一种智能车辆紧急避撞方法与系统

技术领域

本发明涉及车辆主动安全控制技术领域，尤其涉及一种智能车辆紧急避撞方法与系统。

背景技术

随着车辆普及率的提升，道路交通情况急剧恶化，交通事故发生率急剧上升。因此，主动安全系统的研发将成为未来自动驾驶车辆落地应用的关键环节。

车辆主动安全系统中一项至关重要的功能便是主动避撞功能。针对车辆前方探测到的障碍物或者它车信息，汽车主动避撞系统能在事故发生前提醒驾驶员注意,并在紧急状况下通过动态性的干预,自动的启动紧急制动和紧急变道避让车辆自动实施安全措施,有效减少汽车碰撞事故的发生。

智能汽车紧急避撞功能及系统的研发作为自动驾驶主动安全技术的重要一环，针对其已经开展了一定的研究。例如，专利CN107672587A提出了一种提供了一种紧急避撞系统及方法，包括轨迹预测单元、判断单元、计算单元和控制单元，其中轨迹预测单元持续预测自车及周车轨迹，判断单元计算车辆行驶风险，计算单元生成期望避撞轨迹并在控制单元中实现期望轨迹的跟踪。其系统设计采用分层式架构，通过对周边环境的感知与危险预测判断首先生成避撞轨迹，并通过底盘执行器协同实现对避障后轨迹的跟踪。然而，分层式架构需要轨迹规划层与跟踪控制层间相互协同，多域协同中异步时钟采样及避撞规划时效性问题难以避免。专利CN 107878453 B提出了一种躲避动态障碍物的汽车紧急避撞一体式控制方法，该方法是利用路径动态规划与实时跟踪控制模块，实时优化得出汽车的前轮转角，实现车辆避撞与跟踪的一体化控制，然而，广泛采用的基于滚动时域的决控一体化算法需要的优化算力过大，且编程难以实现。这些缺陷进一步地约束与制约了紧急避撞主动安全系统的应用及实施。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种智能车辆紧急避撞方法，提升了车辆主动安全性，有效减少了追尾碰撞事故的发生，具有较高的实用性。

本发明的另一个目的在于提出一种智能车辆紧急避撞系统。

本发明的第三方面在于提出一种计算机设备。

本发明的第四方面在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。

为达上述目的，本发明一方面提出了一种智能车辆紧急避撞方法，包括：

基于车辆自动驾驶系统得到自车感知信息，并根据预设的任务目标得到任务参考轨迹；

利用自主避撞系统对所述任务参考轨迹和所述自车感知信息进行计算得到期望执行器的响应值；

利用车辆底盘系统执行所述响应值的响应指令，根据指令响应结果实现车辆在完成既定路径跟踪任务下的紧急避撞功能。

根据本发明实施例的智能车辆紧急避撞方法还可以具有以下附加技术特征：

进一步地，所述自车感知信息，包括自车位置信息和障碍物的位置信息；所述任务参考轨迹的期望轨迹横纵坐标记为(X

进一步地，所述障碍物的碰撞风险函数为：

其中，A

进一步地，根据所述碰撞风险函数构建安全障碍函数：

其中，r为极限碰撞安全距离，ln(·)为对数函数。

进一步地，根据所述安全障碍函数构建积分启发式障碍李雅普诺夫函数：

其中，Y

进一步地，根据所述启发式障碍李雅普诺夫函数和车辆运行几何模型，得到期望的车辆横摆角期望值为：

其中，v

为达到上述目的，本发明提出了一种智能车辆紧急避撞系统，包括：

自动驾驶单元，用于基于车辆自动驾驶系统得到自车感知信息，并根据预设的任务目标得到任务参考轨迹；

自主避撞系统，用于利用自主避撞系统对所述任务参考轨迹和所述自车感知信息进行计算得到期望执行器的响应值；

车辆底盘执行系统，用于利用车辆底盘系统执行所述响应值的响应指令，根据指令响应结果实现车辆在完成既定路径跟踪任务下的紧急避撞功能。

本发明第三方面提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现智能车辆紧急避撞方法。

本发明第四方面提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现智能车辆紧急避撞方法。

本发明实施例的智能车辆紧急避撞方法、系统、计算机设备和存储介质，提升了车辆主动安全性，有效减少了追尾碰撞事故的发生，具有较高的实用性。

本发明的有益效果为：

1)本发明通过构建智能驾驶车辆一体化避撞及路径跟踪算法，使得车辆对动态、静态障碍物能实现有效规避，并准确地完成既定任务。一体化的设计使得车辆规划避撞决策与控制融合一体，减少了车辆多域协调难度及异步通信采样调节难度；

2)本发明所有设计步骤均为解析解，相较于广泛研究使用的模型预测控制算法，本发明方法易于编程且所需算力较少，更利于实际应用。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的智能车辆紧急避撞方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的车辆紧急避撞场景示意图；

图3为根据本发明实施例的智能车辆紧急避撞系统结构示意图；

图4为根据本发明实施例的计算机设备。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的智能车辆紧急避撞方法、系统、计算机设备和和存储介质。

图1是本发明一个实施例的智能车辆紧急避撞方法的流程图。

如图1所示，该方法包括但不限于以下步骤：

S1，基于车辆自动驾驶系统得到自车感知信息，并根据预设的任务目标得到任务参考轨迹；

S2，利用自主避撞系统对任务参考轨迹和自车感知信息进行计算得到期望执行器的响应值；

S3，利用车辆底盘系统执行响应值的响应指令，根据指令响应结果实现车辆在完成既定路径跟踪任务下的紧急避撞功能。

具体地，本发明通过车辆自动驾驶系统，根据预设任务，规划参考轨迹，并感知自车周围环境，获取周围障碍物信息；根据既定参考轨迹与感知获取到的障碍物信息，通过自主避撞系统模块，直接计算得到期望执行器响应值；基于期望执行器响应值，车辆底盘系统执行响应期望值即可实现车辆紧急避撞功能。

在本实施例中，步骤S1中根据既定任务规划的期望轨迹横纵坐标记为(X

在本实施例中，上述步骤S2中，主要负责参考轨迹的跟踪与主动避撞功能的融合实现。首先，定义障碍物碰撞风险函数为：

式中，参数A

式中，参数r为极限碰撞安全距离。函数ln(·)为对数函数。同样的，该实施例中的安全障碍函数可由设计者自由定义，满足正定要求即可。根据该安全障碍函数，可设计如下积分启发式障碍李雅普诺夫函数：

式中，Y

其中，v

最后，依赖已有期望横摆角跟踪算法，将期望横摆角转化、分配为车辆底盘执行器期望响应值，不失一般性地，该实施例可应用于前驱、后驱、四驱车辆。其区别主要体现于不同底盘架构下期望横摆角到底层执行器响应的转化与跟踪。更一般地，车辆正常、异常运行状态下均可应用该紧急避撞策略方法。

作为一种实现方式，如图2所示，本发明以自动驾驶车辆车道变换场景为一代表性实施例。在换道过程中，周车突发事故、周围突然出现的行驶车辆均有可能影响原有换道轨迹的实施。因此，启动主动避撞功能确保车辆换道安全意义重大。通过发明设计的主动避撞算法，可有效提升车辆主动安全性。本实施例的期望是在车辆保持既定参考换道轨迹的前提下，车辆能避开所有潜在碰撞风险。通过主动执行避撞策略，在原有换道轨迹下重新规划计算期望横摆角，安全、快速、平稳地实现整个换道操作。

根据本发明实施例的智能车辆紧急避撞方法，根据提供的车辆周围信息感知及根据设定任务目标的全局轨迹规划，根据任务参考轨迹及周遭障碍信息，自主避撞系统通过障碍函数，直接获取期望执行器的响应，通过底盘执行系统执行期望响应，实现在原定参考轨迹的跟踪的前提下并实时修正轨迹避免碰撞的目的。自主避撞系统通过引入启发式障碍李雅普诺夫函数，通过解析的方式，实现了期望轨迹跟踪及主动避撞功能的融合。本发明提升了车辆主动安全性，有效减少了追尾碰撞事故的发生，具有较高的实用性。

为了实现上述实施例，如图3所示，本实施例中还提供了智能车辆紧急避撞系统10，该系统10包括：自动驾驶单元1、自主避撞系统2和车辆底盘执行系统3。

自动驾驶单元1，用于基于车辆自动驾驶系统得到自车感知信息，并根据预设的任务目标得到任务参考轨迹；

自主避撞系统2，用于利用自主避撞系统对所述任务参考轨迹和所述自车感知信息进行计算得到期望执行器的响应值；

车辆底盘执行系统3，用于利用车辆底盘系统执行所述响应值的响应指令，根据指令响应结果实现车辆在完成既定路径跟踪任务下的紧急避撞功能。

具体地，本发明首先从自动驾驶单元1获取期望任务轨迹与周围障碍物位置感知，计算自车与障碍物相对距离。之后，自主避撞系统2首先根据障碍物相对位置确定自车碰撞风险，并设计启发式障碍李雅普诺夫函数，利用该启发式李雅普诺夫函数获取融合主动避撞功能的重规划后期望横摆角，最后根据底盘系统构型实现横摆角精密跟踪，将期望横摆角转化为车辆底盘子执行器系统期望响应值。最后，车辆底盘执行系统3实现对执行器参考值的精确跟踪与执行，确保车辆实现对参考轨迹的跟踪并兼顾主动避撞功能。

根据本发明实施例的智能车辆紧急避撞系统，根据提供的车辆周围信息感知及根据设定任务目标的全局轨迹规划，根据任务参考轨迹及周遭障碍信息，自主避撞系统通过障碍函数，直接获取期望执行器的响应，通过底盘执行系统执行期望响应，实现在原定参考轨迹的跟踪的前提下并实时修正轨迹避免碰撞的目的。自主避撞系统通过引入启发式障碍李雅普诺夫函数，通过解析的方式，实现了期望轨迹跟踪及主动避撞功能的融合。本发明提升了车辆主动安全性，有效减少了追尾碰撞事故的发生，具有较高的实用性。

为了实现上述实施例的方法，本发明还提供了一种计算机设备，如图4所示，该计算机设备600包括存储器601、处理器602；其中，所述处理器602通过读取所述存储器601中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现上文所述方法的各个步骤。

为了实现上述实施例，本申请还提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如前述实施例所述智能车辆紧急避撞方法。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。