CN210454790U - 一种车辆紧急加速自保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种车辆紧急加速自保护系统，包括前和后向环境感知模块、信息融合模块、决策与控制模块和执行模块构成；本实用新型提高了车辆的智能性，前向和后向环境感知模块可以获取车辆周围的环境信息，再结合本车当前和未来的运行姿态的预测，完善了对车辆周围当前和未来环境信息的感知，有效提高了后车防追尾预警的准确性、提高了车辆自保护决策及控制决策的可靠性，避免或降低了交通事故的发生率，保障了驾驶员的人身安全和财产安全，同时AEA系统也是自动紧急制动系统(AEB)在防撞追尾事故上的重要补充，也是一种新型的主动安全系统。

Description

一种车辆紧急加速自保护系统

技术领域

本实用新型涉及汽车电子、软件、计算机技术、机械电子技术、总线通讯技术、嵌入式系统技术、汽车稳定动力学稳定控制和智能驾驶领域，具体涉及到一种车辆后向防追尾及自保护系统。

背景技术

近年来，随着汽车行业的快速发展及汽车购置成本的降低，汽车已经成为大多数人出行的交通工具。虽然汽车极大方便了人类的生产生活，但也给人类带来了众多问题，例如各类道路交通事故、道路拥堵、环境污染等一系列问题。其中，道路交通事故已经成为一个严重的社会问题，其给社会、国家、家庭带来了巨大的损失，也是直接造成多数人类非正常死亡的原因之一，而车辆追尾也是导致交通事故中人员死亡的重要原因之一。

目前，已有不少研究机构及汽车公司针对汽车防追尾碰撞预警系统进行了研发及研制，但极大多数研究成果都是针对本车行车方向的防追尾碰撞预警，此防追尾碰撞预警系统也只计算本车与前车之间的安全行车距离等防碰撞预警参数，并没有考虑后车与本车之间是否存在追尾的碰撞危险，这对于装了自动紧急制动系统(AEB(Automatic EmergencyBraking))的车辆来说，虽然降低了与前车追尾的事故率，但无法预估后方车辆对本车的碰撞威胁。据统计，在一般普通快速路或高速公路上，车辆追尾不仅仅是简单的一辆车追尾，多数情况下是多辆车连续追尾，使汽车智能系统具备后向防碰撞预警能力不但保障了本车行车的安全性，也保障了后车的行车安全性，可以降低后向追尾事故的发生率，减少人员财产的损失。同时，研究调查发现，在目前市场上已经量产的AEB系统仅能避免35％的前向追尾事故和减缓53％的碰撞事故。而剩余的其它大量追尾事故，则需要新颖的其它主动安全技术来实现，进一步提高车辆的主动安全性。

实用新型内容

针对目前车辆防追尾预警系统只提供预警信息(通过报警声光等形式提醒驾驶员注意行车安全)或自动紧急制动(AEB)以避免本车跟前车的碰撞或减缓碰撞的程度等。但是，大部分情况下，追尾事故是由于正常行驶的车辆遭受到跟随车辆的后向追尾碰撞而造成财产和人员的损失。据研究机构统计，目前市场上在售的AEB系统只能避免35％的前向追尾事故和避免53％追尾减缓事故，那将有65％的追尾碰撞事故和47％的追尾减缓事故难以解决，因此必须有其它的主动安全技术或功能来进一步对本车进行保护，减少追尾事故发生的可能性。因此，本实用新型是提供了一种智能车辆自动紧急加速(AEA)及自保护系统，它是一种车辆主动安全系统。其系统不但可以及时准确的向驾驶员提供车辆防追尾预警信息，还可根据本车工况及前后车路况以及驾驶员意图的识别，可以对驾驶员驾驶模式的转换或驾驶模式切换提示信息(一般通过语音及画面提示)，能最大限度的降低驾驶员在感知阶段及判断决策阶段出现失误，并在驾驶员没有反应的情况下，本车可以自动加速以避免或减缓尾随车辆对本车的碰撞，可以有效避免车辆后向追尾事故的发生，减少人员和财产的损失。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种车辆紧急加速自保护系统，包括前向和后向环境感知模块、信息融合模块、决策与控制模块和执行模块构成；

所述前和后向环境感知模块：包括采集前方道路情况、目标信息和目标识别的前向视觉模块和前向雷达模块，以及采集后方道路情况、目标信息和目标识别的后向视觉模块和后向雷达模块；

前向视觉模块和前向雷达模块的每个元器件经信号线连接前向信息融合控制模块，后向视觉模块和后向雷达模块的每个元器件经信号线连接后向信息融合控制模块；

所述信息融合模块：包括接收前向视觉模块和前向雷达模块信号并获得本车行车前方车辆与本车数据信息的前向信息融合控制模块，以及接收后向视觉模块和后向雷达模块并获得本车行车后方车辆与本车数据信息的后向信息融合控制模块；

所述决策与控制模块：包括根据前向信息融合模块和本车信息对前方行车环境进行预测的前向决策控制模块、根据后向信息融合模块和本车信息对后方行车环境进行预测的后向决策控制模块、以及获取前向决策控制模块和后向决策控制模块的预测信息并进行车辆行为控制的综合决策模块；

前向信息融合控制模块经信号线连接前向决策控制模块，后向信息融合控制模块经信号线连接后向决策控制模块，前向决策控制模块和后向决策控制模块经信号线连接综合决策模块；

所述执行模块：执行综合决策模块控制指令的模块，包括显示模块、驾驶提示模块、底盘控制动模块、动力控制模块，综合决策模块的信号输出端连接相应执行模块的相应元器件。

所述前向视觉模块包括前向摄像头、前环视摄像头，所述前视摄像头安装于汽车前挡风玻璃处，所述前环视摄像头安装于车头及后视镜处；

所述的后向视觉模块包括后向摄像头、后环视摄像头，所述后视摄像头安装于汽车后挡风玻璃处，所述环视摄像头安装于车尾及后视镜处；

所述的前向雷达模块包括前向雷达、前侧向BSD雷达、前向超声波雷达以及前向激光雷达，所述前向雷达和前向超声波雷达安装于车辆正前方，所述前侧向BSD雷达安装于车头两侧，所述前向激光雷达安装于车辆前方或车顶；

所述的后向雷达模块包括后向雷达、后侧向BSD雷达、后向超声波雷达以及后向激光雷达，所述后向雷达和后向超声波雷达安装于车辆正后方，所述后侧向BSD雷达安装于车尾两侧，所述后向激光雷达安装于车辆后方或车顶。

所述前向摄像头、前环视摄像头、后向摄像头和后环视摄像头均可以采用括激光红外摄像头、红外夜视摄像头、微光摄像头、单目摄像头、双目摄像头以及立体摄像头等中的一个或多个；

所述前向雷达、前侧向BSD雷达、前向超声波雷达、前向激光雷达；后向雷达模块包括后向雷达、后侧向BSD雷达、后向超声波雷达以及后向激光雷达均可以采用毫米波雷达、微波雷达、激光雷达以及超视距雷达中的一个或多个。

所述前和后向环境感知模块、信息融合模块、决策与控制模块和执行模块之间通过通讯采用总线方式连接，所述总线方式包括CAN、F-CAN、FlexRay、most、 J1939以及以太网中的其中的一种或组合方式。

所述车辆为燃油车、电动车、氢燃料车、核能车、太阳能车以及其中的一种或组合方式的汽车。

本实用新型利用机器视觉传感器、雷达传感器以及整车动力学数据的融合，如将摄像头和雷达获取的路况信息和车况信息进行融合以提高所获取的路况信息和车况信息的准确率，预测本车行驶轨迹和后向尾随车辆的行驶轨迹，减少后向防追尾报警的误报率和虚报率；根据驾驶员意图的控制与决策不仅向驾驶员提供了危险情况、减少驾驶员误操作或决策失误的概率，对驾驶员应对突发状况提供帮助，还增加了车辆加速的控制决策技术，使车辆在遇到后向追尾危险时，且前方加速条件允许的情况下进行本车自加速动作，防止后向追尾，保护本车，减轻了驾驶员的劳动强度，提高了驾驶员的行车安全性；智能车辆自动紧急加速(AEA)及自保护系统提高了车辆安全智能行驶，减少了后向追尾交通事故的发生率，减轻了驾驶员的驾驶疲劳，是一种新型的主动安全技术。

附图说明

下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为车辆紧急加速自保护系统原理框图；

图2为车辆紧急加速自保护系统组成框图；

图3为车辆紧急加速自保护方法流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的实用新型构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本实用新型通过TTC时间计算模块在结合本车与前后车的相对速度、相对距离等相关参数信息下实时计算后向防撞预警时间(TTC2和TTC1)；后向决策模块根据防撞预警时间TTC1和TTC2条件进行驾驶模式的切换；综合控制决策模块根据后向决策模块提供的TTC1和TTC2计算驾驶模式以及前向决策模块给出的前向道路信息，综合决策出本车的加速度控制量或生成驾驶模式转换提示信息。综合控制决策模块将计算控制量传递给执行模块；执行模块根据决策与控制模块传递的决策信息与控制量启动相应的执行模块，实现后向防追尾预警、本车加速等信息提示或控制。

本实用新型涉及车辆自动加速、后向防撞预警、雷达、电子、软件、图像处理、模式识别、信息融合、嵌入式计算机、总线通讯等相关领域；通过把前视摄像头、后视摄像头、前向雷达、后向雷达、环视摄像头和BSD雷达等传感器获取的本车前后车况信息及路况信息进行融合，完善了系统获取的车身周围的行车环境信息，提高了车身系统对环境的感知能力；通过TTC时间计算模块实时计算TTC1和TTC2，为防追尾预警和驾驶模式的切换提供决策计算的依据，以实现系统对复杂路况的适应性及提高车辆的自我保护性。在本车自加速技术的基础上增加自保护功能及驾驶提示功能，不但提高了车辆智能系统的智能性、减少了驾驶员在感知阶段、决策阶段的失误，还提高了车辆行驶的安全性，保障了驾驶员的人身安全，避免或减轻了交通事故。

一种智能车辆自动紧急加速(AEA)及自保护系统，其特征在于，包括前向和后向环境感知模块、决策与控制模块、执行模块构成，具体地：

前向和后向环境感知模块，包括前向环境感知模块、后向环境感知模块、信息融合控制模块、决策与控制模块以及执行模块等。前向感知模块包括前向视觉模块和前向雷达模块；后向感知模块包括后向视觉模块和后向雷达模块；前向视觉模块包括前视摄像头、环视摄像头及相关图像处理单元；后向视觉模块包括后向摄像头和环视摄像头及相关的图像处理单元；前向雷达处理模块包括前向雷达、超声波雷达和盲区探测雷达及相应的信号处理单元；后向雷达处理模块包括后向雷达、盲区探测雷达、超声波雷达及相应的信号处理单元。前向视觉模块主要获取车辆行车前方的道路和目标的视屏信息；前向雷达模块主要获取车辆行车前方的行车环境及目标信息；后向视觉模块主要获取本车尾随车辆的信息和路况信息；后向雷达模块主要获取本车后向来车的信息和后向行车信息；

信息融合模块包含前向信息融合控制模块和后向信息融合处理模块，它将视觉信息、雷达信息进行数据级和特征级的融合，得到目标之间的匹配，获得融合后的本车行车前方和尾随车辆与本车的相对速度、相对距离、相对位置信息、本车与前车的相对速度、相对距离、相对位置信息、道路行车信息等相关决策信息；

决策与控制模块包括前向决策控制模块、后向决策模块以及综合决策模块；前向决策控制模块根据前向信息融合模块结合车身自身状态和驾驶意图，对前方行车环境进行预测；后向决策模块根据后向融合控制模块提供的信息，对后向来车的危险程度进行判断；综合决策模块依据前后融合控制模块提供的行车环境和危险状况，决定车辆的行为和加速；

执行模块包括预警与显示模块、驾驶提示模块、底盘控制动模块、动力控制(EMS)模块；它根据决策与控制模块传递的决策信息与控制量，启动相应的模块，实现后向防追尾预警、本车自加速避撞或碰撞缓解等功能。

智能车辆自动紧急加速(AEA)及自保护系统，所述的摄像头包括激光红外摄像头、红外夜视摄像头、微光摄像头、单目摄像头、双目摄像头以及立体摄像头等中的一个或多个。

所述的雷达采用77～81GHz毫米波雷达、微波雷达、激光雷达以及超视距雷达中的一个或多个；

信息融合控制器将前向信息融合控制模块和后向信息融合处理模块分别融合前向视觉模块、前向雷达模块和后向视觉模块、后向雷达模块的信息，实现道路目标信息融合和道路场景融合；

前向决策控制模块根据前向信息融合模块传输的信息、本车行驶状态数据、驾驶员驾驶意图，预测出车辆未来行驶轨迹、前向危险目标的界定以及前向道路工况的预判等决策；

后向决策模块根据后向信息融合控制模块发送的本车与后向来车的相对速度、相对距离，实时计算本车与后向来车的防撞预警时间(TTC1)及防撞预警时间(TTC2)，并且根据TTC1时间作为后向防追尾预警的边界条件，以根据TTC1 时间和TTC2时间作为本车驾驶模式切换的边界条件；

综合决策模块依据前后向决策模块的信息，经综合判断与决策，实现本车的加速模式、变道模式及并线模式提示或执行相关动作；综合决策与控制模块将计算和决策的控制过程和控制量传递给执行模块；

各执行模块包括预警与显示模块、驾驶提示模块、电子稳定控制(ESC)模块或线控制动模块、动力控制单元(EMS)模块。各执行模块根据决策与控制模块传递的决策控制结果调用相关的控制模块。

计算得到的TTC1时间为一个集合，包括本车后方即雷达和后视摄像头探测范围内的所有尾随车辆与本车之间的TTC1时间；同样地，TTC2时间也是为一个集合，包括本车前视摄像头探测范围内的所有尾随车辆与本车之间的TTC2时间。

决策与控制模块将决策控制量(加速度指令或增扭指令)通过ESC或线控制动转发给EMS或者通过整车总线发送给EMS，执行相关的加速动作。

所述的前向和后向环境感知模块、决策与控制模块及各执行模块之间的通讯采用总线连接方式进行，其总线连接方式采用CAN、FlexRay、most、J1939 以及以太网中的其中的一种或组合方式。

参照图1中，本系统包括前向和后向环境感知模块、决策与控制模块、执行模块；前向和后向环境感知模块包括前向视觉模块、前向雷达模块、后向视觉模块、后向雷达模块；其中，视觉模块包括摄像头和视觉信息处理单元。决策与控制模块包括前向决策模块、后向决策模块以及综合决策模块。执行模块包括预警、显示、驾驶提示模块、电子稳定系统(ESC)模块(线控制动)及动力控制单元(EMS)。在车辆行驶过程中，执行模块根据决策与控制模块传递的控制量及控制信息完成预警提示、加速模式等功能。

参照图3，本系统采用的技术方案为：安装在前向视觉模块实时采集前方车况及路况视频数据，后向视觉模块用于实时采集后方车况及路况视频数据，通过各自的视觉处理单元将视频数据处理后获得本车行驶前后方车况及路况；前向雷达模块和后向雷达模块用于获取后方车况及路况信息；通过信息融合与控制模块将前方和后方车况及路况的视觉信号和雷达信号进行滤波和数据融合后，获得前方车辆与后车车辆的相对速度、相对车距及后方路况等信息参数，并将这些参数及车体速度、前方车况及路况信息传送给TTC时间计算模块。

预警与显示模块、动力控制单元及ESC(线控制动)模块接收控制器提供的信号和决策结果，根据TTC1时间，判断尾随车辆与本车有追尾危险时，则控制模块就将报警信号发送给预警与显示模块，预警与显示模块就会响应报警；若报警之后驾驶员没有响应报警，此时，根据TTC2时间判断本车与前车之间是否存在碰撞危险，若本车前方没有前车或本车与前车处于行车安全距离之外，则决策模块就将加速信号发送给动力控制单元，动力控制单元就会响应加速指令进行加速；若本车与前车在安全距离之内，且临车道没有车辆，则系统将给驾驶员以提示，驾驶提示模块发送驾驶提示语音信息提醒驾驶员进行变道或并线以避免追尾。

参照图3中，本实用新型的工作过程为：后向环境感知模块探测前方障碍物、前方车辆以及后方障碍物、后方车辆等信息，这些信息经过处理后传递给信息与控制模块，获得本车与前车及本车与后车之间的相对速度、相对距离、障碍物方位角信息等相关参数；将上述参数传递给决策与控制模块，实时计算本车行车轨迹、尾随车辆行驶轨迹、TTC时间、最危险目标的选择以及相应的控制量等参数，并将决策的控制参数通过总线传输给执行模块；执行模块接收到控制指令后，据控制指令的要求，实现对车辆加速的控制、防追尾预警、驾驶提示等功能，以使本车与前车及后车保持适当的距离，避免相互之间追尾事故的发生。其具体控制过程如下：

(1)通过后视摄像头探测到的后向车辆或障碍物信息及雷达探测到的后向车辆或障碍物信息，再结合本车车速等信息进行信息融合，精确计算出后方障碍物或车辆的相对距离、相对速度、范围信息等参数；通过前视摄像头探测到的前向车辆或障碍物信息计算出前方障碍物或车辆的相对距离、相对速度等参数；

(2)再对视觉信息和雷达信息进行数据级和目标特征级的融合；

(3)通过上述参数预测本车的行驶轨迹、前向车辆的目标行驶轨迹、尾随车辆的行驶轨迹，并根据轨迹融合获得本车行驶前方的潜在威胁目标或尾随车辆的潜在危险目标；

(4)根据选定的前向潜在危险目标和后向潜在危险目标，计算最佳安全行车距离、TTC1碰撞时间、TTC2碰撞时间；

(5)根据TTC1碰撞时间和TTC2碰撞时间来决策预警或自加速动作，设a1 为后向碰撞预警时间、b1为前向碰撞预警时间、b2为加速模式阈值：

(5.1)如果TTC1＞a1且TTC2＞b1，则此时判断本车处于安全行驶状态，不存在后向或前向的碰撞危险；

(5.2)如果TTC1≤a1且TTC2＞b1+b2，则此时判断本车存在后向追尾的危险，且与前方障碍物的距离远远大于安全行车距离，此时则认为本车前方没有障碍物或障碍物离本车比较远，此时系统会启动后向防追尾预警提醒驾驶员后车存在碰撞危险，并提示驾驶员进行变道、并线或加速，若驾驶员没有采取任何躲避措施，此时系统为避免后向追尾会自动进入加速模式，实时计算TTC1、 TTC2、车辆此时的加速度值，并实时向动力单元发送加速指令；

(5.3)如果TTC1≤a1且TTC2≤b1+b2，则此时判断本车存在后向追尾的危险，若进入加速模式可能与前车存在碰撞危险，此时系统会启动后向防追尾预警提醒驾驶员后车存在碰撞危险，并提示驾驶员进行加速、变道和并线等操作；

(6)执行模块一方面接收决策与控制模块发送的信号，另一方面对本车的状况一直进行监测。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种车辆紧急加速自保护系统，其特征在于：包括前向和后向环境感知模块、信息融合模块、决策与控制模块和执行模块构成；

所述前向和后向环境感知模块：包括采集前方道路情况、目标信息和目标类别的前向视觉模块和前向雷达模块，以及采集后方道路情况、目标信息和目标类别的后向视觉模块和后向雷达模块；

所述信息融合模块：包括接收前向视觉模块和前向雷达模块信号并获得本车行车前方车辆与本车数据信息的前向信息融合控制模块，以及接收后向视觉模块和后向雷达模块并获得本车行车后方车辆与本车数据信息的后向信息融合控制模块；

所述决策与控制模块：包括根据前向信息融合模块和本车信息对前方行车环境进行预测的前向决策控制模块；根据后向信息融合模块和本车信息对后方行车环境进行预测的后向决策控制模块、以及获取前向决策控制模块和后向决策控制模块的预测信息并进行车辆行为控制的综合决策模块；

所述执行模块：执行综合决策模块控制指令的模块，包括显示模块、驾驶提示模块、底盘控制模块、动力控制模块。

2.根据权利要求1所述的车辆紧急加速自保护系统，其特征在于：

所述前向视觉模块包括前向摄像头、前环视摄像头，所述前向摄像头安装于汽车前挡风玻璃处，所述前环视摄像头安装于车头及后视镜处；

所述的后向视觉模块包括后向摄像头、后环视摄像头，所述后向摄像头安装于汽车后挡风玻璃处，所述环视摄像头安装于车尾及后视镜处；

所述的前向雷达模块包括前向雷达、前侧向BSD雷达、前向超声波雷达以及前向激光雷达，所述前向雷达和前向超声波雷达安装于车辆正前方，所述前侧向BSD雷达安装于车头两侧，所述前向激光雷达安装于车辆前方或车顶；

所述的后向雷达模块包括后向雷达、后侧向BSD雷达、后向超声波雷达以及后向激光雷达，所述后向雷达和后向超声波雷达安装于车辆正后方，所述后侧向BSD雷达安装于车尾两侧，所述后向激光雷达安装于车辆后方或车顶。

3.根据权利要求2所述的车辆紧急加速自保护系统，其特征在于：

所述前向摄像头、前环视摄像头、后向摄像头和后环视摄像头均可以采用括激光红外摄像头、红外夜视摄像头、微光摄像头、单目摄像头、双目摄像头以及立体摄像头等中的一个或多个；

所述前向雷达、前侧向BSD雷达、前向超声波雷达、前向激光雷达、后向雷达模块包括后向雷达、后侧向BSD雷达、后向超声波雷达以及后向激光雷达均可以采用毫米波雷达、微波雷达、激光雷达以及超视距雷达中的一个或多个；

所述底盘控制模块包括车辆稳定控制模块（ESC）、线控制动系统等。

4.根据权利要求1、2或3所述的车辆紧急加速自保护系统，其特征在于：所述前和后向环境感知模块、信息融合模块、决策与控制模块和执行模块之间通过通讯采用总线方式连接，所述总线方式包括CAN、F-CAN、FlexRay、most、J1939以及以太网中的其中的一种或组合方式。

5.根据权利要求4所述的车辆紧急加速自保护系统，其特征在于：所述车辆为燃油车、电动车、氢燃料车、核能车、太阳能车以及其中的一种或组合方式的汽车。

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