[发明专利]一种汽车主动避撞系统及其轨迹规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车辅助驾驶领域，尤其涉及一种汽车主动避撞系统及其轨迹规划方法。

背景技术

随着智能交通在全球范围的兴起，汽车辅助驾驶技术受到了越来越多的关注，其研究的主要目的在于降低日趋严重的交通事故发生率，提高现有道路交通效率。国际上众多的研究机构，工业设计单位对其研发过程正投入大量的人力、物力、财力来进行相关关键技术的研发。

主动避撞系统作为汽车辅助驾驶技术的一项重要研究内容，其研究的主要目的是提高车辆驾驶的安全性能，其主要利用现代信息技术、传感技术来扩展驾驶人员的感知能力，将外界信息(如车速、障碍物距离、速度、方向等)传递给驾驶人员的同时综合利用车况与路况信息，判断汽车当前运行状况的安全程度，在紧急情况下能自动的采取措施控制汽车，使得汽车主动地避开危险，保证汽车安全行驶或最大可能的减小事故的伤害程度。汽车只有具备了这样的主动安全性能，才可能从根本上减少交通事故，提高交通安全。

轨迹规划技术是主动避撞系统中的一项关键技术，要想实现对车辆的智能控制，其前提条件是就要生成可行的参考轨迹，并将轨迹的参数提供给跟踪控制器，以便于控制器能够控制汽车按照所规划的轨迹行驶，因此，如何在紧急情况下规划一条可行的无碰轨迹显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种汽车主动避撞系统及其轨迹规划方法，解决了在紧急情况下主动避撞系统的轨迹规划问题，通过软硬件相结合的方式在保证汽车操纵稳定性的同时有效的避开障碍物，避免交通事故的发生，实现了汽车的主动安全功能。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种汽车主动避撞系统，包含前视雷达、摄像头、信号处理模块、车速传感器、横摆角速度传感器、质心侧偏角传感器、方向盘转角传感器、电子控制电源ECU、油门控制器、转向控制器和制动控制器；

所述前视雷达、摄像头通过信号处理模块和所述电子控制电源ECU相连；所述电子控制电源ECU分别和、车速传感器、横摆角速度传感器、质心侧偏角传感器、方向盘转角传感器、油门控制器、转向控制器、制动控制器相连；

所述前视雷达与摄像头均安装在汽车前方，用于检测汽车前方的道路情况，并将所测得的信号经信号处理模块处理后传递给所述电子控制单元ECU；

所述车速传感器、横摆角速度传感器、质心侧偏角传感器、方向盘转角传感器分别用于感应汽车的速度、横摆角速度、质心侧偏角和前轮转向角，并将采集到的信号经处理后送入到电子控制单元ECU；

所述电子控制单元ECU用于根据接收到的信号输出相应的信号到油门控制器、转向控制器、制动控制器，进行相应加速、减速、制动操作，以保证行车安全。

本发明还公开了一种基于以上汽车主动避撞系统的轨迹规划方法，包含以下步骤：

步骤1)，通过前视雷达与摄像头获取汽车前方障碍物的距离、速度、加速度和宽度，并将前方障碍物的与汽车之间的距离与预先设定的安全距离阈值对比，如果其小于预设的安全距离阈值，则执行步骤2)；

步骤2)，通过车速传感器、横摆角速度传感器、质心侧偏角传感器、方向盘转角传感器获取汽车的速度、横摆角速度、质心侧偏角和前轮转向角；

步骤3)，根据汽车的横摆角、前轮转向角、纵向速度、前轴与后轴之间的间距、以及后轴中点的纵向坐标和侧向坐标建立汽车三自由度运动学模型；

步骤4)，用七次多项式参数化待生成轨迹；

步骤5)，根据汽车三自由度运动学模型和参数化的待生成轨迹设置轨迹优化模型约束条件、设定目标函数以及优化变量，并根据汽车的纵向速度、横摆角速度、质心侧偏角、前轮转向角、以及汽车前方障碍物距离、速度、加速度对其进行求解，得到轨迹优化模型；

步骤6)，基于动态粒子群优化算法，对所建立的轨迹优化模型进行求解，得到规划轨迹。

作为该汽车主动避撞系统的轨迹规划方法的进一步优化方案，根据以下公式建立步骤3)中所述的汽车三自由度运动学模型：

其中，x和y分别是汽车后轴中点的纵向坐标和侧向坐标，θ是汽车的横摆角，δ是汽车前轮转向角，v是汽车的纵向速度，l是汽车前轴与后轴之间的间距，t是轨迹规划的当前时间。

作为该汽车主动避撞系统的轨迹规划方法的进一步优化方案，步骤5)中所述的七次多项式参数化的轨迹方程为：