[發(fā)明專利]一種車輛制動(dòng)轉(zhuǎn)向協(xié)調(diào)控制防碰撞系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010427760.6
• 申請(qǐng)日: 2020-05-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111645678B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李靜;滕飛;范天昕;吳桐;王欣志;何閆;孟令帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): B60W30/09
• 分類號(hào): B60W30/09;B60W50/14
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉程程

1.一種車輛制動(dòng)轉(zhuǎn)向協(xié)調(diào)控制防碰撞系統(tǒng)的控制方法，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、綜合處理模塊和執(zhí)行模塊；

所述數(shù)據(jù)采集模塊中：激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、ZigBee和自車信息讀取單元，分別將采集到的車輛行駛數(shù)據(jù)和道路信息數(shù)據(jù)發(fā)送至綜合處理模塊；

所述綜合處理模塊中，數(shù)據(jù)處理單元對(duì)接收到的車輛行駛數(shù)據(jù)和道路信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理獲得決策數(shù)據(jù)并發(fā)送至決策單元，經(jīng)決策單元判斷產(chǎn)生決策指令并發(fā)送至執(zhí)行模塊；

所述執(zhí)行模塊中，制動(dòng)器、轉(zhuǎn)向器、蜂鳴器和指示燈分別接收決策單元發(fā)送的決策指令，執(zhí)行轉(zhuǎn)向、制動(dòng)或預(yù)警操作；

所述車輛行駛數(shù)據(jù)包括：

激光雷達(dá)采集到的同車道前車、側(cè)方車道后車和側(cè)方車道前車的車速和加速度，自車與同車道前車之間的車距，自車與側(cè)方車道后車之間的縱向車距，自車與側(cè)方車道前車之間的縱向車距，側(cè)方車道后車與側(cè)方車道前車之間的車距；

毫米波雷達(dá)采集到的同車道前車、側(cè)方車道后車和側(cè)方車道前車的車速和加速度；

ZigBee通過(guò)數(shù)據(jù)通信的方式采集到的同車道前車、側(cè)方車道后車和側(cè)方車道前車的車速和加速度，自車所在車道上的不同車型數(shù)量，以及自車的側(cè)方車道上的不同車型數(shù)量；

自車信息讀取單元采集到的自車的車速和自車的加速度；

所述道路信息數(shù)據(jù)包括：

攝像頭采集到的道路寬度、自車所在的行駛中心線與側(cè)方車道車輛所在的行駛中心線之間的橫向距離，自車所在的行駛中心線與側(cè)方車道之間的車道分界線之間的橫向距離，以及自車所在的車道與側(cè)方車道之間的車道分界線的虛實(shí)情況；

其特征在于：

所述控制方法具體如下：

S1：采集車輛行駛數(shù)據(jù)和道路信息數(shù)據(jù)；

所述步驟S1中：

所述車輛行駛數(shù)據(jù)包括自車A、同車道前車B、側(cè)方車道后車C以及側(cè)方車道前車D的行駛數(shù)據(jù)；其中：

通過(guò)激光雷達(dá)采集同車道前車B的車速v_B1、同車道前車B的加速度a_B1，側(cè)方車道后車C的車速v_C1、側(cè)方車道后車C的加速度a_C1，側(cè)方車道前車D的車速v_D1、側(cè)方車道前車D的加速度a_D1，自車A與同車道前車B之間的車距d_b，自車A與側(cè)方車道后車C之間的縱向車距d_c，自車A與側(cè)方車道前車D之間的縱向車距d_d，側(cè)方車道后車C與側(cè)方車道前車D之間的車距d_cd；

通過(guò)毫米波雷達(dá)采集同車道前車B的車速v_B2、同車道前車B的加速度a_B2，側(cè)方車道后車C的車速v_C2、側(cè)方車道后車C的加速度a_C2，側(cè)方車道前車D的車速v_D2、側(cè)方車道前車D的加速度a_D2；

通過(guò)ZigBee采集同車道前車B的車速v_B3、同車道前車B的加速度a_B3，側(cè)方車道后車C的車速v_C3、側(cè)方車道后車C的加速度a_C3，側(cè)方車道前車D的車速v_D3、側(cè)方車道前車D的加速度a_D3，以及自車A所在車道上的乘用車數(shù)量n₁₁、客車數(shù)量n₁₂、普通貨車數(shù)量n₁₃、大型貨車數(shù)量n₁₄，自車A的側(cè)方車道上的乘用車數(shù)量n₂₁、客車數(shù)量n₂₂、普通貨車數(shù)量n₂₃、大型貨車數(shù)量n₂₄；

通過(guò)自車信息讀取單元采集自車A的車速v_A、自車A的加速度a_A、自車A的懸架總角剛度k_φ、自車A的簧上質(zhì)量m_s、自車A的簧上質(zhì)量質(zhì)心至側(cè)傾軸線的距離h’；

所述道路信息數(shù)據(jù)包括通過(guò)攝像頭采集的道路寬度w、自車A所在的行駛中心線與側(cè)方車道車輛所在的行駛中心線之間的橫向距離h、自車A所在的行駛中心線與側(cè)方車道之間的車道分界線之間的橫向距離z，以及自車A所在的車道與側(cè)方車道之間的車道分界線的虛實(shí)情況；

S2：數(shù)據(jù)初步分析處理獲得周邊車輛行駛數(shù)據(jù)；

所述步驟S2中：

根據(jù)所述步驟S1中獲得的車輛行駛數(shù)據(jù)初步分析處理獲得的周邊車輛行駛數(shù)據(jù)包括：同車道前車B的車速v_B和加速度a_B、側(cè)方車道后車C的車速v_C和加速度a_C，以及側(cè)方車道前車D的車速v_D和加速度a_D，計(jì)算公式具體如下：

S3：數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析處理獲得決策數(shù)據(jù)，經(jīng)判斷產(chǎn)生并執(zhí)行轉(zhuǎn)向、制動(dòng)或預(yù)警的決策指令；

本步驟S3中：

根據(jù)所述步驟S1和所述步驟S2中獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析處理獲得決策數(shù)據(jù)，經(jīng)判斷產(chǎn)生并執(zhí)行決策指令控制執(zhí)行相應(yīng)操作的具體過(guò)程如下：

S31：檢測(cè)到自車的同車道前方有車輛，并計(jì)算縱向預(yù)警距離d_z1；

所述步驟S31中：

所述縱向預(yù)警距離d_z1的計(jì)算公式如下：

上述縱向預(yù)警距離d_z1的計(jì)算公式中：

a_max為自車A最大制動(dòng)減速度；

t₁為自車A制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間；

t₂為自車A制動(dòng)延遲時(shí)間；

t₃為自車A制動(dòng)增長(zhǎng)時(shí)間；

d₀為自車A停車距離；

S32：判斷自車A與同車道前車B之間的車距d_b與縱向預(yù)警距離d_z1的大小關(guān)系，若d_b≥d_z1，則產(chǎn)生并執(zhí)行正常駕駛指令；若d_b＜d_z1，則進(jìn)入下述步驟S33；

S33：判斷側(cè)方變道是否安全，若安全則執(zhí)行轉(zhuǎn)向操作實(shí)現(xiàn)側(cè)方變道，若不安全則執(zhí)行預(yù)警和制動(dòng)操作；

所述步驟S33中：

判斷側(cè)方變道是否安全放入具體步驟如下：

S331：判斷自車A所在的車道與側(cè)方車道之間的車道分界線是否為虛線，若為虛線，則進(jìn)入下述步驟S332，若不為虛線，即為實(shí)線，則產(chǎn)生并執(zhí)行預(yù)警警告及輕微制動(dòng)指令；

S332：判斷側(cè)方車道后車C與變道后的自車A’之間的安全距離d_r與側(cè)方車道后車C與變道后的自車A’之間的實(shí)際距離d₂之間的大小關(guān)系，以及判斷側(cè)方車道前車D與變道后的自車A’之間的安全距離d_f與側(cè)方車道前車D與變道后的自車A’之間的實(shí)際距離d₃之間的大小關(guān)系，若d_r＜d₂且d_f＜d₃則進(jìn)入下述步驟S333，否則產(chǎn)生并執(zhí)行預(yù)警警告及輕微制動(dòng)指令；

所述側(cè)方車道后車C與變道后的自車A’之間的安全距離d_r為預(yù)設(shè)值；

所述側(cè)方車道前車D與變道后的自車A’之間的安全距離d_f為預(yù)設(shè)值；

所述側(cè)方車道后車C與變道后的自車A’之間的實(shí)際距離d₂的計(jì)算公式如下：

d₂＝d_c+l-S_r

上述實(shí)際距離d₂的計(jì)算公式中：

d_c為自車A與側(cè)方車道后車C的縱向車距；

l為變道時(shí)間內(nèi)自車A縱向行駛位移；

S_r為變道時(shí)間內(nèi)側(cè)方車道后車C的行駛位移；

t₀為d_b＝d_z1的時(shí)刻；

v_A(t₀)為t₀時(shí)刻自車A的車速；

v_C(t₀)為t₀時(shí)刻側(cè)方車道后車C的車速；

a_C為側(cè)方車道后車C的車加速度；

t_b為自車A的換道時(shí)間，其中：

上述自車換道時(shí)間t_b的計(jì)算公式中：

為輪胎側(cè)向附著系數(shù)；

g為重力加速度；

h為自車A所在的行駛中心線與側(cè)方車道車輛所在的行駛中心線之間的橫向距離；

w為道路寬度；

z為自車A所在的行駛中心線與側(cè)方車道之間的車道分界線之間的橫向距離；

最終，獲得變道后的自車A’與側(cè)方車道后車C的實(shí)際距離d₂的計(jì)算公式如下：

所述側(cè)方車道前車D與變道后的自車A’之間的實(shí)際距離d₃的計(jì)算公式如下：

d₃＝d_d+S_f-l

上述實(shí)際距離d₃的計(jì)算公式中：

d_d為自車A與側(cè)方車道前車D縱向車距；

l為變道時(shí)間內(nèi)自車A縱向行駛位移；

S_f為變道時(shí)間內(nèi)側(cè)方車道前車D行駛位移；

t₀為d_b＝d_z1的時(shí)刻；

v_A(t₀)為t₀時(shí)刻自車車速；

v_D(t₀)為t₀時(shí)刻側(cè)方車道前車D車速；

a_D為側(cè)方車道前車D的車加速度；

t_b為自車換道時(shí)間，其中：

上述自車換道時(shí)間t_b的計(jì)算公式中：

為輪胎側(cè)向附著系數(shù)；

g為重力加速度；

h為自車A所在的行駛中心線與側(cè)方車道車輛所在的行駛中心線之間的橫向距離；

w為道路寬度；

z為自車A所在的行駛中心線與側(cè)方車道之間的車道分界線之間的橫向距離；

最終，獲得變道后的自車A’與側(cè)方車道后車D的實(shí)際距離d₃的計(jì)算公式如下：

S333：判斷自車A所在車道的同車道道路通暢率γ₁與自車A側(cè)方車道的側(cè)方車道道路通暢率γ₂的大小關(guān)系，若γ₂＞γ₁，則進(jìn)入下述步驟S334，否則產(chǎn)生并執(zhí)行預(yù)警警告及輕微制動(dòng)指令；

本步驟S333中：

所述同車道道路通暢率γ₁與側(cè)方車道道路通暢率γ₂的計(jì)算公式如下：

上述同車道道路通暢率γ₁與側(cè)方車道道路通暢率γ₂的計(jì)算公式中：

n₁₁為自車A所在車道上的乘用車數(shù)量；

n₁₂為自車A所在車道上的客車數(shù)量；

n₁₃為自車A所在車道上的普通貨車數(shù)量；

n₁₄為自車A所在車道上的大型貨車數(shù)量；

n₂₁為自車A的側(cè)方車道上的乘用車數(shù)量；

n₂₂為自車A的側(cè)方車道上的客車數(shù)量；

n₂₃為自車A的側(cè)方車道上的普通貨車數(shù)量；

n₂₄為自車A的側(cè)方車道上的大型貨車數(shù)量；

S334：計(jì)算自車A從所在車道變換車道至側(cè)方車道的換道軌跡側(cè)方位移y(t)的計(jì)算公式如下：

上述換道軌跡側(cè)方位移y(t)的計(jì)算公式中：

t≤t_b；

h為自車A所在的行駛中心線與側(cè)方車道車輛所在的行駛中心線之間的橫向距離；

t₀為d_b＝d_z1的時(shí)刻；

v_A(t₀)為t₀時(shí)刻自車車速；

t_b為自車換道時(shí)間，其中：

上述自車換道時(shí)間t_b的計(jì)算公式中：

為輪胎側(cè)向附著系數(shù)；

g為重力加速度；

w為道路寬度；

z為自車A所在的行駛中心線與側(cè)方車道之間的車道分界線之間的橫向距離；

S335：判斷自車A從所在車道變換車道至側(cè)方車道過(guò)程中的質(zhì)心側(cè)偏角φ與人體舒適性上限的質(zhì)心側(cè)偏角φ_lim的大小關(guān)系，若φ＜φ_lim，則進(jìn)入下述步驟S336，否則產(chǎn)生并執(zhí)行預(yù)警警告及輕微制動(dòng)指令；

所述人體舒適性上限的質(zhì)心側(cè)偏角φ_lim為預(yù)設(shè)值；

所述自車A從所在車道變換車道至側(cè)方車道過(guò)程中的質(zhì)心側(cè)偏角φ的計(jì)算公式如下：

上述質(zhì)心側(cè)偏角φ的計(jì)算公式中：

為側(cè)向加速度；

h為自車A所在的行駛中心線與側(cè)方車道車輛所在的行駛中心線之間的橫向距離；

S336：自車A從所在車道變換車道至側(cè)方車道過(guò)程中的轉(zhuǎn)向角θ與操作穩(wěn)定性轉(zhuǎn)向角的上限值θ_lim的大小關(guān)系，若θ＜θ_lim，則進(jìn)入下述步驟S337，否則產(chǎn)生并執(zhí)行預(yù)警警告即輕微制動(dòng)指令；

所述操作穩(wěn)定性轉(zhuǎn)向角的上限值θ_lim為預(yù)設(shè)值；

所述自車A從所在車道變換車道至側(cè)方車道過(guò)程中的轉(zhuǎn)向角θ的計(jì)算公式如下：

上述轉(zhuǎn)向角θ的計(jì)算公式中：

v_Ay為自車換道時(shí)側(cè)向速度，

v_Ax為自車換道時(shí)縱向車速，v_Ax＝v_A(t₀)；

即：

S337：判斷自車A從所在車道變換車道至側(cè)方車道過(guò)程中的側(cè)向加速度與人體舒適性上限的側(cè)向加速度之間的大小關(guān)系，若則產(chǎn)生并執(zhí)行轉(zhuǎn)向操作，控制轉(zhuǎn)向器工作，使自車A遵循自車變道軌跡進(jìn)行側(cè)方變道，否則產(chǎn)生并執(zhí)行預(yù)警警告及輕微制動(dòng)指令；

所述人體舒適性上限的側(cè)向加速度為預(yù)設(shè)值；

所述自車A從所在車道變換車道至側(cè)方車道過(guò)程中的側(cè)向加速度根據(jù)所述換道軌跡側(cè)方位移y(t)求導(dǎo)獲得；

所述自車變道軌跡為：

上述自車變道軌跡方程式中：

t≤t_b；

y(t)為自車A的換道軌跡側(cè)方位移；

S(t)為自車A的縱向位移。