一種汽車(chē)換道避撞控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種汽車(chē)換道避撞控制方法，屬于汽車(chē)主動(dòng)安全領(lǐng)域。汽車(chē)上相關(guān)傳感器采集汽車(chē)自身和外部環(huán)境相關(guān)信息，將相關(guān)信息輸入給電控單元ECU，ECU解析各傳感器的信號(hào)，確定行車(chē)緊急情況，快速規(guī)劃出換道路徑，建立縱向最小安全距離模型。根據(jù)規(guī)劃路徑和安全距離模型，合理控制節(jié)氣門(mén)開(kāi)度和制動(dòng)力，在適當(dāng)位置控制轉(zhuǎn)向電機(jī)使汽車(chē)沿著規(guī)劃軌跡路徑行駛，隨時(shí)檢測(cè)橫擺角速度傳感器輸入量，在保證穩(wěn)定的前提下，調(diào)節(jié)方向盤(pán)轉(zhuǎn)向電機(jī)，保證車(chē)輛軌跡良好跟蹤，以此達(dá)到避撞目的。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種汽車(chē)換道避撞控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種避撞控制方法，具體涉及一種汽車(chē)換道避撞控制方法，屬于汽車(chē) 主動(dòng)安全領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在汽車(chē)主動(dòng)避撞方面，當(dāng)出現(xiàn)可能會(huì)碰撞的危險(xiǎn)工況時(shí)，人們通常會(huì)采用制動(dòng)的 方式來(lái)避免自車(chē)和障礙物(或前車(chē))發(fā)生碰撞，此避撞方式只有在有足夠安全制動(dòng)距離時(shí)才 能通過(guò)制動(dòng)減輕或避免碰撞，有一定的局限性。制動(dòng)避撞系統(tǒng)僅僅是需要考慮自車(chē)車(chē)道的 情況，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，在解決避撞問(wèn)題中是常常被采用的方法。目前普遍是利用雷達(dá)對(duì) 車(chē)距進(jìn)行探測(cè)，雖然在試驗(yàn)條件下，這種方法通過(guò)采用自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)減速、自動(dòng)剎車(chē)等措 施能使得汽車(chē)在未發(fā)生碰撞前停車(chē)，但它會(huì)出現(xiàn)虛警、誤動(dòng)作等問(wèn)題，難以滿足各種實(shí)際復(fù) 雜的交通環(huán)境的要求，尤其是近距離情況下突然出現(xiàn)的人、車(chē)往往不能被準(zhǔn)確識(shí)別出來(lái)。在 這種緊急情況下，駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)往往已經(jīng)沒(méi)有能力操控汽車(chē)安全行駛，僅僅通過(guò)制 動(dòng)不能達(dá)到避免碰撞的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種在緊急路況下汽車(chē) 換道避撞控制方法。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的汽車(chē)換道避撞控制方法，包括以下步驟：
[0005] 步驟一:汽車(chē)上的傳感器采集汽車(chē)自身和外部環(huán)境信息，將信息輸入給電控單元 ECU;
[0006] 步驟二:ECU解析各傳感器的信號(hào)，確定行車(chē)緊急情況，規(guī)劃出換道路徑y(tǒng):
[0007] y = a〇+aix+a2X2+ · · · +anxn
[0008] 設(shè)定多項(xiàng)式最高次數(shù)為5次，根據(jù)邊界條件：
[0009]
[0010] 經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，采取基于五階多項(xiàng)式的換道路徑，在滿足規(guī)劃路徑起始點(diǎn)和終止 點(diǎn)約束
[0011] 和曲率約束后，求得五階多項(xiàng)式方程為：
[0012] y(x) =ye[10(x/xe)3-15(x/xe)4+6(x/xe) 5] ,0 < x < xe
[0013] 式中Xe為換道縱向位移；
[0014] 步驟三:建立縱向最小安全距離模型，考慮車(chē)身長(zhǎng)度，并保證車(chē)輛在整個(gè)變道的過(guò) 程中不與前方障礙發(fā)生碰撞，相應(yīng)的安全距離為：
[0015] X = xtc+S cosB+d
[0016] 其中，S為車(chē)輛的車(chē)身長(zhǎng)度，d為靜態(tài)安全距離，Xt。為自車(chē)從發(fā)現(xiàn)障礙物開(kāi)始進(jìn)行制 動(dòng)到到達(dá)可能的碰撞點(diǎn)時(shí)車(chē)輛行駛的縱向距離；
[0017] 步驟四：根據(jù)縱向安全距離模型和換道路徑設(shè)計(jì)控制器，經(jīng)軟件仿真可行，且輸入 信息經(jīng)過(guò)核心處理器處理后，控制發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角，跟蹤規(guī)劃路徑。
[0018] 進(jìn)一步，本發(fā)明采用Freescale系列MC9S12DP512單片機(jī)作為步驟一的電控單元 E⑶和步驟四的核心處理器。
[0019] 進(jìn)一步，步驟一中的傳感器包括用于測(cè)量與前方車(chē)輛或者障礙物的距離S的毫米 雷達(dá)，用于測(cè)量自車(chē)的車(chē)速U的輪速傳感器，用于檢測(cè)當(dāng)前節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的節(jié)氣門(mén)位置傳感 器，用于檢測(cè)制動(dòng)的力度的制動(dòng)踏板位置傳感器，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)角信號(hào)的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器， 用于檢測(cè)橫擺角速度信號(hào)的橫擺角速度傳感器。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于:根據(jù)輸入信息合理規(guī)劃出換道路徑，處理數(shù)據(jù)量較少，控 制器實(shí)時(shí)性高，能滿足緊急情況下的安全避撞。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ] 圖1是避撞整體邏輯框圖；
[0022]圖2是換道軌跡規(guī)劃曲線；
[0023]圖3為本發(fā)明的路徑規(guī)劃示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明一種汽車(chē)換道避撞控制方法，具體過(guò)程如下：
[0026]步驟1、汽車(chē)上毫米雷達(dá)測(cè)量與前方車(chē)輛或者障礙物的距離S，輪速傳感器測(cè)出自 車(chē)的車(chē)速U，節(jié)氣門(mén)位置傳感器檢測(cè)當(dāng)前節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，制動(dòng)踏板位置傳感器檢測(cè)制動(dòng)的力 度，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)角信號(hào)，橫擺角速度傳感器檢測(cè)橫擺角速度信號(hào)，將這些信號(hào) 輸入到Freescale系列MC9S12DP512單片機(jī)中；
[0027] 步驟2、單片機(jī)根據(jù)外部環(huán)境和自身車(chē)速等信號(hào)，規(guī)劃出合理路徑y(tǒng):
[0028] y(x) =ao+aix+a2X2+-,-+anxn
[0029] 設(shè)定多項(xiàng)式最高次數(shù)為5次，根據(jù)邊界條件：
[0030]
[0031] 經(jīng)過(guò)對(duì)比分析采取了基于五階多項(xiàng)式的換道路徑，在滿足規(guī)劃路徑起始點(diǎn)和終止 點(diǎn)約束和曲率約束后，求得五階多項(xiàng)式方程為：
[0032] y(x) =ye[10(x/xe)3-15(x/xe)4+6(x/xe) 5] ,0 < x < xe (1-2)
[0033] 式中Xe為換道縱向位移。
[0034] 緊急變道控制系統(tǒng)是以時(shí)間為變量進(jìn)行控制的，同時(shí)考慮到車(chē)輛進(jìn)行變道時(shí)的航 向角很小，即可以將車(chē)輛縱向速度U看成定值，將Xe用U · te來(lái)替換，即可得到以時(shí)間為從參 數(shù)變量的變道軌跡函數(shù)：
[0035] y(t) = (ye/te5)(6t5-15tet 4+10te2t3) ,0 < t < te (1-3)
[0036] 其中ye3為車(chē)輛完成整個(gè)變道過(guò)程的側(cè)向位移，由圖3所示。
[0037]步驟3、建立縱向最小安全距離模型，設(shè)變道前車(chē)輛初始速度為u，進(jìn)行的最大強(qiáng)度 的制動(dòng)時(shí)間為tadj，路面附著系數(shù)為μ，則車(chē)輛制動(dòng)時(shí)的最大制動(dòng)減速度a = yg，那么自車(chē)在 進(jìn)行車(chē)速調(diào)整的過(guò)程中的縱向運(yùn)動(dòng)特征為：
[0038] u(t) =u-at,0 < t < tadj (1~4)
[0039] Xi(t)=ut-at2/2,0 < t < tadj (1~5)
[0040] 制動(dòng)過(guò)程完成之后的tadj時(shí)刻，自車(chē)此時(shí)的行駛速度便為之后變道過(guò)程中的縱向 速度，有：
[0041] u(tadj) =u-atadj (1-6)
[0042] 此后，車(chē)輛變道過(guò)程中的縱向位移為：
[0043] X2 ( t ) = U ( tadj ) ( t-tadj ) , tadj < t < tadj + te ( 1~7 )
[0044] 而在整個(gè)制動(dòng)加變道的過(guò)程中，車(chē)輛的側(cè)向位移可表示為：
[0045] y(t) = (ye/te5) [6(t-tadj)5-15te(t-tadj)4+10te2(t-tadj) 3] , tadj < t < tad j + te (1-8)
[0046] 設(shè)車(chē)輛前方障礙物的寬度為w，自車(chē)的前外側(cè)與障礙物的后內(nèi)側(cè)輪廓可能產(chǎn)生碰 撞的時(shí)刻為t。，那么車(chē)輛在此時(shí)刻恰好不與障礙物發(fā)生碰撞的臨界條件為：
[0047] w = y(tc) (1-9)
[0048] 即為：
[0049] W= (ye/te5) [6(tc-tadj)5-15te(tc-tadj)4+10te2(tc-tadj) 3] ,(1-10)
[0050] 由1-10式可以求出自車(chē)達(dá)到臨界碰撞點(diǎn)時(shí)所用的變道時(shí)間tc-tadj。那么自車(chē)從發(fā) 現(xiàn)障礙物開(kāi)始進(jìn)行制動(dòng)到到達(dá)可能的碰撞點(diǎn)時(shí)車(chē)輛行駛的縱向距離為：
[0051 ] X3 ( tc ) = Xl ( tad j ) +X2 ( tc ) = Utad j-atad j2/2+ ( U-atc-tad j ) ( tc-tad j ) ( 1-11 )
[0052] 考慮車(chē)身長(zhǎng)度，并保證車(chē)輛在整個(gè)變道的過(guò)程中不與前方障礙發(fā)生碰撞，相應(yīng)的 安全距離為：
[0053] X=X3(tc)+S cos9+d (1-12)
[0054] 其中S為車(chē)輛的車(chē)身長(zhǎng)度，d為靜態(tài)安全距離，Θ為車(chē)頭與車(chē)道水平方向夾角即偏航 角，式1-12即為縱向的安全距離模型。
[0055] 步驟4、根據(jù)規(guī)劃換道路徑和縱向安全距離模型設(shè)計(jì)相關(guān)控制器(如模糊PID，模型 預(yù)測(cè)控制器等），經(jīng)軟件仿真可行后，采用Freescale系列MC9S12DP512單片機(jī)作為核心處理 器，根據(jù)輸入信息經(jīng)過(guò)相關(guān)處理后，合理控制節(jié)氣門(mén)開(kāi)度和制動(dòng)力，在適當(dāng)位置控制轉(zhuǎn)向電 機(jī)使汽車(chē)沿著規(guī)劃軌跡路徑行駛，隨時(shí)檢測(cè)橫擺角速度傳感器輸入量，在保證穩(wěn)定的前提 下，調(diào)節(jié)方向盤(pán)轉(zhuǎn)向電機(jī)，保證車(chē)輛軌跡良好跟蹤。
[0056] 如圖2所示，可以清楚看出圖中路徑規(guī)劃軌跡曲線，換道開(kāi)始和換道結(jié)束的地點(diǎn)， 路徑的曲率都為0,并且變化率也為0,換道的開(kāi)始和結(jié)束的地點(diǎn)，路徑與車(chē)道線的夾角為0， 并且其變化率也為0。
[0057] 本發(fā)明的應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本 技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些 改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種汽車(chē)換道避撞控制方法，包括以下步驟： 步驟一:汽車(chē)上傳感器采集汽車(chē)自身和外部環(huán)境信息，將信息輸入給電控單元ECU; 步驟二:ECU解析各傳感器的信號(hào)，確定行車(chē)緊急情況，規(guī)劃出換道路徑y(tǒng): y = ao+aix+a2X2+- · · +anxn 設(shè)定多項(xiàng)式最高次數(shù)為5次，根據(jù)邊界條件：經(jīng)過(guò)對(duì)比分析采取基于五階多項(xiàng)式的換道路徑，在滿足規(guī)劃路徑起始點(diǎn)和終止點(diǎn)約束 和曲率約束后，求得五階多項(xiàng)式方程為 y(x)=ye[l0(x/xe)3-15(x/xe)4+6(x/xe) 5] ,0 < X < Xe 式中Xe為換道縱向位移； 步驟三:建立縱向最小安全距離模型，考慮車(chē)身長(zhǎng)度，并保證車(chē)輛在整個(gè)變道的過(guò)程中 不與前方障礙發(fā)生碰撞，相應(yīng)的安全距離為： X = xtc+Scos9+d 其中s為車(chē)輛的車(chē)身長(zhǎng)度，d為靜態(tài)安全距離，Θ為車(chē)頭與車(chē)道水平方向夾角即偏航角， Xtc為自車(chē)從發(fā)現(xiàn)障礙物開(kāi)始進(jìn)行制動(dòng)到到達(dá)可能的碰撞點(diǎn)時(shí)車(chē)輛行駛的縱向距離； 步驟四：根據(jù)縱向安全距離模型和換道路徑設(shè)計(jì)控制器，經(jīng)軟件仿真可行，輸入信息經(jīng) 過(guò)核心處理器處理后，控制發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角，跟蹤規(guī)劃路徑。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車(chē)換道避撞控制方法，其特征在于:采用Freescale系 列MC9S12DP512單片機(jī)作為步驟一的電控單元E⑶和步驟四的核心處理器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車(chē)換道避撞控制方法，其特征在于:步驟一中的傳感器 包括用于測(cè)量與前方車(chē)輛或者障礙物的距離S的毫米雷達(dá)，用于測(cè)量自車(chē)的車(chē)速U的輪速傳 感器，用于檢測(cè)當(dāng)前節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的節(jié)氣門(mén)位置傳感器，用于檢測(cè)制動(dòng)的力度的制動(dòng)踏板位 置傳感器，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)角信號(hào)的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器，用于檢測(cè)橫擺角速度信號(hào)的橫擺角速 度傳感器。
【文檔編號(hào)】B60W40/00GK105857294SQ201610293534
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】張鳳嬌, 汪*, 黃麗瓊, 嚴(yán)明月
【申請(qǐng)人】常州工學(xué)院