一种适应多种危险工况的车辆紧急避撞决策规划方法

技术领域

本发明属于汽车防碰撞控制技术领域，具体涉及一种适应多种危险工况的车辆紧急避撞决策规划方法。

背景技术

随着汽车保有量逐年增加，道路交通事故也随之增多，人们对于道路交通安全的重视程度不断提高，越来越多的主动避撞技术得到了应用。

目前车辆避撞操作以碰撞预警或紧急制动为主，当自车车速较高或处于湿滑路面等特殊工况下，采用紧急制动的避撞方式避撞效果较差，且当遇到前方旁侧对向车道车辆越过中心线驶来场景，通过紧急制动无法避免碰撞，需要一种能够适应多种危险工况的车辆紧急避撞决策规划方法，提升车辆安全性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：将针对结构化道路下车辆高速行驶工况，针对车辆行驶过程中，遇到前方障碍车辆静止、紧急制动、低速行驶、横向穿入以及旁侧对向车道越线驶来等危险交通场景，设置了紧急避撞决策方法，根据不同的危险交通场景以及自车所处的状态，分析、计算车辆当前的碰撞风险，使车辆按照决策逻辑执行碰撞预警、制动避撞、转向避撞或制动预碰撞四类避撞操作进行避撞，保证车辆安全性。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种适应多种危险工况的车辆紧急避撞决策规划方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：定义车辆紧急避撞所需的环境传感器，获取道路环境信息、前方障碍车辆信息以及驾驶员行为信息：

所述环境传感器包括前视摄像头、前置毫米波雷达；

通过前视摄像头、前置毫米波雷达感知车辆行驶过程中的环境信息以及前方障碍车辆位置信息、前方障碍车辆运动信息；

通过置于方向盘中央的语音感知模块，接收驾驶员语音信息；

通过方向盘力矩传感器获取驾驶员施加给方向盘的力矩信息；

通过加速踏板角度传感器获取驾驶员施加给加速踏板的角度信息；

步骤S2：当前方障碍车辆处于静止、紧急制动、低速行驶或横向穿入状态，通过安全距离模型判断碰撞风险，设置预警安全距离L

当L＞L

当L

当L

当L＜L

当无法规划出可行避撞路径时，车辆进入制动预碰撞状态，按设定的最大制动减速度紧急制动；

且当车辆处于制动避撞状态、转向避撞状态、制动预碰撞状态时，设定驾驶员方向盘输入力矩阈值、油门踏板开度阈值，并通过语音感知模块，采集驾驶员语音口令；当驾驶员输入方向盘力矩、油门踏板开度大于设定阈值或语音感知模块采集到驾驶员喊出“退出避撞”的关键词时，判定为驾驶员希望退出紧急避撞模式，转为驾驶员驾驶；

步骤S3：当前方障碍车辆从旁侧对向车道越线驶来，设置碰撞预警阈值

当

当

当

当无法规划出可行避撞路径时，车辆进入制动预碰撞状态，按设定的最大制动减速度紧急制动；

且当车辆处于转向避撞、制动预碰撞状态时，设定驾驶员方向盘输入力矩阈值、油门踏板开度阈值，并在通过语音接收模块，接收驾驶员语音口令；当驾驶员输入方向盘力矩、油门踏板开度大于设定阈值或语音感知模块采集到驾驶员喊出“退出避撞”的关键词时，判定为驾驶员希望退出紧急避撞模式，转为驾驶员驾驶；

步骤S4：当避撞操作结束或车辆处于静止，车辆退出紧急避撞状态。

其中，所述步骤S2中，将车辆前方障碍车辆处于静止、紧急制动、低速行驶、横向穿入工况的障碍车辆运动状态分为静止、匀速、加速、紧急制动四类，其中障碍车车速为沿自车行驶方向车速，障碍车辆横向穿入对于自车行驶方向速度为0，安全距离设置等同于障碍物静止状态；

则障碍车辆与自车同向运动的预警安全距离L

当前方障碍车辆静止时：

当前方障碍车辆匀速或加速时：

当前方障碍车辆紧急制动时：

式中，v

以上安全距离公式，距离单位为m，速度单位为km/h,加速度单位为m/s

其中，所述τ

其中，所述方法中，所述步骤S2中，当L＜L

具体如下：

当车辆前方障碍车处于同向或对向工况，由于危险程度过高自车进入转向避撞状态时，采用避撞路径规划方法，避撞路径规划具体包括以下步骤：

步骤A：通过自车车速v

S＝(v

其中，障碍车与自车运动方向相同v

步骤B：通过检测环境信息，包括车道线信息、障碍物运动信息、障碍物位置信息，确定自车可行驶区域位置约束，依据自车运动学约束，建立车辆转向避撞过程中的横向位移、横向速度、横向加速度、横向急动度约束；

步骤C：建立关于车辆横向位移y、横向速度v

其中，m、p、q、r为对应的非负权重值，通过设置合理的权重系数，求解该优化函数最小值，保证规划出的避撞路径平滑且可以有效避撞，并将计算结果即转向避撞过程中每个步长的横向位置与车辆纵向运动状态结合，确定最终转向避撞路径。

其中，所述步骤S2的步骤A中，S对应纵向运动状态，每个步长对应一个纵向距离，需要和优化后的横向运动状态结合才是整个避撞轨迹。

其中，所述步骤S3中，当前方障碍车辆从旁侧对向车道越线驶来的工况下，设置碰撞预警阈值

其中，所述步骤S3中，当前方障碍车辆从旁侧对向车道越线驶来的工况下，设置主动转向避撞阈值

其中，根据实际交通场景中前方障碍车辆从旁侧对向车道越线驶来的工况，此时制动避撞无法有效避免碰撞，需要控制车辆采取转向避撞的避撞操作，实现自车对于前方障碍车辆同向、对向、静止不同运动状态的一体化避撞决策。

其中，所述方法中，考虑车辆控制权移交优选控制，设置驾驶员退出机制，使自车触发紧急避撞时，驾驶员通过对车辆方向盘、油门或者语音口令的干预，重新获取车辆的控制权。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明所述方法针对结构化道路下车辆高速行驶工况，针对车辆行驶过程中，遇到前方障碍车辆静止、紧急制动、低速行驶、横向穿入以及旁侧对向车道越线驶来的危险交通场景，设置了紧急避撞决策方法，根据不同的危险交通场景以及自车所处的状态，分析、计算车辆当前的碰撞风险，使车辆按照决策逻辑执行碰撞预警、制动避撞、转向避撞或制动预碰撞四类避撞操作进行避撞，保证车辆安全性。

附图说明

图1为总体决策逻辑框架图。

图2为转向避撞路径规划示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决上述技术问题，本发明提供一种适应多种危险工况的车辆紧急避撞决策规划方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：定义车辆紧急避撞所需的环境传感器，获取道路环境信息、前方障碍车辆信息以及驾驶员行为信息：

所述环境传感器包括前视摄像头、前置毫米波雷达；

通过前视摄像头、前置毫米波雷达感知车辆行驶过程中的环境信息以及前方障碍车辆位置信息、前方障碍车辆运动信息；

通过置于方向盘中央的语音感知模块，接收驾驶员语音信息；

通过方向盘力矩传感器获取驾驶员施加给方向盘的力矩信息；

通过加速踏板角度传感器获取驾驶员施加给加速踏板的角度信息；

步骤S2：当前方障碍车辆处于静止、紧急制动、低速行驶或横向穿入状态，通过安全距离模型判断碰撞风险，设置预警安全距离L

当L＞L

当L

当L

当L＜L

当无法规划出可行避撞路径时，车辆进入制动预碰撞状态，按设定的最大制动减速度紧急制动；

且当车辆处于制动避撞状态、转向避撞状态、制动预碰撞状态时，设定驾驶员方向盘输入力矩阈值、油门踏板开度阈值，并通过语音感知模块，采集驾驶员语音口令；当驾驶员输入方向盘力矩、油门踏板开度大于设定阈值或语音感知模块采集到驾驶员喊出“退出避撞”的关键词时，判定为驾驶员希望退出紧急避撞模式，转为驾驶员驾驶；

步骤S3：当前方障碍车辆从旁侧对向车道越线驶来，设置碰撞预警阈值

当

当

当

当无法规划出可行避撞路径时，车辆进入制动预碰撞状态，按设定的最大制动减速度紧急制动；

且当车辆处于转向避撞、制动预碰撞状态时，设定驾驶员方向盘输入力矩阈值、油门踏板开度阈值，并在通过语音接收模块，接收驾驶员语音口令；当驾驶员输入方向盘力矩、油门踏板开度大于设定阈值或语音感知模块采集到驾驶员喊出“退出避撞”的关键词时，判定为驾驶员希望退出紧急避撞模式，转为驾驶员驾驶；

步骤S4：当避撞操作结束或车辆处于静止，车辆退出紧急避撞状态。

其中，所述步骤S2中，将车辆前方障碍车辆处于静止、紧急制动、低速行驶、横向穿入工况的障碍车辆运动状态分为静止、匀速、加速、紧急制动四类，其中障碍车车速为沿自车行驶方向车速，障碍车辆横向穿入对于自车行驶方向速度为0，安全距离设置等同于障碍物静止状态；

则障碍车辆与自车同向运动的预警安全距离L

当前方障碍车辆静止时：

当前方障碍车辆匀速或加速时：

当前方障碍车辆紧急制动时：

式中，v

以上安全距离公式，距离单位为m，速度单位为km/h,加速度单位为m/s

其中，所述τ

其中，所述方法中，所述步骤S2中，当L＜L

具体如下：

当车辆前方障碍车处于同向或对向工况，由于危险程度过高自车进入转向避撞状态时，采用避撞路径规划方法，避撞路径规划具体包括以下步骤：

步骤A：通过自车车速v

S＝(v

其中，障碍车与自车运动方向相同v

步骤B：通过检测环境信息，包括车道线信息、障碍物运动信息、障碍物位置信息，确定自车可行驶区域位置约束，依据自车运动学约束，建立车辆转向避撞过程中的横向位移、横向速度、横向加速度、横向急动度约束；

步骤C：建立关于车辆横向位移y、横向速度v

其中，m、p、q、r为对应的非负权重值，通过设置合理的权重系数，求解该优化函数最小值，保证规划出的避撞路径平滑且可以有效避撞，并将计算结果即转向避撞过程中每个步长的横向位置与车辆纵向运动状态结合，确定最终转向避撞路径。

其中，所述步骤S2的步骤A中，S对应纵向运动状态，每个步长对应一个纵向距离，需要和优化后的横向运动状态结合才是整个避撞轨迹。

其中，所述步骤S3中，当前方障碍车辆从旁侧对向车道越线驶来的工况下，设置碰撞预警阈值

其中，所述步骤S3中，当前方障碍车辆从旁侧对向车道越线驶来的工况下，设置主动转向避撞阈值

其中，根据实际交通场景中前方障碍车辆从旁侧对向车道越线驶来的工况，此时制动避撞无法有效避免碰撞，需要控制车辆采取转向避撞的避撞操作，实现自车对于前方障碍车辆同向、对向、静止不同运动状态的一体化避撞决策。

其中，所述方法中，考虑车辆控制权移交优选控制，设置驾驶员退出机制，使自车触发紧急避撞时，驾驶员通过对车辆方向盘、油门或者语音口令的干预，重新获取车辆的控制权。

实施例1

本实施例中，包容如下步骤：

步骤1：定义车辆紧急避撞所需的传感器，获取道路环境信息、前方障碍车辆信息以及驾驶员行为信息，通过前视摄像头、前置毫米波雷达感知车辆行驶过程中的环境信息以及前方障碍车辆位置信息、前方障碍车辆运动信息；通过置于方向盘中央的语音感知模块，接收驾驶员语音信息；通过方向盘力矩传感器获取驾驶员施加给方向盘的力矩信息；通过加速踏板角度传感器获取驾驶员施加给加速踏板的角度信息。

步骤2：当前方障碍车辆处于静止、紧急制动、低速行驶、横向穿入状态，通过安全距离模型判断碰撞风险，将四种障碍车辆运动状态分为静止、匀速、加速、紧急制动四类，其中障碍车车速为沿自车方向车速，障碍车辆横向穿入对于自车行驶方向速度为0，安全距离设置等同于障碍物静止状态。设置障碍车辆与自车同向运动的预警安全距离L

当前方障碍车辆静止时：

当前方障碍车辆匀速或加速时：

当前方障碍车辆紧急制动时：

式中，v

以上安全距离公式，距离单位为m，速度单位为km/h,加速度单位为m/s2，时间单位为s。

根据前方障碍车辆与自车距离L确定碰撞风险，控制车辆执行碰撞预警、制动避撞、转向避撞或制动预碰撞的避撞操作，如图1所示，当L＞L

S＝(v

其中，障碍车与自车运动方向相同v

其中m、p、q、r为对应的非负权重值，通过设置合理的权重系数，求解该优化函数最小值，保证规划出的避撞路径平滑且可以有效避撞，并将计算结果即转向避撞过程中每个步长的横向位置与车辆纵向运动状态结合，确定最终转向避撞路径；当无法规划出可行避撞路径时，车辆进入制动预碰撞状态，按设定的最大制动减速度紧急制动；且当车辆处于制动避撞、转向避撞、制动预碰撞状态时，考虑车辆控制权移交优选控制，设置驾驶员退出机制，设定驾驶员方向盘输入力矩阈值、油门踏板开度阈值，并在通过语音接收模块，接收驾驶员语音口令。当驾驶员输入方向盘力矩、油门踏板开度大于设定阈值或说出“退出避撞”的关键词时，判定为驾驶员希望退出紧急避撞模式，转为驾驶员驾驶。

步骤3：当前方障碍车辆从旁侧对向车道越线驶来，设置碰撞预警阈值

S＝(v

其中，障碍车与自车运动方向相同v

其中m、p、q、r为对应的非负权重值，通过设置合理的权重系数，求解该优化函数最小值，保证规划出的避撞路径平滑且可以有效避撞，并将计算结果即转向避撞过程中每个步长的横向位置与车辆纵向运动状态结合，确定最终转向避撞路径；当无法规划出可行避撞路径时，车辆进入制动预碰撞状态，按设定的最大制动减速度紧急制动；且当车辆处于制动避撞、转向避撞、制动预碰撞状态时，考虑车辆控制权移交优选控制，设置驾驶员退出机制，设定驾驶员方向盘输入力矩阈值、油门踏板开度阈值，并在通过语音接收模块，接收驾驶员语音口令。当驾驶员输入方向盘力矩、油门踏板开度大于设定阈值或说出“退出避撞”的关键词时，判定为驾驶员希望退出紧急避撞模式，转为驾驶员驾驶。

步骤4：当避撞操作结束或车辆处于静止，车辆退出紧急避撞状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。