CN114093187B - 自动驾驶车辆的风险预警控制方法以及智能网联系统 - Google Patents

自动驾驶车辆的风险预警控制方法以及智能网联系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种自动驾驶车辆的风险预警控制方法以及智能网联系统，其中，方法包括：多辆自动驾驶车辆之间实时交互每辆自动驾驶车辆的本车位置和速度；任一自动驾驶车辆根据本车、前车和后车的位置和速度，实时计算本车与前车之间的前向碰撞时间，以及本车与后车之间的后向碰撞时间；如果所述前向碰撞时间和/或所述后向碰撞时间小于或等于预设碰撞时间阈值，本车向前车和/或后车发送预警提示；前车和/或后车接收到预警提示后，根据自身的安全状态调整速度；本车根据前车和/或后车的调整结果，调整本车速度。本实施例通过自动驾驶车辆之间的相互通信实现路网风险控制。

Description

自动驾驶车辆的风险预警控制方法以及智能网联系统
技术领域
本发明实施例涉及智能网联车辆技术领域，尤其涉及一种自动驾驶车辆的风险预警控制方法以及智能网联系统。
背景技术
随着自动驾驶技术的不断发展，自动驾驶车辆越来越多。由于自动驾驶汽车的行车规则与人工驾驶车辆驾驶员的行车习惯有差异，因此自动驾驶车辆之间的风险预警和控制也与人工驾驶车辆有显著不同。
现有技术中，对自动驾驶车辆的风险预警控制大多是通过车辆之外的控制中心来实现的，通过控制中心来调整每辆车的行驶参数，形成了中心化的路网控制系统，对控制中心的设备性能要求很高，且限制了路网内部的通信效率和灵活性。
发明内容
本发明实施例提供一种自动驾驶车辆的风险预警控制方法以及智能网联系统，以解决上述技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种自动驾驶车辆的风险预警控制方法，包括：
多辆自动驾驶车辆之间实时交互每辆自动驾驶车辆的本车位置和速度；
任一自动驾驶车辆根据本车、前车和后车的位置和速度，实时计算本车与前车之间的前向碰撞时间，以及本车与后车之间的后向碰撞时间；
如果所述前向碰撞时间和/或所述后向碰撞时间小于或等于预设碰撞时间阈值，本车向前车和/或后车发送预警提示；
前车和/或后车接收到预警提示后，根据自身的安全状态调整速度；
本车根据前车和/或后车的调整结果，调整本车速度。
第二方面，本发明实施例还提供了一种智能网联系统，包括：多辆自动驾驶车辆；
所述多辆自动驾驶车辆用于实时交互每辆自动驾驶车辆的本车位置和速度；
任一自动驾驶车辆还用于根据本车、前车和后车的位置和速度，实时计算本车与前车之间的前向碰撞时间，以及本车与后车之间的后向碰撞时间；如果所述前向碰撞时间和/或所述后向碰撞时间小于或等于预设碰撞时间阈值，本车向前车和/或后车发送预警提示；前车和/或后车接收到预警提示后，根据自身的安全状态调整速度；本车根据前车和/或后车的调整结果，调整本车速度。
本发明实施例通过自动驾驶车辆之间的相互通信实现路网风险控制，无需借助车辆之外的控制中心。每辆自动驾驶车辆选取碰撞时间作为车辆安全风险的度量指标，一方面无需区分车道，降低了计算维度；另一方面，只需关注自身的前向碰撞时间和后向碰撞时间，即可进行安全风险预判。当存在安全风险时，本车向高风险一侧的车辆发送预警通知，高风险一侧的车辆采用同样的方法进行自身的安全风险预判，调整自身车速，并影响相邻车辆的车速。本实施例中单车的风险预警调控方式简单便捷，且易于复制，能够快速实现整个路网的动态调控，使整个路网达到安全状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种自动驾驶车辆的风险预警控制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的情况一的车速调整示意图。
图3是本发明实施例提供的情况二的车速调整示意图。
图4是本发明实施例提供的情况三的车速调整示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1是本发明实施例提供的一种自动驾驶车辆的风险预警控制方法的流程图，适用于通过相邻车辆之间的碰撞时间进行风险预警控制的情况。本实施例由包括多辆自动驾驶车辆的智能网联系统执行，如图1所示，本实施例提供的方法具体包括：
S10、多辆自动驾驶车辆之间实时交互每辆自动驾驶车辆的本车位置和速度。
本实施例的智能网联系统包括多辆自动驾驶车辆，多辆自动驾驶车辆之间可以互相通信，实时交互各自的行驶信息，包括位置和速度。
S20、任一自动驾驶车辆根据本车、前车和后车的位置和速度，实时计算本车与前车之间的前向碰撞时间，以及本车与后车之间的后向碰撞时间。
本实施例选取碰撞时间(Time To Collision，TTC)作为车辆安全风险的度量指标。某一时刻T1，当行驶在同一车道上的后车速度大于前车速度时，若两车保持各自速度和行驶轨迹不变，不采取任何避险行为，则两车会在接下来的某一时刻T2发生碰撞，TTC是指从时刻T1至发生碰撞的时刻T2之间的时间长度。
可选地，采用矢量算法计算TTC。具体算法如下：
具体来说，TTC满足如下公式：
Figure GDA0003742346430000041
其中，dij表示当前时刻相邻两车之间的相对距离，
Figure GDA0003742346430000042
表示当前时刻相邻两车之间的相对速度。由公式(1)可以得出：
Figure GDA0003742346430000043
其中，
Figure GDA0003742346430000051
Figure GDA0003742346430000052
其中，pi和pj分别表示当前时刻相邻两车的位置向量，vi和vj分别表示当前时刻相邻两车的速度向量。
TTC只存在于行驶在同一车道内的车辆之间，因此计算过程中无须区分车道，降低了计算维度。在二维空间中，只需将运动方程中的车辆位置、速度表达为二维矢量信息即可，且计算过程只包括向量运算，无复杂的力学物理分析，因此本实施例选取TTC作为车速调整的依据，简单快捷。
通过上述方法可以求得二维空间下任意相邻的前后两车之间的TTC。为了便于区分和描述，对于任一自动驾驶车辆而言，将该车辆称为本车，该车辆前的相邻车辆称为前车，该车辆后的相邻车辆称为后车；相应地，将本车与前车之间碰撞时间称为前向碰撞时间，将本车与后车之间碰撞时间称为后向碰撞时间。每辆自动驾驶车辆都有自己的前车和后车，以及自己的前向碰撞时间和后向碰撞时间。同一时刻下，本车的前向碰撞时间为前车的后向碰撞时间，本车的后向碰撞时间为后车的前向碰撞时间。
S30、如果所述前向碰撞时间和/或所述后向碰撞时间小于或等于预设碰撞时间阈值，本车向前车和/或后车发送预警提示。
可选地，将TTC0＝3.5s作为行驶过程中车辆间高风险的碰撞时间阈值，通过碰撞时间阈值来判别车辆是否处于高风险状态。当TTC大于TTC0时，认为车辆处于安全行驶状态，不采取控制措施；当TTC小于3.5s时，认为车辆处于高风险隐患(例如碰撞风险)，需要及时进行风险预警并采取相应的控制措施。
本实施例中，本车通过自身的前向碰撞时间和后向碰撞时间来进行安全状态预判。当前向碰撞时间和后向碰撞时间中的至少一个小于或等于碰撞时间阈值时，认为本车处于高风险状态。这时，本车向高风险一侧的车辆发送预警提示。
S40、前车和/或后车接收到预警提示后，根据自身的安全状态调整速度。
高风险一侧的车辆接收到预警提示后，根据自身的安全状态调整速度。如果改变速度不影响自身的安全状态，则改变速度；如果改变速度影响到自身的安全状态，则保持速度不变。
需要说明的是，高风险一侧的车辆进行安全状态预判的方法与本车相同，同样是通过自身的前向碰撞时间和后向碰撞时间来调整自身的行驶速度，同时还会影响其相邻车辆的行驶速度。整个智能网联系统中的所有自动驾驶车辆互相影响、互相平衡，共同维持整个路网的安全状态。
S50、本车根据前车和/或后车的调整结果，调整本车速度。
在高风险一侧的车辆根据自身的安全状态调整速度后，本车也进行相应的调整。需要说明的是，本车、前车与后车的交互与调整是动态持续的，各车的风险预警控制步骤不断循环，直到任意两辆自动驾驶车辆之间的碰撞时间均大于碰撞时间阈值。
本实施例的技术效果是：本实施例通过自动驾驶车辆之间的相互通信实现路网风险控制，无需借助车辆之外的控制中心。每辆自动驾驶车辆选取碰撞时间作为车辆安全风险的度量指标，一方面无需区分车道，降低了计算维度；另一方面，只需关注自身的前向碰撞时间和后向碰撞时间，即可进行安全风险预判。当存在安全风险时，本车向高风险一侧的车辆发送预警通知，高风险一侧的车辆采用同样的方法进行自身的安全风险预判，调整自身车速，并影响相邻车辆的车速。本实施例中单车的风险预警调控方式简单便捷，且易于复制，能够快速实现整个路网的动态调控，使整个路网达到安全状态。
在上述实施例和下述实施例的基础上，本实施例对本车处于高风险状态的情况进行细化。对于本车而言，前向碰撞时间TTC前和后向碰撞时间TTC后存在以下四种情况：
情况一、TTC前≤TTC0，且TTC后≤TTC0。图2是本发明实施例提供的情况一的车速调整示意图。如图2所示，本车的所述前向碰撞时间和所述后向碰撞时间均小于或等于预设碰撞时间阈值，这时，本车的前向和后向均存在安全风险，本车分别向前车和后车发送预警提示。
前车接收到预警提示后，根据前车的前向碰撞时间调整前车速度，其中，前车的前向碰撞时间为前车与前车的前车之间的碰撞时间。
具体来说，前车接收到预警提示后，判断前车的前向碰撞时间是否大于所述碰撞时间阈值。如果前车的前向碰撞时间大于所述碰撞时间阈值，则认为前车加速不会影响前车当前的安全状态，这时前车加速，本车速度不变。如果前车的前向碰撞时间小于或等于所述碰撞时间阈值，则认为前车加速会影响前车当前的安全状态，这时前车保持速度不变，本车减速。
后车接收到预警提示后，根据后车的当前后向碰撞时间调整后车速度，其中，后车的当前后向碰撞时间为后车与后车的后车时间的当前碰撞时间。
具体来说，后车接收到预警提示后，判断后车的当前后向碰撞时间是否大于所述碰撞时间阈值。如果后车的当前后向碰撞时间大于所述碰撞时间阈值，则认为后车减速不会影响后车当前的安全状态，这时后车减速，本车速度不变。如果后车的当前后向碰撞时间小于或等于所述碰撞时间阈值，则认为后车减速会影响后车当前的安全状态，这时后车保持速度不变，本车加速。
情况一中，本车与前车、后车之间均存在高风险，前车与后车均为高风险一侧的车辆，因此本车向前车和后车分别发送预警提示。前车与后车根据接收到的预警提示进行分别速度调整，并反馈影响本车速度。
需要说明的是，本发明中前车和后车的调整过程相互独立、互不影响，可以按照设定顺序先后进行，也可以互相穿插。
情况二、TTC前≤TTC0，且TTC后>TTC0。图3是本发明实施例提供的情况二的车速调整示意图。如图3所示，本车的所述前向碰撞时间小于或等于预设碰撞时间阈值，且所述后向碰撞时间大于预设碰撞时间阈值，这时，本车的前向存在安全风险，后向不存在安全风险，本车只向前车发送预警提示。
前车接收到预警提示后，根据前车的前向碰撞时间调整前车速度，调整方式同情况一中前车的调整方式相同，在此不再赘述。
情况二中，只有前车为高风险一侧的车辆，本车只向前车发送预警提示，前车根据接收到的预警提示进行速度调整，并反馈影响本车速度。
情况三、TTC前>TTC0，且TTC后≤TTC0。图4是本发明实施例提供的情况三的车速调整示意图。如图4所示，本车的所述前向碰撞时间大于预设碰撞时间阈值，且所述后向碰撞时间小于或等于预设碰撞时间阈值，这时，本车的前向不存在安全风险，后向存在安全风险，因此本车只向后车发送预警提示。
后车接收到预警提示后，根据后车的后向碰撞时间调整后车速度，调整方式同情况一中后车的调整方式相同，在此不再赘述。
情况三中，只有后车为高风险一侧的车辆，本车只向后车发送预警提示，后车根据接收到的预警提示进行速度调整，并反馈影响本车速度。
情况四、TTC前>TTC0，且TTC后>TTC0。即所述前向碰撞时间大于预设碰撞时间阈值，且所述后向碰撞时间大于预设碰撞时间阈值，这时，本车的前向和后向均不存在安全风险，本车、前车和后车均无需调整车速。
在上述实施例和下述实施例的基础上，本实施例考虑了本车经过一段时间的速度调整后仍无法脱离高风险状态的情形。可选地，在所述本车根据前车和/或后车的调整结果，调整本车速度之后，还包括：本车、前车和后车调整速度经过设定时间段后，如果本车的当前前向碰撞时间和/或当前后向碰撞时间仍小于或等于所述碰撞时间阈值，本车判断是否满足换道条件。
如果本车、前车和后车经过一段时间的速度调整后，仍无法实现情况四中TTC前>TTC0且TTC后>TTC0的安全状态，则本车判断自身是否满足换道条件。
如果本车满足换道条件，本车换道。通过变换车道，消除碰撞风险，使本车进入安全状态。
如果本车不满足换道条件，则无法通过换道消除碰撞风险，此时本车向前车和后车分别发送强风险提示。强风险提示是在本车、前车和后车经过一定的速度调整后仍无法进入安全状态的情况下发出的，此时认为本车前后的局部路段存在很强的碰撞风险。可见，强风险提示的风险程度强于上述预警提示的风险程度，这时，车辆可进行强风险情况下的其他风险调控措施，本实施例对此不做限制。
本发明实施例还提供了一种智能网联系统，包括：多辆自动驾驶车辆。
所述多辆自动驾驶车辆用于实时交互每辆自动驾驶车辆的本车位置和速度。
任一自动驾驶车辆还用于根据本车、前车和后车的位置和速度，实时计算本车与前车之间的前向碰撞时间，以及本车与后车之间的后向碰撞时间；如果所述前向碰撞时间和/或所述后向碰撞时间小于或等于预设碰撞时间阈值，本车向前车和/或后车发送预警提示；前车和/或后车接收到预警提示后，根据自身的安全状态调整速度；本车根据前车和/或后车的调整结果，调整本车速度。
所述智能网联系统还用于执行上述任一实施例所述的风险预警控制方法，以实现整个路网的风险预警控制。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。

Claims (8)

1.一种自动驾驶车辆的风险预警控制方法，其特征在于，包括：
多辆自动驾驶车辆之间实时交互每辆自动驾驶车辆的本车位置和速度；
任一自动驾驶车辆根据本车、前车和后车的位置和速度，实时计算本车与前车之间的前向碰撞时间，以及本车与后车之间的后向碰撞时间；
如果所述前向碰撞时间和所述后向碰撞时间小于或等于预设碰撞时间阈值，本车向前车和后车发送预警提示；
前车和后车接收到预警提示后，根据自身的安全状态调整速度；具体的，前车接收到预警提示后，根据前车的前向碰撞时间调整前车速度，其中，前车的前向碰撞时间为前车与前车的前车之间的当前碰撞时间；后车接收到预警提示后，根据后车的当前后向碰撞时间调整后车速度，其中，后车的当前后向碰撞时间为后车与后车的后车之间的当前碰撞时间；
本车根据前车和后车的调整结果，调整本车速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述如果所述前向碰撞时间和所述后向碰撞时间小于或等于预设碰撞时间阈值，本车向前车和后车发送预警提示，包括：
如果所述前向碰撞时间小于或等于预设碰撞时间阈值，本车向前车发送预警提示；
所述前车和后车接收到预警提示后，根据自身的安全状态调整速度，包括：
前车接收到预警提示后，根据前车的前向碰撞时间调整前车速度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述如果所述前向碰撞时间和所述后向碰撞时间小于或等于预设碰撞时间阈值，本车向前车和后车发送预警提示，包括：
如果所述后向碰撞时间小于或等于预设碰撞时间阈值，本车向后车发送预警提示；
所述前车和后车接收到预警提示后，根据自身的安全状态调整速度，包括：
后车接收到预警提示后，根据后车的当前后向碰撞时间调整后车速度。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述前车接收到预警提示后，根据前车的前向碰撞时间调整前车速度，包括：
前车接收到预警提示后，判断前车的前向碰撞时间是否大于所述碰撞时间阈值；
如果前车的前向碰撞时间大于所述碰撞时间阈值，前车加速；
如果前车的前向碰撞时间小于或等于所述碰撞时间阈值，前车保持速度不变；
所述本车根据前车和后车的调整结果，调整本车速度，包括：
如果前车加速，本车速度不变；
如果前车保持速度不变，本车减速。
5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述后车接收到预警提示后，根据后车的当前后向碰撞时间调整后车速度，包括：
后车接收到预警提示后，判断后车的当前后向碰撞时间是否大于所述碰撞时间阈值；
如果后车的当前后向碰撞时间大于所述碰撞时间阈值，后车减速；
如果后车的当前后向碰撞时间小于或等于所述碰撞时间阈值，后车保持速度不变；
所述本车根据前车和后车的调整结果，调整本车速度，包括：
如果后车减速，本车速度不变；
如果后车保持速度不变，本车加速。
6.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，在所述本车根据前车和后车的调整结果，调整本车速度之后，还包括：
本车、前车和后车调整速度经过设定时间段后，如果本车的当前前向碰撞时间和当前后向碰撞时间仍小于或等于所述碰撞时间阈值，本车判断是否满足换道条件；
如果本车满足换道条件，本车换道。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述本车判断不满足换道条件之后，还包括：
如果本车不满足换道条件，本车向前车和后车分别发送强风险提示。
8.一种智能网联系统，其特征在于，包括：多辆自动驾驶车辆；
所述多辆自动驾驶车辆用于实时交互每辆自动驾驶车辆的本车位置和速度；
任一自动驾驶车辆还用于根据本车、前车和后车的位置和速度，实时计算本车与前车之间的前向碰撞时间，以及本车与后车之间的后向碰撞时间；
如果所述前向碰撞时间和所述后向碰撞时间小于或等于预设碰撞时间阈值，本车用于向前车和后车发送预警提示；
前车和后车用于接收到预警提示后，根据自身的安全状态调整速度；具体的，前车用于接收到预警提示后，根据前车的前向碰撞时间调整前车速度，其中，前车的前向碰撞时间为前车与前车的前车之间的当前碰撞时间；后车用于接收到预警提示后，根据后车的当前后向碰撞时间调整后车速度，其中，后车的当前后向碰撞时间为后车与后车的后车之间的当前碰撞时间；
本车还用于根据前车和后车的调整结果，调整本车速度。
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