CN117406747A - 一种井工矿场景基于v2i技术的无人驾驶车控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井工矿场景基于V2I技术的无人驾驶车控制方法，方法包括：车辆配置车载感知设备以及V2I车载通讯设备，井工矿巷道路侧合适位置配置路侧感知设备以及能够实现V2I通讯的RSU设备，车载感知设备用于获取车辆前方目标物信息，路侧感知设备用于实时监测和识别风门附近目标物信息，V2I车载通讯设备用于通过V2I通讯，实现与路侧RSU设备对接，协同感知前方目标物的信息，并使其与车载感知设备获取的目标物信息进行融合，通过行为判断和运动计算判断目标物状态，从而使车辆进行预警或紧急制动。本发明能够针对潜在风险提前做出判断和响应避免车辆与风门及行人等目标物发生碰撞，在保障人员安全基础上，最大限度保障驾乘人员舒适性。

Description

一种井工矿场景基于V2I技术的无人驾驶车控制方法

技术领域

本发明主要井工矿场景下安全驾驶相关技术领域，具体是一种井工矿场景基于V2I技术的无人驾驶车控制方法。

背景技术

目前煤炭矿山作业面中井工矿场景安全行驶是井下作业车用户的第一刚性需求。在井工矿场景下行驶过程中，除了安全性能的主要因素以外还有高效、便利、舒适、节能出行。比如车辆通过矿用风门时，车辆与风门及通过风门的行人等目标物容易发生碰撞。碰撞发生的主要原因是驾驶员的疏忽大意，驾驶员未能及时观测到行人等目标物，或者当行人等目标物出现时，驾驶员来不及做出反应，无法避免车辆与行人等目标物发生碰撞。

现有的ADAS技术，如紧急制动辅助功能(AEB)，可以帮助防止这类事故的发生。但受系统感知能力、系统响应速度、车辆刹车性能等物理因素限制，在某些特定场景下，如车辆传感器前方探测范围受其他物体或车辆遮挡，AEB技术往往无法起到有效的作用。以典型的事故场景举例，车辆SV通过风门时，风门的开启或是关闭状态都会遮挡传感器前方探测范围，当车辆SV接近风门时，前方出现行人等目标物，车辆紧急启动紧急制动，但由于行人等目标物出现时距离车辆过近，无法避免车辆与行人等目标物碰撞的发生。同时，车辆紧急制动会产生较大的减速度，导致司乘人员驾驶舒适性降低，甚至因此导致司乘人员受到伤害。

发明内容

为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种井工矿场景基于V2I技术的无人驾驶车控制方法，旨在解决车辆通过井下巷道内风门场景时的安全通行问题，通过车载感知技术和V2I技术的融合感知，获得车辆SV对环境的超视距感知能力，提前感知风门处行人等目标物以及预测其行驶轨迹，车辆SV针对潜在风险提前做出判断和响应避免车辆与风门及行人等目标物发生碰撞，在保障人员安全基础上，最大限度保障驾乘人员舒适性。

本发明的技术方案如下：

一种井工矿场景基于V2I技术的无人驾驶车控制方法，用于使车辆安全通过矿用风门，所述方法包括：

车辆配置车载感知设备以及V2I车载通讯设备，井工矿巷道路侧合适位置配置路侧感知设备以及能够实现V2I通讯的RSU设备，

车载感知设备用于获取车辆前方目标物信息，路侧感知设备用于实时监测和识别风门附近目标物信息，V2I车载通讯设备用于通过V2I通讯，实现与路侧RSU设备对接，协同感知前方目标物的信息，并使其与车载感知设备获取的目标物信息进行融合，通过行为判断和运动计算判断风门处是否有目标物、风门处附近目标物是否有通行趋势、目标物是否将与车辆在碰撞区域内发生碰撞，从而使车辆进行预警或紧急制动。

进一步，通过路侧感知设备配置的传感器识别目标物，输出目标物的位置、速度的运动信息，通过比较相邻时刻目标物位置坐标是否与风门所在区域重合确定风门处是否有目标物，通过比较相邻时刻目标物位置坐标是否向风门所在区域趋近判断风门处目标物是否有通行趋势。

进一步，在行为判断和运动计算判断风门处有目标物或风门处附近目标物有通行趋势，同时车辆满足预警距离条件时，使车辆发出预警信号。

进一步，预警距离条件计算公式为：d_SV<d_stop+d_pre1；

其中，d_SV为车辆与风门的距离，d_pre1为提前预警的预设常值，d_stop车辆减速到静止的行驶距离，d_stop计算方式如下：

其中，v_SV为车辆行驶车速，a_SV为设定的车辆温和制动下的减速度，t_SVD为车辆驾驶员反应时间，t_RBR为车辆制动系统反应滞后时间。

进一步，通过路侧感知设备配置的传感器识别目标物，输出目标物的位置、速度的运动信息，通过目标物的位置、速度信息判断目标物是否将与车辆在碰撞区域内发生碰撞。

进一步，在行为判断和运动计算判断目标物将与车辆在碰撞区域内发生碰撞且车辆在当前车速下制动至停车的减速度满足设定条件时，使车辆自动紧急制动。

进一步，判断目标物是否将与车辆在碰撞区域内发生碰撞时，通过如下公式计算：

其中，d_TO为目标物与风门中心点距离，v_TO为目标物移动速度，L_SV为碰撞区域宽度，d_SV为车辆与风门距离，v_SV为车辆行驶速度。

进一步，车辆在当前车速下制动至停车的减速度计算公式如下：

其中，d_SV为车辆与风门距离，v_SV为车辆行驶车速，t_SVD为车辆驾驶员反应时间，t_RBR为车辆制动系统反应滞后时间；

通过上式计算的a_SV，满足|a_SV|>0.5g时达到设定条件。

本发明的有益效果：

本发明通过车载感知和路侧感知(主要通过实时V2I通讯)的深度感知融合技术，获得车辆对环境的超视距感知能力，增强车载系统探测范围、精度和可靠性，克服车载感知无法解决的问题；

本发明要解决具体场景为车辆通过井工矿巷道内风门时，车载传感器的探测范围受到风门遮挡，无法观测到风门处行人等目标物，通过单车感知和V2I技术对感知信息的融合，提前获得行人等目标物信息，提前预判是否有发生碰撞的风险，从而增加驾驶员或紧急制动的反应时间，更有效地实现对车辆车辆控制，实现传统紧急制动无法获得的功能、性能和可靠性；

本发明技术针对潜在风险提前做出判断和响应避免车辆与风门及行人等目标物发生碰撞，在保障人员安全基础上，也可最大限度保障驾乘人员舒适性；

本发明的车路协同应用在提高安全性能的同时可以大大降低单车智能感知的成本。

附图说明

附图1是本发明所应用的交通场景示意图。

附图2是本发明的方法原理图。

附图3是本发明对应参数示意图。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

本发明实施例提供一种井工矿场景基于V2I技术的无人驾驶车控制系统。

参考图1所示的井工矿交通场景，车辆在巷道内行驶至风门，车辆为SV，风门区域附近有行人等目标物TO(Target Object)。车辆SV通过风门，无法获取风门后突然出现行人等目标物，车辆紧急启动AEB，但由于行人等目标物出现时距离车辆过近，可能无法避免车辆与行人等目标物碰撞的发生。同时，车辆紧急制动会产生较大的减速度，导致司乘人员驾驶舒适性降低，甚至因此受到身体伤害。

在当前场景下本实施例解决方案是车辆SV上配备自动紧急制动功能系统，车辆SV配备车载感知设备以及V2I车载通讯设备，车载感知设备可以是视觉摄像头和毫米波雷达等，主要用于识别前方目标物(车辆、行人等)位置、运动状态等，V2I车载通讯设备可以是OBU设备，用于与路侧RSU设备实现V2I的实时通讯和信息交互。

巷道内路侧在合适位置(如风门一侧)配备路侧感知设备(如视觉摄像头和雷达)、计算设备(MEC)和实时通讯设备(RSU)，可以感知识别场景范围内的移动目标(如行人)。车辆SV可以通过V2I设备获取行人等目标物的位置和运动信息，通过车载以及路侧感知的融合，提前感知或预判行人等目标物意图，提前做出判断和控制决策，提前采取必要的控制措施，如提前报警提醒驾驶员提前减速或提前紧急制动，达到避免车辆与行人等目标物发生碰撞的目的。

参考图2所示，为本实施例控制方法的原理图。

本实施例中，车辆SV通过其车载OBU设备，通过V2I通讯，实现与路侧RSU设备对接，协同感知到车辆前方目标物以及前方被风门遮挡行人等目标物的状态信息，然后与本车车载感知信息进行融合。一方面，车辆SV通过自身感知系统感知车辆前方目标物信息，同时，通过V2I及时获取路侧感知风门处及其周围的行人目标信息。因此，当车辆通过风门时，系统可以及时获得前方行人目标的信息，尤其是被遮挡的行人目标和状态信息，提前决策，提前采取必要的措施，如报警或紧急制动。最终目的是让车辆SV在必要时减速通过或安全停止在风门处，保护风门处行人等目标物安全。

在本实施例中，设定参数如下：

车辆SV行驶车速为v_SV，行人等目标物TO移动速度为v_to，车辆与风门处距离为d_SV，如图3所述，车辆加速度或减速度为a_SV，车辆驾驶员反应时间为t_SVD,车辆制动系统反应滞后时间为t_RBR，车辆与风门碰撞区域宽度L_SV。

在本实施例中，通过路侧感知设备配置的传感器识别目标物，输出目标物的位置、速度的运动信息，通过比较相邻时刻目标物位置坐标是否与风门所在区域重合确定风门处是否有目标物，通过比较相邻时刻目标物位置坐标是否向风门所在区域趋近判断风门处目标物是否有通行趋势，在行为判断和运动计算判断风门处有目标物或风门处附近目标物有通行趋势，同时车辆满足预警距离条件时，使车辆发出预警信号，具体的：

预警触发的原则是，当风门处有行人，或当判断路边行人等目标物具有通行的趋势，同时车辆能够保证在预警发生一定时间后，仍可通过温和制动实现风门处前停车，温和制动指车辆在制动时，其减速度在设定值范围内，如|a_SV|<0.2g此值可根据实际需要调整优化。

在温和制动前提下，车辆减速到静止的行驶距离d_stop计算方式如下：

当风门处有行人，或判断路边行人等目标物具有通行的趋势，同时本车辆SV与风门的距离满足d_SV<d_stop+d_pre1时触发系统预警，当目标物消失，预警撤销，其中，d_pre1为一个提前预警的预设常值(譬如25m，具体取值，可以根据需要调整优化)。

在本实施例中，通过路侧感知设备配置的传感器识别目标物，输出目标物的位置、速度的运动信息，通过目标物的位置、速度信息判断目标物是否将与车辆在碰撞区域内发生碰撞，在行为判断和运动计算判断目标物将与车辆在碰撞区域内发生碰撞且车辆在当前车速下制动至停车的减速度满足设定条件时，使车辆自动紧急制动，具体的：

紧急制动控制的原则为：通过对行人等目标物的行为进行预测，当判断在车辆通过时行人等目标物在可能的碰撞区域内，同时车辆距离风门处距离d_sv较近，需要高强度制动(例如减速度|a_SV|>0.5g)才能在风门处之前实现停车。

目标物是否将与车辆在碰撞区域内发生碰撞，通过如下公式得到：

在当前车辆车速v_SV下车辆制动至速度为0时，制动减速度的计算方式如下：

通过上式可以计算出a_SV的值。

在车辆与行人等目标物在同一个时间窗口内通行潜在碰撞区域，且车辆当前车速下制动至停车的减速度满足|a_SV|>0.5g时，触发紧急制动。

Claims (8)

1.一种井工矿场景基于V2I技术的无人驾驶车控制方法，用于使车辆安全通过矿用风门，其特征在于，所述方法包括：

车辆配置车载感知设备以及V2I车载通讯设备，井工矿巷道路侧合适位置配置路侧感知设备以及能够实现V2I通讯的RSU设备，

车载感知设备用于获取车辆前方目标物信息，路侧感知设备用于实时监测和识别风门附近目标物信息，V2I车载通讯设备用于通过V2I通讯，实现与路侧RSU设备对接，协同感知前方目标物的信息，并使其与车载感知设备获取的目标物信息进行融合，通过行为判断和运动计算判断风门处是否有目标物、风门处附近目标物是否有通行趋势、目标物是否将与车辆在碰撞区域内发生碰撞，从而使车辆进行预警或紧急制动。

2.根据权利要求1所述的井工矿场景基于V2I技术的无人驾驶车控制方法，其特征在于，通过路侧感知设备配置的传感器识别目标物，输出目标物的位置、速度的运动信息，通过比较相邻时刻目标物位置坐标是否与风门所在区域重合确定风门处是否有目标物，通过比较相邻时刻目标物位置坐标是否向风门所在区域趋近判断风门处目标物是否有通行趋势。

3.根据权利要求2所述的井工矿场景基于V2I技术的无人驾驶车控制方法，其特征在于，在行为判断和运动计算判断风门处有目标物或风门处附近目标物有通行趋势，同时车辆满足预警距离条件时，使车辆发出预警信号。

4.根据权利要求3所述的井工矿场景基于V2I技术的无人驾驶车控制方法，其特征在于，预警距离条件计算公式为：d_SV<d_stop+d_pre1；

其中，d_SV为车辆与风门的距离，d_pre1为提前预警的预设常值，d_stop车辆减速到静止的行驶距离，d_stop计算方式如下：

其中，v_SV为车辆行驶车速，a_SV为设定的车辆温和制动下的减速度，t_SVD为车辆驾驶员反应时间，t_RBR为车辆制动系统反应滞后时间。

5.根据权利要求1所述的井工矿场景基于V2I技术的无人驾驶车控制方法，其特征在于，通过路侧感知设备配置的传感器识别目标物，输出目标物的位置、速度的运动信息，通过目标物的位置、速度信息判断目标物是否将与车辆在碰撞区域内发生碰撞。

6.根据权利要求5所述的井工矿场景基于V2I技术的无人驾驶车控制方法，其特征在于，在行为判断和运动计算判断目标物将与车辆在碰撞区域内发生碰撞且车辆在当前车速下制动至停车的减速度满足设定条件时，使车辆自动紧急制动。

7.根据权利要求6所述的井工矿场景基于V2I技术的无人驾驶车控制方法，其特征在于，判断目标物是否将与车辆在碰撞区域内发生碰撞时，通过如下公式计算：

其中，d_TO为目标物与风门中心点距离，v_TO为目标物移动速度，L_SV为碰撞区域宽度，d_SV为车辆与风门距离，v_SV为车辆行驶速度。

8.根据权利要求7所述的井工矿场景基于V2I技术的无人驾驶车控制方法，其特征在于，车辆在当前车速下制动至停车的减速度计算公式如下：

其中，d_SV为车辆与风门距离，v_SV为车辆行驶车速，t_SVD为车辆驾驶员反应时间，t_RBR为车辆制动系统反应滞后时间；

通过上式计算的a_SV，满足|a_SV|>0.5g时达到设定条件。