息；主控制模块通过CAN总线与其他模块通信；通过以环境信息、车车通信信息为判断条件的危险目标判定规则，判断车辆碰撞风险，通过车辆主动制动控制规避或减轻碰撞危害，同时通过人机交互模块提醒驾驶员注意危险。本发明可以有效提升前方碰撞危险目标识别的准确率，实现视距内和视距外碰撞缓解，有效降低碰撞事故的发生率，从而提升客车驾乘人员安全性。
Description
技术领域
本发明涉及车辆防撞技术领域，尤其涉及一种智能碰撞缓解系统及方法。
背景技术
碰撞缓解系统是驾驶辅助系统领域目前以及未来的重要技术之一。成熟的碰撞缓解系统可有效减少车辆碰撞事故的发生，在事故发生时有效降低碰撞危害，有效提升驾乘人员安全度。现阶段，地图定位、车车通信、摄像头传感器、毫米波雷达传感器、车辆线控制动等技术均已达到比较成熟的水平，可为碰撞缓解系统的危险目标识别技术提供有力支撑。
目前，受限于单一技术的缺陷，已有的大多数单独以传感器或通信方式实现危险目标识别的技术方案，存在无法覆盖绝大多数危险场景的问题。例如：单独使用摄像头识别目标的方案，存在受不良天气条件影响较大、远距离检测性能较低等缺点；单独使用毫米波雷达识别目标的方案，存在易受非车辆交通参与对象和路面金属物干扰的缺点；单独使用摄像头与毫米波雷达融合探测技术，虽然克服了单独使用其中一种传感器的缺点，但是对于一些视距外的碰撞缓解场景无法有效预防，此类场景包括交叉路口、曲率较大且有植物遮挡视线的弯道等；单独使用车载通信定位技术存在易受通信信号状况影响的缺点。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷(不足)，本发明的目的是提供一种智能碰撞缓解系统及方法，可通过多技术融合，实现碰撞缓解，有效提升客车驾乘安全性。
为实现上述目的，本发明提供了一种智能碰撞缓解系统，包括主控制模块、环境感知模块、定位与通信模块、车辆运动控制模块和人机交互模块；
所述环境感知模块用于对其视距范围内的目标进行跟踪探测输出环境信息；所述环境信息包括：自车与前车的距离、自车与前车的相对速度；
所述定位与通信模块用于车车通信获取车车通信信息；所述车车通信信息包括：自车和前车的定位位置、行进方向和行进速度；
所述车辆运动控制模块用于响应主控制模块下发的制动减速度指令；
所述人机交互模块用于进行人机交互，提醒驾驶员注意危险；
所述主控制模块通过CAN总线与所述环境感知模块、所述定位与通信模块、所述车辆运动控制模块和所述人机交互模块通信；以所述环境信息、所述车车通信信息为危险目标判定规则的判断条件，判断车辆碰撞风险，通过车辆主动制动控制规避或减轻碰撞危害，同时通过所述人机交互模块提醒驾驶员注意危险。
技术效果：
本发明的系统，融合环境信息和车车通信信息作为危险目标判定规则的判断条件，以实现视距内和视距外的碰撞缓解，可有效提升客车驾乘安全性。
进一步的，所述环境感知模块包括摄像头、毫米波雷达和融合控制器，所述摄像头通过图像识别探测出前方一定范围内的车辆目标，所述毫米波雷达通过毫米波反射定位探测出前方一定范围内的车辆目标，所述融合控制器用于获取所述摄像头和所述毫米波雷达的探测目标数据，通过综合计算分析得出碰撞危险目标数据并将此数据传输给主控器模块。
技术效果：
通过对摄像头、毫米波雷达的探测目标数据的综合计算分析，可以有效提升前方碰撞危险目标识别的准确率。
进一步的，所述定位与通信模块包括定位模块和移动通信模块，所述定位模块用于车辆实时获取其自身定位位置，所述移动通信模块用于与车联网通信，使车辆间可以相互获取定位位置、行进方向和行进速度信息。
技术效果：
采用车车通信可以发现位于视距外(或被周边车辆、物体遮蔽)的车辆的状态信息，可以全方位了解当前路段的路况。
进一步的，所述人机交互模块包括视觉报警显示器和扬声器，用于提供声、光报警信号。
技术效果：
可在防撞操作前给出直观、清晰提示，可及时提醒驾驶员做出应急反应或采取应急保护措施。
进一步的，所述车辆运动控制模块为车载线控制动系统，即电子控制制动系统。
本发明还提供了一种智能碰撞缓解方法，包括以下步骤：
对视距范围内的目标进行跟踪探测输出环境信息；所述环境信息包括：自车与前车的距离、自车与前车的相对速度；
通过车车通信获取车车通信信息；所述车车通信信息包括：自车和前车的定位位置、行进方向和行进速度；
以所述环境信息、车车通信信息为危险目标判定规则的判断条件，判断车辆碰撞风险；
通过车辆主动制动控制规避或减轻碰撞危害，同时通过人机交互提醒驾驶员注意危险。
技术效果：
本发明的方法，融合环境信息和车车通信信息作为危险目标判定规则的判断条件，以实现视距内和视距外的碰撞缓解，可有效提升客车驾乘安全性。
进一步的，所述危险目标判断规则为：以环境感知模块获取的环境信息为第一判断条件，以定位与通信模块获取车车通信信息为第二判断条件；外部因素对环境感知模块和定位与通信模块的探测准确性的影响以置信度表示，置信度值范围为0～1，其中0表示完全不可信，1表示完全可信，结合第一、第二判断条件的置信度值大小，计算出一个综合平均值作为危险目标判断依据。
进一步的，所述结合第一、第二判断条件的置信度值大小，计算出一个综合平均值作为危险目标判断依据具体为：
当第一判断条件置信度、第二判断条件置信度分别大于第一置信度阈值、第二置信度阈值时，危险目标判断依据计算方法为：
当第一判断条件置信度大于第一置信度阈值且第二判断条件置信度不大于第二置信度阈值时，危险目标判断依据计算方法为：
当第一判断条件置信度不大于第一置信度阈值且第二判断条件置信度大于第二置信度阈值时，危险目标判断依据计算方法为：
当第一判断条件置信度不大于第一置信度阈值且第二判断条件置信度不大于第二置信度阈值时，无有效危险目标判断依据；
当第一判断条件、第二判断条件为无目标时，其相应置信度值置为0；
其中，T为碰撞时间，S1、S2分别表示第一判断条件、第二判断条件给出的自车与前车距离值，SP1、SP2分别表示第一判断条件、第二判断条件给出的自车与前车相对速度值，正值表示自车在追近前车，非正值为无效值表示自车未追近前车，A1、A2分别表示第一判断条件置信度值、第二判断条件置信度值。
进一步的，所述第一置信度阈值和第二置信度阈值的取值范围在0.7到0.8之间。
进一步的，所述S2与SP2的计算方法分别为：
SP2＝|SPb-SPa|；其中(Xa，Ya)为自车定位坐标，(Xb，Yb)为前车定位坐标，SPa为自车行进速度，SPb为前车行进速度，且规定SPa为非负值，规定SPb当前车与自车行进方向同向时为正值，SPb当前车与自车行进方向反向时为负值，且当SPb为正值且不小于SPa时规定第二判断条件置信度值为0。
进一步的，所述车辆主动制动控制方法为：实时读取车辆状态数据，在满足主动制动条件时，采用梯度制动减速度规则，即在满足主动制动条件时，采用不同制动减速度进行分时段减速，且按制动的时间顺序，制动减速度逐段加大。
技术效果：
采用梯度制动减速度规则，可以兼顾制动距离和制动安全。
本发明实现了如下技术效果：
本发明的碰撞缓解系统和方法，通过综合环境信息和车车通信信息可以有效提升前方碰撞危险目标识别的准确率，实现视距内和视距外碰撞缓解，有效降低碰撞事故的发生率，从而提升客车驾乘人员安全性。
附图说明
图1是本发明的智能碰撞缓解系统功能框图；
图2是本发明的智能碰撞缓解系统的工作流程图示例；
图3是本发明的智能碰撞缓解系统的车辆主动制动控制子程序的具体示例；
图4是本发明的智能碰撞缓解系统的视觉报警显示器显示图案示例。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例1
如图1所示，本发明公开了一种智能碰撞缓解系统，包括主控制模块、环境感知模块、定位与通信模块、车辆运动控制模块和人机交互模块。其中，所述环境感知模块用于对其视距范围内的目标进行跟踪探测输出环境信息；所述定位与通信模块用于车车通信获取车车通信信息；所述车辆运动控制模块用于响应主控制模块下发的制动减速度指令；所述人机交互模块用于进行人机交互，提醒驾驶员注意危险；所述主控制模块通过CAN总线与所述环境感知模块、所述定位与通信模块、所述车辆运动控制模块和所述人机交互模块通信；以所述环境信息、车车通信信息为危险目标判定规则的判断条件，判断车辆碰撞风险，通过车辆主动制动控制规避或减轻碰撞危害，同时通过人机交互模块提醒驾驶员注意危险。在该系统中，融合环境信息和车车通信信息作为危险目标判定规则的判断条件，以实现视距内和视距外的碰撞缓解，可有效提升客车驾乘安全性。
在本实施例中，所述环境感知模块包括摄像头、毫米波雷达和融合控制器，摄像头通过图像识别探测出前方一定范围内的车辆目标，毫米波雷达通过毫米波反射定位探测出前方一定范围内的车辆目标，融合控制器用于获取所述摄像头和所述毫米波雷达的探测目标数据，通过综合计算分析得出碰撞危险目标数据(即所述环境信息)并将此数据传输给主控器模块。所述环境信息包括自车和前车的相对位置和相对速度等数据。通过对摄像头、毫米波雷达的探测目标数据的综合计算分析，可以有效提升前方碰撞危险目标识别的准确率。
在本实施例中，所述定位与通信模块为车载通信模块，该车载通信模块内部包括定位模块(如采用北斗或GPS等卫星定位模块，也可以结合移动通信网络定位)和移动通信模块(如采用4G、5G等移动通信模块)等模块，用于车车通信进行信息交互形成车车通信信息，其中，车车通信信息可以包括：前车的定位位置、行进方向和行进速度，或自车和前车的距离、相对速度等信息。所述车车通信通常是通过移动通信网络接入车联网，将自身的定位位置、行驶方向、行驶速度等信息上传到车联网，同时在车联网，根据车辆自身的定位位置，获取以所述定位位置为中心的一定范围内的其它车辆的定位位置、行进方向和行进速度等信息，或前车的定位位置、行驶方向和行驶速度等信息，而不是采用车与车之间的直接通信。采用车车通信可以发现位于视距外(或被周边车辆、物体遮蔽)车辆的状态信息，及了解当前路段的路况。
在本实施例中，所述人机交互模块包括视觉报警显示器和扬声器，用于提供声、光报警信号。视觉报警显示器的显示图案参考图4所示，其中上方小车形状的图标提示碰撞危险，通过黄色闪烁、红色闪烁区分低等级报警、高等级报警，下方“8.8”的数码管图案点亮绿色显示碰撞时间，单位为秒，碰撞时间的计算方法为两车距离除以两车相对速度。
在本实施例中，所述车辆运动控制模块为车载线控制动系统，即电子控制制动系统，以实现车辆的自动制动控制。
本发明还公开了一种智能碰撞缓解方法，应用于上述的智能碰撞缓解系统，以实现车辆的目标检索、危险目标判定、危险等级判断、人机交互提醒和车辆制动控制等过程，参见图2的智能碰撞缓解系统的工作流程图，主要包括以下步骤：
对视距范围内的目标进行跟踪探测输出环境信息；
通过车车通信获取车车通信信息；
以所述环境信息、车车通信信息为危险目标判定规则的判断条件，判断车辆碰撞风险；
通过车辆主动制动控制规避或减轻碰撞危害，同时通过人机交互提醒驾驶员注意危险。
在本实施例中，所述危险目标判断规则为：以环境感知模块获取的环境信息为第一判断条件，以定位与通信模块获取车车通信信息为第二判断条件；外部因素对环境感知模块和定位与通信模块的探测准确性的影响以置信度表示，置信度值范围为0～1，其中0表示完全不可信，1表示完全可信，结合第一、第二判断条件的置信度值大小，计算出一个综合平均值作为危险目标判断依据。
进一步的，系统中，环境感知模块的融合控制器，对摄像头和毫米波雷达数据综合分析计算出第一判断条件，第一判断条件的数据内容包括自车与前车距离值S1、自车与前车相对速度值SP1和置信度A1；同时定位与通信模块通过获取的周边车辆的定位位置、行进方向、行进速度信息计算出第二判断条件，第二判断条件的数据内容包括自车与前车距离值S2、自车与前车相对速度值SP2和置信度A2；其中，相对速度值SP1/SP2为正值表示自车在追近前车，非正值为无效值表示自车未追近前车。
其中，S2与SP2的计算方法分别为：
SP2＝|SPb-SPa|；其中(Xa，Ya)为自车定位坐标，(Xb，Yb)为前车定位坐标，SPa为自车行进速度，SPb为前车行进速度，且规定SPa为非负值，规定SPb当前车与自车行进方向同向时为正值，SPb当前车与自车行进方向反向时为负值，且当SPb为正值且不小于SPa时规定第二判断条件置信度值为0。
在本实施例中，给出了结合第一、第二判断条件的置信度值大小，计算出一个综合平均值作为危险目标判断依据的具体示例，说明如下：
(1)当第一、第二判断条件置信度均大于0.7时，危险目标判断依据-碰撞时间的计算方法为：
(2)当第一判断条件置信度大于0.7且第二判断条件置信度不大于0.7时，危险目标判断依据-碰撞时间的计算方法为：
(3)当第一判断条件置信度不大于0.7且第二判断条件置信度大于0.7时，危险目标判断依据-碰撞时间计算方法为
(4)当第一、第二判断条件置信度均不大于0.7时，无有效危险目标判断依据；当第一、第二判断条件为无目标时，其相应置信度值置为0。
在本实施例中，置信度A1、A2的置信度阈值均设置为0.7。在具体应用中，置信度A1、A2的置信度阈值也可以设置成不同的值，优选的，置信度阈值的取值范围以0.7-0.8为宜。
在本实施例中，车辆碰撞风险，通过碰撞危险等级标识。根据有效的碰撞时间数据，计算出对应的碰撞危险等级；无碰撞危险表示碰撞时间大于等于T1低等级碰撞危险表示碰撞时间小于T1且不小于T2的情况；高等级碰撞危险表示碰撞时间小于T2的情况；T1大于T2且两者可根据实际情况进行数值设定。
在本实施例中，根据碰撞危险等级进行相应的车辆主动控制和驾驶员提醒动作；无有效数据或无探测目标时，无车辆主动控制和驾驶员提醒动作；有探测目标无碰撞危险时，无车辆主动控制动作，人机交互模块在视觉报警显示器上点亮绿色数码管图标显示当前状态下的碰撞时间提醒注意前方车辆；有低等级碰撞危险目标时，无车辆主动控制动作，人机交互模块在视觉报警显示器上闪烁黄色小车形状图标同时语音播报“请注意前车”；有高等级碰撞危险目标时，主控制器触发主动制动控制子程序，控制车辆主动制动以减轻或避免碰撞发生，人机交互模块闪烁红色小车形状图标同时语音播报“请保持车距”。
在本实施例中，给出了一个主动制动控制子程序的具体示例，参见图3，包括以下过程：主动制动控制子程序被触发后，主控制器实时读取车辆状态数据，包括档位、手动使能开关、车速、转向灯、制动踏板开度，当同时满足档位非倒档、手动使能开关开启、车速不小于20km/h、转向灯非左转或右转状态、制动踏板开度不大于25％条件时，向主动制动系统下发梯度制动减速度，否则抑制主动制动，不下发制动减速度；梯度制动减速度下发规则为，首先下发0.5秒0.15*a减速度，然后下发1.5秒0.3*a减速度，最后下发4秒0.6*a减速度，其中a为车辆主动制动系统最大可实现减速度值。
简单而言，车辆主动制动控制方法包括：实时读取车辆状态数据，在满足主动制动条件时，采用梯度制动减速度规则，即在在满足主动制动条件时，采用不同制动减速度进行分时段减速，且按制动的时间顺序，制动减速度逐段加大，可以兼顾制动距离和制动安全(避免急刹车)。
综上所述，本发明的碰撞缓解系统和方法，通过综合环境信息和车车通信信息可以有效提升前方碰撞危险目标识别的准确率，实现视距内和视距外碰撞缓解，有效降低碰撞事故的发生率，从而提升客车驾乘人员安全性。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种智能碰撞缓解方法，其特征在于：包括以下步骤：
对视距范围内的目标进行跟踪探测输出环境信息；所述环境信息包括：自车与前车的距离、自车与前车的相对速度；
通过车车通信获取车车通信信息；所述车车通信信息包括：自车和前车的定位位置、行进方向和行进速度；
以所述环境信息、车车通信信息为危险目标判定规则的判断条件，判断车辆碰撞风险；
通过车辆主动制动控制规避或减轻碰撞危害，同时通过人机交互提醒驾驶员注意危险；
所述危险目标判断规则为：以环境感知模块获取的环境信息为第一判断条件，以定位与通信模块获取车车通信信息为第二判断条件；外部因素对环境感知模块和定位与通信模块的探测准确性的影响以置信度表示，置信度值范围为0～1，其中0表示完全不可信，1表示完全可信，结合第一、第二判断条件的置信度值大小，计算出一个综合平均值作为危险目标判断依据；
所述结合第一、第二判断条件的置信度值大小，计算出一个综合平均值作为危险目标判断依据具体为：
当第一判断条件置信度、第二判断条件置信度分别大于第一置信度阈值、第二置信度阈值时，危险目标判断依据计算方法为：
当第一判断条件置信度大于第一置信度阈值且第二判断条件置信度不大于第二置信度阈值时，危险目标判断依据计算方法为：
当第一判断条件置信度不大于第一置信度阈值且第二判断条件置信度大于第二置信度阈值时，危险目标判断依据计算方法为：
当第一判断条件置信度不大于第一置信度阈值且第二判断条件置信度不大于第二置信度阈值时，无有效危险目标判断依据；
当第一判断条件、第二判断条件为无目标时，其相应置信度值置为0；
其中，T为碰撞时间，S1、S2分别表示第一判断条件、第二判断条件给出的自车与前车距离值，SP1、SP2分别表示第一判断条件、第二判断条件给出的自车与前车相对速度值，正值表示自车在追近前车，非正值为无效值表示自车未追近前车，A1、A2分别表示第一判断条件置信度值、第二判断条件置信度值。
2.如权利要求1所述的智能碰撞缓解方法，其特征在于：所述S2与SP2的计算方法分别为：
SP2＝|SPb-SPa|；其中(Xa，Ya)为自车定位坐标，(Xb，Yb)为前车定位坐标，SPa为自车行进速度，SPb为前车行进速度，且规定SPa为非负值，规定SPb当前车与自车行进方向同向时为正值，SPb当前车与自车行进方向反向时为负值，且当SPb为正值且不小于SPa时规定第二判断条件置信度值为0。
3.如权利要求1所述的智能碰撞缓解方法，其特征在于：所述车辆主动制动控制方法包括：实时读取车辆状态数据，在满足主动制动条件时，采用梯度制动减速度规则，即在满足主动制动条件时，采用不同制动减速度进行分时段减速，且按制动的时间顺序，制动减速度逐段加大。
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