本發(fā)明涉及車輛主動安全，特別涉及一種用于自動駕駛車輛的多車碰撞減緩系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、自動駕駛技術(shù)旨在實現(xiàn)無需人類直接干預(yù)的車輛自主行駛。通過集成先進的傳感器、計算機視覺、機器學習等技術(shù)，自動駕駛車輛能夠感知周圍環(huán)境，做出決策，并控制車輛以實現(xiàn)安全、高效的行駛。隨著技術(shù)的進步，自動駕駛已經(jīng)從實驗室走向了實際應(yīng)用，但依然面臨著許多技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是在路徑規(guī)劃方面。

2、目前，自動駕駛車輛在路徑規(guī)劃方面主要依賴于設(shè)定初始點與目標點，并基于預(yù)定算法來實現(xiàn)跟車與變道等功能。這種方法主要依靠車輛自身的狀態(tài)信息(如速度、加速度等)以及周圍車輛的狀態(tài)信息(如位置、速度等)。然而，現(xiàn)有的路徑規(guī)劃算法主要關(guān)注的是如何在遵守交通規(guī)則的前提下，實現(xiàn)從起點到終點的最優(yōu)路徑選擇，而往往忽略了乘員自身的安全性。

3、在實際應(yīng)用中，當車輛遇到緊急避障需求時，現(xiàn)有的路徑規(guī)劃算法常常無法做出準確的車道保持與變道決策。例如，在前方突然出現(xiàn)障礙物或遇到其他車輛緊急制動的情況下，車輛需要迅速評估周圍環(huán)境并采取措施避免碰撞。但現(xiàn)有的算法在處理這類緊急情況時，可能無法實時處理復(fù)雜的決策過程，也無法提供足夠的安全保障。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種用于自動駕駛車輛的多車碰撞減緩系統(tǒng)及控制方法，能夠兼顧乘員安全與舒適度，并在緊急情況下具備更高決策準確性的路徑規(guī)劃能力。

2、本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的：

3、一種用于自動駕駛車輛的多車碰撞減緩系統(tǒng)，包括信息感知模塊，車輛動力學模塊，人體損傷預(yù)測模塊，碰撞減緩規(guī)劃模塊，運動跟蹤模塊；

4、所述信息感知模塊用于在即將發(fā)生碰撞的場景下感知車輛周圍環(huán)境信息，包含信息收集單元以及計算單元，所述信息收集單元用于收集周圍對象信息：周圍對象類型、周圍對象運動方向、周圍對象運動速度、周圍對象位置，所述計算單元用于計算自車與周圍對象之間的相對信息：相對運動方向、相對運動速度、相對距離；

5、所述車輛動力學模塊以車輛自由度動力學模型為基礎(chǔ)，包含狀態(tài)預(yù)測單元與碰撞檢測單元，其中狀態(tài)預(yù)測單元用于對自車與周圍對象的狀態(tài)進行計算預(yù)測，碰撞檢測單元用于檢測車輛與周圍對象是否發(fā)生碰撞；

6、所述人體損傷預(yù)測模塊用于對碰撞事故造成的交通參與者損傷進行預(yù)測，該模塊基于交通數(shù)據(jù)庫應(yīng)用機器學習算法訓練生成人體損傷預(yù)測模型，該模型能夠基于碰撞對象、相對運動方向、相對運動速度預(yù)測交通參與者的損傷情況；

7、所述碰撞減緩規(guī)劃模塊用于在即將發(fā)生碰撞的場景下對車輛進行規(guī)劃，使得因碰撞導(dǎo)致的交通參與者損傷最小化，包含代價函數(shù)單元，離散化單元，其中代價函數(shù)單元為損傷代價函數(shù)用于計算最優(yōu)車輛控制量，離散化單元用于生成不同的車輛控制量；

8、所述運動跟蹤模塊用于根據(jù)碰撞減緩規(guī)劃模塊中所規(guī)劃的車輛運動對車輛進行控制，具體包含制動踏板以及方向盤轉(zhuǎn)角控制。

9、進一步優(yōu)選的，所述周圍對象類型包括兩輪車、機動車輛、行人。

10、進一步優(yōu)選的，所述車輛控制量包括制動踏板及方向盤轉(zhuǎn)角。

11、本發(fā)明還公開了一種用于自動駕駛車輛的多車碰撞減緩系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

12、步驟1，在即將發(fā)生碰撞的場景下，自動駕駛車輛以自車為中心，建立自車坐標系；

13、步驟2，基于信息感知模塊中的信息收集單元，應(yīng)用車載攝像頭確定周圍對象類型，應(yīng)用車載雷達收集周圍對象運動方向，運動速度，以及在以自車為中心的車輛坐標系下的坐標；

14、步驟3，基于信息感知模塊中的計算單元，根據(jù)步驟2中信息收集單元收集的信息計算自車與周圍對象之間的相對運動方向θ，相對運動速度v，相對距離p；

15、步驟4，將當前t時刻的自車狀態(tài)信息與周圍對象狀態(tài)信息以及控制量ut，周圍對象運動方向，運動速度輸入到車輛動力學模塊的狀態(tài)預(yù)測單元中，在預(yù)測時域np中預(yù)測下一時間步的自車狀態(tài)st+1與周圍對象狀態(tài)，如下式所示：

16、st+1＝f9st,ut)

17、步驟5，將預(yù)測的下一時間步的自車狀態(tài)st+1與周圍對象狀態(tài)輸入到車輛動力學模塊中的碰撞檢測單元，以自車左上、左下、右上、右下邊界點在自車坐標系中的坐標構(gòu)成自車矩形框，同理，以周圍對象的左上、左下、右上、右下邊界點在自車坐標系中的坐標構(gòu)成對象矩形框；

18、步驟6，對自車矩形框以及對象矩形框是否交叉進行判斷，若交叉則輸出碰撞信號，若無交叉，則重復(fù)步驟4與步驟5；

19、步驟7，將碰撞信號輸出到人體損傷預(yù)測模塊，基于發(fā)生碰撞時的自車狀態(tài)與發(fā)生碰撞的對象狀態(tài)，應(yīng)用人體損傷預(yù)測模型h(·)預(yù)測出交通參與者的損傷情況j,如下式所示：

20、j＝h(v,θ,p)

21、步驟8，基于離散化單元生成不同的當前t時刻向前k步的車輛狀態(tài)控制量并將生成的控制量輸入到車輛動力學模塊的狀態(tài)預(yù)測單元中，重復(fù)步驟4-7，獲取當前車輛狀態(tài)控制量下的當前t時刻向前k步的不同交通參與者的損傷情況

22、步驟9，基于步驟8中獲取的不同車輛狀態(tài)控制量下的交通參與者的損傷情況在碰撞減緩規(guī)劃模塊中的代價函數(shù)單元建立碰撞減緩代價函數(shù)j，如下式所示，該代價函數(shù)包含自車控制量約束自車狀態(tài)量與參考狀態(tài)量的約束以及交通參與者損傷量

23、步驟10，通過最小化碰撞減緩代價函數(shù)minj，獲取最優(yōu)的車輛狀態(tài)控制量

24、步驟11，將步驟10中獲取的最優(yōu)的車輛狀態(tài)控制量輸入到運動跟蹤模塊，對車輛進行制動踏板及方向盤轉(zhuǎn)角控制；

25、步驟12，在即將發(fā)生碰撞的場景下，所有自動駕駛車輛重復(fù)步驟1-11，即可實現(xiàn)多車碰撞減緩。

26、綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：

27、其一、本發(fā)明提出的多車碰撞減緩系統(tǒng)通過人體損傷預(yù)測，可以解決傳統(tǒng)自動駕駛車輛在邊緣工況(如碰撞不可避免)下的未考慮人體損傷的問題，最大程度地減少碰撞事故中交通參與者的損傷情況。

28、其二、本發(fā)明提出的碰撞減緩代價函數(shù)綜合考慮了在多車即將發(fā)生碰撞的情況下，自車與周圍所有潛在碰撞對象所導(dǎo)致的交通參與者的損傷，因此，本發(fā)明提出的碰撞減緩系統(tǒng)能夠避免出現(xiàn)傳統(tǒng)自動駕駛車輛因緊急避障第一碰撞對象而導(dǎo)致與第二碰撞對象發(fā)生更為嚴重的碰撞事故此類事故。

29、其三、基于本發(fā)明提出的多車碰撞減緩系統(tǒng)，可對涉及到復(fù)雜碰撞環(huán)境下的所有自動駕駛車輛進行協(xié)同控制，通過預(yù)測自車與周圍潛在碰撞對象的每一個時間步的運動，可以讓所有設(shè)計碰撞的自動駕駛車輛均能規(guī)劃出最優(yōu)的運動方式。

技術(shù)特征：

1.一種用于自動駕駛車輛的多車碰撞減緩系統(tǒng)，其特征在于，包括信息感知模塊，車輛動力學模塊，人體損傷預(yù)測模塊，碰撞減緩規(guī)劃模塊，運動跟蹤模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于自動駕駛車輛的多車碰撞減緩系統(tǒng)，其特征在于：所述周圍對象類型包括兩輪車、機動車輛、行人。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于自動駕駛車輛的多車碰撞減緩系統(tǒng)，其特征在于：所述車輛控制量包括制動踏板及方向盤轉(zhuǎn)角。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的一種用于自動駕駛車輛的多車碰撞減緩系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于自動駕駛車輛的多車碰撞減緩系統(tǒng)及控制方法，目的在于提高車輛在緊急情況下的決策準確性，確保乘員的安全與舒適。系統(tǒng)包括信息感知模塊、車輛動力學模塊、人體損傷預(yù)測模塊、碰撞減緩規(guī)劃模塊及運動跟蹤模塊。信息感知模塊負責收集周圍環(huán)境數(shù)據(jù)，車輛動力學模塊預(yù)測車輛狀態(tài)并檢測潛在碰撞，人體損傷預(yù)測模塊基于機器學習預(yù)測碰撞傷害程度，碰撞減緩規(guī)劃模塊通過優(yōu)化算法最小化傷害，運動跟蹤模塊執(zhí)行相應(yīng)的車輛控制動作。該系統(tǒng)通過綜合分析車輛周邊環(huán)境及預(yù)測碰撞后果，能夠在多車碰撞即將發(fā)生時，規(guī)劃出最優(yōu)的車輛運動軌跡，以最小化交通參與者的傷害，避免因緊急避障而導(dǎo)致更嚴重二次碰撞的發(fā)生，提升整體道路安全水平。

技術(shù)研發(fā)人員：徐世偉,袁秋奇,鐘志華
受保護的技術(shù)使用者：湖南大學蘇州研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6