CN113085903A - 一种基于混合控制指令的人车协同驾驶方法及系统 - Google Patents

一种基于混合控制指令的人车协同驾驶方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种基于混合控制指令的人车协同驾驶方法，至少包括以下步骤：在汽车驾驶模式中的手动驾驶模式下，基于传感器模块获取汽车当前速度信息；基于障碍物检测模块确定汽车前方的障碍物信息；控制模块检测到驾驶人员对于转向模块和制动模块的人工操作，控制模块基于驾驶人员对于转向模块和制动模块的人工操作生成第一转向控制指令和第一制动控制指令，并根据第一转向控制指令和第一制动控制指令生成第一控制命令；中央处理器基于障碍物信息和汽车当前速度信息生成第二控制命令；结合汽车当前速度信息、障碍物信息，第一控制命令和第二控制命令按照逻辑混合的方式形成混合控制命令并通过混合控制命令来控制汽车躲避障碍物。

Description

一种基于混合控制指令的人车协同驾驶方法及系统
本发明是申请号为201810933079.1，申请日为2018年08月15日，申请类型为发明，申请名称为一种适用于汽车的躲避障碍物控制方法和系统的分案申请。
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，尤其涉及一种基于混合控制指令的人车协同驾驶方法及系统。
背景技术
随着经济的快速发展，汽车已成为生活必需品进入各家各户，与此同时，交通事故的发生率也与日俱增，人们的生命安全收到了严重的威胁，因此，车辆安全进入了人们的视野，备受人们关注。
现代车辆的操作变得越来越自动化，并逐渐趋向于提供能够减少驾驶员手动操作的驾驶控制系统。根据SAE国际汽车工程师协会(society of Automotive Engineers)的对于自动驾驶的分级制度，SAE自动驾驶分级为L0-L5，依据不同的程度，从零辅助到完全自动化，共分为六个等级。其中，车辆自动化已经从对应于全人控制无自动化的L0级开始，达到了对应于无人控制全自动化的L5级。各种自动驾驶辅助系统，例如巡航控制、自适应巡航控制和停车辅助系统对应于较低的自动化水平，而真正的“无驾驶员”车辆对应于更高的自动化水平。目前部分汽车厂家已经推出了比较成熟的无人驾驶汽车，其能够根据路况在不需要太多的人为干预的情况下实现自动驾驶。
然而，现在很多的交通事故是由于驾驶员在关键时刻作出不正确的驾驶操作而导致的。例如，高速行驶的车辆在遇到突发障碍物时，缺乏经验的驾驶人员会下意识地猛踩刹车和打方向盘，由于车速较快，在重踩刹车时，方向盘甩动过大极易造成车头或车尾失去控制以及后轮或前轮出现“抱死”而影响车头转向，又或者由于驾驶人员缺乏经验导致刹车和转向不及时导致意外发生。而对于一般的无人驾驶系统，在遇到路面突发的障碍物时，其过于考虑安全因素，在安全阈量较大的情况下，直接踩死刹车，对驾驶人员和乘坐人员造成不好的行驶体验。
中国专利(公开号为CN203727351U)提供一种遇障碍物紧急刹车装置及车辆。所述遇障碍物紧急刹车装置包括车前摄像头、图像处理器、计算器、第一比较器、第一控制器以及汽车刹车泵；所述车前摄像头，用于采集第一时间点时车前障碍物的第一图像和第二时间点时车前障碍物的第二图像；所述图像处理器生成第一时间点时的汽车与汽车前方障碍物之间的第一最近距离和第二时间点时的汽车与汽车前方障碍物之间的第二最近距离；所述计算器计算第一时长以及第一差值绝对值，并计算所述汽车与汽车前方障碍物之间的第一距离变化速度；所述第一比较器生成比较结果；所述第一控制器根据所述第一比较结果生成第一控制指令；所述汽车刹车泵根据所述第一控制指令进行工作。
上述专利仅在碰撞即将发生前采取制动措施，无法有效地解决在汽车高速行驶时由于驾驶人员躲避障碍物而下意识地过大地转动方向盘而可能导致交通意外的问题。
因此，亟需一种遇到障碍物时能够削弱驾驶人员的驾驶操作的方法，使得在保证安全躲避障碍物的前提下，同时确保汽车的稳定行驶。
针对现有人车共驾过程中驾驶员有个性化、模糊、退化和学习能力强的特点，智能系统学习能力相对较差，应对未知工况能力十分薄弱，如何实现驾驶员和智能系统的驾驶权的分配与融合的技术问题，现有技术中如公开号为CN107804315A的专利文献，提出了基于一种驾驶员和车辆自动驾驶控制器共同配合完成车辆转向控制的驾驶模式，该种模式下当驾驶员的驾驶行为不出现错误时，车辆自动驾驶控制器能够按照一定的比例帮助驾驶员分担一部分转向任务，减轻驾驶员负担，在驾驶员驾驶行为出现错误时，将驾驶员的驾驶权重减小甚至减少至零，由车辆自动驾驶控制器独立控制转向，其具体的控制命令的形成是基于当前时刻前轮转角进行分配实现的。
上述专利文献的技术方案中，该人车共驾系统模型选取车辆质心的侧向位移作为人车共驾系统模型的输出，同时选取驾驶权重ε作为人车共驾系统模型的控制输入。上述专利文献的技术方案的应用场景针对的是理想状态下的车辆可预测时域内的转向控制，而并非针对的是本发明所提出的在汽车高速行驶时由于驾驶人员躲避障碍物而下意识地过大地转动方向盘而可能导致交通意外的技术问题。
而在本发明中，控制命令至少包含转向指令和制动指令，其不仅仅是简单的基于转角所形成的。即，本发明与上述专利文献中控制命令的形成方式显著不同，并且本发明与上述专利文献的目的也显著不同。此外，现有技术中又如公开号为CN106476800A的专利文献公开了一种碰撞避免辅助装置，其碰撞避免辅助装置的控制命令的形成是基于车辆因自动制动的介入而减速行驶时才能实现的，因此该现有技术与本发明的技术方案也是显著不同的。
上述公开号为CN107804315A的专利文献的技术方案针对的仅仅是对于驾驶体验的优化，并不涉及在危险的情况下对于车辆的控制。具体的，该专利文献的说明书第[0084]段详细记载有：“本发明在车辆不发生危险的情况下，能够在车辆自动驾驶控制器和驾驶员共同驾驶车辆的过程中，使车辆运动能尽可能满足驾驶员驾驶意图。”也即是说，该专利文献所提出的技术方案中，在车辆自动驾驶控制器和驾驶员共同驾驶汽车的情况下，能够在线实时分配车辆自动驾驶控制器与驾驶员的转向驾驶权，实现车辆自动驾驶控制器和驾驶员共同完成车辆转向操作，然而，其实质上并未就在汽车高速行驶时由于驾驶人员躲避障碍物而下意识地过大地转动方向盘的情况提供任何有关的技术方案。
对于上述公开号为CN107804315A的专利文献所提出的技术方案来说，其主要解决的是现有人车共驾过程中驾驶员有个性化、模糊、退化和学习能力强的特点，智能系统学习能力相对较差，应对未知工况能力十分薄弱，如何实现驾驶员和智能系统的驾驶权的分配与融合的技术问题，而并不涉及现有技术中在汽车高速行驶时由于驾驶人员躲避障碍物而下意识地过大地转动方向盘而可能导致交通意外的技术问题。
又诸如现有技术中公开号为CN106476800A的专利文献，其主要涉及的是：在除了自动制动以外还进行自动转向操纵的情况下，恰当地进行自动转向操纵的介入。也即是说，该技术方案中的转向操作是基于自动制动已经实施的情况下进行的，其是复合型的自动转向操作。此外，现有技术中如公开号为CN105083281A的专利文献所提出的一种车辆避撞方法，在其说明书第[0007]段记载有：“为了实现上述目的，本发明的特征在于，具备：障碍物检测单元(10、51)，检测在本车辆的前方存在的障碍物；自动制动单元(10、S14、20)，在上述本车辆与上述检测到的障碍物碰撞的可能性较高的情况下，使自动制动介入(实施)，该自动制动是使车轮产生制动力的控制；以及自动转向操纵单元(10、S19、30)，在即使上述本车辆通过上述自动制动的介入而减速，但上述本车辆与上述障碍物碰撞的可能性也较高的情况下，使自动转向操纵介入(实施)，该自动转向操纵是将转向轮向避免碰撞的方向转向操纵的控制，在上述碰撞避免辅助装置中。”，同样地，并不涉及现有技术中在汽车高速行驶时由于驾驶人员躲避障碍物而下意识地过大地转动方向盘而可能导致交通意外的技术问题。
在突然转向或是加速行驶的过程中，缺乏驾驶经验的驾驶人员往往不能够准确把握当前速度及距离下避免该障碍物所需的转向角度和行驶速度，而采用汽车能够达到的最大转向角度或是最大行驶速度进行避障，增加转向角度或是行驶速度都会导致行驶的不稳定性和所需消耗的行驶功率的陡然增加。在该种情况下，在本发明的控制系统中，则通过识别障碍物信息并根据汽车相对于障碍物的当前速度和有限制动距离等影响因素的计算，来配置转向角度和行驶速度，适当地削弱第二控制命令所需的转向角度或是行驶速度的反馈量，即在保证能够避障的情况下，对第二控制命令生成的转向角度或是行驶速度进行一定量的衰减，这与上述各项现有技术所提出的技术方案的目的存在显著不同。
发明内容
如本文所用的词语“模块”描述任一种硬件、软件或软硬件组合，其能够执行与“模块”相关联的功能。
针对现有技术之不足，本发明提供一种适用于汽车的躲避障碍物控制方法，至少包括以下步骤：在汽车驾驶模式中的手动驾驶模式下，基于传感器模块获取汽车当前速度信息；基于障碍物检测模块确定汽车前方的障碍物信息；控制模块检测到驾驶人员对于转向模块和制动模块的人工操作，控制模块基于驾驶人员对于转向模块和制动模块的人工操作生成与所述人工操作相匹配的第一转向控制指令和第一制动控制指令，并根据第一转向控制指令和第一制动控制指令生成第一控制命令；中央处理器基于所述障碍物信息和汽车当前速度信息生成第二控制命令；控制模块基于第二控制命令生成在第二控制命令下的第二转向控制指令和第二制动控制指令；结合汽车当前速度信息、障碍物信息，所述第一控制命令和所述第二控制命令按照逻辑混合的方式形成混合控制命令并通过混合控制命令来控制汽车躲避障碍物；所述障碍物信息至少包括障碍物类型、障碍物形状体积、障碍物与汽车的距离和障碍物与汽车相对速度。
根据一种优选实施方式，所述第一控制命令和所述第二控制命令按照逻辑混合的方式形成混合控制命令并通过混合控制命令来控制汽车躲避障碍物，其中，所述第一控制命令中的第一转向控制指令和所述第二控制命令中的第二转向控制指令按照控制逻辑混合比例的方式形成混合转向控制指令；所述第一控制命令中的第一制动控制指令和所述第二控制命令中的第二制动控制指令按照控制逻辑混合比例的方式形成混合制动控制指令；根据混合转向控制指令和混合制动控制指令生成混合控制命令。
根据一种优选实施方式，所述第一转向控制指令和所述第二转向控制指令被配置为混合比例动态变化的模式来形成混合转向控制指令；所述第一制动控制指令和所述第二制动控制指令被配置为混合比例动态变化的模式来形成混合制动控制指令。
根据一种优选实施方式，在汽车驾驶模式中的自动驾驶模式下，基于障碍物检测模块确定汽车前方的障碍物的类型是车辆还是行人；中央处理器计算得到汽车避免与障碍物碰撞的最小制动时间和汽车避免与障碍物碰撞的最小转向时间；控制模块根据所述障碍物的类型和最小转向时间生成第三转向控制指令和第三制动控制指令，并依次控制汽车的制动和转向。
根据一种优选实施方式，当障碍物的类型为车辆时，在控制模块中的制动模块执行第三制动控制指令来控制汽车制动后的第一时刻LPS1通过控制模块中的转向模块执行第三转向控制指令来控制汽车的转向；并且当障碍物的类型为行人时，在控制模块中的制动模块执行第三制动控制指令来控制汽车制动后的第二时刻LPS2通过控制模块中的转向模块执行第三转向控制指令来控制汽车的转向。
根据一种优选实施方式，当障碍物类型为车辆的障碍物在所述第一时刻LPS1之后出现时，和/或当障碍物类型为行人的障碍物在所述第二时刻LPS2之后出现时，所述控制模块仅通过制动模块执行第四制动控制指令来控制汽车的制动。
根据一种优选实施方式，所述最小制动时间tLPB由以下公式计算：
Figure BDA0003081387210000061
Figure BDA0003081387210000062
Figure BDA0003081387210000063
其中，vrel为汽车相对于障碍物的速度，dLPB为有限制动距离，ax为纵向加速度，μ为摩擦系数，g为重力加速度。
根据一种优选实施方式，所述最小转向时间tLPS由以下公式计算：
Figure BDA0003081387210000064
Figure BDA0003081387210000065
Figure BDA0003081387210000066
其中，dLPS为有限转向距离，sy为汽车与障碍物重叠的量，ay为横向加速度，μ为摩擦系数，g为重力加速度。
本发明还提供了一种适用于汽车的躲避障碍物控制系统，至少包括传感器模块、控制模块、中央处理器和障碍物检测模块，所述控制模块包括转向模块和制动模块，所述控制系统被配置为：在自动驾驶模式下，基于传感器模块获取汽车当前速度信息；基于障碍物检测模块确定汽车前方的障碍物信息；控制模块检测到驾驶人员对于转向模块和制动模块的人工操作，控制模块基于驾驶人员对于转向模块和制动模块的人工操作生成与所述人工操作相匹配的第一转向控制指令和第一制动控制指令，并根据第一转向控制指令和第一制动控制指令生成第一控制命令；中央处理器基于所述障碍物信息和汽车当前速度信息生成第二控制命令；控制模块基于第二控制命令生成在第二控制命令下的第二转向控制指令和第二制动控制指令；结合汽车当前速度信息、障碍物信息，所述第一控制命令和所述第二控制命令按照逻辑混合的方式形成混合控制命令并通过混合控制命令来控制汽车躲避障碍物；所述障碍物信息至少包括障碍物类型、障碍物形状体积、障碍物与汽车的距离和障碍物与汽车相对速度。
根据一种优选实施方式，所述控制模块被配置为：所述第一控制命令和所述第二控制命令按照逻辑混合的方式形成混合控制命令并通过混合控制命令来控制汽车躲避障碍物，其中，所述第一控制命令中的第一转向控制指令和所述第二控制命令中的第二转向控制指令按照控制逻辑混合比例的方式形成混合转向控制指令；所述第一控制命令中的第一制动控制指令和所述第二控制命令中的第二制动控制指令按照控制逻辑混合比例的方式形成混合制动控制指令；根据混合转向控制指令和混合制动控制指令生成混合控制命令。
本发明的有益技术效果：
(1)本发明在手动驾驶模式下，根据车速高低、与障碍物之间的相对距离和相对速度，动态地调整人工的第一控制命令和此系统生成的第二控制命令之间的动态混合比例，既可以保留通过计算机计算后自动驾驶模式的行驶稳定性，又能保留手动驾驶模式下的行驶敏捷性。通过动态混合比例的方式削弱了驾驶人员下意识的过度反应对汽车行驶稳定性造成的影响，以达到在保证安全躲避障碍物的前提下，能够确保汽车稳定行驶的目的。
(2)本发明在自动驾驶模式下，通过基于障碍物的类型有区别地设定自动紧急制动的时刻和自动紧急转向的时刻，以此优化自动制动和自动转向发生的时刻，并同时依次执行自动紧急制动与自动紧急转向以避免与障碍物的潜在的碰撞，能够更加平稳地避开障碍物，从而有效的提高驾驶安全性。
附图说明
图1是本发明控制系统的一个优选实施方式的逻辑关系示意图；
图2是本发明控制系统的一个优选实施方式的流程示意图；和
图3是本发明控制系统的一个优选实施方式中躲避碰撞的示意图。
附图标记列表
11：传感器模块 12：控制模块 13：中央处理器
14：障碍物检测模块 121：转向模块 122：制动模块
具体实施方式
下面结合附图1、2、3进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种适用于汽车的躲避障碍物控制方法，汽车驾驶模式包括手动驾驶模式和自动驾驶模式，在手动驾驶模式下，至少包括以下步骤：
S1：基于传感器模块11获取汽车当前速度信息，基于障碍物检测模块14确定汽车前方的障碍物信息；
S2：控制模块12检测到驾驶人员对于转向模块121和制动模块122的人工操作，控制模块12基于驾驶人员对于转向模块和制动模块122的人工操作生成与人工操作相匹配的第一转向控制指令和第一制动控制指令，并根据第一转向控制指令和第一制动控制指令生成第一控制命令；
S3：中央处理器13基于障碍物信息和汽车当前速度信息生成第二控制命令，控制模块12基于第二控制命令生成在第二控制命令下的第二转向控制指令和第二制动控制指令；
S4：结合汽车当前速度信息、障碍物信息，第一控制命令和第二控制命令按照逻辑混合的方式形成混合控制命令并通过混合控制命令来控制汽车躲避障碍物；障碍物信息至少包括障碍物类型、障碍物形状体积、障碍物与汽车的距离和障碍物与汽车相对速度。
本发明在手动驾驶模式下，根据车速高低、与障碍物之间的相对距离和相对速度，动态地调整人工的第一控制命令和此系统生成的第二控制命令之间的动态混合比例，既可以保留通过计算机计算后自动驾驶模式的行驶稳定性，又能保留手动驾驶模式下的行驶敏捷性。通过动态混合比例的方式削弱了驾驶人员下意识的过度反应对汽车行驶稳定性造成的影响，以达到在保证安全躲避障碍物的前提下，能够确保汽车稳定行驶的目的。优选的，第一控制命令和第二控制命令能够按照控制逻辑混合比例的方式形成混合控制命令，其中，按照削弱第一控制命令的执行反馈量的方式能够增强第二控制命令的控制效果，按照削弱第二控制命令的执行反馈量的方式能够增强第一控制命令的控制效果。实际中在检测到有障碍物靠近的情况下，驾驶人员可以基于其目测获知的实际行驶状况和障碍物制定躲避障碍物的策略，例如驾驶员能够通过打方向盘或是踩油门的方式来突然转向或是加速行驶等。在突然转向或是加速行驶的过程中，缺乏驾驶经验的驾驶人员往往不能够准确把握当前速度及距离下避免该障碍物所需的转向角度和行驶速度，而采用汽车能够达到的最大转向角度或是最大行驶速度进行避障，增加转向角度或是行驶速度都会导致行驶的不稳定性和所需消耗的行驶功率的陡然增加。在该种情况下，在本发明的控制系统中，则通过识别障碍物信息并根据汽车相对于障碍物的当前速度和有限制动距离等影响因素的计算，来配置转向角度和行驶速度，适当地削弱第二控制命令所需的转向角度或是行驶速度的反馈量，即在保证能够避障的情况下，对第二控制命令生成的转向角度或是行驶速度进行一定量的衰减。
为了便于理解，下面对上述步骤进行详细论述。
S1：基于传感器模块11获取汽车当前速度信息，基于障碍物检测模块14确定汽车前方的障碍物信息。
优选的，在手动驾驶模式下，障碍物检测模块14获取汽车前方的障碍物信息，障碍物信息至少包括障碍物类型、障碍物形状体积、障碍物与汽车的距离和障碍物与汽车相对速度。障碍物检测模块包括GPS、雷达、激光雷达、光感相机、热感相机、超声波传感器和红外传感器中的一种或多种。汽车的左、右、前和后方向上均可以通过安装超声波发射器的方式朝其对应方向发射超声波，从而使得汽车能够全方位的监测障碍物接近信息。传感器模块11例如是陀螺仪、速度传感器、加速度传感器。中央处理器13和制动模块122包括物理运算处理芯片、大数据芯片、AI芯片和将上述芯片进行封装集成后的运算服务器中的一种或多种。障碍物检测模块14可以通过记录超声波的发射和反馈接收时间并计算时间差的方式可以确定汽车与前方障碍物之间的相对距离。同时结合汽车的当前速度和指定时间内汽车与障碍物之间的相对距离的减小值可以由中央处理器计算得到障碍物与汽车相对速度。
优选的，障碍物检测模块14可以配置为识别或判断障碍物是车辆还是行人。特别地，障碍物检测模块14可以配置为检测障碍物的宽度，并且当宽度小于约1m时，障碍物可以被识别为行人或其他，包括：摩托车、自行车、婴儿车；并且当宽度大于约1m时，障碍物可以被识别为车辆。
S2：控制模块12检测到驾驶人员对于转向模块121和制动模块122的人工操作，控制模块12基于驾驶人员对于转向模块和制动模块的人工操作生成与人工操作相匹配的第一转向控制指令和第一制动控制指令，并根据第一转向控制指令和第一制动控制指令生成第一控制命令。
优选的，当驾驶人员在行驶途中发现前方一定距离内有障碍物时，便会对转向模块121和制动模块122施加人工操作。特别的，在一般情况下，转向模块121的控制对象是方向盘，制动模块122的控制对象是刹车或油门。具体的，可以将制动指令从最重急刹车到最轻的点刹车按照制动效果线性地分为10、9、8、7、6、5、4、3、2、1十个等级，将转向指令分为转动方向和转动角度，转动方向分为左顺时针或逆时针转动方向盘，转动角度从360°到5°以5°为一档分为360°、355°、345°、340°、335°、330°、325°、320°、315°、310°、305°、300°、295°、290°、285°、280°、275°、270°、265°、260°、255°、250°、245°、240°、235°、230°、225°、220°、215°、210°、205°、200°、195°、190°、185°、180°、175°、170°、165°、160°、155°、150°、145°、140°、135°、130°、125°、120°、115°、110°、105°、100°、95°、90°、85°、80°、75°、70°、65°、60°、55°、50°、45°、40°、35°、30°、25°、20°、215°、10°、05°。当驾驶人员对转向模块121和制动模块122施加人工操作后，汽车并不执行相应的转向和刹车操作，而是由控制模块生成与人工操作相匹配的第一转向控制指令和第一制动控制指令。
S3：中央处理器13基于障碍物信息和汽车当前速度信息生成第二控制命令，控制模块12基于第二控制命令生成在第二控制命令下的第二转向控制指令和第二制动控制指令。
优选的，当驾驶人员对转向模块121和制动模块122施加人工操作的同时，中央处理器13根据汽车车速、障碍物大小、汽车与障碍物距离、汽车与障碍物相对速度等信息生成第二转向控制指令和第二制动控制指令。其中，第二转向控制指令和第二制动控制指令可以由中央处理器13通过联入互联网并访问上行数据库的方式获取。例如，当障碍物为行人，汽车车速为60km/h，障碍物出现时与汽车的距离为50m时，第二控制命令为先8级制动2秒，再逆时针转动方向盘90°。
S4：结合汽车当前速度信息、障碍物信息，第一控制命令和第二控制命令按照逻辑混合的方式形成混合控制命令并通过混合控制命令来控制汽车躲避障碍物；障碍物信息至少包括障碍物类型、障碍物形状体积、障碍物与汽车的距离和障碍物与汽车相对速度。
优选的，第一控制命令和第二控制命令按照逻辑混合的方式形成混合控制命令并通过混合控制命令来控制汽车躲避障碍物，其中，第一控制命令中的第一转向控制指令和第二控制命令中的第二转向控制指令按照控制逻辑混合比例的方式形成混合转向控制指令；第一控制命令中的第一制动控制指令和第二控制命令中的第二制动控制指令按照控制逻辑混合比例的方式形成混合制动控制指令；根据混合转向控制指令和混合制动控制指令生成混合控制命令。并且，第一转向控制指令和第二转向控制指令被配置为混合比例动态变化的模式来形成混合转向控制指令；第一制动控制指令和第二制动控制指令被配置为混合比例动态变化的模式来形成混合制动控制指令。
优选的，在手动驾驶模式下，当车速达到80km/h时，汽车前方50m路面上出现较大的碎石障碍物，驾驶人员出于本能反应会习惯性的猛踩刹车并大方向地打方向盘来躲避障碍物。此时，控制模块12检测到驾驶人员的第一控制命令为8级制动后顺时针转动方向盘60°，在一般情况下，由于车速较快，在猛踩刹车时，方向盘甩动过大极易造成车头或车尾失去控制以及后轮或前轮出现“抱死”而影响转向，又或者由于驾驶人员缺乏经验导致刹车和转向不及时导致意外发生。此时，中央处理器13此时基于障碍物和汽车的相对距离、相对速度和汽车当前速度信息、左右两侧是否有经过车辆等信息生成第二控制命令，第二制动控制指令和第一制动控制指令按照逻辑比例混合形成混合制动控制指令，第二转向控制指令和第一转向控制指令按照逻辑比例混合形成混合控制指令，例如此时第二制动控制指令为6级制动，第二转向控制指令为方向盘顺时针转动30°，第二控制命令会削弱第一控制命令，优选的，在80km/h时，第一控制命令和第二控制命令按照2：8的比例进行混合生成混合控制命令，混合控制指令为6*0.8+8*0.2＝6.4级制动和顺时针转动反向盘30°*0.8+60°*0.2＝36°，最终在保证躲避障碍物的前提下，保证汽车以平稳的方式行驶。同时，在车速越高的情况下，削弱第一控制命令的混合比例，提高第二控制命令的混合比例，以防止在高速行驶时，突遇障碍物导致驾驶人员下意识地过大的施加第一控制命令而导致意外的发生。
优选的，第一制动控制指令和第二制动控制指令被配置为混合比例动态变化的模式来形成混合制动控制指令，具体的，第一控制命令中的第一转向控制指令和第二控制命令中的第二转向控制指令按照控制逻辑混合比例的方式形成混合转向控制指令；第一控制命令中的第一制动控制指令和第二控制命令中的第二制动控制指令按照控制逻辑混合比例的方式形成混合制动控制指令。
优选的，在手动驾驶模式下，当车速达到20km/h时，汽车前方50m突然出现行人时，由于此时人工执行的第一控制命令具有较强的准确性，因此第一控制命令和第二控制命令按照9：1的比例进行混合生成混合控制命令。
优选地，在手动驾驶模式下，当中央处理器13检测到第一控制命令与第二控制命令有着相反的指令时，更具体的，第一转向控制指令为左转方向盘45°，第二转向控制指令为右转方向盘30°，具体的，中央处理器13基于障碍物检测模块14检测到左后方邻道车辆正在从左侧经过，此时第一转向控制指令和第二转向控制指令按照0：10的比例进行混合形成混合控制命令，完全消除第一转向控制指令左转的影响，避免车辆向左变道而发生意外。
优选地，在手动驾驶模式下，当中央处理器13检测到第一控制命令与第二控制命令有着相反的指令时，更具体的，第一制动控制指令为9级踩油门加速，而第二制动控制指令为8级制动，为了避免危险情况的发生，此时第一制动控制指令和第二制动控制指令按照0：10的比例进行混合形成混合控制命令，避免驾驶人员慌乱之中将油门当做刹车而造成意外。
实施例2
本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。
该控制方法在自动驾驶模式下：基于障碍物检测模块14确定汽车前方的障碍物的类型是车辆还是行人；中央处理器13计算得到汽车避免与障碍物碰撞的最小制动时间和汽车避免与障碍物碰撞的最小转向时间；控制模块12根据障碍物的类型和最小转向时间生成第三转向控制指令和第三制动控制指令，并依次控制汽车的制动和转向。
优选的，障碍物检测模块14可以配置为识别或判断障碍物是车辆还是行人。特别地，障碍物检测模块14可以配置为检测障碍物的宽度，并且当宽度小于约1m时，障碍物可以被识别为行人或其他，包括：摩托车、自行车、婴儿车；并且当宽度大于约1m时，障碍物可以被识别为车辆。
优选的，中央处理器13可以配置为计算最小制动时间、最小转向时间所需以及计算汽车到碰撞的时间TTC。
优选的，当障碍物的类型为车辆时，在控制模块12中的制动模块122执行第三制动控制指令来控制汽车制动后的第一时刻LPS1通过控制模块12中的转向模块121执行第三转向控制指令来控制汽车的转向；并且当障碍物的类型为行人时，在控制模块12中的制动模块122执行第三制动控制指令来控制汽车制动后的第二时刻LPS2通过控制模块12中的转向模块121执行第三转向控制指令来控制汽车的转向。优选的，控制模块12包括电子/发动机控制模块(ECM)、传动系控制模块(PCM)、变速器控制模块(TCM)、制动控制模块(BCM或EBCM)、中央控制模块(CCM)中的一种或多种。优选的，转向模块121可以为反相器。
优选的，当障碍物类型为车辆的障碍物在第一时刻LPS1之后出现时，和/或当障碍物类型为行人的障碍物在第二时刻LPS2之后出现时，控制模块12仅通过制动模块122执行第四制动控制指令来控制汽车的制动。
优选的，中央处理器13可以配置为计算最小制动时间tLPB、最小转向时间tLPS以及计算汽车到碰撞的时间TTC。其中，TTC可以是将汽车与障碍物之间的距离除以二者相对速度而确定的值。中央处理器13通过障碍物检测模块14检测到的相关信息进行计算得到汽车到碰撞的时间TTC。其中，最小制动时间tLPB由以下公式计算：
Figure BDA0003081387210000131
Figure BDA0003081387210000132
其中，vrel为汽车相对于障碍物的速度，dLPB有限制动距离，ax为纵向加速度，μ为摩擦系数，g为重力加速度。最小转向时间tLPS由以下公式计算：
Figure BDA0003081387210000133
Figure BDA0003081387210000134
Figure BDA0003081387210000135
其中，dLPS为有限转向距离，sy为汽车与障碍物重叠的量，ay为横向加速度，μ为摩擦系数，g为重力加速度。特别的，摩擦系数μ指在铺设道路上的摩擦系数，是常量。汽车与障碍物重叠的量可以是基于车辆的宽度障碍物所覆盖的量由障碍物检测模块14测得。
优选的，中央处理器13配置为周期性地计算TTC，然后比较最小制动时间和最小转向时间，并且相应地操作制动模块122和转向模块121进行制动和转向。
优选的，中央处理器13可以配置为响应于达到最小制动时间tLPB而停止或制动车辆。当由于障碍物突然出现而与障碍物的碰撞可能无法通过制动避免时，在这种情况下，当最小制动时间已被计算时，其已经过去，也就是说，最小制动时间tLPB已经过去，中央处理器13可以配置为首先通过制动122控制车辆制动，并且然后在达到最小转向时间时通过控制转向模块121控制车辆转向以使车辆从行驶车道偏离。
优选的，当障碍物出现的时刻大于最小转向时间tLPS时，由于与障碍物的碰撞可能无法避免，上述方法可以通过操作车辆的制动将因碰撞造成的损坏最小化。进一步地，当障碍物出现的时刻是最小转向时间tLPS时，可以直接控制转向模块121而无需控制制动模块122。因此，在最小制动时间tLPB过去之后障碍物出现时，本发明可以通过适当地进行制动和转向使车辆避免与障碍物碰撞。
优选的，如图3所示，LPB指通过制动避免汽车与障碍物碰撞所需的时刻，LPS1指当障碍物是前方车辆时通过转向避免汽车与前方车辆碰撞所需的第一时刻，并且LPS2指当障碍物是行人时通过转向避免车辆与行人碰撞所需的第二时刻。特别的，由于当障碍物是车辆时，车辆也在向前行驶使得障碍物与车辆的相对速度更小，第一时刻LPS1可以后于时刻LPS2。换句话说，当障碍物是车辆时，行驶的车辆可在迟于障碍物是行人的情况的时刻转向，以避免碰撞。
进一步地，控制模块12可以配置为通过障碍物检测模块14来识别或判断障碍物的类型，例如，车辆、行人；然后根据结果基于最小转向时间，依次控制车辆的制动及转向。也就是说，控制模块12可以配置为，当障碍物是车辆时，在操作车辆的制动之后在第一时刻LPS1操作车辆的转向，并且当障碍物是行人时，在操作车辆的制动之后在第二时刻LPS2操作车辆的转向。特别地，当车辆在第一时刻LPS1之后出现时，以及当行人在第二时刻LPS2之后出现时，由潜在的碰撞所引起的损坏可以通过仅操作车辆的制动来减少。
优选的，本发明在自动驾驶模式下，通过基于障碍物的类型有区别地设定自动紧急制动的时刻和自动紧急转向的时刻，以此优化自动制动和自动转向发生的时刻，同时依次执行自动紧急制动与自动紧急转向以避免与障碍物的潜在的碰撞，来更平稳地避开障碍物。
实施例3
本实施例是对实施例1和实施例2的进一步改进，重复的内容不再赘述。
本发明还提供了一种适用于汽车的躲避障碍物控制系统，至少包括传感器模块11、控制模块12、中央处理器13和障碍物检测模块14。控制模块12包括转向模块121和制动模块122，控制系统被配置为：在自动驾驶模式下，基于传感器模块11获取汽车当前速度信息；基于障碍物检测模块14确定汽车前方的障碍物信息；控制模块12检测到驾驶人员对于转向模块121和制动模块122的人工操作，控制模块12基于驾驶人员对于转向模块和制动模块122的人工操作生成与人工操作相匹配的第一转向控制指令和第一制动控制指令，并根据第一转向控制指令和第一制动控制指令生成第一控制命令；中央处理器13基于障碍物信息和汽车当前速度信息生成第二控制命令；控制模块12基于第二控制命令生成在第二控制命令下的第二转向控制指令和第二制动控制指令；结合汽车当前速度信息、障碍物信息，第一控制命令和第二控制命令按照逻辑混合的方式形成混合控制命令并通过混合控制命令来控制汽车躲避障碍物；障碍物信息至少包括障碍物类型、障碍物形状体积、障碍物与汽车的距离和障碍物与汽车相对速度。
优选的，控制模块12被配置为：第一控制命令和第二控制命令按照逻辑混合的方式形成混合控制命令并通过混合控制命令来控制汽车躲避障碍物。第一控制命令中的第一转向控制指令和第二控制命令中的第二转向控制指令按照控制逻辑混合比例的方式形成混合转向控制指令。第一控制命令中的第一制动控制指令和第二控制命令中的第二制动控制指令按照控制逻辑混合比例的方式形成混合制动控制指令。根据混合转向控制指令和混合制动控制指令生成混合控制命令。其中，优选的，第一转向控制指令和第二转向控制指令被配置为混合比例动态变化的模式来形成混合转向控制指令。第一制动控制指令和第二制动控制指令被配置为混合比例动态变化的模式来形成混合制动控制指令。
优选的，控制系统还被配置为：在汽车驾驶模式中的自动驾驶模式下，基于障碍物检测模块14确定汽车前方的障碍物的类型是车辆还是行人。中央处理器13计算得到汽车避免与障碍物碰撞的计算最小制动时间tLPB和汽车避免与障碍物碰撞的最小转向时间tLPS。控制模块12根据障碍物的类型和最小转向时间生成第三转向控制指令和第三制动控制指令，并依次控制汽车的制动和转向。
优选的，制动模块122和转向模块121被配置为：当障碍物的类型为车辆时，在制动模块122执行第三制动控制指令来控制汽车制动后的第一时刻LPS1通过转向模块121执行第三转向控制指令来控制汽车的转向，并且当障碍物的类型为行人时，制动模块122执行第三制动控制指令来控制汽车制动后的第二时刻LPS2通过转向模块121执行第三转向控制指令来控制汽车的转向。其中，优选的，当障碍物类型为车辆的障碍物在第一时刻LPS1之后出现时，和/或当障碍物类型为行人的障碍物在第二时刻LPS2之后出现时，控制模块12仅通过制动模块122执行第四制动控制指令来控制汽车的制动。其中，优选的，转向模块121的控制对象是方向盘，制动模块122的控制对象是刹车或油门。
其中，LPB指通过制动避免汽车与障碍物碰撞所需的时刻，LPS1指当障碍物是前方车辆时通过转向避免汽车与前方车辆碰撞所需的第一时刻，并且LPS2指当障碍物是行人时通过转向避免车辆与行人碰撞所需的第二时刻。特别的，由于当障碍物是车辆时，车辆也在向前行驶使得障碍物与车辆的相对速度更小，第一时刻LPS1可以后于时刻LPS2。换句话说，当障碍物是车辆时，行驶的车辆可在迟于障碍物是行人的情况的时刻转向，以避免碰撞。
优选的，中央处理器13被配置为：当驾驶人员对转向模块121和制动模块122施加人工操作的同时，中央处理器13根据汽车车速、障碍物大小、汽车与障碍物距离、汽车与障碍物相对速度等信息生成第二转向控制指令和第二制动控制指令。其中，第二转向控制指令和第二制动控制指令可以由中央处理器13通过联入互联网并访问上行数据库的方式获取。
进一步地，优选的，控制模块12可以被配置为：通过障碍物检测模块14来识别或判断障碍物的类型，例如，车辆、行人，然后根据结果基于最小转向时间，依次控制车辆的制动及转向。也就是说，当障碍物是车辆时，在操作车辆的制动之后在第一时刻LPS1操作车辆的转向，并且当障碍物是行人时，在操作车辆的制动之后在第二时刻LPS2操作车辆的转向。特别地，当车辆在第一时刻LPS1之后出现时，以及当行人在第二时刻LPS2之后出现时，由潜在的碰撞所引起的损坏可以通过仅操作车辆的制动来减少。
优选的，障碍物检测模块14被配置为：在手动驾驶模式下，障碍物检测模块14获取汽车前方的障碍物信息，障碍物信息至少包括障碍物类型、障碍物形状体积、障碍物与汽车的距离和障碍物与汽车相对速度。障碍物检测模块包括GPS、雷达、激光雷达、光感相机、热感相机、超声波传感器和红外传感器中的一种或多种。汽车的左、右、前和后方向上均可以通过安装超声波发射器的方式朝其对应方向发射超声波，从而使得汽车能够全方位的监测障碍物接近信息。传感器模块11例如是陀螺仪、速度传感器、加速度传感器。中央处理器13和制动模块122包括物理运算处理芯片、大数据芯片、AI芯片和将上述芯片进行封装集成后的运算服务器中的一种或多种。控制模块12包括电子/发动机控制模块(ECM)、传动系控制模块(PCM)、变速器控制模块(TCM)、制动控制模块(BCM或EBCM)、中央控制模块(CCM)中的一种或多种。转向模块121可以为反相器。障碍物检测模块14可以通过记录超声波的发射和反馈接收时间并计算时间差的方式可以确定汽车与前方障碍物之间的相对距离。同时结合汽车的当前速度和指定时间内汽车与障碍物之间的相对距离的减小值可以由中央处理器计算得到障碍物与汽车相对速度。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于混合控制指令的人车协同驾驶方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
在汽车驾驶模式中的手动驾驶模式下：
基于传感器模块(11)获取汽车当前速度信息；
基于障碍物检测模块(14)确定汽车前方的障碍物信息；
控制模块(12)检测到驾驶人员对于转向模块(121)和制动模块(122)的人工操作，所述控制模块(12)基于驾驶人员对于所述转向模块(121)和所述制动模块(122)的人工操作生成与所述人工操作相匹配的第一转向控制指令和第一制动控制指令，并根据所述第一转向控制指令和所述第一制动控制指令生成第一控制命令；
中央处理器(13)基于所述障碍物信息和所述汽车当前速度信息生成第二控制命令，所述控制模块(12)基于所述第二控制命令生成在所述第二控制命令下的第二转向控制指令和第二制动控制指令；
结合所述汽车当前速度信息和所述障碍物信息，所述第一控制命令和所述第二控制命令按照逻辑混合的方式形成混合控制命令并通过所述混合控制命令来控制汽车躲避障碍物；
所述障碍物信息至少包括障碍物类型、障碍物形状体积、障碍物与汽车的距离和障碍物与汽车的相对速度。
2.如权利要求1所述的人车协同驾驶方法，其特征在于，第一控制命令中的第一转向控制指令和第二控制命令中的第二转向控制指令按照控制逻辑混合比例的方式形成混合转向控制指令。
3.如权利要求2所述的人车协同驾驶方法，其特征在于，第一控制命令中的第一制动控制指令和第二控制命令中的第二制动控制指令按照控制逻辑混合比例的方式形成混合制动控制指令。
4.如权利要求3所述的人车协同驾驶方法，其特征在于，所述方法还包括：根据混合转向控制指令和混合制动控制指令生成混合控制命令。
5.如权利要求4所述的人车协同驾驶方法，其特征在于，第一转向控制指令和第二转向控制指令被配置为混合比例动态变化的模式来形成混合转向控制指令。
6.如权利要求5所述的人车协同驾驶方法，其特征在于，第一制动控制指令和第二制动控制指令被配置为混合比例动态变化的模式来形成混合制动控制指令。
7.如权利要求6所述的人车协同驾驶方法，其特征在于，所述方法还包括：计算得到汽车避免与障碍物碰撞的计算最小制动时间tLPB和汽车避免与障碍物碰撞的最小转向时间tLPS。
8.如权利要求7所述的人车协同驾驶方法，其特征在于，所述方法还包括：根据障碍物的类型和最小转向时间生成第三转向控制指令和第三制动控制指令，并依次控制汽车的制动和转向。
9.如权利要求8所述的人车协同驾驶方法，其特征在于，当障碍物的类型为车辆时，在制动模块(122)执行第三制动控制指令来控制汽车制动后的第一时刻LPS1通过转向模块(121)执行第三转向控制指令来控制汽车的转向，并且当障碍物的类型为行人时，制动模块(122)执行第三制动控制指令来控制汽车制动后的第二时刻LPS2通过转向模块(121)执行第三转向控制指令来控制汽车的转向。
10.一种基于混合控制指令的人车协同驾驶系统，至少包括传感器模块(11)、控制模块(12)、中央处理器(13)和障碍物检测模块(14)，其特征在于，所述控制模块(12)包括转向模块(121)和制动模块(122)，所述系统被配置为：
在手动驾驶模式下，基于所述传感器模块(11)获取汽车当前速度信息；
基于所述障碍物检测模块(14)确定汽车前方的障碍物信息；
所述控制模块(12)检测到驾驶人员对于所述转向模块(121)和所述制动模块(122)的人工操作，所述控制模块(12)基于驾驶人员对于所述转向模块(121)和所述制动模块(122)的人工操作生成与所述人工操作相匹配的第一转向控制指令和第一制动控制指令，并根据所述第一转向控制指令和所述第一制动控制指令生成第一控制命令；
所述中央处理器(13)基于所述障碍物信息和所述汽车当前速度信息生成第二控制命令，所述控制模块(12)基于所述第二控制命令生成在所述第二控制命令下的第二转向控制指令和第二制动控制指令；
结合所述汽车当前速度信息和所述障碍物信息，所述第一控制命令和所述第二控制命令按照逻辑混合的方式形成混合控制命令并通过所述混合控制命令来控制汽车躲避障碍物；
所述障碍物信息至少包括障碍物类型、障碍物形状体积、障碍物与汽车的距离和障碍物与汽车相对速度。
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