一種采用人工勢(shì)場(chǎng)法的車輛主動(dòng)避撞方法與流程
本發(fā)明涉及一種汽車動(dòng)態(tài)緊急縱向避撞區(qū)的建模方法，屬于行駛安全技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著汽車保有量的快速增長(zhǎng)，道路交通安全問題已經(jīng)成為各國(guó)政府和社會(huì)關(guān)注的重要問題。美國(guó)國(guó)家高速公路安全委員會(huì)(nhtsa)的調(diào)研表明，在道路交通致死事故中，因駕駛員過失造成的約占90％，而因車輛故障造成的僅占約3％。發(fā)展先進(jìn)的車輛主動(dòng)安全系統(tǒng)是現(xiàn)代道路交通的迫切需求。車輛主動(dòng)安全系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)是車輛的主動(dòng)避撞方法的研究與開發(fā)?，F(xiàn)有的主動(dòng)避撞方法在復(fù)雜交通環(huán)境下的避撞路徑規(guī)劃不夠理想且未考慮到傳感器視野盲區(qū)所帶來的潛在交通事故風(fēng)險(xiǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在實(shí)現(xiàn)車輛行駛過程中的危險(xiǎn)工況規(guī)避，并減少檢測(cè)盲區(qū)所帶來的潛在交通事故風(fēng)險(xiǎn)，以提高行車的安全系數(shù)；發(fā)明提出的人工勢(shì)場(chǎng)模型能夠合理規(guī)劃避撞路徑，避免車輛規(guī)避障礙物過程中的二次碰撞所帶來的傷害；車輛控制過程中對(duì)駕駛員操作的檢測(cè)反饋能夠?qū)崿F(xiàn)車輛主動(dòng)避撞與駕駛員控制的合理過渡。具體方案如下：
一種采用人工勢(shì)場(chǎng)法的車輛主動(dòng)避撞方法，包括如下步驟：
步驟1：獲取車輛自身與環(huán)境信息；
步驟2：通過分析車輛自身與環(huán)境信息，建立車輛虛擬斥力人工勢(shì)場(chǎng)模型，得到車輛當(dāng)前所受虛擬斥力；
步驟3：通過車輛可見障礙物斥力以及盲區(qū)虛擬斥力判斷是否需要進(jìn)行主動(dòng)避撞；
步驟4：在需要進(jìn)行主動(dòng)避撞時(shí)，利用人工勢(shì)場(chǎng)模型規(guī)劃主動(dòng)避撞路徑；
步驟5：按照步驟4所規(guī)劃的路徑由電子控制單元控制避撞；
步驟6：對(duì)當(dāng)前駕駛員操作輸入進(jìn)行判斷，決策是否歸還車輛控制權(quán)；
步驟7：?jiǎn)挝粫r(shí)間之后，重復(fù)步驟1至6直到車輛到達(dá)安全地點(diǎn)。
進(jìn)一步，步驟1中所述的車輛環(huán)境信息通過激光雷達(dá)與ccd工業(yè)相機(jī)獲取，所獲取的信息包括：當(dāng)前行駛道路兩側(cè)障礙物信息，當(dāng)前行駛路面障礙物信息，當(dāng)前交通信號(hào)燈信息，當(dāng)前傳感器視野盲區(qū)信息；所述的車輛自身信息通過車身傳感器與gps獲取，所獲取信息包括：車輛速度，車輛加速度，車輛當(dāng)前位置。
進(jìn)一步，步驟2中所述的車輛虛擬斥力包括下列斥力：
(1)前方及側(cè)向障礙物斥力：
其中，
(2)信號(hào)指示燈斥力：
其中，
(3)前方檢測(cè)盲區(qū)斥力
其中，
進(jìn)一步，步驟3中的汽車主動(dòng)避撞判斷采用閾值判斷，分別計(jì)算前方障礙物斥力、側(cè)向障礙物斥力與盲區(qū)潛在障礙物斥力，若計(jì)算結(jié)果大于對(duì)應(yīng)斥力閾值，則判定需要進(jìn)行主動(dòng)避撞操作。
進(jìn)一步，步驟4中的人工勢(shì)場(chǎng)模型包括當(dāng)前地圖下的虛擬斥力人工勢(shì)場(chǎng)模型、以及引力模型。其中，引力模型包括當(dāng)前全局規(guī)劃虛擬引力、安全換道虛擬引力；虛擬斥力人工勢(shì)場(chǎng)模型包括前方及側(cè)向障礙物斥力、信號(hào)指示燈斥力、前方檢測(cè)盲區(qū)斥力。所述的車輛虛擬引力模型具體為：
(1)全局規(guī)劃虛擬引力：
其中，μroll為車輛滾動(dòng)阻力系數(shù)，a為車輛的等效迎風(fēng)面積，cw為車輛的風(fēng)阻系數(shù)，v為車輛行駛速度，m為車輛質(zhì)量，kattract-plan為全局規(guī)劃虛擬引力系數(shù)。
(2)安全換道虛擬引力：
其中，v(t)為車輛行駛速度，β(t)為車輛換道行駛過程中的質(zhì)心側(cè)偏角，slane1-2為車輛所在車道及換行車道的中線距離，m為車輛質(zhì)量，μslide為滑動(dòng)摩擦系數(shù)，g為重力加速度，t表示時(shí)間，condtion(1)為智能車輛當(dāng)前車道交通危險(xiǎn)存在判定條件，condtion(2)為相鄰車道沒有交通危險(xiǎn)判定條件，condtion(3)為智能車輛當(dāng)前行駛車道沒有交通危險(xiǎn)存在判定條件，condtion(4)智能汽車禁止換道交通規(guī)則判定條件。
進(jìn)一步，步驟4中的規(guī)劃避撞路徑的具體方法為：求出待規(guī)劃位置所受所有斥力與引力的合力，合力方向?yàn)樵撐恢密囕v的理想避撞規(guī)劃方向。
進(jìn)一步，步驟6中當(dāng)前駕駛員操作反饋進(jìn)行判斷決策的具體方法為：
計(jì)算駕駛員當(dāng)前操作安全系數(shù)：kdriver＝f(δd-p,nd-p)。其中δd-p為駕駛員當(dāng)前操作與理論安全操作方向盤輸入角度差值，nd-p為駕駛員當(dāng)前操作與理論安全操作油門與剎車信號(hào)輸入。若操作安全系數(shù)大于預(yù)設(shè)閾值則判定為不安全操作，反之判定為安全操作。在判斷為安全操作的情況下，將車輛控制權(quán)歸還給駕駛員。
本發(fā)明的有益效果包括：
(1)本發(fā)明提出的人工勢(shì)場(chǎng)主動(dòng)避撞模型能實(shí)現(xiàn)車輛行駛過程中的危險(xiǎn)工況的規(guī)避，并減少檢測(cè)盲區(qū)所帶來的潛在交通事故風(fēng)險(xiǎn)以提高行車的安全系數(shù)；
(2)本發(fā)明提出的人工勢(shì)場(chǎng)模型能夠合理規(guī)劃避撞路徑，避免車輛規(guī)避障礙物過程中的二次碰撞所帶來的傷害；
(3)本發(fā)明提出的車輛控制過程中對(duì)駕駛員操作的反饋能夠?qū)崿F(xiàn)車輛主動(dòng)避撞與駕駛員控制的合理過渡。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的方法流程圖
圖2是典型工況1示意圖；
圖3是典型工況2示意圖；
圖4是典型工況3示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明提供一種使用人工勢(shì)場(chǎng)法的車輛主動(dòng)避撞方法，如圖1所示，包括以下幾個(gè)步驟：
步驟1：獲取車輛自身與環(huán)境信息。
ccd可以工業(yè)相機(jī)可以安裝在車輛前保險(xiǎn)杠上，用于將車輛前方的狀況傳輸給電子控制單元ecu；車載雷達(dá)設(shè)置為四個(gè)，其中1個(gè)分置在車輛前端保險(xiǎn)桿中間位置，另外兩個(gè)分別放置在兩側(cè)的前門和后門之間的中間位置，最后一個(gè)放置在車輛的尾部，用于檢測(cè)車輛四個(gè)方向上的障礙物信息并傳輸給電子控制單ecu。
所述的車輛自身信息通過車身傳感器與gps獲取，獲取的信息包括：車輛速度，車輛加速度，車輛當(dāng)前位置。
步驟2：通過分析車輛自身與環(huán)境信息，建立車輛虛擬斥力人工勢(shì)場(chǎng)模型，得到車輛當(dāng)前所受虛擬斥力。
所述的車輛虛擬斥力包括下列斥力：
(1)前方及側(cè)向障礙物斥力：
其中，
(2)信號(hào)指示燈斥力：
其中，
(3)前方檢測(cè)盲區(qū)斥力
其中，
步驟3：通過車輛當(dāng)前預(yù)期可見障礙物斥力以及盲區(qū)虛擬斥力判斷是否需要進(jìn)行主動(dòng)避撞。
分別計(jì)算前方障礙物斥力、側(cè)向障礙物斥力與盲區(qū)潛在障礙物斥力，若計(jì)算結(jié)果大于對(duì)應(yīng)斥力閾值，則判定需要進(jìn)行主動(dòng)避撞操作。斥力閾值可取范圍為0.5-2。
步驟4：在需要進(jìn)行主動(dòng)避撞時(shí)，利用人工勢(shì)場(chǎng)模型規(guī)劃主動(dòng)避撞路徑。
這里的人工勢(shì)場(chǎng)模型包括當(dāng)前地圖下的虛擬斥力人工勢(shì)場(chǎng)模型、以及引力模型；其中，引力模型包括當(dāng)前全局規(guī)劃虛擬引力、安全換道虛擬引力；虛擬斥力人工勢(shì)場(chǎng)模型包括前方及側(cè)向障礙物斥力、信號(hào)指示燈斥力、前方檢測(cè)盲區(qū)斥力。
以下面幾種典型工況舉例說明：
(1)如圖2所示工況1，自車前方存在威脅到車輛安全行駛的障礙物，此時(shí)由于相鄰車道沒有障礙物，在前方障礙物虛擬斥力與安全換道虛擬引力聯(lián)合作用之下，車輛規(guī)劃并采取換道的橫向主動(dòng)避撞，以將虛擬斥力控制在閾值以內(nèi)，達(dá)到規(guī)避車輛碰撞的目的。
(2)如圖3所示工況2，自車前方存在威脅到車輛安全行駛的障礙物，此時(shí)由于相鄰車道被障礙物占用，在前方障礙物虛擬斥力，側(cè)向障礙物虛擬斥力的作用下，此時(shí)車輛采取主動(dòng)剎車，盡量減少所受車輛虛擬斥力，達(dá)到降低車輛碰撞所受傷害的目的。
(3)如圖4所示工況3，自身前方存在傳感器檢測(cè)盲區(qū)時(shí)，檢測(cè)到該盲區(qū)存在潛在的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，在檢測(cè)盲區(qū)虛擬斥力的作用之下，車輛采取換道與制動(dòng)措施減少虛擬斥力，以降低盲區(qū)障礙物所帶來的碰撞風(fēng)險(xiǎn)。
步驟5：將步驟4要進(jìn)行的動(dòng)作由電子控制單元控制避撞。
步驟6：對(duì)當(dāng)前駕駛員操作反饋進(jìn)行判斷，決策是否歸還車輛控制權(quán)。
計(jì)算駕駛員當(dāng)前操作安全系數(shù)：kdriver＝kδ×δd-p+nd-p，其中δd-p為駕駛員當(dāng)前操作與理論安全操作方向盤輸入角度差值，nd-p為駕駛員當(dāng)前操作與理論安全操作的油門與剎車信號(hào)輸入差值，kδ為輸入角度差值系數(shù)。取kδ為0.1，若操作安全系數(shù)大于預(yù)設(shè)閾值1，則判定為不安全操作，反之判定為安全操作。
步驟7：?jiǎn)挝粫r(shí)間之后，重復(fù)步驟1至6直到車輛車輛到達(dá)安全地點(diǎn)。
以圖3中的工況2為例：
(1)獲取車輛自身與環(huán)境信息。
(2)通過分析車輛自身與環(huán)境信息，建立車輛斥力人工勢(shì)場(chǎng)模型，得到車輛當(dāng)前所受虛擬斥力。
(3)將車輛當(dāng)前所受各項(xiàng)虛擬斥力分別與斥力閾值進(jìn)行比較，得到障礙物斥力大于障礙物斥力閾值，判斷需要進(jìn)行主動(dòng)避撞。
(4)建立人工勢(shì)場(chǎng)模型，規(guī)劃主動(dòng)避撞路徑。
自車前方存在威脅到車輛安全行駛的障礙物，此時(shí)由于相鄰車道被障礙物占用，在前方障礙物虛擬斥力，側(cè)向障礙物虛擬斥力的作用下，無(wú)法在人工勢(shì)場(chǎng)模型中無(wú)法規(guī)劃出將斥力降低至閾值以下的避撞路徑此時(shí)車輛采取主動(dòng)剎車，盡量減少所受車輛虛擬斥力，達(dá)到降低車輛碰撞所受傷害的目的。
(5)將步驟(4)要進(jìn)行的動(dòng)作由電子控制單元控制避撞。
(6)對(duì)當(dāng)前駕駛員操作反饋進(jìn)行判斷，決策是否歸還車輛控制權(quán)。
檢測(cè)到風(fēng)險(xiǎn)采取主動(dòng)制動(dòng)措施之后，若檢測(cè)到駕駛員輸入油門或換道信號(hào)，則繼續(xù)保持原車道進(jìn)行主動(dòng)制動(dòng)，若駕駛員未輸入換道信號(hào)且輸入剎車信號(hào)，則歸還車輛控制權(quán)。
(7)單位時(shí)間之后，重復(fù)步驟(1)至(6)直到車輛到達(dá)安全地點(diǎn)。
本發(fā)明提出的人工勢(shì)場(chǎng)主動(dòng)避撞模型能實(shí)現(xiàn)車輛行駛過程中的危險(xiǎn)工況的規(guī)避，并減少檢測(cè)盲區(qū)所帶來的潛在交通事故風(fēng)險(xiǎn)以提高行車的安全系數(shù)；所提出的人工勢(shì)場(chǎng)模型能夠合理規(guī)劃避撞路徑，避免車輛規(guī)避障礙物過程中的二次碰撞所帶來的傷害；車輛控制過程中對(duì)駕駛員操作的反饋能夠?qū)崿F(xiàn)車輛主動(dòng)避撞與駕駛員控制的合理過渡。
上述僅為本發(fā)明技術(shù)方案和具體實(shí)施例的解釋，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，在不違背本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容和原則的前提下，所作任何修改、潤(rùn)飾等都在保護(hù)范圍之內(nèi)。
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