CN113085828A - 无人驾驶汽车紧急制动时保护后方车辆的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人驾驶安全控制方法技术领域,具体涉及无人驾驶汽车紧急制动时保护后方车辆的控制方法,无人驾驶汽车的环境识别模块监测本车车速V1、后车车速V2以及后车与本车之间距离S1‑2,根据后车车速V2计算出后车与本车之间最小紧急制动安全距离S00,根据S1‑2的大小适当调整S00的大小,紧急制动时,根据S1‑2的大小以及S1‑0的大小控制本车紧急制动的加速度值大小,以增加后车驾驶员的制动反应时间,减小后车追尾本车的概率,极大的提高后车的行车安全性。
Description
技术领域
本发明涉及无人驾驶安全控制方法领域,具体涉及无人驾驶汽车紧急制动时保护后方车辆的控制方法。
背景技术
无人驾驶是通过车载传感系统感知道路环境,自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车;它是利用车载传感器来感知车辆周围环境,并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息,控制车辆的转向和速度,从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。
安全是拉动无人驾驶车需求增长的主要因素,例如,无人驾驶汽车将通过自身的雷达系统检测与前车的距离,如果与前车距离过近,汽车将会自动刹车;
但是当无人驾驶汽车前方突然出现障碍物时,无人驾驶汽车会进行紧急制动,此时,若后方有车辆跟随,且后方的车辆为人工驾驶时,极易出现后方车辆追尾本车的事故,而如果后车同样为无人驾驶车辆,则后车往往可以较好的保持距离并及时刹车从而避免与本车追尾。
分析以上事故的原因,可以根据汽车制动的原理解释,如图1所示的,人工驾驶车辆制动时,通常分为三个阶段,制动反应时间阶段、制动协调时间阶段、制动力最大阶段,可以看出,在制动反应时间阶段和制动协调时间阶段的初段,车辆实际上是没有制动力的,上述阶段内可以认为车辆在匀速运动,直到制动协调时间阶段的后段开始,车辆才有制动力;因此,车辆的安全最小紧急制动距离应由两段构成,第一段为近似匀速运动,第二段为近似匀减速运动;如果后车为无人驾驶车辆,其制动反应时间取决于车辆的环境识别模块的识别速度和无人驾驶控制模块的计算速度,随着无人驾驶芯片和激光式测距传感器的应用,该制动反应时间通常小于0.1s;但是人工驾驶车辆时,驾驶员的制动反应时间根据环境不同会有较大的差异,例如天气晴朗光线充足时,驾驶员的制动反应时间通常为0.5-1.5s,而在夜晚或雨天行驶时,驾驶员的制动反应时间通常为1.5-2.5s甚至可能更长;可知驾驶员的制动反应时间较无人驾驶汽车的制动反应时间要更长,因此当前车车速较高遇到紧急制动情况时,后车为人工驾驶汽车下极易出现追尾事故。
针对上述危险情况,现有技术中,无人驾驶汽车在紧急制动时只关注前方障碍物的距离,而没有考虑后方为人工驾驶汽车时驾驶员的驾驶习惯和反应时间。
例如,现有专利CN110928319B中所述的自动驾驶车辆的控制方法、装置、车辆及存储介质,该自动驾驶控制车辆基于当前车辆的第一行驶速度、障碍车辆的第二行驶速度、以及障碍车的最大刹车加速度和最小刹车加速度,确定最小刹车安全距离、最大刹车安全距离;确定出第一安全风险系数并进行刹车控制;但是该方法中只关注车辆与前方障碍物车辆之间的相关参数和控制策略,未考虑到后方跟随车辆的安全。
现有专利CN110816531A中所述的一种无人驾驶汽车车辆间安全距离的控制系统及控制方法,该方法中先测量车辆与前车距离以及车辆与后车距离,然后使用BP神经网络算法实时调节车辆与前车和后车的车距,但该方法只适用于巡航行驶时,保持车辆与前车、后车之间的距离,前车紧急制动时,跟随的无人驾驶汽车也会立即紧急制动,对无人驾驶汽车后方的车辆仍然有较大的安全隐患,无法适用于前车紧急制动后的控制过程,没有考虑前车、后车为人工驾驶时的安全控制策略,不适用于上述分析场景。
发明内容
本发明的目的是提供无人驾驶汽车紧急制动时保护后方车辆的控制方法及防护方法,以解决上述问题。
为实现上述发明目的,本发明所采用的技术方案是:1.无人驾驶汽车紧急制动时保护后方车辆的控制方法,其特征在于:所述的控制方法包括制动前判断步骤、制动前调整步骤、紧急制动步骤;
所述的制动前判断步骤为:
步骤a.无人驾驶汽车行驶时,当本车车速V1大于一定阈值V10,其环境识别模块开始实时监测本车所在车道后方道路,如本车所在车道后方一定距离L0内出现后车,则进入步骤b;
上式中,TX为制动协调时间,TF1为无人驾驶汽车的环境识别模块识别出前方障碍物的反应时间;a1为无人驾驶汽车最大制动减速度;
若后车为人工驾驶模式,则进入步骤c,如询问未得到回答,则默认为人工驾驶模式;
步骤c:无人驾驶汽车的环境识别模块监测本车车速V1、后车车速V2以及后车与本车之间距离S1-2,根据后车车速V2计算出后车与本车之间最小紧急制动安全距离S00,S00按以下公式计算:
S00=V2*(Tx+TF2) (1-2)
上式中,TX为制动协调时间,TF2为后车驾驶员识别出本车开始制动的驾驶员反应时间;然后进入步骤d;
所述的制动前调整步骤为:
步骤d.当S1-2≥S00,则本车与前方障碍物之间的最小制动安全距离S0不变;当S1-2<S00,则本车与前方障碍物之间最小制动安全距离变为S0+S反应,所述的S反应按以下公式计算:
S反应=α*V2*TF2 (1-3)
上式中α为环境调整系数,α取1.0-1.5;
然后进入步骤e;
所述的紧急制动步骤为:
步骤e.当本车前方出现障碍物需要本车进行紧急制动时,本车按以下方式进行紧急制动:
当S1-2≥S00,判断本车与前方障碍物之间距离S1-0,当S1-0≤S0,则本车持续以最大制动减速度值a1进行紧急制动,当S1-0>S0,则进入步骤f;
当S1-2<S00,判断本车与前方障碍物之间距离S1-0,当S1-0≤S0,则本车持续以最大制动减速度值a1进行紧急制动,当S1-0>S0,则进入步骤g;
步骤f.本车开始以最大制动减速度值a1进行紧急制动,经过第一反应时间T1后,判断后车是否处于制动状态,若后车处于制动状态,认为后车已观察到本车紧急制动,本车持续以制动减速度a1减速;若后车处于未制动状态,则减小a1值至a11,增加后车的驾驶员反应时间,同时开启本车后双闪车灯,后双闪车灯的闪动频率高于正常闪动频率,当本车与前方障碍物距离小于S0后,增大a11至a1,使本车始终避免与前方障碍物碰撞;
步骤g.本车开始以制动减速度a12进行减速,a12<a11;同时开启本车后双闪车灯,后双闪车灯的闪动频率高于正常闪动频率,经过第二反应时间T2后,判断后车是否处于制动状态,T2<T1;若后车处于制动状态,则认为后车已观察到本车实行较大幅度制动,本车开始以a1进行减速,使本车始终避免与前车追尾;
若后车处于未制动状态,则本车加速度值由a12变为a11,当本车与前车距离S1-2=S0后,增大a11至a0,使本车始终避免与前方障碍物碰撞。
优选的,所述的TF1取值范围为0.05-0.3s;公式1-1中,所述的TX≤0.35s;所述的TF2取值范围为0.5-2.5s;公式1-2中,所述的TX=0.35s;所述的a1的取值范围为4.5-6.0m/s2;所述的a11取值范围为4.5-6.0m/s2;所述的a12取值范围为3.8-5.0m/s2;所述的T1取值范围为0.3-0.8s;所述的T2取值范围为0.2-0.5s。
优选的,所述的V10为80-100km/h。
优选的,所述的无人驾驶汽车前部和后部设置环境识别模块,环境识别模块为多个激光雷达或多个毫米波雷达或多个摄像头;环境识别模块与车内设置的控制器通信连接。
优选的,所述的环境识别模块为多个激光雷达时,激光雷达为北醒光子科技有限公司的600线高清激光雷达;所述的控制器为特斯拉的FSD处理器,或英伟达的DriveXavier处理器,或百度开源的Nuvo-5095G;所述的踏板控制机构为蔚来ES 8汽车上的自动驾驶辅助机构套件。
本发明的有益技术效果是:无人驾驶汽车的环境识别模块监测本车车速V1、后车车速V2以及后车与本车之间距离S1-2,根据后车车速V2计算出后车与本车之间最小紧急制动安全距离S00,根据S1-2的大小适当调整S00的大小,紧急制动时,根据S1-2的大小以及S1-0的大小控制本车紧急制动的加速度值大小,以增加后车驾驶员的制动反应时间,减小后车追尾本车的概率,极大的提高后车的行车安全性。
附图说明
图1为人工驾驶汽车时制动距离与制动反应时间、制动协调时间曲线示意图;
图2为本发明控制流程图;
图3为本发明控制流程图步骤c中后车为人工驾驶汽车情况下,本车与前方障碍物、本车与后车之间距离控制示意;
图4为本发明控制流程图步骤d中S1-2≥S00时本车前方障碍物、本车与后车之间距离控制示意;
图5为本发明控制流程图步骤d中后车为人工驾驶汽车情况下,S1-2<S00时本车与前方障碍物、本车与后车之间距离控制示意;
图6为步骤f中本车制动时减速度与速度变化曲线;
图7为步骤g中本车制动时减速度与速度变化曲线。
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,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例一
无人驾驶汽车在高速或专用道路公路行驶时,经常会出现同车道中多个车辆排列行驶的情况,道路中行驶时时,没有对车辆进行区分,既有人工驾驶车辆,也有无人驾驶车辆,如车速较高时前方遇到障碍物,通常只能进行紧急制动,而不选择转向避让,因为车速较高时转向避让可能会引起侧翻或与相邻车道车辆碰撞等更严重的交通事故;因此本申请方案中只考虑同车道行驶的多个车辆中,前方出现障碍物后,无人驾驶汽车只能以紧急制动进行安全保护;车速较低时的转向避障控制不在本申请方案范围之内;
当无人驾驶汽车正常行驶时,其环境识别模块实时监控周围环境,并收集环境信息,收集的环境信息包括本车所在车道前方和后方的障碍物信息,包括障碍物的位置、障碍物与本车距离、本车速度等;
如图2所示的,无人驾驶汽车紧急制动时保护后方车辆的控制方法,包括制动前判断步骤、制动前调整步骤、紧急制动步骤;
所述的制动前判断步骤为:
步骤a.无人驾驶汽车行驶时,当本车车速V1大于一定阈值V10,其环境识别模块开始实时监测本车所在车道后方道路,如本车所在车道后方一定距离L0内出现后车,则进入步骤b;所述的V10为80-100km/h,可以有效保证高速公路等路况下的车辆行驶安全;
步骤b.无人驾驶汽车向后方车辆发送询问信息,询问后车为无人驾驶模式或人工驾驶模式,目前无人驾驶汽车的控制模块均带有无线信号装置,可以接受或发送无线信号,向后车发送的询问信息可以通过4G网络或5G网络上传至云服务器,后方车辆从云服务器接受询问信息,相邻车辆之间的信息互联是无人驾驶汽车领域已开始成熟应用的技术,本申请中可直接应用;
当判断后车为无人驾驶汽车时,后车同样有相应的环境识别模块及安全距离控制算法,某些情况下,以队列方式行驶的车队还可以共享前方道路环境信息,则本车不需要考虑后车是否能及时识别本车的刹车情况,无人驾驶汽车前方出现障碍物时,本车与前方障碍物之间的最小制动安全距离S0按以下公式计算:
上式中,TX为制动协调时间,TF1为无人驾驶汽车的环境识别模块识别出前方障碍物的反应时间;a1为无人驾驶汽车最大制动减速度;
若后车为人工驾驶模式,则进入步骤c,如询问未得到回答,则默认为人工驾驶模式;
步骤c:无人驾驶汽车的环境识别模块监测本车车速V1、后车车速V2以及后车与本车之间距离S1-2,后车跟随前车匀速行驶时,V1与V2通常相差可以小于10km/h,此时可以根据后车车速V2计算出后车与本车之间最小紧急制动安全距离S00,S00按以下公式计算:
S00=V2*(Tx+TF2) (1-2)
上式中,TX为制动协调时间,TF2为后车驾驶员识别出本车开始制动的驾驶员反应时间;然后进入步骤d;
当后车或前车突然加速或者突然减速,则V1与V2之间的差值大于10km/h,为了行车安全,此时的S00应该更待,则所述的S00按以下公式计算:
所述的制动前调整步骤为:
步骤d.当S1-2≥S00,则本车与前方障碍物之间的最小制动安全距离S0不变;当S1-2<S00,则本车与前方障碍物之间最小制动安全距离变为S0+S反应,所述的S反应按以下公式计算:
S反应=α*V2*TF2 (1-3)
上式中α为环境调整系数,d取1.0-1.5;
公式1-1至公式1-3中,所述的TF1取值范围为0.05-0.3s;公式1-1中,所述的TX≤0.35s;所述的TF2取值范围为0.5-2.5s;公式1-2中,TX=0.35s;所述的a1的取值范围为4.5-6.0m/s2;所述的a11取值范围为4.5-6.0m/s2;所述的a12取值范围为3.8-5.0m/s2;所述的T1取值范围为0.3-0.8s;所述的T2取值范围为0.2-0.5s。
根据以上的参数设置,当V1、V2保持在80-100km/h左右时,S0范围位于20-40m左右,S00在40-80m范围左右,S反应为20-40m左右;
然后进入步骤e;
所述的紧急制动步骤为:
步骤e.当本车前方出现障碍物需要本车进行紧急制动时,本车按以下方式进行紧急制动:
当S1-2≥S00,判断本车与前方障碍物之间距离S1-0,当S1-0≤S0,此时前方障碍物是突然出现在本车前方,且本车没有足够的制动距离,这种情况下只能考虑尽量减少本车与前方障碍物碰撞时的碰撞速度,则本车持续以最大制动减速度值a1进行紧急制动,当S1-0>S0,本车可以安全的停车而不与前方障碍物发生碰撞,且本车与前方障碍物之间会有一定安全距离,这个安全距离可以用于调整本车紧急制动时对后车的影响,则进入步骤f;
当S1-2<S00,判断本车与前方障碍物之间距离S1-0,当S1-0≤S0,则本车持续以最大制动减速度值a1进行紧急制动,当S1-0>S0,则进入步骤g;
步骤f.此时本车与后车距离较大,则本车开始以最大制动减速度值a1进行紧急制动,经过第一反应时间T1后,判断后车是否处于制动状态,若后车处于制动状态,认为后车驾驶员已观察到本车紧急制动,可以进行相应的制动避让动作,则本车持续以制动减速度a1减速保持与前方障碍物的安全距离;若后车处于未制动状态,则减小a1值至a11,由于减速度减小,相当于增加了后车的驾驶员反应时间,极大提高了后车的行车安全性,同时为了进一步提醒后车驾驶员,本车开启后双闪车灯,后双闪车灯的闪动频率高于正常闪动频率;当本车与前方障碍物距离小于S0后,增大a11至a1,使本车始终避免与前方障碍物碰撞;上述措施既可以使无人驾驶汽车有效避免与障碍物碰撞,也可以让后车驾驶员也有足够的制动反应时间;提高后车的行车安全;如图6所示的,本车紧急制动第一反应时间T1后,还可以通过减小本车减速度,从而增大后车的制动安全距离,给后车驾驶员更多的反应时间,降低后车追尾的可能性,有效提高行车安全。
实施例二
当S1-2<S00时,则意味着后车驾驶员跟车距离较近,为了提高后车的行车安全性,此时无人驾驶汽车与前方障碍物的最小安全制动距离由S0变为S0+S反应;由于此时本车与前方障碍物距离保持在一个较大值,本车制动时可以采取首先以较小的制动力制动,保证与后车安全距离;则本车紧急制动时,开始以制动减速度a12进行减速,a12<a11,增加了后车的驾驶员反应时间;同时开启本车后双闪车灯,后双闪车灯的闪动频率高于正常闪动频率,经过第二反应时间T2后,判断后车是否处于制动状态,T2<T1;若后车处于制动状态,则认为后车已观察到本车实行较大幅度制动,本车开始以a1进行减速,使本车始终避免与前方障碍物碰撞;本车制动时可以采取首先以较小的制动力制动,保证与后车安全距离,并对后车提示,然后再紧急制动的方法,极大提高后车驾驶员的行车安全;
如图7所示的,若后车处于未制动状态,则本车加速度值由a12变为a11,当本车与前车距离S1-2=S0后,增大a11至a0,使本车始终避免与前方障碍物碰撞。
根据上述的无人驾驶汽车紧急制动时保护后方车辆的控制方法所对应的无人驾驶汽车,所述的无人驾驶汽车顶部或前部或后部设置环境识别模块,环境识别模块为多个激光雷达或多个毫米波雷达或多个摄像头;环境识别模块与车内设置的控制器通信连接,控制器还与踏板控制机构通信连接,踏板控制机构包括油门踏板控制机构、刹车踏板控制机构,油门踏板控制机构、刹车踏板控制机构的结构一致,分别包括步进电机、转套、转臂、压臂,所述步进电机安装在油门脚踏板或刹车脚踏板下方,转套的一端紧固连接步进电机的输出端,其另一端与转臂的一端固定连接;转臂的另一端与压臂固定连接;压臂与油门踏板或刹车踏板的转向连杆固接,也可以是现有的无人驾驶汽车上的踏板控制机构,例如蔚来ES6、小鹏P7上已公开的踏板控制机构。
所述的环境识别模块为多个激光雷达时,激光雷达为北醒光子科技有限公司的600线高清激光雷达;所述的控制器为特斯拉的FSD处理器,或英伟达的Drive Xavier处理器,或百度开源的Nuvo-5095G;所述的踏板控制机构为蔚来ES 8汽车上的自动驾驶辅助机构套件。
上述无人驾驶汽车的环境识别模块仅为实现本方案所提供的一种结构,也可以直接使用现有的无人驾驶汽车的环境识别模块,在现有的环境识别模块的控制流程中增加相应的控制代码,例如可以直接使用比亚迪汉EV车型,然后在该车型的控制算法中调用已安装好的环境识别模块,然后增加本申请中的控制方法,即可以实现本申请中的技术方案。
Claims (6)
1.无人驾驶汽车紧急制动时保护后方车辆的控制方法,其特征在于:所述的控制方法包括制动前判断步骤、制动前调整步骤、紧急制动步骤;
所述的制动前判断步骤为:
步骤a.无人驾驶汽车行驶时,当本车车速V1大于一定阈值V10,其环境识别模块开始实时监测本车所在车道后方道路,如本车所在车道后方一定距离L0内出现后车,则进入步骤b;
上式中,TX为制动协调时间,TF1为无人驾驶汽车的环境识别模块识别出前方障碍物的反应时间;a1为无人驾驶汽车最大制动减速度;
若后车为人工驾驶模式,则进入步骤c,如询问未得到回答,则默认为人工驾驶模式;
步骤c:无人驾驶汽车的环境识别模块监测本车车速V1、后车车速V2以及后车与本车之间距离S1-2,根据后车车速V2计算出后车与本车之间最小紧急制动安全距离S00,S00按以下公式计算:
S00=V2*(Tx+TF2) (1-2)
上式中,TX为制动协调时间,TF2为后车驾驶员识别出本车开始制动的驾驶员反应时间;然后进入步骤d;
所述的制动前调整步骤为:
步骤d.当S1-2≥S00,则本车与前方障碍物之间的最小制动安全距离S0不变;当S1-2<S00,则本车与前方障碍物之间最小制动安全距离变为S0+S反应,所述的S反应按以下公式计算:
S反应=α*V2*TF2 (1-3)
上式中α为环境调整系数,α取1.0—1.5;
然后进入步骤e;
所述的紧急制动步骤为:
步骤e.当本车前方出现障碍物需要本车进行紧急制动时,本车按以下方式进行紧急制动:
当S1-2≥S00,判断本车与前方障碍物之间距离S1-0,当S1-0≤S0,则本车持续以最大制动减速度值a1进行紧急制动,当S1-0>S0,则进入步骤f;
当S1-2<S00,判断本车与前方障碍物之间距离S1-0,当S1-0≤S0,则本车持续以最大制动减速度值a1进行紧急制动,当S1-0>S0,则进入步骤g;
步骤f.本车开始以最大制动减速度值a1进行紧急制动,经过第一反应时间T1后,判断后车是否处于制动状态,若后车处于制动状态,认为后车已观察到本车紧急制动,本车持续以制动减速度a1减速;若后车处于未制动状态,则减小a1值至a11,增加后车的驾驶员反应时间,同时开启本车后双闪车灯,后双闪车灯的闪动频率高于正常闪动频率,当本车与前方障碍物距离小于S0后,增大a11至a1,使本车始终避免与前方障碍物碰撞;
步骤g.本车开始以制动减速度a12进行减速,a12<a11;同时开启本车后双闪车灯,后双闪车灯的闪动频率高于正常闪动频率,经过第二反应时间T2后,判断后车是否处于制动状态,T2<T1;若后车处于制动状态,则认为后车已观察到本车实行较大幅度制动,本车开始以a1进行减速,使本车始终避免与前车追尾;
若后车处于未制动状态,则本车加速度值由a12变为a11,当本车与前车距离S1-2=S0后,增大a11至a0,使本车始终避免与前方障碍物碰撞。
2.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车紧急制动时保护后方车辆的控制方法,其特征在于:所述的TF1取值范围为0.05-0.3s;公式1-1中,所述的TX≤0.35s;所述的TF2取值范围为0.5-2.5s;公式1-2中,所述的TX=0.35s;所述的a1的取值范围为4.5-6.0m/s2;所述的a11取值范围为4.5-6.0m/s2;所述的a12取值范围为3.8-5.0m/s2;所述的T1取值范围为0.3-0.8s;所述的T2取值范围为0.2-0.5s。
4.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车紧急制动时保护后方车辆的控制方法,其特征在于:所述的V10为80-100km/h。
5.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车紧急制动时保护后方车辆的控制方法所对应的无人驾驶汽车,其特征在于:所述的无人驾驶汽车前部和后部设置环境识别模块,环境识别模块为多个激光雷达或多个毫米波雷达或多个摄像头;环境识别模块与车内设置的控制器通信连接。
6.根据权利要求5所述的无人驾驶汽车紧急制动时保护后方车辆的控制方法所对应的无人驾驶汽车,其特征在于:所述的环境识别模块为多个激光雷达时,激光雷达为北醒光子科技有限公司的600线高清激光雷达;所述的控制器为特斯拉的FSD处理器,或英伟达的Drive Xavier处理器,或百度开源的Nuvo-5095G;所述的踏板控制机构为蔚来ES 8汽车上的自动驾驶辅助机构套件。
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Cited By (2)
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CN114013438A (zh) * | 2021-07-29 | 2022-02-08 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种基于gps系统的acc控制系统 |
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