CN109910879B - 一种结合安全距离与碰撞时间的车辆安全防撞控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结合安全距离与碰撞时间的车辆安全防撞控制方法，包括以下步骤：建立车辆安全距离模型；建立车辆安全碰撞时间模型；进行车辆安全防撞决策。本发明将预警距离划分为三种临界距离，分别为临界安全距离、临界危险距离和临界无限小距离。针对每个距离阶段都有不同的安全防护措施，包括安全行驶提示、警报预警、一级制动、二级制动和紧急制动。不仅能够预防提前制动降低乘坐舒适性，还能够防止延迟制动造成车辆碰撞。本发明结合了安全距离模型和碰撞时间模型，二者相互弥补各自模型的不足。安全碰撞时间模型能够弥补车载传感器对安全距离的识别误差；安全距离模型能够弥补安全碰撞时间模型计算出来的TTC出现无限大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动驾驶技术控制领域，特别是一种结合安全距离与碰撞时间的车辆安全防撞控制方法。
背景技术
随着汽车保有量的增加、科技高速发展、智能自动驾驶技术兴起，越来越多安全隐患凸显出来，安全驾驶已经成为当前需要面临的问题。交通情况的复杂性和驾驶人员对安全距离的判断不精确都会造成严重的交通危害。据统计，接近70％的安全交通事故是由于驾驶员对安全制动距离以及对安全碰撞时间判断失误造成的。
车辆的自动驾驶技术中安全防撞***会通过车载雷达、摄像头等一系列传感器对周围环境进行实时监控，把目标车辆信息输送给控制***。控制***接收到目标车辆信息后，结合本车运动状态信息，通过控制策略发送警报信息到执行机构，从而进行车辆的防撞措施。车辆安全防撞***是保障车辆安全行驶的重要***。目前，车辆安全防撞***有驾驶员安全预瞄模型、安全距离模型和安全碰撞时间模型等。驾驶员安全预瞄模型主要依托驾驶员的主观感受为衡量标准，当存在外界干扰情况下，驾驶员安全预瞄模型存在巨大误差。安全距离模型主要以制动距离计算来判断是否进行防撞措施，计算量通常较大。安全碰撞时间模型主要以计算碰撞时间来判断是否进行防撞措施，但存在碰撞时间无限大情况，会造成判断失误情况。因此保障安全防撞***精确判断是当前技术难点之一。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能进行精确判断并使车辆在紧急工况下达到安全防撞状态的结合安全距离与碰撞时间的车辆安全防撞控制方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种结合安全距离与碰撞时间的车辆安全防撞控制方法，包括以下步骤：
A、建立车辆安全距离模型
通过对车辆制动过程的分析，得到全部的制动距离，并基于车辆的安全性，建立如下车辆安全距离模型：
在初始时刻t，设本车行驶速度为v1、目标车行驶速度为v2、本车与目标车之间的距离达到预警距离d，d代表t时刻本车和目标车的预警距离；在经过T时间后，本车行驶速度变为v1'，T时间内本车行驶距离为d1，目标车行驶速度变为v2'，行驶距离为d2；在这个时间点，本车与目标车之间的距离变为d0。这个距离d0代表保证两车处于安全状态的最小安全距离，将最小安全距离设为2-5m。预警距离的数学表达式为：
d＝d1-d2+d0 (1)
通常将本车和目标车之间的距离Drel与最小安全距离d0进行大小关系的比较，从而发出防撞信号，做出相应报警或制动措施。但是由于d0距离很小，当需要进行比较的时候，由于控制器的决策时间和执行器动作延迟时间，都会增加车辆碰撞追尾的概率。因此，将本车与目标车之间的距离Drel与预警距离d进行大小关系的比较。
首先对预警距离d进行划分。依据不同的安全预警形式，将预警距离d划分为三种不同的临界距离：临界安全距离ds、临界危险距离dd和临界无限小距离dl。
其次，将预警距离点到碰撞点之间分为三个临界距离点，分别为临界安全距离点、临界危险距离点和临界无限小距离点。当本车与目标车之间的距离处在预警距离点到临界安全距离点之间时，为第一阶段；当本车与目标车之间的距离处在临界安全距离点到临界危险距离点之间时，为第二阶段；当本车与目标车之间的距离处在临界危险距离点到临界无限小距离点之间时，为第三阶段；当本车与目标车之间的距离处在临界无限小距离点到碰撞点之间时，为第四阶段。
通过对比本车与目标车之间的距离Drel与不同临界距离的大小，判断本车处在某个阶段。在四个阶段中，本车将会分别作出不同的安全预警措施，从而达到安全防撞的目的。
B、建立车辆安全碰撞时间模型
车辆安全碰撞时间模型中的指标是碰撞时间，简称TTC。TTC定义为两车保持当前车速行驶直到发生碰撞所需的时间，用于判断危险碰撞的依据，其计算公式为：
式中，Drel为本车与目标车之间的距离，vrel为本车与目标车之间的相对速度。本车与目标车之间的距离和本车与目标车之间的相对速度均由安全防撞***通过车载传感器检测。根据以往文献资料，设定临界安全防撞时间Tc为1.5s。
C、进行车辆安全防撞决策
C1、安全防撞***读入本车与目标车之间的距离Drel和本车与目标车之间的相对速度vrel。
C2、经过第一阶段，将本车与目标车之间的距离Drel与临界安全距离ds相比，若前者大于后者并且相对速度vrel小于0，则车辆继续安全行驶；否则转步骤C3。
C3、进入第二阶段，将本车与目标车之间的距离Drel与临界危险距离dd相比，若前者大于后者并且相对速度vrel小于0，则安全防撞***发出警报提醒；否则转步骤C4。
C4、进入第三阶段。将本车与目标车之间的距离Drel与临界无限小距离dl相比，若前者大于后者并且相对速度vrel小于0，则车辆进行一级制动；否则转步骤C5。
C5、进入第四阶段。将安全碰撞时间TTC与临界安全防撞时间Tc进行比较，若前者大于后者，则车辆进行二级制动，否则车辆进行紧急制动。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明将预警距离划分为三种临界距离，分别为临界安全距离、临界危险距离和临界无限小距离。针对每个距离阶段都有不同的安全防护措施，包括安全行驶提示、警报预警、一级制动、二级制动和紧急制动。不仅能够预防提前制动降低乘坐舒适性，还能够防止延迟制动造成车辆碰撞。
2、本发明结合了安全距离模型和碰撞时间模型，二者相互弥补各自模型的不足。安全碰撞时间模型能够弥补车载传感器对安全距离的识别误差；安全距离模型能够弥补安全碰撞时间模型计算出来的TTC出现无限大的问题。
3、本发明综合两种安全防撞算法，该算法简单有效，求解时间短，可行性强。
附图说明
图1是本发明的安全距离模型示意图。
图2是本发明的安全防撞模型的四个阶段示意图。
图3是本发明的车辆安全防撞决策流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地说明。一种结合安全距离与碰撞时间的车辆安全防撞控制方法，包括以下步骤：
A、按照图1所示建立车辆安全距离模型；
B、按照图2所示建立车辆安全碰撞时间模型；
C、按照图3所示进行车辆安全防撞决策。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种结合安全距离与碰撞时间的车辆安全防撞控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、建立车辆安全距离模型
通过对车辆制动过程的分析，得到全部的制动距离，并基于车辆的安全性，建立如下车辆安全距离模型：
在初始时刻t，设本车行驶速度为v1、目标车行驶速度为v2、本车与目标车之间的距离达到预警距离d，d代表t时刻本车和目标车的预警距离；在经过T时间后，本车行驶速度变为v1'，T时间内本车行驶距离为d1，目标车行驶速度变为v2'，行驶距离为d2；在这个时间点，本车与目标车之间的距离变为d0；这个距离d0代表保证两车处于安全状态的最小安全距离，将最小安全距离设为2-5m；预警距离的数学表达式为：
d＝d1-d2+d0 (1)
通常将本车和目标车之间的距离Drel与最小安全距离d0进行大小关系的比较，从而发出防撞信号，做出相应报警或制动措施；但是由于d0距离很小，当需要进行比较的时候，由于控制器的决策时间和执行器动作延迟时间，都会增加车辆碰撞追尾的概率；因此，将本车与目标车之间的距离Drel与预警距离d进行大小关系的比较；
首先对预警距离d进行划分；依据不同的安全预警形式，将预警距离d划分为三种不同的临界距离：临界安全距离ds、临界危险距离dd和临界无限小距离dl；
其次，将预警距离点到碰撞点之间分为三个临界距离点，分别为临界安全距离点、临界危险距离点和临界无限小距离点；当本车与目标车之间的距离处在预警距离点到临界安全距离点之间时，为第一阶段；当本车与目标车之间的距离处在临界安全距离点到临界危险距离点之间时，为第二阶段；当本车与目标车之间的距离处在临界危险距离点到临界无限小距离点之间时，为第三阶段；当本车与目标车之间的距离处在临界无限小距离点到碰撞点之间时，为第四阶段；
通过对比本车与目标车之间的距离Drel与不同临界距离的大小，判断本车处在某个阶段；在四个阶段中，本车将会分别作出不同的安全预警措施，从而达到安全防撞的目的；
B、建立车辆安全碰撞时间模型
车辆安全碰撞时间模型中的指标是碰撞时间，简称TTC；TTC定义为两车保持当前车速行驶直到发生碰撞所需的时间，用于判断危险碰撞的依据，其计算公式为：
式中，Drel为本车与目标车之间的距离，vrel为本车与目标车之间的相对速度；本车与目标车之间的距离和本车与目标车之间的相对速度均由安全防撞***通过车载传感器检测；根据以往文献资料，设定临界安全防撞时间Tc为1.5s；
C、进行车辆安全防撞决策
C1、安全防撞***读入本车与目标车之间的距离Drel和本车与目标车之间的相对速度vrel；
C2、经过第一阶段，将本车与目标车之间的距离Drel与临界安全距离ds相比，若前者大于后者并且相对速度vrel小于0，则车辆继续安全行驶；否则转步骤C3；
C3、进入第二阶段，将本车与目标车之间的距离Drel与临界危险距离dd相比，若前者大于后者并且相对速度vrel小于0，则安全防撞***发出警报提醒；否则转步骤C4；
C4、进入第三阶段；将本车与目标车之间的距离Drel与临界无限小距离dl相比，若前者大于后者并且相对速度vrel小于0，则车辆进行一级制动；否则转步骤C5；
C5、进入第四阶段；将安全碰撞时间TTC与临界安全防撞时间Tc进行比较，若前者大于后者，则车辆进行二级制动，否则车辆进行紧急制动。
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