对于汽车碰撞预先判断及预先动作以降低碰撞损失的方法

摘要

本发明属于汽车安全技术领域，特别涉及一种对于汽车碰撞预先判断及预先动作以降低碰撞损失的方法。该方法利用装在本车上的车载雷达对行驶方向上的路面情况进行探测，并对目标进行初始筛选；对可能发生的碰撞做出预先判断，估算出碰撞发生的时间以及碰撞强度，并根据不同的判断结果选择不同的乘员约束系统预先动作策略，以减轻车辆和乘员不可避免碰撞的损伤。

说明书

技术领域

本发明属于汽车安全技术领域，特别涉及一种对于汽车碰撞预先判断及预先动作以降低碰撞损失的方法。

背景技术

近年来，在汽车的安全技术领域中涉及到本车与前方其他物体发生碰撞的控制技术取得了很多的进展。类似的控制技术实例比如：避免本车与行车前方物体发生碰撞的控制，以及在本车与行车前方物体发生碰撞在所难免时采取措施降低碰撞损失，保护本车内乘员的控制。前者的一种为大众所知的控制技术FCWS-“前碰撞预警系统”，它通过观察行车前方车辆的行驶状况，获取它与本车接触所需要时间，并提前一段时间提醒驾驶员采取操作避免碰撞。后者的一种为大众所知的控制技术PCS-“预碰撞安全性”控制，它通常是预测到本车与前方车辆的碰撞难以避免，并在碰撞前控制乘员约束系统动作以保护本车乘员，降低碰撞损失的技术。

例如CN 200480017877.6公开了一种碰撞安全车辆控制系统，用于根据关于本车前方至少一个前方物体的信息控制本车的工作装置，例如车辆减速装置和乘员保护装置。但是在上述公开文献CN 200480017877.6中并未具体提出一种确定碰撞发生的概率的方法，也没有给出一种方法来筛选行车前方目标车辆以降低车载计算机计算量、提高系统反应速度。

发明内容

本发明的目的是减轻车辆不可避免碰撞的损伤，提供了一种对于汽车碰撞预先判断及预先动作以降低碰撞损失的方法。

该方法包括以下步骤：

(1)装在本车上的雷达探测本车前方的路面状况；

(2)以车辆前方安装的雷达为原点建立极坐标系，在两个不同的时刻可以得到同一目标相对于本车的角度和位置，由[R(t)，θ(t)]和[R(t+dt)，θ(t+dt)]确定前方车辆运动轨迹L(t)，得到前方车辆相对于本车的运动学参数信息；

(3)判断前方车辆是否进入碰撞预判区域，如果未进入，则雷达继续扫描，如果进入，则将目标及参数转入下一步计算；

(4)通过雷达传来的目标各个运动学参数，在直线运动的假设下，由公式得到本车辆与目标车辆的距离，利用直线加速度公式，算出距离接触的预测时间T及接触时的前车速度V_crash；其中，w为L(t)方程与横轴相交确定截距，P(t)为t时刻目标车辆沿其运动轨迹L(t)到本车坐标系x轴交点的距离，α(t)为t时刻目标车辆运动轨迹L(t)与本车坐标系x轴的夹角；

(5)估算碰撞发生的概率Prob(t)＝Prob_T(t)×Prob_w(t)，其中Prob_T(t)＝Ae^T，为与距离接触的预测时间相关的概率因子，其中，A为调整常数，T为距离接触的预测时间，当T越来越小时，Prob_T(t)因子变大，直至为1；Prob_w(t)为与截距w相关的概率因子，当w越大时，驾驶员越容易采取操作避免碰撞，该因子取值越小；

(6)判断碰撞发生的概率和概率门限值关系，如果小于门限值，则继续获取最新雷达扫描参数，再计算，如果大于门限值，进入下一步；

(7)判断碰撞强度以及碰撞预计时间点是否满足查表条件，如果不满足，则继续获取雷达扫描参数，再计算，如果满足，则进入下一步；

(8)根据查表得到乘员约束系统动作策略；

(9)乘员约束系统预先动作，减小碰撞损失。

所述步骤(1)中，雷达探测的要求是：在时间上关注碰撞发生前的3秒之内、在空间上关注本车辆前方50m之内区域。

所述约束系统预先动作包括安全带的预先张紧调节、座椅前后位置调节、靠背角度调节、座垫角度调节以及天窗的开闭。

所述雷达为车载毫米波雷达。

本发明的有益效果为：利用装在本车上的车载雷达对行驶方向上的路面情况进行探测，并对目标进行初始筛选，降低了处理的要求；对可能发生的碰撞做出预先判断，估算出碰撞发生的时间以及碰撞强度，并根据不同的判断结果选择不同的乘员约束系统预先动作策略，以减轻车辆不可避免碰撞的损伤。

附图说明

图1为该发明的流程示意图；

图2为本车辆与前方车辆的位置关系示意图；

图3为车辆碰撞预判区域示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种对于汽车碰撞预先判断及预先动作以降低碰撞损失的方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，该方法包括如下步骤：

(1)装在本车上的雷达探测本车前方的路面状况，利用位置筛选目标；

在确定碰撞预判的目标下，对碰撞的预测在时间上主要关注碰撞发生前的3秒之内，在空间上主要关注车辆前方的约50m之内，在能够满足系统安全要求的前提下，降低对系统的要求。

通过雷达获取每个目标相对本车的位置，判断目标是否进入预碰撞区域。该区域是综合考虑了本车的速度、转弯极限以及驾驶员的操作反应时间等因素之后确立的，如果前方目标车辆进入这个区域，碰撞将很难避免。如图3中的碰撞预判区域。该区域是汉堡大学的Mueller等基于平面解析几何方法计算并提出的。此处借用其概念。该区域随着不同汽车、不同速度会变化。进入该区域的目标将会受到系统优先考虑。

(2)以车辆前方安装的雷达为原点建立极坐标系，在两个不同的时刻可以得到同一目标相对于本车的角度和位置，由[R(t)，θ(t)]和[R(t+dt)，θ(t+dt)]确定前方车辆运动轨迹L(t)，建立基本的运动学模型，得到前方车辆相对于本车的运动学参数信息；此处由两点确定一条直线方程，进一步发展由三点或更多点可以获得曲线方程，拟合程度更加精确。

(3)判断前方车辆是否进入碰撞预判区域，如果未进入，则雷达继续扫描，如果进入，则将目标及参数转入下一步计算。

(4)通过雷达传来的目标各个运动学参数进行计算：设L(t)方程与横轴相交确定截距w，车身宽度为m，前方车辆雷达横截面半径为r，则w∈[-0.5m-r，0.5m+r]时，两车接触，将会发生碰撞。

根据余弦定理，

$P\left(t\right)-P(t+\mathrm{dt})=\sqrt{R{\left(t\right)}^2+R{(t+\mathrm{dt})}^2-2R\left(t\right)R(t+\mathrm{dt})\cos [\theta (t+\mathrm{dt})-\theta \left(t\right)]}$

可以得到平均速度：V_mean(t)＝[P(t)-P(t+dt)]/dt，

再结合：V_mean(t+dt)＝[P(t+dt)-P(t+d2t)]/dt，

从而可得在t到t+dt的这个时间段内，本车与目标物的平均接近加速度为

a＝[V_mean(t)-V_mean(t+dt)]/dt

当dt足够小时，上式求解的a可以看做是在某一个状态下的瞬时接近相对加速度。

又根据正弦定理，在小三角形里面，有

可以求解出α(t)，在直线运动的假设下，可以解出：

得到本车辆与目标车辆的距离，利用直线加速度公式，算出距离接触的预测时间T及接触时的前车速度V_crash；其中，P(t)为t时刻目标车辆沿其运动轨迹L(t)到本车坐标系x轴交点的距离，α(t)为t时刻目标车辆运动轨迹L(t)与本车坐标系x轴的夹角；

(5)估算碰撞发生的概率：

在以上的基本理想运动模型中，加入实际碰撞事故发生概率的因素。碰撞是否最终发生，取决于两个事件的同时发生：

a.当接近的过程中，两车没有发生超出预测的相对减速事件；

b.当接近的过程中，本车没有发生超出预测的碰撞面转向事件。

由于二者都与本车驾驶员的反应有关系，因此这两个事件是有一定关联性的，但为了简化计算，暂时认为二者是独立的事件：

1)距离碰撞发生的时间T越大，则变数越多，碰撞概率越低；

2)|w|与碰撞发生的接触几何方式有关，在不同的区域里，本车躲开碰撞的概率是不一样的，|w|越大，则本车通过转向避开的几率越大，碰撞概率越低。

为了在这个两个事件发生的概率下推演得到碰撞的概率，设置一个变量Prob(t)。

对于事件a，设置一个指数方程，当距离碰撞时间越近时，碰撞的可能性剧烈升高，直到必定发生碰撞，即100％为止。这里，令

Prob_T(t)＝Ae^T，

其中，A为可以调节的常数。

对于事件b，设置一个函数，以w值的大小来确定两车接触时的碰撞位置。如果|w|越小，则偏置程度越低，越难避免，碰撞概率越高。

两个独立事件，同时发生，那么其结果的概率应该是二者的乘积，因此总的碰撞事件发生的概率为

Prob(t)＝Prob_T(t)×Prob_w(t)，

通过上式，可以求出对于碰撞概率的预测值。

(6)判断碰撞发生的概率和概率门限值关系，如果小于门限值，则继续获取最新雷达扫描参数，再计算，如果大于门限值，进入下一步；

(7)判断碰撞强度以及碰撞预计时间点是否满足查表条件，如果不满足，则继续获取雷达扫描参数，再计算，如果满足，则进入下一步；

(8)根据查表得到乘员约束系统动作策略；

根据不同的碰撞情况(碰撞时间、碰撞强度、碰撞概率，并划分成有限种情况)，可以通过电脑仿真得到不同的约束系统预先动作策略，以达到最优的乘员保护效果。一种不同的碰撞情况对应一种约束系统预先动作策略，并将其制作成数据表。每一次判断出危险之后，将对应碰撞情况的参数进行查表，得到合适的约束系统预先动作策略，再执行。

(9)乘员约束系统预先动作，减小碰撞损失。

约束系统预先动作包括安全带的预先张紧，座椅前后位置、靠背角度、座垫角度的变化以及天窗的开闭等等。其中各个约束系统的控制策略举例如下：

天窗：无论碰撞概率大小，都立即最大速度关闭。

安全带：无论碰撞概率大小，都立即进行张紧，或者当碰撞概率大于0.3时，进行多次张紧，尽量消除乘员与安全带间的间隙。

座椅：当碰撞概率小于0.3时，保持不变；当碰撞概率大于等于0.3时，上调座垫角度、靠背调整到直立、座椅前后调到合适位置。

需要注意的是，此处提及的碰撞概率门限值可以通过Prob_T(t)和Prob_w(t)中的参数来设置，可针对不同情形进行选择。