[發(fā)明專利]一種基于線性動態(tài)預測模型的無人駕駛車輛自動剎車系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210034059.7
• 申請日: 2022-01-12
• 公開（公告）號: CN114312768A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 徐天福;劉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 廊坊市愛拼單網(wǎng)絡技術有限公司
• 主分類號: B60W30/09
• 分類號: B60W30/09;B60W60/00;B60W10/18;B60W40/105;B60W40/00
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1.一種基于線性動態(tài)預測模型的無人駕駛車輛自動剎車系統(tǒng)，其特征在于包括信息采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、執(zhí)行模塊；信息采集模塊毫米波雷達、視覺傳感器以及GPS模塊采集當前車速、與障礙物的相對速度、相對距離；數(shù)據(jù)處理模塊通過計算碰撞時間TTC、車速、相對速度、相對距離及執(zhí)行端輸出制動電壓比值構(gòu)建三個剎車線性預測模型，分別得到剎車時機、剎車速度、失壓速度(剎車回位速度)，定義當前剎車時機所執(zhí)行的碰撞時間閾值內(nèi)皆為剎車區(qū)間,得到動態(tài)剎車時長；剎車執(zhí)行模塊執(zhí)行剎車指令對剎車電機進行動作時機、動作速度、動作時長、動作方向控制，作用于液壓缸實現(xiàn)制動，壓力傳感器給制動ECU實時反饋液壓缸壓力，實現(xiàn)對電機的堵轉(zhuǎn)保護。

2.基于線性動態(tài)預測模型的無人駕駛車輛自動剎車系統(tǒng)，其特征在于采用如權(quán)利要求1所述一種基于線性動態(tài)預測模型的無人駕駛車輛自動剎車系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)包括以下步驟：

(1)將信息采集模塊毫米波雷達、視覺傳感器裝配在車前方，GPS模塊裝配于車內(nèi)，對車輛前方障礙物實時監(jiān)控，并采集車速、與障礙物的相對速度、相對距離信息；

(2)數(shù)據(jù)處理模塊將信息采集模塊得到的車速、與障礙物的相對速度、相對距離信息進行計算處理，首先基于本車與前方障礙物的相對速度及相對距離計算出與障礙物的實時碰撞時間TTC，即碰撞時間TTC＝相對距離/相對速度，數(shù)據(jù)精確到0.01S；

(3)數(shù)據(jù)處理模塊依據(jù)計算得到的碰撞時間TTC配合采集到的相對速度和相對距離以及執(zhí)行端的制動電壓比值分別構(gòu)建三個不同的線性回歸預測模型，其中根據(jù)車速與碰撞時間TTC構(gòu)建線性預測模型1決定剎車時機，根據(jù)相對速度與制動電壓比值構(gòu)建線性預測模型2決定剎車速度，根據(jù)相對速度與制動電壓比值構(gòu)建線性預測模型3決定失壓速度(剎車回位速度)，同時定義當前剎車時機所執(zhí)行的預碰撞時間閾值內(nèi)皆為剎車區(qū)間，超過閾值則剎車回位(電機反轉(zhuǎn))，因而得到動態(tài)的剎車時長；

(4)執(zhí)行模塊包括制動ECU、剎車電機、壓力傳感器，制動ECU實時接收數(shù)據(jù)處理模塊的剎車執(zhí)行數(shù)據(jù)，對剎車電機進行正反轉(zhuǎn)控制，控制動作包括動作時機、動作速度、動作時長，動作方向，即系統(tǒng)的剎車時機、剎車速度及失壓速度(剎車回位速度)、剎車時長、剎車或回位，電機作用于液壓缸實現(xiàn)制動，壓力傳感器給制動ECU實時反饋液壓缸壓力，當超過預設壓力值則制動停止，實現(xiàn)對電機的堵轉(zhuǎn)保護。

3.如權(quán)利要求2所述一種基于線性動態(tài)預測模型的無人駕駛車輛自動剎車系統(tǒng)，其特征在于在步驟(3)中，所述三個線性預測模型的構(gòu)建方法及數(shù)據(jù)采集方法為：

(1)線性預測模型1構(gòu)建方法及所需數(shù)據(jù)采集方法：定義以某個預碰撞時間TTC閾值為剎車信號，即剎車時機，當在TTC閾值內(nèi)皆為剎車狀態(tài)，即剎車時長，不同車速對應不同的剎車時機，車速與預碰撞時間成正比關系，因此我們依據(jù)車速與預碰撞時間TTC構(gòu)建了一個動態(tài)的線性回歸預測模型，讓剎車時機動態(tài)化；數(shù)據(jù)采集方法為：采集駕駛車輛在不同車速下靠近靜止障礙物時我們?nèi)斯つ_踩踏板時所對應的剎車時機，即預碰撞時間TTC，據(jù)此我們得到以下表格數(shù)據(jù):

車速(X)	X1、X2..........Xn
預碰撞時間TTC(Y)	Y1、Y2..........Yn

依據(jù)此數(shù)據(jù)，車速和TTC分別為自變量x和因變量y，我們要得到一個因速度變化而對應的TTC值作為系統(tǒng)的剎車時機，因此需要構(gòu)建一個線性回歸預測模型，我們設此線性回歸方程為y＝bx+a,其中a、b為待定參數(shù)，b為回歸系數(shù)，n為數(shù)據(jù)組數(shù)，分別為x、y的平均數(shù)，由回歸系數(shù)計算公式：

我們可知參數(shù)b和a計算結(jié)果為

因此此線性回歸方程具體計算公式為

其中分別為x、y的平均數(shù)，即a、b為待求參數(shù)，n為數(shù)據(jù)采樣組數(shù)，把已求參數(shù)a、b代入我們的線性回歸方程即可得到我們所需的線性回歸方程，即我們的線性預測模型1，在實際運用中可結(jié)合車輛本身結(jié)構(gòu)、制動性能、不同應用場景采集對應的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建相適配的線性預測模型；

(2)線性預測模型2構(gòu)建方法及所需數(shù)據(jù)采集方法：根據(jù)采集車輛相對速度與制動電壓比值構(gòu)建線性預測回歸模型2，相對速度與制動電壓比值成正比關系，數(shù)據(jù)采集方法為采集駕駛車輛在不同車速下靠近靜止障礙物時我們?nèi)斯つ_踩踏板的速度對應剎車電機達到該速度時所需的工作電壓，我們以制動電壓的百分比值來決定該電壓數(shù)據(jù)，此外車輛行駛時由于只要相對速度大于零皆需剎車，制動電壓比值最大為100％，因此我們需要給線性回歸模型2限定一個合理區(qū)間，即X1≤x≤Xn,據(jù)此我們采集得到以下數(shù)據(jù)：

相對速度(X)	X1、X2..........Xn
制動電壓比值(Y)	Y1、Y2..........Yn

依據(jù)此數(shù)據(jù)，相對速度和制動電壓比值分別為自變量x和因變量y，我們要得到一個在x₁≤x≤x_n區(qū)間內(nèi)因相對速度變化而對應的制動電壓比值，從而得到對應的系統(tǒng)剎車速度，據(jù)此我們構(gòu)建線性預測模型2，我們設此線性回歸方程為y＝bx+a,其中a、b為待定參數(shù)，b為回歸系數(shù)，n為數(shù)據(jù)組數(shù)，由回歸系數(shù)計算公式：

我們可知參數(shù)b和a計算結(jié)果為

因此此線性回歸方程具體計算公式為

其中分別為x、y的平均數(shù)，即a、b為待求參數(shù)，n為數(shù)據(jù)采樣組數(shù)，把已求參數(shù)a、b代入我們的線性回歸方程即可得到我們所需的線性回歸方程，即我們的線性預測模型2，另外定義當xx₁,xx_n時分別對應y₁和y_n,在實際運用中可結(jié)合車輛本身結(jié)構(gòu)、制動性能、不同應用場景采集對應的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建相適配的數(shù)據(jù)預測模型；

(3)線性預測模型3構(gòu)建方法及所需數(shù)據(jù)采集方法：根據(jù)車輛與障礙物相對速度以及制動電壓比值構(gòu)建線性預測模型3，相對速度與制動電壓比值成反比關系；數(shù)據(jù)采集方法：選安全測試路段，前后行駛，采集后車在不同相對速度下制動后踏板回味速度對應剎車電機達到該速度時所需的工作電壓，得到以下表格數(shù)據(jù):

相對速度(X)	X1、X2..........Xn
制動電壓比值(Y)	Y1、Y2..........Yn

依據(jù)此數(shù)據(jù)，相對速度和制動電壓比值分別為自變量x和因變量y，我們要得到一個在x₁≤x≤x_n區(qū)間內(nèi)因相對速度變化而對應的制動電壓比值，從而得到對應的系統(tǒng)剎車速度，據(jù)此我們構(gòu)建線性預測模型3，我們設此線性回歸方程為y＝bx+a,其中a、b為待定參數(shù)，b為回歸系數(shù)，n為數(shù)據(jù)組數(shù)，由回歸系數(shù)計算公式：

我們可知參數(shù)b和a計算結(jié)果為

因此此線性回歸方程具體計算公式為

其中分別為x、y的平均數(shù)，即a、b為待求參數(shù)，n為數(shù)據(jù)采樣組數(shù)，把已求參數(shù)a、b代入我們的線性回歸方程即可得到我們所需的線性回歸方程，即我們的線性預測模型3，另外定義當xx₁,xx_n時分別對應y₁和y_n,在實際運用中可結(jié)合車輛本身結(jié)構(gòu)、制動性能、不同應用場景采集對應的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建相適配的數(shù)據(jù)預測模型。