CN109878510A - 智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法 - Google Patents

Abstract

一种智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法：通过智能网联自动驾驶汽车实时获取前后车辆的相对距离、相对速度，提取所在道路的交通管理速度及安全距离、车辆自身的加减速性能；设定自动驾驶车辆的多级安全判别指标；当与周边车辆均存在安全隐患时，采取安全处置方法无法避免的前提下，进一步联网获取周边车辆的车型、载客人数、载货质量、货物单价及车辆价值信息，选取碰撞动能损失作为指标，进行拟发生碰撞的严重程度计算，选择碰撞严重程度最低的车辆进行碰撞，若存在2辆以上碰撞严重程度最低的车辆时，则选择碰撞经济损失最低的车辆进行碰撞。本发明提高了智能网联自动驾驶车辆在行驶状态下的安全判别准确性和可靠性。

Description

智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法

技术领域

本发明涉及一种汽车行驶过程中的安全判别与处置方法。特别是涉及一种智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法。

背景技术

智能网联汽车的相关技术近几年飞速发展，其核心技术是智能互联技术和自动驾驶技术。智能网联汽车是具有无线通信与互联网接入功能的智能化车辆，可以实时采集车辆自身状态信息及绝对位置，并对相邻车辆的行驶信息及周边环境信息进行获得，通过一系列算法分析向车辆或驾驶员传达驾驶指令，同时运用无线通信技术将驾驶意图传递给周边车辆。

现状人驾驶的车辆往往不能及时掌握周边的道路及车辆信息，在实际驾驶过程中，尤其是车流量较大的路况条件下，往往存在着跟车距离过近，频繁变道等不良驾驶行为，面对突发事件时，由于反应过激或迟缓，做出了错误的决策，导致事故发生，造成大量的生命财产损失。

以往的安全判别多基于相邻辆车的间距或拟发生碰撞所需要的时间，均未考虑车辆本身的加速或制动性能，虽然能够替代事故数据，作为安全预警的标准，但降低了车辆对安全事故预判的准确性，过多的产生安全提示信息，会造成信息过载，不利于驾驶安全。相对于传统驾驶方式，应用智能网联汽车相关技术能够获得的车辆和道路信息更多，可以引入新的安全判别指标，选择多指标综合考量安全状态。而且自动驾驶技术要比人的驾驶更为理性，有条件通过分析大量的数据提出更为合理的驾驶指令，进而减少交通事故或将交通事故带来的生命财产损失降到更低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法，能够充分利用车辆感知技术和智能网联车辆领域的车路协同、车车协同技术的优势，提高自动驾驶车辆在路段行驶过程中的安全水平、

本发明所采用的技术方案是：一种智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法，包括如下步骤：

1)通过智能网联自动驾驶汽车实时获取前后车辆的相对距离、相对速度，提取所在道路的交通管理速度及安全距离、车辆自身的加减速性能；

2)设定自动驾驶车辆的多级安全判别指标，包括依次判断：与前后车辆的相对距离，与前后车辆的相对速度，以及将本车辆所需加减速度与本车辆加减速度极限值进行比较，判断车辆是否存在发生碰撞的隐患，提出避免碰撞；

3)当与周边车辆均存在安全隐患时，采取安全处置方法无法避免的前提下，进一步联网获取周边车辆的车型、载客人数、载货质量、货物单价及车辆价值信息，选取碰撞动能损失作为指标，进行拟发生碰撞的严重程度计算，选择碰撞严重程度最低的车辆进行碰撞，若存在2辆以上碰撞严重程度最低的车辆时，则选择碰撞经济损失最低的车辆进行碰撞。

步骤1)包括：

(1.1)利用智能网联自动驾驶汽车自身四周布设的传感器识别如下数据：

本车速度V_A，与前车的相对速度ΔV₁，以及与前车的相对距离D₁；

(1.2)联网获取：

智能网联自动驾驶汽车本身的制动性能，即减速度极限值Δa^- _max、车辆制动及加速的滞后时间Δt以及在道路管理速度条件下的安全距离D_m。

步骤2)中与前车之间的判断包括：

(2.1)与前车相对距离的判断包括：判断与前车之间的相对距离D₁是否大于安全距离D_m，若大于安全距离，则与前车之间安全水平良好，保持当前驾驶行为；若小于安全距离D_m，则进入下一步；

(2.2)与前车相对速度的判断，包括：若与前车相对速度ΔV₁≤0，则两车之间的距离在拉大，无安全隐患；若与前车相对速度ΔV₁>0，则两车之间距离在不断缩小，有安全隐患，进入下一步；

(2.3)进行本车辆所需减速度与本车辆减速度极限值进行比较，具体是计算本车辆减速至与前车速度相同时，所需要的减速度a^- ₁：

当a^- ₁<Δa^- _max时，认为车辆可以通过减速缓解与前车发生碰撞的可能性，并进行减速制动至两车速度相等，进行跟驰驾驶；当a^- ₁>Δa^- _max时，则所需的减速度已经超过本车辆的制动性能，需要通过变换行驶车道来避免与前车碰撞，进行减速变道，同时对周边车辆发布车道变换信息；Δt表示车辆制动的滞后时间；Δa^- _max表示最大减速度。

步骤2)中与后车之间的判断包括：

(2.4)数据检测与提取，包括：

(2.4.1)利用智能网联自动驾驶汽车自身四周布设的传感器识别如下数据：

本车速度V_A，与后车的相对速度ΔV₂，与前车的相对距离D₁，与后车的相对距离D₂；

(2.4.2)联网获取：车辆本身的加速性能，即加速度极限值Δa⁺ _max；本车辆加速的滞后时间Δt；行驶道路的交通管理速度V_m；在管理速度条件下的安全距离D_m。

(2.5)与后车相对距离的判断包括：判断与后车之间的相对距离D₂是否大于安全距离D_m，若大于安全距离，则与后车之间安全水平良好，保持当前驾驶行为；若小于安全距离D_m，发送信息提醒后车保持安全距离，并进入下一步；

(2.6)与后车相对速度的判断，包括：若与后车相对速度ΔV₂≤0，则两车之间的距离在拉大，无安全隐患；若与后车相对速度ΔV₂>0，则两车之间距离在不断缩小，有安全隐患，进入下一步；

(2.7)进行本车辆所需加速度与本车辆加速度极限值进行比较，具体是计算本车辆加速至与后车速度相同时，所需要的加速度a⁺ ₂：

当a⁺ ₂<Δa⁺ _max，时，认为车辆可以通过加速缓解与后车发生碰撞的可能性，在与前车保持安全距离的前提下，在不违反交通安全管理制度的前提下，加速至与后车速度相等，并提示后车保持车距，安全驾驶；当a⁺ ₂>Δa⁺ _max时或加速会违反交通管理制度时，且提示后车保持车距后，后车仍不改变当前驾驶行为时，则需要通过变道来避免与前车碰撞。

步骤3)包括：

(3.1)联网获取进行数据提取

所述的数据包括：周边车辆目前车型T_i、车自身质量m_自i、乘坐人数P_i、货车载货质量m_载i、货物单件质量m_单i、货物单价P_货i、车辆价格P_车i；

(3.2)碰撞严重程度计算

以不对人员造成伤亡为前提进行碰撞损失分析，衡量标准为碰撞时的能量损失ΔE_损失i；设定要碰撞的车辆均达到速度v_同i后碰撞停止，以此时作为能量损失的计算标准，设本车辆速度v₁，质量m₁；被碰车辆速度v_i，质量m_i，

碰撞前两车总动能E_碰前为：

碰撞结束时两车总动能E_碰后为：

利用动量守恒简化求得v_同i为：

动能损失ΔE_损失i为：

动能损失越大认为碰撞越严重，计算与周边车辆发生碰撞后的动能损失，选择碰撞动能损失ΔE_损失i最小的车辆进行操作；当存在2辆以上碰撞动能损失ΔE_损失i最小的车辆时，进入下一步；

(3.3)碰撞经济损失比较

衡量车辆总价值P_总i

选择车辆总价值P_总i最低的进行碰撞，以保障事故发生后产生的损失最低。

本发明的智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法，从交通冲突的角度出发，根据联网数据以及车辆周围的检测设备的大量基础数据，通过判断相对距离、相对速度以及避免本车避免碰撞所需加速度、减速度与本车最大加速度、最大减速度的比较，确定与前后车辆发生事故的可能性，并提出相应的处置措施。在与周边车辆均有碰撞可能的极端条件下，通过引入碰撞动能损失来衡量即将发生事故的严重性，并以此为依据推荐选择碰撞损失最小的方式执行操作，在碰撞动能损失相同的条件下，引入车辆碰撞总价值作为判断指标，进一步细化即将发生碰撞带来的损失，进而使碰撞损失降到最低。本发明充分利用车辆感知技术和智能网联车辆领域的车路协同、车车协同技术的优势，提高自动驾驶车辆在路段行驶过程中的安全水平。本发明的安全判断方法通过多级安全指标依次判断智能网联自动驾驶车辆的安全水平，提高了智能网联自动驾驶车辆在行驶状态下的安全判别准确性和可靠性，改善了智能网联自动驾驶车辆的安全驾驶水平，规范了智能网联自动驾驶车辆的驾驶行为；提出极端条件下的处置流程，能够整体降低即将发生事故的严重程度和经济损失。

附图说明

图1是本发明的自动驾驶车辆与前方车辆安全判别与处置流程图；

图2是本发明的自动驾驶车辆与后方车辆安全判别与处置流程图；

图3是本发明的自动驾驶车辆在条件受限情况下的安全处置流程图；

图4是本发明实施例1安全判别基本位置关系图；

图5是本发明实施例2自动驾驶车辆安全处置基本位置关系图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的做出详细说明智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法。

本发明的智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法，包括如下步骤：

1)通过智能网联自动驾驶汽车实时获取前后车辆的相对距离、相对速度，提取所在道路的交通管理速度及安全距离、车辆自身的加减速性能；包括：

(1.1)利用智能网联自动驾驶汽车自身四周布设的传感器识别如下数据：

本车速度V_A，与前车的相对速度ΔV₁，以及与前车的相对距离D₁；与后车的相对速度ΔV₂，与前车的相对距离D₁，与后车的相对距离D₂；

(1.2)联网获取：

智能网联自动驾驶汽车本身的制动性能，即减速度极限值Δa^- _max、车辆制动及加速的滞后时间Δt以及在道路管理速度条件下的安全距离D_m。车辆本身的加速性能，即加速度极限值Δa⁺ _max；行驶道路的交通管理速度V_m。

2)设定自动驾驶车辆的多级安全判别指标，包括依次判断：与前后车辆的相对距离，与前后车辆的相对速度，以及将本车辆所需加减速度与本车辆加减速度极限值进行比较，判断车辆是否存在发生碰撞的隐患；其中，

如图1所示，与前车之间的判断包括：

(2.1)与前车相对距离的判断包括：判断与前车之间的相对距离D₁是否大于安全距离D_m，若大于安全距离，则与前车之间安全水平良好，保持当前驾驶行为；若小于安全距离D_m，则进入下一步；

(2.2)与前车相对速度的判断，包括：若与前车相对速度ΔV₁≤0，则两车之间的距离在拉大，无安全隐患；若与前车相对速度ΔV₁>0，则两车之间距离在不断缩小，有安全隐患，进入下一步；

(2.3)进行本车辆所需减速度与本车辆减速度极限值进行比较，具体是计算本车辆减速至与前车速度相同时，所需要的减速度a^- ₁：

当a^- ₁<Δa^- _max时，认为车辆可以通过减速缓解与前车发生碰撞的可能性，并进行减速制动至两车速度相等，进行跟驰驾驶；当a^- ₁>Δa^- _max时，则所需的减速度已经超过本车辆的制动性能，需要通过变换行驶车道来避免与前车碰撞，进行减速变道，同时对周边车辆发布车道变换信息；Δt表示车辆制动的滞后时间；Δa^- _max表示最大减速度。

如图2所示，与后车之间的判断包括：

(2.4)与后车相对距离的判断包括：判断与后车之间的相对距离D₂是否大于安全距离D_m，若大于安全距离，则与后车之间安全水平良好，保持当前驾驶行为；若小于安全距离D_m，发送信息提醒后车保持安全距离，并进入下一步；

(2.5)与后车相对速度的判断，包括：若与后车相对速度ΔV₂≤0，则两车之间的距离在拉大，无安全隐患；若与后车相对速度ΔV₂>0，则两车之间距离在不断缩小，有安全隐患，进入下一步；

(2.6)进行本车辆所需加速度与本车辆加速度极限值进行比较，具体是计算本车辆加速至与后车速度相同时，所需要的加速度a⁺ ₂：

当a⁺ ₂<Δa⁺ _max，时，认为车辆可以通过加速缓解与后车发生碰撞的可能性，在与前车保持安全距离的前提下，在不违反交通安全管理制度的前提下，加速至与后车速度相等，并提示后车保持车距，安全驾驶；当a⁺ ₂>Δa⁺ _max时或加速会违反交通管理制度时，且提示后车保持车距后，后车仍不改变当前驾驶行为时，则需要通过变道来避免与前车碰撞。

3)当与周边车辆均存在安全隐患时，如图3所示，采取安全处置方法无法避免的前提下，进一步联网获取周边车辆的车型、载客人数、载货质量、货物单价及车辆价值信息，选取碰撞动能损失作为指标，进行拟发生碰撞的严重程度计算，选择碰撞严重程度最低的车辆进行碰撞，若存在2辆以上碰撞严重程度最低的车辆时，则选择碰撞经济损失最低的车辆进行碰撞。包括：

(3.1)联网获取进行数据提取

当周围车辆较多，通过减速、加速或变道等方式都无法避免与其他车辆产生碰撞的情况下，需要继续利用智能网联车辆的相关技术，提取周围车辆信息，衡量与周边各车辆碰撞带来的损失，选择综合损失最小的碰撞方式执行驾驶指令。

所述的数据包括：周边车辆目前车型T_i、车自身质量m_自i、乘坐人数P_i、货车载货质量m_载i、货物单件质量m_单i、货物单价P_货i、车辆价格P_车i；

(3.2)碰撞严重程度计算

以不对人员造成伤亡为前提进行碰撞损失分析，衡量标准为碰撞时的能量损失ΔE_损失i；设定要碰撞的车辆均达到速度v_同i后碰撞停止，以此时作为能量损失的计算标准，设本车辆速度v₁，质量m₁；被碰车辆速度v_i，质量m_i，

碰撞前两车总动能E_碰前为：

碰撞结束时两车总动能E_碰后为：

利用动量守恒简化求得v_同i为：

动能损失ΔE_损失i为：

动能损失越大认为碰撞越严重，计算与周边车辆发生碰撞后的动能损失，选择碰撞动能损失ΔE_损失i最小的车辆进行操作；当存在2辆以上碰撞动能损失ΔE_损失i最小的车辆时，进入下一步；

(3.3)碰撞经济损失比较

衡量车辆总价值P_总i

选择车辆总价值P_总i最低的进行碰撞，以保障事故发生后产生的损失最低。

下面结合附图4及附图5对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：本智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法用于图4所示的某高速公路路段。车辆行驶在行车道上，前后各有一辆车辆，左侧为超车道，右侧为应急车道。经数据检测与提取得到本车速度90km/h，与前车相对速度30km/h，与前车相对距离100m，车辆本身减速度极限值7m/s²；车辆制动滞后时间0.3s；当前道路的交通管理速度为100km/h，安全距离160m。获得上述数据后，开始进行车辆运行的安全状况。

两车间距100m小于安全距离160m，且相对速度30km/h＞0，计算减速所需的减速度a^- ₁＝1.46m/s²<车辆自身的最大减速度7m/s²。采取制动减速，并向周围车辆发布车辆减速信息，保持安全运行状况。

减速完成后，接到后方车辆发布的信息，后车制动失灵，正在以120km/h的速度向本车靠近，进一步获取数据信息得到本车速度60km/h；与后车之间的相对速度60km/h；与前车之间的相对距离100m，与后车之间的相对距离30m，车辆本身加速度极限值6m/s²；车辆速的滞后时间0.3s；当前道路的交通管理速度为100km/h，安全距离160m。获得上述数据后，开始进行车辆运行的安全状况。

经分析判断与后车之间的间距30m＜安全距离160m；与后车之间的速度差60km/h>0，证明两车之间距离在不断缩小，有安全隐患，分析所需加速度a⁺ ₂＝26.67m/s²＞6m/s²：远超过车辆本身的加速性能，有发生碰撞的危险，需要立刻采取变换车道的操作方式。

实施例2：本智能网联自动驾驶车辆行驶过程中的安全判别与处置方法用于图5所示的某高速公路路段。车辆行驶在行车道上，周围共有8辆车，编号2至9。经数据检测与提取得到本车速度75km/h，车辆本身最大减速度7m/s²，车辆加速及制动滞后时间0.3s。车辆自重1800kg，车内无人，无货物。当前道路的交通管理速度为100km/h，安全距离160m。周边车辆的相关信息如下表所示，获得上述数据后，开始进行车辆运行的安全状况，计算所需数据及结果总结如下表。

根据本发明的方法计算结果，选择与编号4车辆发生碰撞，车辆选择向右变道，并向周边车辆发布拟进行的操作信息，请求车辆采取相应的措施进行避让。

Claims (5)

1.一种智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)通过智能网联自动驾驶汽车实时获取前后车辆的相对距离、相对速度，提取所在道路的交通管理速度及安全距离、车辆自身的加减速性能；

2)设定自动驾驶车辆的多级安全判别指标，包括依次判断：与前后车辆的相对距离，与前后车辆的相对速度，以及将本车辆所需加减速度与本车辆加减速度极限值进行比较，判断车辆是否存在发生碰撞的隐患，提出避免碰撞；

3)当与周边车辆均存在安全隐患时，采取安全处置方法无法避免的前提下，进一步联网获取周边车辆的车型、载客人数、载货质量、货物单价及车辆价值信息，选取碰撞动能损失作为指标，进行拟发生碰撞的严重程度计算，选择碰撞严重程度最低的车辆进行碰撞，若存在2辆以上碰撞严重程度最低的车辆时，则选择碰撞经济损失最低的车辆进行碰撞。

2.根据权利要求1所述的智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法，其特征在于，步骤1)包括：

(1.1)利用智能网联自动驾驶汽车自身四周布设的传感器识别如下数据：

本车速度V_A，与前车的相对速度ΔV₁，以及与前车的相对距离D₁；

(1.2)联网获取：

智能网联自动驾驶汽车本身的制动性能，即减速度极限值Δa^- _max、车辆制动及加速的滞后时间Δt以及在道路管理速度条件下的安全距离D_m。

3.根据权利要求1所述的智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法，其特征在于，步骤2)中与前车之间的判断包括：

(2.1)与前车相对距离的判断包括：判断与前车之间的相对距离D₁是否大于安全距离D_m，若大于安全距离，则与前车之间安全水平良好，保持当前驾驶行为；若小于安全距离D_m，则进入下一步；

(2.2)与前车相对速度的判断，包括：若与前车相对速度ΔV₁≤0，则两车之间的距离在拉大，无安全隐患；若与前车相对速度ΔV₁>0，则两车之间距离在不断缩小，有安全隐患，进入下一步；

(2.3)进行本车辆所需减速度与本车辆减速度极限值进行比较，具体是计算本车辆减速至与前车速度相同时，所需要的减速度a^- ₁：

当a^- ₁<Δa^- _max时，认为车辆可以通过减速缓解与前车发生碰撞的可能性，并进行减速制动至两车速度相等，进行跟驰驾驶；当a^- ₁>Δa^- _max时，则所需的减速度已经超过本车辆的制动性能，需要通过变换行驶车道来避免与前车碰撞，进行减速变道，同时对周边车辆发布车道变换信息；Δt表示车辆制动的滞后时间；Δa^- _max表示最大减速度。

4.根据权利要求1所述的智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法，其特征在于，步骤2)中与后车之间的判断包括：

(2.4)数据检测与提取，包括：

(2.4.1)利用智能网联自动驾驶汽车自身四周布设的传感器识别如下数据：

本车速度V_A，与后车的相对速度ΔV₂，与前车的相对距离D₁，与后车的相对距离D₂；

(2.4.2)联网获取：车辆本身的加速性能，即加速度极限值Δa⁺ _max；本车辆加速的滞后时间Δt；行驶道路的交通管理速度V_m；在管理速度条件下的安全距离D_m。

(2.5)与后车相对距离的判断包括：判断与后车之间的相对距离D₂是否大于安全距离D_m，若大于安全距离，则与后车之间安全水平良好，保持当前驾驶行为；若小于安全距离D_m，发送信息提醒后车保持安全距离，并进入下一步；

(2.6)与后车相对速度的判断，包括：若与后车相对速度ΔV₂≤0，则两车之间的距离在拉大，无安全隐患；若与后车相对速度ΔV₂>0，则两车之间距离在不断缩小，有安全隐患，进入下一步；

(2.7)进行本车辆所需加速度与本车辆加速度极限值进行比较，具体是计算本车辆加速至与后车速度相同时，所需要的加速度a⁺ ₂：

当a⁺ ₂<Δa⁺ _max，时，认为车辆可以通过加速缓解与后车发生碰撞的可能性，在与前车保持安全距离的前提下，在不违反交通安全管理制度的前提下，加速至与后车速度相等，并提示后车保持车距，安全驾驶；当a⁺ ₂>Δa⁺ _max时或加速会违反交通管理制度时，且提示后车保持车距后，后车仍不改变当前驾驶行为时，则需要通过变道来避免与前车碰撞。

5.根据权利要求1所述的智能网联自动驾驶汽车行驶过程中的安全判别与处置方法，其特征在于，步骤3)包括：

(3.1)联网获取进行数据提取

所述的数据包括：周边车辆目前车型T_i、车自身质量m_自i、乘坐人数P_i、货车载货质量m_载i、货物单件质量m_单i、货物单价P_货i、车辆价格P_车i；

(3.2)碰撞严重程度计算

以不对人员造成伤亡为前提进行碰撞损失分析，衡量标准为碰撞时的能量损失ΔE_损失i；设定要碰撞的车辆均达到速度v_同i后碰撞停止，以此时作为能量损失的计算标准，设本车辆速度v₁，质量m₁；被碰车辆速度v_i，质量m_i，

碰撞前两车总动能E_碰前为：

碰撞结束时两车总动能E_碰后为：

利用动量守恒简化求得v_同i为：

动能损失ΔE_损失i为：

动能损失越大认为碰撞越严重，计算与周边车辆发生碰撞后的动能损失，选择碰撞动能损失ΔE_损失i最小的车辆进行操作；当存在2辆以上碰撞动能损失ΔE_损失i最小的车辆时，进入下一步；

(3.3)碰撞经济损失比较

衡量车辆总价值P_总i

选择车辆总价值P_总i最低的进行碰撞，以保障事故发生后产生的损失最低。