[发明专利]一种车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统及控制方法

权利要求书

1.一种车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统的控制方法，

所述系统包括数据采集模块、综合处理模块和执行模块；

所述数据采集模块中：雷达单元、摄像头、自车车速传感器、自车加速度传感器和自车参数单元，分别将采集到的车辆行驶数据和道路信息数据发送至综合处理模块；

所述综合处理模块中，数据处理单元对接收到的车辆行驶数据和道路信息数据进行分析处理获得决策数据并发送至决策单元，经决策单元判断产生决策指令并发送至执行模块；

所述执行模块中，制动器和转向器分别接收决策单元发送的决策指令，执行侧方变道或紧急制动操作；

所述车辆行驶数据包括：

所述雷达单元中，激光雷达采集到的周围车辆的行驶状况、车辆尺寸参数、自车与同车道前方车辆纵向的距离、自车与侧方车道车辆纵向距离、侧方车道车辆纵向距离；

所述雷达单元中，位于自车前端的第一长距离毫米波雷达采集到的前方同车道和侧方车道车辆的行驶状况、自车与同车道和侧方车道前方车辆纵向距离；

所述雷达单元中，位于自车后端的第二长距离毫米波雷采集到的后方同车道和侧方车道车辆的行驶状况、自车与同车道和侧方车道后方车辆纵向距离；

所述自车车速传感器采集到的自车的车速；

所述自车加速度传感器采集到的自车的加速度；

所述自车参数单元用于采集到的自车车车长、车宽、质心距前轴距离、最大制动减速度和临界侧向附着系数；

所述道路信息数据包括：

摄像头采集到的车道信息、侧方前车相对同车道前车的侧向距离和侧方前车距离侧方车道边界线的距离；

其特征在于：

所述控制方法具体如下：

S1：采集车辆行驶数据和道路信息数据；

所述车辆行驶数据包括自车A、同车道前车B、侧方后车C以及侧方前车D的行驶数据；其中：

通过激光雷达采集同车道前车B的车速v_Bj、加速度a_Bj、车长L_B、车宽W_B和距离自车车距d_ABj，侧方后车C的车速v_Cj、加速度a_Cj、车长L_C、车宽W_C和距离本车纵向车距d_ACj，侧方前车D的车速v_Dj、加速度a_Dj、车长L_D、车宽W_D、距离本车纵向车距d_ADj以及侧方后车C与侧方前车D的车距d_CD；

通过第一长距离毫米波雷达采集同车道前车B的车速v_Bh、加速度a_Bh和距离自车纵向车距d_ABh，侧方前车D的车速v_Dh、加速度a_Dh和距离自车纵向车距d_ADh；

通过第二长距离毫米波雷达采集侧方后车C的车速v_Ch、加速度a_Ch和距离自车纵向车距d_ACh；

通过自车车速传感器采集自车A的车速v_A；

通过自车加速度传感器采集自车A的加速度a_A；

通过自车参数单元采集自车A车车长L_A、车宽W_A、质心距前轴距离a、最大制动减速度a_Amax和临界侧向附着系数

所述道路信息数据为通过摄像头采集到的道路宽M、侧方前车D相对同车道前车B的侧向距离Ds₂、侧方前车D距离其所在一侧的道路边界线的距离Ds₁；

S2：数据初步分析处理获得周边车辆行驶数据；

所述步骤S2中：

根据所述步骤S1中获得的车辆行驶数据初步分析处理获得的周边车辆行驶数据包括：同车道前车B的车速v_B和加速度a_B、侧方车道后车C的车速v_C和加速度a_C、侧方车道前车D的车速v_D和加速度a_D、自车A距离同车道前车B的纵向距离d_AB、自车A距离侧方后车C的纵向距离d_AC、自车A距离侧方前车D的纵向距离d_AD；

所述周边车辆行驶数据的获得过程为：首先基于激光雷达采集一份连续的20组相关数据，并基于第一长距离毫米波雷达或第二长距离毫米波雷达采集另一份连续的20组相关数据，并分别对两份相关数据进行拟合，得到对应的拟合曲线，然后分别计算两组拟合曲线对应的拟合方差，判断：若|r₁-r₂|＞max{r₁r₂}，其中，r₁为激光雷达采集同车道前车B的车速拟合曲线的拟合方差，r₂为第一长距离毫米波雷采集同车道前车B的车速拟合曲线的拟合方差，取r₁、r₂中较小者对应的数据为相应的数据取值，反之，取激光雷达和第一长距离毫米波雷达或第二长距离毫米波雷达采集到的相应数据的平均值为相应的数据取值；

S3：数据进一步分析处理获得决策数据，经判断产生并输出决策指令；

所述步骤S3中，数据进一步分析处理获得决策数据，经判断产生并输出决策指令的具体过程如下：

S31：获取步骤S1中采集到的车辆行驶数据和道路信息数据，以及步骤S2中车辆行驶数据初步分析处理获得的周边车辆行驶数据；

S32：判断自车A距离同车道前车B的纵向距离d_AB与紧急制动安全距离d_j之间的大小关系；若d_ABd_j,则计算第一种第一侧方变道轨迹y₁，并记录此时的时刻t₀，否则，产生并输出自车紧急制动控制决策指令；

本步骤S32中：

所述紧急制动安全距离d_j的计算公式如下：

上述紧急制动安全距离d_j的计算公式中：

d_AB为自车A距离同车道前车B的纵向距离；

v_A为自车A的车速；

v_B为同车道前车B的车速；

L_B为同车道前车B的车长；

d_j0为临界纵向安全距离；

本步骤S32中：

所述第一种第一侧方变道轨迹y₁的计算公式如下：

上述第一种第一侧方变道轨迹y₁的计算公式中：

Ds₂为侧方前车D相对同车道前车B的侧向距离；

t_z为自车变道至与侧方前车D同一纵向中心线处的时间，其中：

为临界侧向附着系数；

为最大制动减速度a_Amax的一半；

t≤t_z；

S33：判断侧方后车C与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的后方实际距离d₁与后方临界安全距离d_r之间的大小关系，以及判断侧方前车D与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的前方实际距离d₂与前方临界安全距离d_f之间的大小关系；若d_rd₁且d_fd₂，则产生并输出自车按照第一种第一侧方变道轨迹y₁进行侧方变道的控制决策指令，否则进入下述步骤S34；

本步骤S33中：

所述侧方后车C与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的后方实际距离d₁的计算公式如下：

上述后方实际距离d₁的计算公式中：

d_AC为自车A距离侧方后车C的纵向距离；

v_A为自车A的车速；

v_C为侧方后车C的车速；

t_z为自车变道至与侧方后车C同一纵向中心线处的时间，此时侧方后车C与侧方前车D处于同一纵向中心线上，其中：

为临界侧向附着系数；

为最大制动减速度a_Amax的一半；

a_C为侧方后车C的加速度；

所述侧方前车D与按照第一种第一侧方变道轨迹y₁侧方变道的自车A’之间的前方实际距离d₂的计算公式如下：

上述前方实际距离d₂的计算公式中：

d_AD为自车A距离侧方前车D的纵向距离；

v_A为自车A的车速；

v_D为侧方前车D的车速；

t_z为自车变道至与侧方前车D同一纵向中心线处的时间，其中：

为临界侧向附着系数；

为最大制动减速度a_Amax的一半；

a_D为侧方前车D的加速度；

所述后方临界安全距离d_r为预设值；

所述前方临界安全距离d_f为预设值；

S34：判断侧方前车D距离其所在一侧的道路边界线的距离Ds₁是否满足D_s1＞1.5+W_A+0.5W_D，若满足，则自车A的目标变道侧向位移为Δ₁，且Δ₁＝0.95+0.5(W_A+W_D)+D_s2，此时，产生并输出自车按照第二种第一侧方变道轨迹进行侧方变道的控制决策指令，若不满足，则进入下述步骤S35；

本步骤S34中：

所述第二种第一侧方变道轨迹y₁^*的计算公式如下：

上述第二种第一侧方变道轨迹的计算公式中：

S35：判断侧方前车D相对同车道前车B的侧向距离Ds₂是否满足D_s2＞2+W_A+0.5(W_B+W_D)，若满足，则自车A的目标变道侧向位移为Δ₂，且Δ₂＝1.2+0.5(W_B+W_A)，此时，产生并输出自车按照第三种第一侧方变道轨迹进行侧方变道的控制决策指令，若不满足，则进入下述步骤S36；

本步骤S35中：

所述第三种第一侧方变道轨迹的计算公式如下：

上述第三种第一侧方变道轨迹的计算公式中：

S36：判断在变道t_z时间后，侧方后车C与侧方前车D之间的实际车距d₃与侧方变道临界安全值d_fr之间的大小关系，若d₃＞d_fr，则进入下述步骤S37，否则，产生并输出自车紧急制动控制决策指令；

本步骤S36中：

所述侧方后车C与侧方前车D之间的实际车距d₃的计算公式如下：

d₃＝s_f-s_r+d_CD

上述实际车距d₃的计算公式中：

s_r为侧方后车C的位移；

s_f为侧方前车D车位移；

故：

所述侧方变道临界安全值d_fr为预设值；

S37：计算第二侧方变道轨迹y₂；

本步骤S37中：

所述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式如下：

X(t)＝a₀+a₁t+a₂t²+a₃t³+a₄t⁴+a₅t⁵+a₆t⁶

Y(t)＝b₀+b₁t+b₂t²+b₃t³+b₄t⁴+b₅t⁵

上述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式中：

X_st(t)为自车侧方变道初始纵向位移，此时t取0；

X_fi(t)为自车侧方变道终点纵向位移，此时t取t_z；

Y_st(t)为自车侧方变道初始侧向位移，此时t取0；

Y_fi(t)为自车侧方变道终点侧向位移，此时t取t_z；

根据上述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式，计算获得：b₀、b₁、b₂、b₃、b₄、b₅；并根据上述第二侧方变道轨迹y₂的计算公式计算获得：a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅与a₆的关系；

S38：判断第二侧方变道轨迹y₂是否有解；

本步骤S38中，判断第二侧方变道轨迹y₂是否有解是通过判断是否同时满足下述两条件，若同时满足下述两条件则判断第二侧方变道轨迹y₂有解，则产生并输出自车按照第二侧方变道轨迹y₂进行侧方变道的控制决策指令，否则，则判断第二侧方变道轨迹y₂无解，则产生并输出自车紧急制动控制决策指令；

所述两条件分别如下：

条件1：

为防止侧方变道时与同车道前车B发生碰撞，当时，X(t_w1)需满足：

条件2：

为防止侧方变道时与侧方后车C发生碰撞，当d_AC+L_A+X_A(t_w2)＝s_r(t_w2)时，其中，X_A为自车A的纵向位移，Y(t_w2)需满足：

式中，a为自车A质心距前轴距离

S4：控制决策指令执行侧方变道或紧急制动操作。

2.如权利要求1所述一种车辆制动转向协调控制紧急防碰撞系统的控制方法，其特征在于：

所述步骤S4中，转向器或制动器接收到决策单元发送的相应的控制决策指令执行转向或制动动作；其中：

所述制动器接收到紧急制动控制决策指令后，进行紧急制动操作；

所述转向器接收到侧方变道的控制决策指令，并根据不同的侧方变道控制决策指令控制自车A从所在车道按照第一种第一侧方变道轨迹y₁进行侧方变道、控制自车A从所在车道按照第二种第一侧方变道轨迹进行侧方变道、控制自车A从所在车道按照第三种第一侧方变道轨迹进行侧方变道或控制自车A从所在车道按照第二侧方变道轨迹y₂进行侧方变道。