CN113232648A - 针对弱势道路使用者的汽车避撞系统及其控制方法 - Google Patents

针对弱势道路使用者的汽车避撞系统及其控制方法 Download PDF

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CN113232648A
CN113232648A CN202110406023.2A CN202110406023A CN113232648A CN 113232648 A CN113232648 A CN 113232648A CN 202110406023 A CN202110406023 A CN 202110406023A CN 113232648 A CN113232648 A CN 113232648A
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洪亮
李梁
刘刚
昂元铉
李思远
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Jiangsu University
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Abstract

本发明公开了一种针对弱势道路使用者的汽车避撞系统及其控制方法，涉及车辆行驶安全领域，决策模块接收感知模块采集到的信息并做出相应的方案，执行模块用来执行决策模块的方案；决策模块接收感知模块获取的汽车运动信息、周围目标的运动信息和路况信息，判断是否存在危险目标再评估主动制动和主动转向的可行性后确立避撞方案，计算期望制动压力、期望节气门开度和期望方向盘转角；执行模块基于决策模块的控制信号，当汽车主动制动时，制动器与节气门控制器协同工作，输出制动减速度；当汽车主动转向时，转向系控制汽车沿规划路径转向行驶。本发明采取主动制动或主动转向操作，最大限度地避免汽车与危险目标发生碰撞，从而显著提高了道路安全性。

Description

针对弱势道路使用者的汽车避撞系统及其控制方法
技术领域
本发明属于车辆行驶安全领域，具体涉及到一种针对弱势道路使用者的汽车避撞系统及其控制方法。
背景技术
弱势道路使用者指在道路交通环境中，由于缺乏安全保护而易受伤害的参与者，主要包括行人、两轮车使用者和三轮车使用者。相关统计数据表明弱势道路使用者的死亡人数占全球道路交通事故死亡人数的一半以上，且造成巨大的经济损失，因此弱势道路使用者的安全性受到社会的广泛关注。
我国道路场景复杂，交叉路口较多，致使弱势道路使用者横穿马路的现象十分普遍，且弱势道路使用者具有运动灵活、出现位置随机等机动性较强的特点，仅依靠驾驶员操作汽车紧急避让弱势道路使用者，避撞效果不佳。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种针对弱势道路使用者的汽车避撞系统及其控制方法，当汽车探测获知有危险目标横穿马路时，采取主动制动或主动转向操作，最大限度地避免汽车与危险目标发生碰撞，从而显著提高了道路安全性。
本发明是通过以下技术方案实现上述技术目的的。
针对弱势道路使用者的汽车避撞系统，包括感知模块、决策模块和执行模块；所述决策模块接收感知模块采集到的信息并做出相应的方案，执行模块用来执行决策模块的方案；
具体的，所述感知模块包括轮速传感器、加速度传感器、横摆角速度传感器和节气门传感器，用于探测车辆的速度、加速度、横摆角速度和节气门开度信息；所述感知模块还包括激光雷达传感器、毫米波雷达传感器和摄像头，用于探测周围目标的种类、速度、运动方向，周围目标相对于本车的速度、加速度、横纵向距离和路况信息；
所述决策模块接收感知模块获取的汽车运动信息、周围目标的运动信息和路况信息，首先判断是否存在危险目标；其次评估主动制动和主动转向的可行性；最终确立避撞方案，计算期望制动压力、期望节气门开度和期望方向盘转角；
所述执行模块包括制动器、节气门控制器和转向系；基于决策模块的控制信号，当汽车主动制动时，制动器与节气门控制器协同工作，输出制动减速度；当汽车主动转向时，转向系控制汽车沿规划路径转向行驶。
进一步的，包括如下步骤：通过感知模块获取自车的运动信息、周围目标的运动信息、自车的行驶工况和周围目标的运动状态；
具体的，自车的运动信息包括车辆的速度、加速度、横摆角速度和节气门开度信息；周围目标的运动信息包括周围目标的种类、速度、运动方向，周围目标相对于本车的速度、加速度、横纵向距离；所述自车的行驶工况指汽车当前行驶的道路工况，包括直道工况和弯道工况两种；根据周围目标的速度信息，判断周围目标的运动状态，包括匀速状态、加速状态和减速状态；
决策模块判断汽车前方是否存在危险目标、判断自车主动制动的可行性和判断自车主动转向的可行性,并判断碰撞危险是否解除，解除后保持自车的正常行驶；执行模块主动制动或者主动转向。
进一步的，所述感知模块获取的信息包括两种：一是通过自车上的轮速传感器、加速度传感器、横摆角速度传感器和节气门传感器，分别获取自车速度
Figure BDA0003022314730000021
自车加速度
Figure BDA0003022314730000022
自车横摆角速度
Figure BDA0003022314730000023
和自车节气门开度
Figure BDA0003022314730000024
二是通过自车上的激光雷达传感器、毫米波雷达传感器和摄像头，获取周围目标相对自车的速度v、距离ρ、加速度a、纵向距离x、横向距离y，以及自车与周围目标运动方向间的夹角θ，道路曲率C，周围目标的种类、速度和运动方向。
进一步的，根据摄像头获取的道路曲率C，判断自车的行驶工况，若C＝0时，则自车处于直道工况；若C≠0时，则自车处于弯道工况。
进一步的，周围目标的运动状态包括匀速状态、加速状态和减速状态；根据激光雷达传感器、毫米波雷达传感器获取的周围目标的相对速度v、相对加速度a，判断周围目标的运动状态；若相对加速度a不为0且相对速度v与相对加速度a的方向相同，则周围目标处于加速状态；若相对加速度a不为0且相对速度v与相对加速度a的方向相反，则周围目标处于减速状态；若相对加速度a为0，则周围目标处于匀速状态。
进一步的，是否存在危险目标的判断方法如下：计算周围目标进入汽车即将行驶区域的时间TTE，周围目标离开汽车即将行驶区域的时间TTD，以及周围目标与汽车发生碰撞的时间TTC；
(1)直道工况：基于周围目标的相对速度vp、相对加速度ap，相对纵向距离xp、相对横向距离yp，计算周围目标横穿马路，进入自车即将行驶区域的时间tTTE；所述自车即将行驶区域指自车沿当前路径行驶时，由车辆左右两侧围成的区域；tTTE的具体计算方法如下：
①当yp<-D时
Figure BDA0003022314730000031
②当yp>D时
Figure BDA0003022314730000041
③当-D<yp<D时，tTTE＝0；
周围目标横穿马路时，周围目标离开自车即将行驶区域的时间tTTD的具体计算方法如下：
①当yp<-D时
Figure BDA0003022314730000042
②当-D<yp<D时
Figure BDA0003022314730000051
③当yp>D时
Figure BDA0003022314730000052
周围目标横穿马路时，周围目标与自车发生碰撞的时间tTTC的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000053
式中，vc0为自车的车速；
Figure BDA0003022314730000054
为自车即将行驶区域；wc为自车的宽度；wp为周围目标的宽度；dmin为自车边缘与周围目标应当保持的最小安全距离；
(2)弯道工况：基于周围目标的相对速度v'p、相对加速度a'p，相对纵向距离x'p、相对横向距离y'p，计算周围目标横穿马路，进入自车即将行驶区域的时间t'TTE；t'TTE的具体计算方法如下：
①当y'p<0时
Figure BDA0003022314730000061
周围目标横穿马路，离开自车即将行驶区域的时间t'TTD的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000062
周围目标横穿马路时，周围目标与自车发生碰撞的时间t'TTC的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000063
式中，a点为周围目标运动轨迹与自车行驶轨迹的交点；c为周围目标质心；o点为自车的质心；lac为从a点到c点的距离；loa为自车质心o点到a点的距离；
Figure BDA0003022314730000064
为自车即将行驶区域；wc为自车的宽度；wp为周围目标的宽度；dmin为自车边缘与周围目标应当保持的最小安全距离；vc0为的自车车速；
②当y'p>0时
周围目标横穿马路，进入自车即将行驶区域的时间t'TTE的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000071
周围目标横穿马路，离开自车即将行驶区域的时间t'TTD的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000072
周围目标横穿马路时，周围目标与自车发生碰撞的时间t'TTC的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000073
式中，a'点为周围目标运动轨迹与自车行驶轨迹的交点；c'为周围目标质心；o点为自车的质心；l'c'a'为从c'点到a'点的距离；l'oa'为从o点到a'点的距离；
综上，若TTE≤TTC≤TTD，则判定周围目标为危险目标，否则判定汽车周围无危险目标，汽车保持原先行驶状态。
进一步的，面向直道工况和弯道工况，基于主动制动信号、主动转向信号，决策模块评估主动制动、主动转向的可行性：当主动制动信号为1时，则汽车执行主动制动操作；当主动制动信号为0，且主动转向信号为1时，则汽车执行主动转向操作；当主动制动信号为0，且主动转向信号为0时，则汽车无法避开碰撞，汽车以最大减速度制动，从而降低碰撞速度。
进一步的，判断碰撞危险是否解除的方法如下：当主动制动信号为1时，则汽车执行主动制动操作，避撞成功，碰撞危险解除；当主动制动信号为0，且主动转向信号为1时，则汽车执行主动转向操作，避撞成功，碰撞危险解除；碰撞危险解除后，汽车正常行驶。
本发明的有益效果：
综合汽车运动信息、周围目标的运动信息以及路况信息等，判断周围目标是否为危险目标。若判定周围目标为危险目标，则评估主动制动、主动转向的可行性。若主动制动可行，则汽车执行主动制动操作，避免本车与危险目标发生碰撞；若主动制动不可行，但主动转向可行，则汽车执行主动转向操作，避免本车与危险目标发生碰撞；若主动制动与主动转向都不可行，则汽车以最大制动减速度制动，最大限度降低本车与危险目标的碰撞速度，以减轻碰撞危害。综上，本发明所述的针对弱势道路使用者的汽车避撞系统能够有效提升道路安全性。
附图说明
图1为直道工况下自车与周围目标的运动示意图；
图2为弯道工况下自车与周围目标的运动示意图A；
图3为弯道工况下自车与周围目标的运动示意图B；
图4为直道工况下自车主动转向时自车的运动示意图；
图5为直道工况下自车主动转向时自车与目标车道前车的运动示意图；
图6为直道工况下自车主动转向时自车与目标车道后车的运动示意图；
图7为弯道工况下自车主动转向时自车的运动示意图；
图8为弯道工况下自车主动转向时自车与目标车道前车的运动示意图；
图9为弯道工况下自车主动转向时自车与目标车道后车的运动示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
针对弱势道路使用者的汽车避撞系统由传感器、控制器和执行器三大部分组成。
所述传感器包括轮速传感器、加速度传感器、横摆角速度传感器、节气门传感器，用于探测自车的速度、加速度、横摆角速度、节气门开度等信息；还包括激光雷达传感器、毫米波雷达传感器、摄像头，用于探测周围目标的种类、速度、运动方向，周围目标相对于自车的速度、加速度、横纵向距离，以及路况等信息；还包括车车通信装置，用于探测周围汽车的速度、加速度、运动方向。所述探测周围包括行人、两轮车使用者和三轮车使用者。
所述控制器为决策装置，传感器发送自车的运动信息、周围目标的运动信息、路况信息以及周围汽车的运动信息发送至控制器。控制器首先判断自车周边是否存在危险目标；其次评估主动制动、主动转向的可行性；最终确立避撞方案，计算期望制动压力、期望节气门开度、期望方向盘转角。
所述执行器包括制动器、节气门控制器、转向系。基于控制器的控制信号，当自车执行主动制动操作或减速操作时，制动器与节气门控制器协同工作，输出制动减速度；当自车执行主动转向操作时，转向系控制自车沿规划路径转向行驶。
针对弱势道路使用者的汽车避撞系统的控制方法如下：
步骤1：获取自车及周围目标的运动信息；
步骤2：判断自车的行驶工况(直道工况、弯道工况)；
步骤3：判断周围目标的运动状态(匀速状态、加速状态、减速状态)；
步骤4：判断自车前方是否存在危险目标；
步骤5：判断自车主动制动的可行性；
步骤6：判断自车主动转向的可行性；
步骤7：决策主动制动或主动转向；
步骤8：判断碰撞危险是否解除，解除后保持自车的正常行驶。
所述步骤1中，获取的信息主要包括两种：一是通过自车上的轮速传感器、加速度传感器、横摆角速度传感器和节气门传感器，分别获取自车速度
Figure BDA0003022314730000101
自车加速度
Figure BDA0003022314730000102
自车横摆角速度
Figure BDA0003022314730000103
自车节气门开度
Figure BDA0003022314730000104
二是通过自车上的激光雷达传感器、毫米波雷达传感器和摄像头，获取周围目标相对自车的速度v、距离ρ、加速度a、纵向距离x、横向距离y，以及自车与周围目标运动方向间的夹角θ，道路曲率C，周围目标的种类、速度、运动方向。
所述步骤2中，根据步骤1中摄像头获取的道路曲率C，判断自车的行驶工况，若C＝0时，则自车处于直道工况；若C≠0时，则自车处于弯道工况。
所述步骤3中，判断周围目标的运动状态(匀速状态、加速状态、减速状态)。基于步骤1中激光雷达传感器、毫米波雷达传感器获取的周围目标的相对速度v、相对加速度a，判断周围目标的运动状态。若相对加速度a不为0且相对速度v与相对加速度a的方向相同，则周围目标处于加速状态；若相对加速度a不为0且相对速度v与相对加速度a的方向相反，则周围目标处于减速状态；若相对加速度a为0，则周围目标处于匀速状态。
所述步骤4中，判断自车前方是否存在危险目标的具体过程如下：
(1)直道工况(如图1所示)：基于周围目标的相对速度vp、相对加速度ap，相对纵向距离xp、相对横向距离yp，计算周围目标横穿马路，进入自车即将行驶区域的时间tTTE。所述自车即将行驶区域指自车沿当前路径行驶时，由车辆左右两侧围成的区域。tTTE的具体计算方法如下：
①当yp<-D时
Figure BDA0003022314730000111
式中，
Figure BDA0003022314730000112
为自车即将行驶区域；wc为自车的宽度；wp为周围目标的宽度；dmin为自车边缘与周围目标应当保持的最小安全距离。
②当yp>D时
Figure BDA0003022314730000113
③当-D<yp<D时，tTTE＝0。
周围目标横穿马路时，周围目标离开自车即将行驶区域的时间tTTD的具体计算方法如下：
①当yp<-D时
Figure BDA0003022314730000121
②当-D<yp<D时
Figure BDA0003022314730000122
③当yp>D时
Figure BDA0003022314730000123
周围目标横穿马路时，周围目标与自车发生碰撞的时间tTTC的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000131
比较tTTE、tTTD和tTTC的大小，确定自车前方目标是否为危险目标。若危险目标信号kOT为1，则自车前方目标为危险目标；若危险目标信号kOT为0，则自车前方目标不为危险目标。kOT的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000132
(2)弯道工况(如图2、图3所示)：基于周围目标的相对速度v'p、相对加速度a'p，相对纵向距离x'p、相对横向距离y'p，计算周围目标横穿马路，进入自车即将行驶区域的时间t'TTE。t'TTE的具体计算方法如下：
①当y'p<0时
图2中a点为周围目标运动轨迹与自车行驶轨迹的交点；b点为周围目标运动轨迹与道路切线的交点，c为周围目标质心，η为道路切线与自车车身纵向中心线的夹角。
Figure BDA0003022314730000133
式中c0、c1可由《公路工程技术标准》查询获得，ρ、θ为激光雷达传感器、毫米波雷达传感器测量获得的自车与周围目标的距离和夹角。
自车质心o点到a点的曲线长为：
Figure BDA0003022314730000134
式中c0、c1可由《公路工程技术标准》查询获得，ρ、θ为自车与周围目标的距离和夹角。
Figure BDA0003022314730000135
周围目标横穿马路时，进入自车即将行驶区域的时间t'TTE的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000141
周围目标横穿马路，离开自车即将行驶区域的时间t'TTD的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000142
周围目标横穿马路时，周围目标与自车发生碰撞的时间t'TTC的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000143
②当y'p>0时
图3中a'点为周围目标运动轨迹与自车行驶轨迹的交点；b'点为周围目标运动轨迹与道路切线的交点，c'为周围目标质心，η'为道路切线与自车车身纵向中心线的夹角。
a'与b'的距离：
Figure BDA0003022314730000144
式中c0、c1可由《公路工程技术标准》查询获得，ρ'、θ'为激光雷达传感器、毫米波雷达传感器测量获得的自车与周围目标的距离和夹角。
自车质心o点到a'点的曲线长为：
Figure BDA0003022314730000145
式中c0、c1可由《公路工程技术标准》查询获得，ρ'、θ'为雷达测量自车与周围目标的距离和夹角。
c'与a'的距离l'c'a'计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000151
式中c0、c1可由《公路工程技术标准》查询获得，ρ'、θ'为自车与周围目标的距离和夹角，l'c'b'为b'和c'的距离。
周围目标横穿马路，进入自车即将行驶区域的时间t'TTE的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000152
周围目标横穿马路，离开自车即将行驶区域的时间t'TTD的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000153
周围目标横穿马路时，周围目标与自车发生碰撞的时间t'TTC的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000154
比较t'TTE、t'TTD和t'TTC的大小，确定自车前方目标是否为危险目标。若危险目标信号k'OT为1，则自车前方目标为危险目标；若危险目标信号k'OT为0，则自车前方目标不为危险目标。k'OT的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000161
所述步骤5中，主动制动距离为危险目标保持当前运动状态，自车通过主动制动来避免碰撞所行驶的最短距离。对于直道工况，若主动制动距离sb小于纵向距离xp,则主动制动能够避免碰撞，此时主动制动信号kB为1，否则kB为0；对于弯道工况，若主动制动距离sb小于曲线长度loa或l'oa'，则主动制动能够避免碰撞，此时主动制动信号k'B为1，否则k'B为0。主动制动距离sb的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000162
式中，axmax为自车在当前路面下能达到的最大减速度，t为制动器制动力由0增大至最大制动力所历经的时间。
所述步骤6中，判断自车主动转向可行性的具体过程如下：
(1)直道工况：如图4所示，首先计算自车主动转向时，自车与危险目标应当保持的最小纵向距离smin。假设危险目标保持当前的运动状态，tc为当自车主动转向后，自车到达危险目标运动轨迹所经历的时间。为了避免自车与危险目标发生碰撞，危险目标运动的位移sp＝H-dmin+|yp|，式中H为自车主动转向过程中的横向位移，dmin为自车边缘与危险目标应当保持的最小安全距离。smin具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000163
Figure BDA0003022314730000164
其次，如图5所示，为了避免自车与目标车道前方车辆C1发生碰撞，计算自车与C1应当保持的最小安全距离L1，其具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000171
式中，
Figure BDA0003022314730000172
为C1相对自车的车速，
Figure BDA0003022314730000173
为C1的车速。
最后，如图6所示，为了避免自车与目标车道后车C2发生碰撞，计算自车与C2应当保持的最小安全距离L2，其具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000174
式中，
Figure BDA0003022314730000175
为C2相对自车的车速。
图6中
Figure BDA0003022314730000176
为C2的车速。
若自车与危险目标的纵向距离大于smin，且自车与C1的距离大于L1，且自车与C2的距离大于L2，则自车主动转向可行，主动转向信号kS为1，否则主动转向存在碰撞危险，主动转向信号kS为0。
(2)弯道工况：如图7所示，建立全局坐标系OXY，X和Y分别为全局坐标系的纵轴和横轴，初始时刻自车质心在原点O处。X轴方向为初始时刻自车的纵向速度方向，Y轴方向为初始时刻自车的横向速度方向。假设内、外车道的中心线具有相同的瞬心OR，外侧车道的曲率半径为R，内、外车道中心线的间距为d，自车质心绕OR转动的瞬时半径为r，汽车换道轨迹可以看成无数条以OR为圆心，以r为半径的小圆弧连接而成。假设危险目标保持当前的运动状态，t'c为当自车主动转向后，自车到达危险目标运动轨迹所经历的时间。计算t'c时刻自车沿道路中心的横向位移，其具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000181
式中，
Figure BDA0003022314730000182
为自车质心侧偏角。
计算t'c时刻自车的瞬时半径r，r的具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000183
计算t'c时刻自车质心绕OR的旋转角度，其具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000184
计算t'c时刻自车在全局坐标系中的纵向、横向位置，具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000185
计算t'c时刻危险目标运动的位移s'p，其具体计算方法如下：
Figure BDA00030223147300001813
式中，ρ'、θ'为自车与危险目标的距离和夹角。
首先，假设自车和危险目标保持当前的运动状态，计算自车主动转向时，自车和危险目标应当保持的最小纵向距离s'min，具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000186
Figure BDA0003022314730000187
其次，如图8所示，为了避免自车与目标车道前方车辆C'1发生碰撞，计算自车与C'1应当保持的最小安全距离L'1：
Figure BDA0003022314730000188
式中，
Figure BDA0003022314730000189
为自车的加速度；
Figure BDA00030223147300001810
为C'1的加速度；
Figure BDA00030223147300001811
为自车的速度；
Figure BDA00030223147300001812
为C'1的速度。
最后，如图9所示，为了避免自车与目标车道后车C'2发生碰撞，计算自车与C'2应当保持的最小安全距离L'2，其具体计算方法如下：
Figure BDA0003022314730000191
式中，
Figure BDA0003022314730000192
为C'2的加速度，
Figure BDA0003022314730000193
为C'2的速度。
若自车与危险目标的纵向距离大于s'min，且自车与C'1的距离大于L'1，且自车与C'2的距离大于L'2，则自车主动转向可行，主动转向信号k'S为1，否则主动转向存在碰撞危险，主动转向信号k'S为0。
所述步骤7中，自车以主动制动信号、主动转向信号为依据，开展决策。具体决策方法如下：当主动制动信号为1时，则自车执行主动制动操作；当主动制动信号为0，且主动转向信号为1时，则自车执行主动转向操作；当主动制动信号为0，且主动转向信号为0时，则自车无法避开碰撞，自车以最大减速度制动，从而降低碰撞速度。
所述步骤8中，判断碰撞危险解除的方法如下：当主动制动信号为1时，则自车执行主动制动操作，碰撞危险解除；当主动制动信号为0，且主动转向信号为1时，则自车执行主动转向操作，碰撞危险解除。碰撞危险解除后，自车正常行驶。
具体的，图1至图9中，oxy为自车的车辆坐标系，o点为自车质心，x轴和y轴分别表示车辆坐标系的纵轴和横轴。
具体的，图2、图3、图7、图8、图9中，当自车处于初始位置时，自车速度vc0的指向与x轴的指向一致。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.针对弱势道路使用者的汽车避撞系统，其特征在于，包括感知模块、决策模块和执行模块；所述决策模块接收感知模块采集到的信息并做出相应的方案，执行模块用来执行决策模块的方案；
具体的，所述感知模块包括轮速传感器、加速度传感器、横摆角速度传感器和节气门传感器，用于探测车辆的速度、加速度、横摆角速度和节气门开度信息；所述感知模块还包括激光雷达传感器、毫米波雷达传感器和摄像头，用于探测周围目标的种类、速度、运动方向，周围目标相对于本车的速度、加速度、横纵向距离和路况信息；
所述决策模块接收感知模块获取的汽车运动信息、周围目标的运动信息和路况信息，首先判断是否存在危险目标；其次评估主动制动和主动转向的可行性；最终确立避撞方案，计算期望制动压力、期望节气门开度和期望方向盘转角；
所述执行模块包括制动器、节气门控制器和转向系；基于决策模块的控制信号，当汽车主动制动时，制动器与节气门控制器协同工作，输出制动减速度；当汽车主动转向时，转向系控制汽车沿规划路径转向行驶。
2.根据权利要求1所述的针对弱势道路使用者的汽车避撞系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过感知模块获取自车的运动信息、周围目标的运动信息、自车的行驶工况和周围目标的运动状态；
具体的，自车的运动信息包括车辆的速度、加速度、横摆角速度和节气门开度信息；周围目标的运动信息包括周围目标的种类、速度、运动方向，周围目标相对于本车的速度、加速度、横纵向距离；所述自车的行驶工况指汽车当前行驶的道路工况，包括直道工况和弯道工况两种；根据周围目标的速度信息，判断周围目标的运动状态，包括匀速状态、加速状态和减速状态；
决策模块判断汽车前方是否存在危险目标、判断自车主动制动的可行性和判断自车主动转向的可行性，并判断碰撞危险是否解除，解除后保持自车的正常行驶；执行模块主动制动或者主动转向。
3.根据权利要求2所述的针对弱势道路使用者的汽车避撞系统的控制方法，其特征在于，
所述感知模块获取的信息包括两种：一是通过自车上的轮速传感器、加速度传感器、横摆角速度传感器和节气门传感器，分别获取自车速度
Figure FDA0003022314720000024
自车加速度
Figure FDA0003022314720000021
自车横摆角速度
Figure FDA0003022314720000022
和自车节气门开度
Figure FDA0003022314720000023
二是通过自车上的激光雷达传感器、毫米波雷达传感器和摄像头，获取周围目标相对自车的速度v、距离ρ、加速度a、纵向距离x、横向距离y，以及自车与周围目标运动方向间的夹角θ，道路曲率C，周围目标的种类、速度和运动方向。
4.根据权利要求2所述的针对弱势道路使用者的汽车避撞系统的控制方法，其特征在于，
根据摄像头获取的道路曲率C，判断自车的行驶工况，若C＝0时，则自车处于直道工况；若C≠0时，则自车处于弯道工况。
5.根据权利要求2所述的针对弱势道路使用者的汽车避撞系统的控制方法，其特征在于，周围目标的运动状态包括匀速状态、加速状态和减速状态；根据激光雷达传感器、毫米波雷达传感器获取的周围目标的相对速度v、相对加速度a，判断周围目标的运动状态；若相对加速度a不为0且相对速度v与相对加速度a的方向相同，则周围目标处于加速状态；若相对加速度a不为0且相对速度v与相对加速度a的方向相反，则周围目标处于减速状态；若相对加速度a为0，则周围目标处于匀速状态。
6.根据权利要求2所述的针对弱势道路使用者的汽车避撞系统的控制方法，其特征在于，
是否存在危险目标的判断方法如下：计算周围目标进入汽车即将行驶区域的时间TTE，周围目标离开汽车即将行驶区域的时间TTD，以及周围目标与汽车发生碰撞的时间TTC；
(1)直道工况：基于周围目标的相对速度vp、相对加速度ap，相对纵向距离xp、相对横向距离yp，计算周围目标横穿马路，进入自车即将行驶区域的时间tTTE；所述自车即将行驶区域指自车沿当前路径行驶时，由车辆左右两侧围成的区域；tTTE的具体计算方法如下：
①当yp<-D时
Figure FDA0003022314720000031
②当yp>D时
Figure FDA0003022314720000032
③当-D<yp<D时，tTTE＝0；
周围目标横穿马路时，周围目标离开自车即将行驶区域的时间tTTD的具体计算方法如下：
①当yp<-D时
Figure FDA0003022314720000033
②当-D<yp<D时
Figure FDA0003022314720000041
③当yp>D时
Figure FDA0003022314720000042
周围目标横穿马路时，周围目标与自车发生碰撞的时间tTTC的具体计算方法如下：
Figure FDA0003022314720000043
式中，
Figure FDA0003022314720000044
为自车的车速；
Figure FDA0003022314720000045
为自车即将行驶区域；wc为自车的宽度；wp为周围目标的宽度；dmin为自车边缘与周围目标应当保持的最小安全距离；
(2)弯道工况：基于周围目标的相对速度v′p、相对加速度a′p，相对纵向距离x′p、相对横向距离y'p，计算周围目标横穿马路，进入自车即将行驶区域的时间t'TTE；t'TTE的具体计算方法如下：
①当y′p<0时
Figure FDA0003022314720000051
周围目标横穿马路，离开自车即将行驶区域的时间t′TTD的具体计算方法如下：
Figure FDA0003022314720000052
周围目标横穿马路时，周围目标与自车发生碰撞的时间t′TTC的具体计算方法如下：
Figure FDA0003022314720000053
式中，a点为周围目标运动轨迹与自车行驶轨迹的交点；c为周围目标质心；o点为自车的质心；lac为从a点到c点的距离；loa为自车质心o点到a点的距离；
Figure FDA0003022314720000054
为自车即将行驶区域；wc为自车的宽度；wp为周围目标的宽度；dmin为自车边缘与周围目标应当保持的最小安全距离；vc0为的自车车速；
②当y'p>0时
周围目标横穿马路，进入自车即将行驶区域的时间t'TTE的具体计算方法如下：
Figure FDA0003022314720000061
周围目标横穿马路，离开自车即将行驶区域的时间t'TTD的具体计算方法如下：
Figure FDA0003022314720000062
周围目标横穿马路时，周围目标与自车发生碰撞的时间t'TTC的具体计算方法如下：
Figure FDA0003022314720000063
式中，a'点为周围目标运动轨迹与自车行驶轨迹的交点；c'为周围目标质心；o点为自车的质心；l'c'a'为从c'点到a'点的距离；l'oa'为从o点到a'点的距离；
综上：若TTE≤TTC≤TTD，则判定周围目标为危险目标，否则判定汽车周围无危险目标，汽车保持原先行驶状态。
7.根据权利要求2所述的针对弱势道路使用者的汽车避撞系统的控制方法，其特征在于，
面向直道工况和弯道工况，基于主动制动信号、主动转向信号，决策模块评估主动制动、主动转向的可行性：当主动制动信号为1时，则汽车执行主动制动操作；当主动制动信号为0，且主动转向信号为1时，则汽车执行主动转向操作；当主动制动信号为0，且主动转向信号为0时，则汽车无法避开碰撞，汽车以最大减速度制动，从而降低碰撞速度。
8.根据权利要求2所述的针对弱势道路使用者的汽车避撞系统的控制方法，其特征在于，
判断碰撞危险是否解除的方法如下：当主动制动信号为1时，则汽车执行主动制动操作，避撞成功，碰撞危险解除；当主动制动信号为0，且主动转向信号为1时，则汽车执行主动转向操作，避撞成功，碰撞危险解除；碰撞危险解除后，汽车正常行驶。
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