CN111152769A - 一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动紧急制动***领域，公开了一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法，计算方法包括三种工况，第一种工况为前车处于运动中，且处于本车道；第二种工况为前车减速到停车，且处于本车道；第三种工况为前车在碰撞发生之前偏离本车道，本发明通过将三种情况的制动避险时间计算问题转换为形式一致的等效避险方程求解问题，具有清晰的物理意义，便于软件实现。而且与车辆当前所处工况更加匹配，准确度高。

Description

一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法

技术领域

本发明涉及自动紧急制动***领域，尤其涉及了一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法。

背景技术

自动紧急制动***是一种汽车驾驶辅助***，能够自动探测前方可能发生的碰撞并主动控制汽车的制动***使汽车减速以降低碰撞速度或避免碰撞。其紧急制动功能的触发时刻是***控制策略的核心，该时刻不早于驾驶员制动避险触发时刻(TTB，time tobrake)是通行的设计准则。

现有专利中没有具体可靠的制动避险触发时刻的计算方法，比如中国专利CN201611214889.9公开了一种路面附着自适应的自主紧急制动控制算法，但是该算法并没有给出如何计算制动避险触发时刻。

发明内容

本发明针对现有技术中制动避险触发时刻的计算不能够很好的匹配当前车况以及准确度低缺点，提供了一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

1.一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法，其特征在于：至少包括第一种工况，即前车处于运动中，且处于本车道；定义变量：

t_B，s，为TTB，通过减速实现避撞所需的最迟制动触发时刻，以距离当前时刻的时间长度来度量；

t_C,s，为TTC，距离碰撞时间，以距离当前时刻的时间长度来度量；

t_E,s为TTE，距离前车侧向移动进入本车道的时间，以距离当前时刻的时间长度来度量；

t_D,s,为TTD，距离前车侧向移动偏离本车道的时间，以距离当前时刻的时间长度来度量；

t_T,s,为TTT，距离两车车距为零的时间，以距离当前时刻的时间长度来度量；

a_min，m/s²,驾驶员避险制动过程平均加速度；

v_ego，m/s，自车车速；a_ego，m/s²，自车加速度；

v_obj，m/s，前车车速；a_obj，m/s²，前车加速度；

x₀，m，两车初始距离；

v₀，m/s，两车初始相对速度，v₀＝v_obj-v_ego；

a₀，m/s²，两车初始相对加速度，a₀＝a_obj-a_ego

x_B，m，预估驾驶员制动时两车距离；

v_B，m/s，预估驾驶员制动时两车相对速度，v_B＝v₀+a₀t_B；

a_B，m/s²，预估驾驶员制动时两车相对加速度，a_B＝a_obj-a_min；

Δ，一元二次方程根的判别式；

x_eq，m，等效初始距离；

x_Total，m，自车实现避撞的预估行驶距离；

v_egoB，m/s，驾驶员制动干预时刻t_B的自车速度；

a_egoB，m/s²，驾驶员制动干预时刻t_B的自车加速度；

计算方法包括以下步骤：

一、根据前车和自车的信息选择合适的工况；

二、根据所选工况选择当前工况下的等效避险方程；

三、求解出等效初始距离；

四、分析等效初始距离、自车和前车的状态、以及等效避险方程的判别式Δ，得出等效规避方程中根t_B的数值；

其中，第一种工况下的等效避险方程为：

第一种工况下的等效初始距离为：

作为优选，第一种工况下的等效初始距离x_eq≥0时；

令

存在以下三种情况，

⑴a₀＝0且v₀＜0

⑵a₀＜0

必有Δ≥0，故

⑶a₀＞0且v₀＜0

若Δ≥0，有

若Δ＜0，由其具体表达式

直接赋值为t_B＝0；

车距为零预估时间TTT

作为优选，若x_eq≥0但a₀、v₀以及等效避险方程的判别式Δ不满足以上关系，表示无需驾驶员制动介入的非紧急情况，为保证TTB计算逻辑的完整性，令t_B＝-1，t_T＝-1。

若x_eq≤0，令t_B＝0。

作为优选，算法计算工况还包括第二种工况，即前车制动到停车且位于本车道。

第二种工况下的等效避险方程为：

第二种工况下的等效初始距离为：

分析x_eq、a_ego、以及等效避险方程的判别式Δ，得出等效规避方程中根t_B的数值。

作为优选，第二种工况下的等效初始距离x_eq＞0时，t_B＝0；

x_eq≤0时，令

则存在三种情况：

⑴a_ego＝0

⑵a_ego＜0

Δ可以进一步表示为

若Δ＜0，则不存在有效TTC；

故，Δ≥0且

⑶a_ego＞0

作为优选，算法计算工况还包括第三种工况，前车在碰撞发生之前偏离本车道，

第三种工况下的等效避险方程为：

第三种工况下的等效初始距离为：

则

若Δ≥0，

作为优选，若第三种工况下的Δ＜0，则不存在碰撞可能，无需驾驶员制动避险。

作为优选，工况的选择方法包括以下步骤：

第一步，实时采集自车和前车实时位置以及运动信息；

第二步，按照第一种工况计算t_B和t_T，并根据两车横向位置以及运动关系计算t_D；

第三步，通过比较前车偏离本车道、前车制动到停车、前车保持在本车道内实现避撞等三个时间度量t_D、

t_T的大小关系，决定TTB计算所应采用的工况。

作为优选，若a_obj＜0，且

则按照第三种工况进行计算；

若

且

则按照第二种工况计算；

若a_obj≥0，且t_T＞t_D，则按照第三种工况计算；

其余情况下按照第一种工况计算。

本发明由于采用了以上技术方案，具有如下显著的技术效果：

本方案将三种情况的制动避险时间计算问题转换为形式一致的等效避险方程求解问题，具有清晰的物理意义，便于软件实现。而且计算的TTB时刻能够适配当前工况，所以参考性以及准确性高，所计算得出的TTB为自动紧急制动以及辅助驾驶***提供可靠的依据，从而提升***的性能。

附图说明

图1是第一种工况下驾驶员制动避险时的车间距离变化情况。

图2是第一种工况下TTB计算流程。

图3是第二种工况下TTB计算流程。

图4是第三种工况下TTB计算流程。

图5是TTB计算工况选择流程。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法，计算类型包括三种工况，第一种工况为前车处于运动中，且处于本车道；第二种工况为前车减速到停车，且处于本车道；第三中种工况为前车在碰撞发生之前偏离本车道；其中三种工况为当前时刻车辆所处的工况，即计算参考当前时刻工况信息进行计算TTB。其中计算过程为实时计算，比如每隔0.1s计算一次TTB。

为了便于理解和表述本技术方案，定义以下变量的意义：

t_B，s，为TTB，通过减速实现避撞所需的最迟制动触发时刻，以距离当前时刻的时间长度来度量；

t_C,s，为TTC，距离碰撞时间，以距离当前时刻的时间长度来度量；

t_E,s为TTE，距离前车侧向移动进入本车道的时间，以距离当前时刻的时间长度来度量；

t_D,s,为TTD，距离前车侧向移动偏离本车道的时间，以距离当前时刻的时间长度来度量；

t_T,s,为TTT，距离两车车距为零的时间，以距离当前时刻的时间长度来度量；a_min，m/s²,驾驶员避险制动过程平均加速度；

v_ego，m/s，自车车速；a_ego，m/s²，自车加速度；

v_obj，m/s，前车车速；a_obj，m/s²，前车加速度；

x₀，m，两车初始距离；

v₀，m/s，两车初始相对速度，v₀＝v_obj-v_ego；

a₀，m/s²，两车初始相对加速度，a₀＝a_obj-a_ego

x_B，m，预估驾驶员制动时两车距离；

v_B，m/s，预估驾驶员制动时两车相对速度，v_B＝v₀+a₀t_B；

a_B，m/s²，预估驾驶员制动时两车相对加速度，a_B＝a_obj-a_min；

Δ，一元二次方程根的判别式；

x_eq，m，等效初始距离；

x_Total，m，自车实现避撞的预估行驶距离；

v_egoB，m/s，驾驶员制动干预时刻t_B的自车速度；

a_egoB，m/s²，驾驶员制动干预时刻t_B的自车加速度；其中自车、前车速度和加速度以及初始位移等信息的获取为现有技术，本实施例不再进行叙述。

计算方法包括以下步骤：

一、根据前车和自车的信息选择合适的工况；

二、根据所选工况选择当前工况下的等效避险方程；

三、求解出等效初始距离；

四、分析等效初始距离、自车和前车的状态、以及等效避险方程的判别式Δ，得出等效避险方程中根t_B的数值。本方案的核心在于通过等效避险方程以及当前两车的状态实现t_B的计算，该种计算方法具有清晰的物理意义，而且便于软件实现。在进行计算时，只需要利用采集或间接计算的自车和前车的运动状态信息、通过等效避险初始距离，等效避险方程的判别式的计算，选择对应的工况，，得出当前工况下的t_B。

下文对如何推导出三种工况下的等效避险方程、等效初始距离以及得出t_B的过程进行详细阐述。

如图2所示，第一种工况下t_B的求解过程如下：

在t＝t_B时刻的车间关系

自t＝t_B开始，关于车间距离有如下二次方程，

预设驾驶员在t_B时刻开始制动可以恰好可以实现避险制动，即经过TTT时间段后驾驶员实现避险制动需同时实现消除车速差和两车距离为零，即意味着式(1)：a_B＞0，v_B＜0，且抛物线开口向上、在顶点处与横轴相切，如图1所示。所以存在TTT时刻x＝0，则有

将x_B,v_B,a_B代入式(2)，整理得

定义式(3)为等效避险方程，以x_eq表示上式常数项，并定义其为等效初始距离；

x_eq≥0时，求解等效避险方程(3)，其物理意义是，以x_eq为虚拟初始车距，按当前相对运动关系，至车距为零所消耗的时间即为驾驶员制动介入时刻t_B；

令

存在以下三种情况，

⑴a₀＝0且v₀＜0

⑵a₀＜0

必有Δ≥0，故

⑶a₀＞0且v₀＜0

若Δ≥0，有

若Δ＜0，由其具体表达式

存在有效TTB的前提是碰撞可能，即t_C≥0，则有

考虑α_obj＞α_ego,

故Δ＜0意味着

a_obj＞a_min＞a_ego

表示驾驶员避险制动平均减速度水平不及车辆当前减速度，按照TTB的物理意义，直接赋值为t_B＝0；

车距为零预估时间TTT

以上关系均不符合时，表示无需驾驶员制动介入的非紧急情况，为保证TTB计算逻辑的完整性，令t_E＝-1，t_T＝-1。

若x_eq≤0，即a_ego-a_min＜0即自车当前已经处于较大的减速状态，当前的减速度的绝对值大于a_min的绝对值；

或2(a_obj-a_min)x₀-v₀ ²≤0；意味着即使驾驶员在初始时刻(t_B＝0)进行避险制动，碰撞仍无法避免；

所以当x_eq＜0时，令t_B＝0。

如图3所示，第二种工况下t_B的求解过程如下：

自车实现避撞的可用行驶距离可表示为

在t＝t_B时刻，驾驶员制动时自车速度、自车加速度分别为

v_egoB＝v_ego+a_egot_B

a_egoB＝a_min

所以在t＝t_B时刻，目标车和自车的预估距离为：

自t＝t_B开始，自车行驶距离表示为

抛物线开口向下，左翼与原点相交，顶点坐标

是预计的驾驶员避险制动控制终点，该点车速为零，自车行驶到最大距离，即同时实现车速为零和两车距离为零；

有

与式(4)联立，整理得等效避险方程：

其中

表示了自车待消除的动能和制动能耗之间的关系，考虑a_ego-a_min≥0，则x_eq≤0时，存在有效TTB，制动干预能够避险；x_eq＞0时，不存在有效TTB，制动干预不能避险，直接赋值t_B＝0；

x_eq≤0时，令

则存在三种情况：

⑴a_ego＝0

⑵a_ego＜0

Δ可以进一步表示为

若Δ＜0，则意味着

其物理意义是，自车以当前加速度a_ego运动即可避撞，无需施加更大的减速度a_min，相当于不存在有效TTC的情况；

故，Δ≥0且

(3)a_ego＞0

如图4所示，第三种工况下t_B的求解过程如下：

前车偏离本车道所需时间t_D可以根据两车横向位置及运动关系实时估计。驾驶员施加a_min的目标为，t＝t_D时两车距离为零，即

整理得等效避险方程

其中，等效初始距离

则

Δ＝((a_ego-a_min)t_D)²-2x_eq(a_ego-a_min) (7)

上式可以改写为

表示以当前车间关系预计t＝t_D时的车距，按照其物理意义，

则Δ≥0，式(6)有实数解，对应的抛物线具有以下特征：开口向上，抛物线左翼与纵轴正半轴相交，顶点坐标

因此，t_B取值为较小的根

若

则Δ＜0，式(6)无实数解，意味着按照当前车间关系至t＝t_D时，两车仍存在纵向距离，不存在碰撞可能，无需驾驶员制动避险，令t_B＝-1。

实施例2

本实施例包含实施例1方案的同时还包括以下技术方案：

如图5所示，工况的选择方法如下：

实时采集自车和前车实时位置以及运动信息，判断其所适用的计算工况，

首先按照第一种工况计算t_B和t_T，并根据两车横向位置以及运动关系计算t_D，通过比较前车偏离本车道、前车制动到停车、前车保持在本车道内实现避撞等三个时间度量t_D、

t_T的大小关系，决定TTB计算所应采用的工况。

若a_obj＜0，且

则按照第三种工况进行计算；

若

且

则按照第二种工况计算；

若a_obj≥0，且t_T＞t_D，则按照第三种工况计算；

其余情况下按照第一种工况计算。

实施例3

本实施例与实施例1的区别之处在于：若第三种工况下初始等效距离

则Δ＜0，式(6)无实数解，意味着按照当前车间关系至t＝t_D时，两车仍存在纵向距离，不存在碰撞可能，无需驾驶员制动避险，令t_B＝-1。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法，其特征在于：至少包括第一种工况，即前车处于运动中，且处于本车道；定义变量：

t_B，s，为TTB，通过减速实现避撞所需的最迟制动触发时刻，以距离当前时刻的时间长度来度量；

t_C,s，为TTC，以距离当前时刻的时间长度来度量，距离碰撞时间；

t_E,s为TTE，距离前车侧向移动进入本车道的时间，以距离当前时刻的时间长度来度量；

t_D,s,为TTD，距离前车侧向移动偏离本车道的时间，以距离当前时刻的时间长度来度量；

t_T,s,为TTT，距离两车车距为零的时间，以距离当前时刻的时间长度来度量；a_min，m/s²,驾驶员避险制动过程平均加速度；

v_ego，m/s，自车车速；a_ego，m/s²，自车加速度；

v_obj，m/s，前车车速；a_obj，m/s²，前车加速度；

x₀，m，两车初始距离；

v₀，m/s，两车初始相对速度，v₀＝v_obj-v_ego；

a₀，m/s²，两车初始相对加速度，a₀＝a_obj-a_ego

x_B，m，预估驾驶员制动时两车距离；

v_B，m/s，预估驾驶员制动时两车相对速度，v_B＝v₀+a₀t_B；

a_B，m/s²，预估驾驶员制动时两车相对加速度，a_B＝a_obj-a_min；

Δ，一元二次方程根的判别式；

x_eq，m，等效初始距离；

x_Total，m，自车实现避撞的预估行驶距离；

v_egoB，m/s，驾驶员制动干预时刻t_B的自车速度；

a_egoB，m/s²，驾驶员制动干预时刻t_B的自车加速度；

计算方法包括以下步骤：

一、根据前车和自车的信息选择合适的工况；

二、根据所选工况选择当前工况下的等效避险方程；

三、求解出等效初始距离；

四、分析等效初始距离、自车和前车的状态、以及等效避险方程的判别式Δ，得出等效规避方程中根t_B的数值；

其中，第一种工况下的等效避险方程为：

第一种工况下的等效初始距离为：

2.根据权利要求1所述的一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法，其特征在于：

第一种工况下等效初始距离x_eq≥0时；

令

存在以下三种情况，

⑴a₀＝0且v₀＜0

⑵a₀＜0

必有Δ≥0，故

⑶a₀＞0且v₀＜0

若Δ≥0，有

若Δ＜0，由其具体表达式

直接赋值为t_B＝0；

车距为零预估时间TTT

3.根据权利要求2所述的一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法，其特征在于：若x_eq≥0但a₀、v₀以及等效避险方程的判别式Δ不满足以上关系，令t_B＝-1，t_T＝-1，表示无需驾驶员制动介入的非紧急情况；若x_eq≤0，令t_B＝0。

4.根据权利要求1所述的一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法，其特征在于：算法计算工况还包括第二种工况，即前车制动到停车且位于本车道。

第二种工况下的等效避险方程为：

第二种工况下的等效初始距离为：

分析x_eq、a_ego以及等效避险方程的判别式Δ，得出等效规避方程中根t_B的数值。

5.根据权利要求4所述的一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法，其特征在于：

第二种工况下等效初始距离x_sq＞0时，令t_B＝0；

第二种工况下等效初始距离x_eq≤0时，令

则存在三种情况：

⑴a_ego＝0

⑵a_ego＜0

Δ可以进一步表示为

若Δ＜0，则不存在有效TTC；

故，Δ≥0且

⑶a_ego＞0

6.根据权利要求1所述的一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法，其特征在于：算法计算工况还包括第三种工况，前车在碰撞发生之前偏离本车道，

第三种工况下的等效避险方程为：

第三种工况下的等效初始距离为：

则

Δ＝((a_ego-a_min)t_D)²-2x_eq(a_ego-a_min)

若Δ≥0，

7.根据权利要求6所述的一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法，其特征在于：若第三种工况下的Δ＜0，则不存在碰撞可能，无需驾驶员制动避险，令t_E＝-1，t_T＝-1。

8.根据权利要求6所述的一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法，其特征在于：工况的选择方法包括以下步骤：

第一步，实时采集自车和前车实时位置以及运动信息；

第二步，按照第一种工况计算t_B和t_T，并根据两车横向位置以及运动关系计算t_D；

第三步，通过比较前车偏离本车道、前车制动到停车、前车保持在本车道内实现避撞等三个时间度量t_D、

t_T的大小关系，决定TTB计算所应采用的工况。

9.根据权利要求8所述的一种基于等效避险方程的制动避险时间计算方法，其特征在于：若a_obj＜0，且

则按照第三种工况进行计算；

若a_obj＜0，

且

则按照第二种工况计算；

若a_obj≥0，且t_T＞t_D，则按照第三种工况计算；

其余情况下按照第一种工况计算。

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