一种基于碰撞时间的右转弯智能车辆两级制动主动避撞系统及避撞方法

摘要

本发明公开了一种基于碰撞时间的右转弯智能车辆两级制动主动避撞系统，包括：信息感知系统，其用于检测目标车辆信息和行人状态信息，并且将所述目标车辆信息和行人状态信息进行输出；碰撞时间计算系统，其用于接收所述目标车辆信息和行人状态信息，并且将碰撞工况进行分类后计算碰撞时间，并且把所述碰撞时间进行输出；两级制动主动避撞系统，其用于接收所述碰撞时间并且进行等级判断后执行。本发明公开了一种基于碰撞时间的右转弯智能车辆两级制动主动避撞方法。

说明书

技术领域

本发明涉及交叉路口智能车辆右转弯主动避撞领域，具体涉及一种基于碰撞时间的右转弯智能车辆两级制动主动避撞系统及避撞方法。

背景技术

随着汽车智能化的不断发展，智能汽车的安全问题也越来越重要。在交叉路口，由于智能车辆转弯而引发的交通事故越来越多。在交叉路口，交通情况比较复杂，交通参与成分多。要实现车辆的智能驾驶，必须要解决车辆在交叉路口的安全问题，因此智能车辆右转弯过程的安全性应该首先得到保障。车辆在右转弯过程中，驾驶员往往由于视野盲区和疏忽而没有意识到可能会发生碰撞，容易与车辆和行人发生碰撞。国内外很多研究集中在自动紧急制动上，但没有应用在智能车辆右转弯过程中的主动避撞。也有很多学者开发了前方碰撞预警系统和大型车辆转弯盲区预警系统，但是却没有和主动制动相结合，不能通过电子信息系统进行自动紧急制动。

发明内容

本发明提出了一种基于碰撞时间的右转弯智能车辆两级制动主动避撞系统，本发明的发明目的是为了增加右转弯工况智能车辆安全性，减少事故率，提升智能车辆在交叉路口这种复杂交通场景的安全性。

本发明提出了一种基于碰撞时间的右转弯智能车辆两级制动主动避撞方法，本发明的发明目的提出了两级制动策略，两级制动策略能够根据碰撞时间去自主选择制动强度，从而能够达到高效制动，同时避免了紧急制动，防止驾驶员紧张而产生误操作。

本发明提供的技术方案为：

一种基于碰撞时间的右转弯智能车辆两级制动主动避撞系统，包括：

信息感知系统，其用于检测目标车辆信息和行人状态信息，并且将所述目标车辆信息和行人状态信息进行输出；

碰撞时间计算系统，其用于接收所述目标车辆信息和行人状态信息，并且将碰撞工况进行分类后计算碰撞时间，并且把所述碰撞时间进行输出；

两级制动主动避撞系统，其用于接收所述碰撞时间并且进行等级判断后执行。

优选的是，所述信息感知系统包括：

碰撞对象检测单元，其用于识别被研究对象为车辆或者行人，并且识别信息进行输出；

目标车辆检测单元，其用于检测目标车辆当前速度、车长和车宽，并且检测出相对于本车的位置；

行人状态检测单元，其用于检测行人的速度，并且检测出相对于本车的位置；

其中，当所述碰撞对象检测单元识别被研究对象为车辆时，将识别信息输出至所述目标车辆检测单元；当所述碰撞对象检测单元识别被研究对象为行人时，将识别信息输出至所述行人状态检测单元。

优选的是，所述碰撞时间计算系统包括：

目标车辆轮廓建立单元，其用于建立目标车辆轮廓；

行人轮廓建立单元，其用于建立行人轮廓；

碰撞工况归类单元，其根据所述目标车辆轮廓和所述行人轮廓对所述碰撞工况进行分类；

碰撞时间计算单元，其根据所述碰撞工况的分类计算碰撞时间。

优选的是，所述两级制动主动避撞系统包括：

制动等级判断单元，其根据所述碰撞时间判断制动等级；

二级制动策略执行单元，其用于当所述碰撞时间小于1s时进行制动执行；

一级制动策略执行单元，其用于当所述碰撞时间不小于1s同时小于2s时进行制动执行；

其中，当所述碰撞时间大于2s时，不采取制动策略。

优选的是，所述碰撞工况分类包括：

第一工况，其为本车右转并入车道时与左侧共同并入同一车道的目标车辆碰撞；

第二工况，其为本车右转时与前方过马路行人碰撞；

第三工况，其为本车右转时与要并入车道内穿越马路的行人碰撞；

第四工况，本车右转时要并入车道时与车道内目标车辆碰撞。

一种基于碰撞时间的右转弯智能车辆两级制动主动避撞方法，使用所述的两级制动主动避撞系统，包括如下步骤：

步骤一、确定本车位置；

步骤二、通过所述信息感知系统确定目标车辆和行人轮廓的位置信息，并且根据所述位置信息确定碰撞工况分类后确定碰撞条件，计算碰撞时间；

步骤三、当碰撞时间小于1s时，采用二级制动策略进行减速；当碰撞时间不小于1s同时小于2s时，采用一级制动策略进行减速；当碰撞之间大于2s时，不采取制动策略；通过制动策略执行后对本车位置进行更新并重新计算碰撞时间直到完成主动避撞。

优选的是，在所述步骤二中，当所述碰撞工况为所述第一工况时，

所述碰撞条件为

式中，(a,b)为目标车辆位置坐标，(x(t),y(t))为本车位置坐标，L₁为本车车长，W₁为本车车宽，L₂为目标车辆车长，W₂为目标车辆车宽；

在所述步骤三中，所述二级制动策略减速过程中速度的递减量为

式中，a_max为二级制动策略中的制动减速度；

所述一级制动策略减速过程中速度的递减量为

式中，a_min为一级制动策略中的制动减速度；

对本车位置更新计算方法为

优选的是，在所述步骤二中，当所述碰撞工况为所述第二工况时，

所述碰撞条件为

式中，(a,b)为目标车辆位置坐标，(x(t),y(t))为本车位置坐标，L₁为本车车长，W₁为本车车宽，D为行人轮廓建立单元的圆周直径；

在所述步骤三中，所述二级制动策略减速过程中速度的递减量为

式中，a_max为二级制动策略中的制动减速度；

所述一级制动策略减速过程中速度的递减量为

式中，a_min为一级制动策略中的制动减速度；

对本车位置更新计算方法为

优选的是，在所述步骤二中，当所述碰撞工况为所述第三工况时，

所述碰撞条件为

式中，(a,b)为目标车辆位置坐标，(x(t),y(t))为本车位置坐标，L₁为本车车长，W₁为本车车宽，D为行人轮廓建立单元的圆周直径；

在所述步骤三中，所述二级制动策略减速过程中速度的递减量为

式中，a_max为二级制动策略中的制动减速度；

所述一级制动策略减速过程中速度的递减量为

式中，a_min为一级制动策略中的制动减速度；

对本车位置更新计算方法为

优选的是，在所述步骤二中，当所述碰撞工况为所述第四工况时，

所述碰撞条件为

式中，(a,b)为目标车辆位置坐标，(x(t),y(t))为本车位置坐标，L₁为本车车长，W₁为本车车宽，L₂为目标车辆车长，W₂为目标车辆车宽；

在所述步骤三中，所述二级制动策略减速过程中速度的递减量为

式中，a_max为二级制动策略中的制动减速度；

所述一级制动策略减速过程中速度的递减量为

式中，a_min为一级制动策略中的制动减速度；

对本车位置更新计算方法为

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、本发明的一种基于碰撞时间的右转弯智能车辆两级制动主动避撞系统，对四种右转弯碰撞工况进行两级制动主动避撞设计，通过判断碰撞时间自主选择制动强度，避免碰撞发生，增加了右转弯工况智能车辆安全性，减少事故率，提升智能车辆在交叉路口这种复杂交通场景的安全性；

2、本发明的一种右转弯智能车辆两级制动主动避撞方法，根据碰撞时间，通过两级制动策略去自主选择制动强度，从而能够达到高效制动，同时避免了紧急制动，防止驾驶员紧张而产生误操作。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于碰撞时间的右转弯智能车辆两级制动主动避撞系统技术路线图。

图2为本发明所述的坐标系示意图。

图3为本发明所述的目标车辆轮廓建立图。

图4为本发明所述的行人轮廓建立图。

图5为本发明所述的两级制动策略流程图。

图6为本发明所述的本车右转弯并入车道时与左侧共同并入同一车道目标车辆碰撞工况示意图。

图7为本发明所述的本车右转弯时与要前方穿越马路的行人碰撞工况示意图。

图8为本发明所述的本车右转弯时与要并入车道内穿越马路的行人碰撞工况示意图。

图9为本发明所述的本车右转弯要并入车道时与车道内目标车辆碰撞工况示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明公开了一种基于碰撞时间的右转弯智能车辆两级制动主动避撞系统，共包括三个子系统：信息感知系统、碰撞时间计算系统和两级制动主动避撞系统。

信息感知系统包括碰撞对象检测单元、目标车辆检测单元和行人状态检测单元；信息感知系统需要通过碰撞对象检测单元检测出碰撞对象是车辆还是行人，从而将检测结果分别输出给目标车辆检测单元和行人状态检测单元，同时目标车辆检测单元和行人状态检测单元需要检测车辆和行人各类信息，用于碰撞时间计算系统进行计算。目标车辆检测单元需要检测出目标车辆当前速度以及车长和车宽，同时检测出相对于本车的位置坐标。行人状态检测单元需要检测出行人的速度以及相对于本车的位置坐标。

碰撞时间计算系统包括目标车辆轮廓建立单元、行人轮廓建立单元、碰撞工况归类单元和碰撞时间计算单元；碰撞时间计算系统需要建立目标车辆轮廓以及行人轮廓，同时需要碰撞工况归类单元将交叉路口可能的碰撞进行分类，分别对每种工况进行碰撞时间求解，将碰撞时间输出给两级制动主动避撞系统。目标车辆轮廓建立单元和行人轮廓建立单元需要建立目标车辆和行人的轮廓，并以此作为判断碰撞的依据。碰撞工况归类单元将碰撞工况归为本车右转并入车道时与左侧共同并入同一车道的目标车辆碰撞工况、本车右转弯时与前方过马路行人碰撞工况、本车右转弯时与要并入车道内穿越马路的行人碰撞工况和本车右转弯要并入车道时与车道内目标车辆碰撞工况。碰撞时间计算单元需要计算碰撞时间，将碰撞时间输出给两级制动主动避撞系统。计算的根据是当目标车辆和行人的轮廓与本车轮廓相接触时认为碰撞发生，输出此时的时间即碰撞时间。

两级制动主动避撞系统需要根据碰撞时间选择制动等级，根据不同的制动等级选择不同的制动策略执行单元执行两级制动策略，降低车速避免碰撞发生。两级制动主动避撞系统包括制动等级判断单元、二级制动策略执行单元和一级制动策略执行单元。

当碰撞时间小于1s，采用二级制动策略进行减速，并考虑制动系统存在的延迟，由二级制动策略执行单元执行制动，本专利认为制动减速度在制动系统延迟内呈线性递增。

当碰撞时间大于等于1s同时小于2s时，采用一级制动减速度制动，并考虑制动系统存在的延迟，由一级制动策略执行单元执行制动。

当碰撞时间大于2s时，直接更新本车位置，不采取制动策略。更新本车位置后重新计算碰撞时间，不断循环。

一种右转弯智能车辆两级制动主动避撞方法，包括以下步骤：

步骤一、建立本车车载坐标系，本专利将坐标系原点放在本车的中心上，本专利将右转弯智能车辆简化为矩形，坐标系原点就是矩形两对角线交点处；如图2所示，在本实施例中，本车中心O₁，本车长L₁，宽W₁。目标车辆长L₂，宽W₂，目标车辆或者行人中心为O₂。在模拟过程中，将目标车辆或者行人固定，将目标车辆或者行人的速度反向施加给本车，不断更新本车的位置判断是否发生碰撞；

步骤二、构建目标车辆以及行人轮廓，本专利将目标车辆以及行人的轮廓都看成是圆。同时，我们也将本车的轮廓定义成一个圆，这样当两个圆发生外切时，则认为碰撞发生。此时的时间就是碰撞时间，将碰撞时间输出给两级制动主动避撞系统；

建立本车、目标车辆和行人轮廓。首先建立本车轮廓，将本车看成一个矩形，本车轮廓是该矩形的外接圆，以O₁为圆心，以为直径；

如图3所示，目标车辆轮廓建立单元建立目标车辆轮廓，将目标车辆看成一个矩形，本车轮廓是该矩形的外接圆，以O₂为圆心，以为直径；

如图4所示，行人轮廓建立单元以O₂为圆心，D为直径，D为经验值，在设计系统时可以按照人体尺寸给定，具体设计时可以按照不同百分位人的肩宽进行选择；

步骤三、两级制动主动避撞系统，根据碰撞时间选择制动强度；

如图5所示，当碰撞时间小于1s，采用二级制动策略进行减速，并考虑制动系统存在的延迟，由二级制动策略执行单元执行制动，本专利认为制动减速度在制动系统延迟内呈线性递增。制动执行之后更新本车位置重新计算碰撞时间，如此不断进行循环；

当碰撞时间大于等于1s同时小于2s时，采用一级制动减速度制动，并考虑制动系统存在的延迟，由一级制动策略执行单元执行制动。制动执行之后更新本车位置重新计算碰撞时间，如此不断进行循环；

当碰撞时间大于2s时，直接更新本车位置，不采取制动策略。更新本车位置后重新计算碰撞时间，不断循环。

实施例1

如图6所示，本实施例以本车右转弯并入车道时与左侧共同并入同一车道目标车辆碰撞工况为例，一种右转弯智能车辆两级制动主动避撞方法，包括以下步骤：

设置时间间隔为T，即每隔T时间计算是否发生碰撞，如果碰撞未发生则继续采样，直至碰撞发生将此时时间t输出为碰撞时间t。

定义本车车速V₁，转弯半径R，目标车辆车速V₂，通过本车速度计算转角θ，计算方法为θ＝V₁×t×R^-1；

整个过程认为目标车辆静止，，目标车辆位置为(a,b)，本车位置坐标为(x(t),y(t))，对本车施加大小为V₂，方向相反的速度，得出本车位置，计算方法为

碰撞判断单元根据二者轮廓是否发生接触判断t时刻碰撞是否发生，此时的时间就是碰撞时间，将碰撞时间输出给两级制动主动避撞系统。如果碰撞没有发生则继续增加时间间隔T再进行计算不断循环，判断条件计算方法为

如果发生碰撞，则输出此时碰撞时间t，当碰撞时间t小于1s，采用二级制动策略进行减速，并考虑制动系统存在的延迟，由二级制动策略执行单元执行制动，本专利认为制动减速度a_max在制动系统延迟内呈线性递增，对加速度进行时域积分运算便得到了两级制动过程中速度的递减量ΔV(t)，计算公式为

当碰撞时间t大于等于1s同时小于2s时，采用一级制动减速度a_min制动，并考虑制动系统存在延迟，由一级制动策略执行单元执行制动。对加速度进行时域积分运算便得到了两级制动过程中速度的递减量ΔV(t)，计算公式为

通过二级制动策略执行单元或者一级制动策略执行单元之后，得到更新后的本车位置，计算方法为

在本实施例中，作为一种优选，a_max＝6m/s²，a_min＝3m/s²。

实施例2

如图7所示，本实施例以本车右转弯时与要前方穿越马路的行人碰撞工况为例，一种右转弯智能车辆两级制动主动避撞方法，包括以下步骤：

设置时间间隔为T，即每隔T时间计算是否发生碰撞，如果碰撞未发生则继续采样，直至碰撞发生将此时时间t输出为碰撞时间t。

定义本车车速V₁，转弯半径R，行人速度V₂，通过本车速度计算转角θ，计算方法为θ＝V₁×t×R^-1；

整个过程认为行人静止，行人位置为(a,b)，本车位置坐标为(x(t),y(t))，对本车施加大小为V₂，方向相反的速度，得出本车位置，计算方法为

碰撞判断单元根据二者轮廓是否发生接触判断t时刻碰撞是否发生，此时的时间就是碰撞时间，将碰撞时间输出给两级制动主动避撞系统。如果碰撞没有发生则继续增加时间间隔T再进行计算不断循环，判断条件计算方法为

如果发生碰撞，则输出此时碰撞时间t，当碰撞时间t小于1s，采用二级制动策略进行减速，并考虑制动系统存在的延迟，由二级制动策略执行单元执行制动，本专利认为制动减速度a_max在制动系统延迟内呈线性递增，对加速度进行时域积分运算便得到了两级制动过程中速度的递减量ΔV(t)，计算公式为

当碰撞时间t大于等于1s同时小于2s时，采用一级制动减速度a_min制动，并考虑制动系统存在延迟，由一级制动策略执行单元执行制动。对加速度进行时域积分运算便得到了两级制动过程中速度的递减量ΔV(t)，计算公式为

通过二级制动策略执行单元或者一级制动策略执行单元之后，得到更新后的本车位置，计算方法为

在本实施例中，作为一种优选，a_max＝6m/s²，a_min＝3m/s²。

实施例3

如图8所示，本实施例以本车右转弯时与要并入车道内穿越马路的行人碰撞工况为例，一种右转弯智能车辆两级制动主动避撞方法，包括以下步骤：

设置时间间隔为T，即每隔T时间计算是否发生碰撞，如果碰撞未发生则继续采样，直至碰撞发生将此时时间t输出为碰撞时间t。

定义本车车速V₁，转弯半径R，行人速度V₂，通过本车速度计算转角θ，计算方法为θ＝V₁×t×R^-1；

整个过程认为行人静止，行人位置为(a,b)，本车位置坐标为(x(t),y(t))，对本车施加大小为V₂，方向相反的速度，得出本车位置，计算方法为

碰撞判断单元根据二者轮廓是否发生接触判断t时刻碰撞是否发生，此时的时间就是碰撞时间，将碰撞时间输出给两级制动主动避撞系统。如果碰撞没有发生则继续增加时间间隔T再进行计算不断循环，判断条件计算方法为

如果发生碰撞，则输出此时碰撞时间t，当碰撞时间t小于1s，采用二级制动策略进行减速，并考虑制动系统存在的延迟，由二级制动策略执行单元执行制动，本专利认为制动减速度a_max在制动系统延迟内呈线性递增，对加速度进行时域积分运算便得到了两级制动过程中速度的递减量ΔV(t)，计算公式为

当碰撞时间t大于等于1s同时小于2s时，采用一级制动减速度a_min制动，并考虑制动系统存在延迟，由一级制动策略执行单元执行制动。对加速度进行时域积分运算便得到了两级制动过程中速度的递减量ΔV(t)，计算公式为

通过二级制动策略执行单元或者一级制动策略执行单元之后，得到更新后的本车位置，计算方法为

在本实施例中，作为一种优选，a_max＝6m/s²，a_min＝3m/s²。

实施例4

如图9所示，本实施例以本车右转弯要并入车道时与车道内目标车辆碰撞工况为例，一种右转弯智能车辆两级制动主动避撞方法，包括以下步骤：

设置时间间隔为T，即每隔T时间计算是否发生碰撞，如果碰撞未发生则继续采样，直至碰撞发生将此时时间t输出为碰撞时间t。

定义本车车速V₁，转弯半径R，目标车辆车速V₂，通过本车速度计算转角θ，计算方法为θ＝V₁×t×R^-1；

整个过程认为目标车辆静止，，目标车辆位置为(a,b)，本车位置坐标为(x(t),y(t))，对本车施加大小为V₂，方向相反的速度，得出本车位置，计算方法为

碰撞判断单元根据二者轮廓是否发生接触判断t时刻碰撞是否发生，此时的时间就是碰撞时间，将碰撞时间输出给两级制动主动避撞系统。如果碰撞没有发生则继续增加时间间隔T再进行计算不断循环，判断条件计算方法为

如果发生碰撞，则输出此时碰撞时间t，当碰撞时间t小于1s，采用二级制动策略进行减速，并考虑制动系统存在的延迟，由二级制动策略执行单元执行制动，本专利认为制动减速度a_max在制动系统延迟内呈线性递增，对加速度进行时域积分运算便得到了两级制动过程中速度的递减量ΔV(t)，计算公式为

当碰撞时间t大于等于1s同时小于2s时，采用一级制动减速度a_min制动，并考虑制动系统存在延迟，由一级制动策略执行单元执行制动。对加速度进行时域积分运算便得到了两级制动过程中速度的递减量ΔV(t)，计算公式为

通过二级制动策略执行单元或者一级制动策略执行单元之后，得到更新后的本车位置，计算方法为

在本实施例中，作为一种优选，a_max＝6m/s²，a_min＝3m/s²。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。