CN113428225A - 一种紧急转向辅助功能的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧急转向辅助功能的系统及方法，其包括车辆动态数据获取模块：用于获取本车和前车的车辆动态数据；决策模块：用于计算是否触发紧急转向辅助功能；执行模块：用于向执行机构发出转角请求。利用本发明所述的系统和方法，优化了紧急转向辅助功能的控制决策合理性，增强紧急转向辅助功能对驾驶环境的适应性，避免在路面状况不佳时由紧急转向辅助功能工作带来更加严重的后果。同时也避免路面状况不佳时转向避让时间变长，从而导致转让避让不及时的问题。

Description

一种紧急转向辅助功能的系统及方法

技术领域

本发明属于高级辅助驾驶技术领域，具体涉及一种紧急转向辅助功能的系统及方法。

背景技术

在本车前行过程中，如果与前车即将发生碰撞，但本车已来不及通过刹车避免碰撞时，且用户转向不足以避让前车时，紧急转向辅助系统可主动地快速增大方向盘转角辅助驾驶员转向，实现避让前车的目的。但是，现有的紧急转向辅助系统无法针对复杂路面状况自适应调整转向策略，在路面不平整、地面有突起或凹坑、地面湿滑等工况下，紧急转向系统工作可能造成转向不足撞上前车、或转向过度造成车辆失稳等更加严重的后果。

在用户转向过度时的方案，现有技术一般通过转向助力机构限制用户转向力避免过度转向而造成车辆失稳。由于车辆转向角度过大时会导致车辆丧失稳定性，而车辆转向角度较小时则不会出现车辆丧失稳定性的情况，因此，在转向角度过大时，通过转向助力机构对方向盘施加反向的作用力，从而抵消用户所施加的作用力，阻止方向盘继续向增大转向角度的方向转动，甚至该反向的作用力还可使得方向盘向减小转向角度的方向转动，实现对车辆转向角度进行限制，能够有效避免由于转向所导致的车辆丧失稳定性的情况出现。

在用户转向不足时的方案，现有技术一般通过驾驶辅助系统和转向助力机构主动增大转向角，以避让前车。

但现有的紧急转向辅助系统均是在路面状况较一致性的情况下进行控制决策的，多数是以水泥或沥青等附着系数较高、路面平整性一致性高为前提。对于路面附着系数较低的路面、路面不平整的路面，紧急转向辅助系统的性能将无法保证，无法针对复杂路面状况自适应调整转向策略。在路面不平整、地面有突起或凹坑、地面湿滑等工况下，紧急转向功能工作可能造成转向不足撞上前车或转向过度车辆失稳的更加严重的后果，不够智能化和人性化。

发明内容

本发明旨在提出一种紧急转向辅助功能的系统和方法，实现本发明目的之一的紧急转向辅助功能的方法的技术方案为：

步骤1、根据车辆与前车的相对距离及相对速度计算预计碰撞时间α；

步骤2、根据车辆动态运动数据计算路面危险系数β，所述动态数据包括轮速、横摆角速度、横向加速度；

步骤3、当预计碰撞时间α、路面危险系数β都小于预设值时，根据原始转角请求A_b、路面危险系数β、路面状况的转角补偿因子B、车辆转向表现的转角补偿因子C以及车辆失稳程度的转角补偿因子E，计算调整后的转角请求A_a；

步骤4、当调整后的转角请求A_a在设定范围内时，计算出执行此紧急转向所需要的时间T_a；

步骤5、执行此紧急转向所需要的时间T_a在设定范围内且车辆动态数据满足设定条件时，向执行机构发出转角请求A_a；所述设定条件包括：车速不能低于规定最小车速，弯道半径不能小于最小阈值，车辆减速度未超过规定减速度，所述最小车速、弯道半径的最小阈值以及规定减速度均为国标定义值。

路面危险系数β在一定范围内变化，反映在当前行驶状态下、在当前路面行驶的危险程度。

预计碰撞时间是假定本车与前车运动状态不变情况下，本车撞上前车所需的时间。

进一步的技术方案包括：所述原始转角请求A_b的计算，包括如下步骤：

步骤301、根据系统的碰撞调节时间t₀、驶离本车道的转向请求发出后系统执行转向请求的延迟时间t₁、驶入相邻车道的转向请求发出后，系统执行转向请求的延迟时间t₂以及预计碰撞时间α，计算本车驶离本车道、驶入相邻车道的转向持续时间t_s；

步骤302、根据转向持续时间t_s、本车车速v、本车横向移动距离控制目标D、系统执行转向请求的延迟时间t₂，计算本车驶离本车道的转弯半径R；

步骤303、根据转弯半径R以及本车的轴距L、角传动比i_w计算出原始转角请求A_b。

进一步的技术方案包括：所述计算出执行此紧急转向所需要的时间T_a，包括如下计算步骤：

步骤401、通过本车轴距L以及调整后的转角请求A_a计算出转弯半径R；

步骤402、根据本车横向移动距离控制目标D、转弯半径R、本车车速v、驶入相邻车道的转向请求发出后系统执行转向请求的延迟时间t₂，计算出本车驶离本车道、驶入相邻车道的转向持续时间t_s；

步骤403、根据上述步骤计算出的t_s、系统的碰撞调节时间t₀、驶离本车道的转向请求发出后系统执行转向请求的延迟时间t₁、驶入相邻车道的转向请求发出后系统执行转向请求的延迟时间t₂，计算出执行此紧急转向所需要的时间T_a。

进一步的技术方案包括：若预计碰撞时间α大于等于预设值T₁时，和/或，若预计碰撞时间α小于预设值T₁且路面危险系数β的取值等于预设值β₁时，不触发紧急转向辅助功能。

所述预设值T₁为TTC的预设值，其在国标中有范围规定，可根据范围进行标定，各个厂商就激进程度不同取预设值也不同。

当预计碰撞时间大于等于预设值T₁时，无需对路面危险系数β进行进一步判断，系统认为不可能触发紧急转向辅助功能。

所述预设值β₁表示路面状况很差，系统无法进行紧急转向干预。

进一步的技术方案包括：当调整后的转角请求A_b不在紧急转向辅助功能允许的转角请求范围内，不触发紧急转向辅助功能。

若转角请求过小，则不足以触发紧急转向辅助；若转角请求过大，则车辆失稳风险过大，无法触发紧急转向辅助，因此紧急转向辅助功能不工作。

实现本发明目的之二的一种汽车紧急转向辅助功能的系统的技术方案，其包括：车辆动态数据获取模块：用于获取本车和前车的车辆动态数据；决策模块：用于计算是否触发紧急转向辅助功能；执行模块：用于向执行机构发出转角请求。

本系统可通过包括前向毫米波雷达、ADAS摄像头、侧向角雷达的环境感知传感器实现，通过识别本车与前车的相对运动关系获取预计碰撞时间，为系统决策提供来自前方碰撞风险的预计碰撞时间α。

所述决策模块结合路面危险系数β和预计碰撞时间α，在原始的转向请求函数A_b的基础上，得出调整后的转向请求函数A_a，执行转角请求A_a所需时间。然后据此判断是否需要触发紧急转向辅助功能，以及触发转向辅助的时机和强度。

所述执行模块主要是由电动助力转向系统组成。

所述车辆动态数据，包括轮速、横摆角速度、横向加速度动态运动数据。

进一步的技术方案包括：所述系统还包括辅助判断模块：用于判断是否触发紧急转向辅助功能。

所述辅助判断包括：当预计碰撞时间大于等于预设值时，不触发紧急转向辅助功能；当预计碰撞时间小于预设值且路面危险系数等于1时，不触发紧急转向辅助功能；当调整后的转角请求A_b不在紧急转向辅助功能允许的转角请求范围内，不触发紧急转向辅助功能。

进一步的技术方案包括：所述决策模块还包括计算模块：用于计算预计碰撞时间、路面危险系数、原始转角请求以及调整后的转角请求。

进一步的技术方案包括：所述车辆动态数据获取模块，还包括路面状况识别模块，用于获取行驶路面的状况及前方路面状况。

可以通过环境感知传感器识别地面的不平整性及障碍物，尤其是地面凹坑或凸出路面的减速带、铁板。也可以通过高精度地图获取本车所在位置的路面状况。

进一步的技术方案包括：所述车辆动态数据获取模块，还包括传感器模块：用于识别前车的垂直方向的跳动间接识别路面状况；V2V模块：通过V2V方式获取前车动态运动数据。

本车车辆通过环境感知传感器识别前车的垂直方向的跳动间接识别路面的不平整性，也可以通过V2V方式获取前车动态运动数据，并据此识别前车的车辆动态数据，包括轮速、横摆角速度、横向加速度动态运动数据。

利用本发明所述的方法，优化了紧急转向辅助功能的控制决策合理性，增强紧急转向辅助功能对驾驶环境的适应性，避免在路面状况不佳时由紧急转向辅助功能工作带来更加严重的后果。同时也避免路面状况不佳时转向避让时间变长，从而导致转让避让不及时的问题。

附图说明

图1为本发明所述的紧急转向辅助系统框图；

图2为本发明所述的紧急转向辅助系统控制流程图。

具体实施方式

下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。

下面将结合图1讲述本发明所述的紧急转向辅助系统，其包括路面状况识别模块、前方危险识别模块、决策模块、执行模块。

所述路面状况模块包括本车路面识别模块、前方路面状况预测模块、环境路面状况识别模块，输出路面危险系数β给决策模块。

所述本车路面识别模块可以通过本车的轮速、横摆角速度、横向加速度等动态运动数据获取。

所述前方危险识别模块可以通过前向毫米波雷达、ADAS摄像头、侧向角雷达等环境感知传感器实现，通过识别本车与前车的相对运动关系获取预计碰撞时间，为系统决策提供来自前方碰撞风险的预计碰撞时间α。

所述决策模块结合路面危险系数β和预计碰撞时间α，在原始的转向请求函数A_b的基础上，得出调整后的转向请求函数A_a、执行转角请求A_a所需时间。然后据此判断是否需要触发紧急转向辅助功能，以及触发转向辅助的时机和强度。

所述执行模块主要是由电动助力转向系统组成。

所述前方路面状况预测模块可以通过环境感知传感器识别前车的垂直方向跳动间接识别路面的不平整性。也可以通过V2V方式获取前车动态运动数据，并据此识别路面状况。

所述环境路面状况识别模块可以通过环境感知传感器识别地面的不平整性及障碍物，尤其是地面凹坑或凸出路面的减速度、铁板。也可以通过高精度地图获取本车所在位置的路面状况。

本发明提供了一种紧急转向辅助控制的方法，下面结合图2讲述在本实施例中具体步骤如下：

步骤1、车辆向前行驶，开始系统检测，通过识别路面状况和前方碰撞危险，分别计算出路面危险系数β、预计碰撞时间α。

β在本实施例中取值方法如下：预设一个场景预设表，该表包括轮速、横摆角速度、横向加速度，从本车路面识别模块识别到轮速、横摆角速度、横向加速度动态运动数据，将动态运动数据代入表中可得到β值，如表1所示，此表可在本发明所述的计算模块里设定。当然，具体实施中动态运动数据不仅于此三种，范围不仅限于表中所示的三段，β值取值也不仅限于表格中的八个，可根据实际需求去设定此表。

表1

在本实施例中，β在0至1的范围内变化，β等于1表示路面状况很差，无法激活紧急转向辅助功能，β等于0表示路面状况很好，无需激活紧急转向辅助功能。

所述预计碰撞时间α的计算方法为：

其中，d_rel为本车与前车的相对距离，v_rel为本车与前车的相对速度。如果本车车速不大于前车，则碰撞不会发生，α→∞。预计碰撞时间是假定本车与前车运动状态不变情况下，本车撞上前车所需的时间。根据预计碰撞时间作为紧急转向辅助功能的触发时机，预计碰撞时间和紧急转向角度两者协调配合，才能顺利实现转向避让前车。

步骤2、当α≥预设值A时，无需对路面危险系数进行进一步判断，系统认为不可能触发紧急转向辅助功能，返回到步骤1。

所述预设值A为TTC的预设值，其在国标中有规定，可根据实际需求进行标定，各个厂商就激进程度不同取预设值也不同。在本发明中预设值A仅作为紧急转向辅助功能工作的前提条件，可取所述范围规定中的较大值，在一定程度上可以降低系统的运算量。

步骤3、当α＜预设值A，且β等于1时，表明路面状况很差，系统无法进行紧急转向干预，如路面存在减速带、维修路段颠簸不平道路的工况，返回步骤1。

步骤4、当α＜预设值A，且β≠1时，根据β调整转角请求，一般而言是将转角请求向更小的方向进行调整，保证在当前行驶状态下，车辆按此转向角转向后，不会因过度转向而导致车辆失稳。

所述根据β调整转角请求，是指β越小可调整的转角越大，但β为0时表示路面状况很好，则无需调整；β越大(越接近1)，可调整的转角越小，保证功能工作时车辆稳定。

转角请求A_b和A_a通过车速、预计碰撞时间参数相关的系列标定量计算，也可以通过系列扭矩请求标定量进行计算。区别在于转角请求A_b不受路面颠簸程度、湿滑程度影响，转角请求A_a在A_b基础上，根据路面状况对转角请求进行调整。

所述转向请求A_b的具体计算方法为：

其中，t₀为系统的碰撞调节时间，根据功能标定情况进行调节；t₁为驶离本车道的转向请求发出后，系统执行转向请求的延迟时间；t_s为本车驶离本车道、驶入相邻车道的转向持续时间；t₂为驶入相邻车道的转向请求发出后，系统执行转向请求的延迟时间；θ为本车驶离本车道时的航向角变化；v为本车车速；R为本车驶离本车道的转弯半径；D为本车横向移动距离控制目标，一般而言，此距离为单个车道的宽度；L为本车的轴距；i_w为角传动比；f(A_b)为本车方向盘转角与外轮转角间的关系。

调整后的转向请求A_a计算方法为：

A_a＝A_b*(B*β+C)+E

其中，B为路面状况的转角补偿因子，C为车辆转向表现的转角补偿因子，E为车辆失稳程度的转角补偿因子，分别在性能标定中进行标定。

步骤5、当调整后的转角请求A_a不在紧急转向辅助功能允许的转角请求范围内，返回步骤1。即当转角请求A_a小于最小转角请求范围时，则不足以触发紧急转向辅助；当转角请求A_a大于最大转角请求范围时，则车辆失稳风险过大，无法触发紧急转向辅助。因此紧急转向辅助功能不工作。

所述转角请求范围为车辆的标定值，若计算出的转角请求很小，紧急转向也无法避免碰撞，反而会造成碰撞失稳，故不触发功能。

步骤6、当调整后的转角请求A_a在紧急转向辅助功能允许的最大最小转角请求范围内时，由于转角请求调整后转向避让所需时间也相应增加，避免转向时机过晚而与前车碰撞，此时，将A_a代入公式(1)中的A_b可得到α，即为执行此紧急转向需要的时间T_a。

步骤7、如果系统计算当前的预计碰撞时间α满足：T_a<α<

T_a+δT，则危险程度符合了紧急转向辅助功能激活要求,所述δT是为避免紧急转向辅助系统过早被触发而设定的安全时间，在满足国标对TTC预警时间的范围限制前提下，将根据路面危险系数β和功能标定情况进行调节。此处的功能标定情况即指理论和实际功能的差异，可通过调节δT弥补；当β较大，δT也可调节较大，标定功能较早触发，β为零，δT可调节较小，标定功能较晚触发。

如果此时紧急转向辅助功能激活的前提条件同样是满足的，则系统根据调整后的转角请求A_a向执行机构发出转角请求，以实现紧急转向避让前车。

所述前提条件包括车速不能低于规定最小车速，弯道半径不能小于最小阈值，车辆减速度未超过规定减速度。所述最小车速、弯道半径的最小阈值以及规定减速度均为国标定义值。

步骤8、如果不满足步骤7中的两个条件，则紧急转向辅助功能不工作，返回步骤1。

本发明适用于各级自动驾驶车辆，可以是动力电池车辆也可以是燃油车辆。

Claims (10)

1.一种紧急转向辅助功能的方法，其特征在于：

步骤1、根据车辆与前车的相对距离及相对速度计算预计碰撞时间α；

步骤2、根据车辆动态运动数据计算路面危险系数β，所述动态数据包括轮速、横摆角速度、横向加速度；

步骤3、当预计碰撞时间α、路面危险系数β都小于预设值时，根据原始转角请求A_b、路面危险系数β、路面状况的转角补偿因子B、车辆转向表现的转角补偿因子C以及车辆失稳程度的转角补偿因子E，计算调整后的转角请求A_a；

步骤4、当调整后的转角请求A_a在设定范围内时，计算出执行此紧急转向所需要的时间T_a；

步骤5、执行此紧急转向所需要的时间T_a在设定范围内且车辆动态数据满足设定条件时，向执行机构发出转角请求A_a；所述设定条件包括：车速不能低于规定最小车速，弯道半径不能小于最小阈值，车辆减速度未超过规定减速度，所述最小车速、弯道半径的最小阈值以及规定减速度均为国标定义值。

2.如权利要求1所述的紧急转向辅助功能的方法，其特征在于，所述原始转角请求A_b的计算，包括如下步骤：

步骤301、根据系统的碰撞调节时间t₀、驶离本车道的转向请求发出后系统执行转向请求的延迟时间t₁、驶入相邻车道的转向请求发出后，系统执行转向请求的延迟时间t₂以及预计碰撞时间α，计算本车驶离本车道、驶入相邻车道的转向持续时间t_s；

步骤302、根据转向持续时间t_s、本车车速v、本车横向移动距离控制目标D、系统执行转向请求的延迟时间t₂，计算本车驶离本车道的转弯半径R；

步骤303、根据转弯半径R以及本车的轴距L、角传动比i_w计算出原始转角请求A_b。

3.如权利要求1所述的紧急转向辅助功能的方法，其特征在于，所述计算出执行此紧急转向所需要的时间T_a，包括如下计算步骤：

步骤401、通过本车轴距L以及调整后的转角请求A_a计算出转弯半径R；

步骤402、根据本车横向移动距离控制目标D、转弯半径R、本车车速v、驶入相邻车道的转向请求发出后系统执行转向请求的延迟时间t₂，计算出本车驶离本车道、驶入相邻车道的转向持续时间t_s；

步骤403、根据上述步骤计算出的t_s、系统的碰撞调节时间t₀、驶离本车道的转向请求发出后系统执行转向请求的延迟时间t₁、驶入相邻车道的转向请求发出后系统执行转向请求的延迟时间t₂，计算出执行此紧急转向所需要的时间T_a。

4.如权利要求1所述的紧急转向辅助功能的方法，其特征在于，若预计碰撞时间α大于等于预设值T₁时，和/或，若预计碰撞时间α小于预设值T₁且路面危险系数β的取值等于预设值β₁时，不触发紧急转向辅助功能。

5.如权利要求1所述的紧急转向辅助功能的方法，其特征在于，当调整后的转角请求A_a不在紧急转向辅助功能允许的转角请求范围内，不触发紧急转向辅助功能，所述转角请求范围为标定值。

6.一种紧急转向辅助功能的系统，其特征在于，包括：车辆动态数据获取模块：用于获取本车和前车的车辆动态数据；决策模块：用于计算是否触发紧急转向辅助功能；执行模块：用于向执行机构发出转角请求。

7.如权利要求6所述的紧急转向辅助功能的系统，其特征在于，还包括：辅助判断模块：用于判断是否触发紧急转向辅助功能。

8.如权利要求6所述的紧急转向辅助功能的系统，其特征在于，所述决策模块还包括计算模块：用于计算预计碰撞时间、路面危险系数、原始转角请求以及调整后的转角请求。

9.如权利要求6所述的紧急转向辅助功能的系统，所述车辆动态数据获取模块，还包括路面状况识别模块，用于获取行驶路面的状况及前方路面状况。

10.如权利要求6所述的紧急转向辅助功能的系统，所述车辆动态数据获取模块，还包括传感器模块：用于识别前车的垂直方向的跳动间接识别路面状况；V2V模块：通过V2V方式获取前车动态运动数据。

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