CN111169462B - 安全距离计算模块及其计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于AEB和或FCW的安全距离计算模块，包括：用于获取自车与目标车辆相对距离、自车和目标车辆速度、自车和目标车辆加速度以及制动反应时间的数据采集单元；用于确定最危险时刻的最危险时刻计算单元；根据自车停止和目标车辆停止的先后顺序以及目标车辆和自车停止所需时间是否在制动反应时间内，计算最小紧急制动距离的最小紧急制动距离计算单元。本发明还公开了一种用于车辆自动紧急制动和或车辆前方碰撞预警安全距离计算的安全距离计算方法。本发明通过分析自车与目标车辆停车的先后顺序及等速点的数量及位置计算车辆紧急制动不发生碰撞的最小距离，使用该最小距离能够降低FCW的误警率和AEB的误触率，能够提高增强产品的竞争力。

Description

安全距离计算模块及其计算方法

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种用于车辆自动紧急制动***和或前方碰撞预警***的安全距离计算模块。本发明还涉及一种用于车辆自动紧急制动和或车辆前方碰撞预警的安全距离计算方法。

背景技术

车辆前方碰撞预警***(FCW)能够通过雷达***来时刻监测前方车辆，判断本车与前车之间的距离、方位及相对速度，当存在潜在碰撞危险时对驾驶者进行警告。FCW ***本身不会采取任何制动措施去避免碰撞或控制车辆。

车辆自动紧急制动***(AEB)采用雷达测出与前车或者障碍物的距离，然后利用数据分析模块将测出的距离与警报距离、安全距离进行比较，小于警报距离时就进行警报提示，而小于安全距离时即使在驾驶员没有来得及踩制动踏板的情况下，AEB***也会启动，使汽车自动制动，从而为安全出行保驾护航。

无论车辆自动紧急制动***还是前方碰撞预警***安全距离均是实现其控制方案的关键参数。紧急制动距离＝反应距离+制动距离。当前FCW/AEB的安全距离，普遍存在以下问题：

1)将***延迟、驾驶员反应阶段的自车和目标的运动简化为匀速运动；

2)制动期间的安全距离是基于自车制动到停止所需的距离为制动安全距离，仅考虑自车的位移、速度和自车加速度，未考虑目标的位移、速度和加速度。过于简化的模型与实际偏差较大，计算的安全距离不精确。

现有技术存在考虑因素不全面、模型过于简化，未能综合考虑自车和目标的相对距离、速度以及加速度，导致FCW误警率高，以及容易误触发紧急制动。AEB触发时，车辆将以最大减速度进行制动，冲击感强烈，给人的驾驶体验差，当前的AEB存在误触发的情况，究其原因是计算的安全距离偏保守。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明要解决的技术问题是提供一种根据自车和目标车辆相对位置、速度、加速度和运动状态能准确计算用于车辆自动紧急制动***和或前方碰撞预警***安全距离的安全距离计算模块。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种根据自车和目标车辆相对位置、速度、加速度和运动状态能准确计算用于车辆自动紧急制动和或前方碰撞预警安全距离的安全距离计算方法。

为解决上述技术问题，本发明提供用于车辆自动紧急制动***和或车辆前方碰撞预警***的安全距离计算模块，包括：

数据采集单元，其适用于获取自车与目标车辆相对距离、自车速度、目标车辆速度、自车加速度、目标车辆加速度和制动反应时间；

可选择的，该数据采集单元包括车轮脉冲传感器、毫米波雷达和加速度传感器。车轮脉冲传感器用来获得车轮速度，通过运动学分析可获得车辆速度V；毫米波雷达获取自车与目标车辆的相对距离d_r、相对速度V_r、相对加速度a_r信息；加速度传感器用来获取自车加速度a_s。进而可以通过计算获得，目标车辆速度V_t，目标车辆加速度a_t。

最危险时刻计算单元，其适用于根据自车速度、自车停止所需时间、目标车辆速度、目标车停止所需时间、自车加速度和目标车辆加速度确定最危险时刻；

最小紧急制动距离计算单元，根据自车停止和目标车辆停止的先后顺序以及目标车辆停止所需时间和自车停止所需时间是否在制动反应时间内，计算最危险时刻自车行驶距离目标车辆行驶距离的差值，该距离差值是最小紧急制动距离。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算模块，所述制动反应时间包括数据采集时间、数据分析时间、做出紧急制动决策时间、消除制动间隙时间和制动力由零增加到最大时间。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算模块，自车停止所需时间计算方式如下； (V_s+a_s×T)＞0时,自车停止所需时间为

(V_s+a_s×T)≤0时,自车停止所需时间为

T是制动反应时间，V_s是自车速度，a_s是自车加速度，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

4.如权利要求3所述的安全距离计算模块，其特征在于：目标车辆停止所需时间计算方式如下；

a_t＞0，则t_ts＝∞；

a_t＝0且V_t≠0，则t_ts＝∞；

a_t＝0且V_t＝0，则t_ts＝0；

a_t＜0，则

a_t是目标车加速度，V_t是目标车速度，t_ts是目标车停止所需时间。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算模块，当前方目标车辆先停,自车后停，自车停止时是最危险时刻。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算模块，若目标车辆和自车无论在制动反应时间内还是在制动反应时间外，均不存在等速时刻，则自车速度始终低于目标车辆速度，保持安全所需安全距离d＝0。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算模块，前方目标车辆后停，t_ss＜t_ts,且自车在时间T内先停t_ss＜T；

若目标车辆和自车仅存在一个等速时刻，且该等速时刻在制动反应时间内，则该等速时刻是最危险时刻；

T是制动反应时间，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算模块，前方目标车辆后停t_ss＜t_ts,且自车在制动反应时间外先停t_ss＞T；

若目标车辆和自车仅存在一个等速时刻，且该等速时刻在制动反应时间外，则该等速时刻是最危险时刻；

若目标车辆和自车存在两个等速时刻，且两个等速时刻在制动反应时间外，则第二个来临等速时刻是最危险时刻；

T是制动反应时间，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算模块，当前方目标车辆先停,自车后停，且t_ts＜t_ss＜T时，所需安全距离为

d＝(0-V_s ²)/(2*a_s)-(0-V_t ²)/(2*a_t)；

T是制动反应时间，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算模块，当前方目标车辆先停,自车后停， t_ts＜t_ss＞T时，所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)-(0-V_t ²)/(2*a_t)；

T是制动反应时间，d是所需安全距离，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算模块，若t∈(0,t_ss)，所需安全距离为d＝(V_s-V_t)*t+1/2*(a_s-a_t)*t²；

d是所需安全距离，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t是两车达到等速所需时间。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算模块，若t_ts＜t_ss＞T，若仅存在一个等速时刻所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T2+(V_s+a_s*T)*t_x+1/2*a_min*t_x ²-(V_t*(T+t_x)+1/2*a_t*(T+t_x)²) ；

T是制动反应时间，d是所需安全距离，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t_x是T后两车达到等速所需时间，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算模块，第二个等速时刻所需安全距离为

d是所需安全距离，V_s是自车速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，V_t是目标车辆速度，t_y是T后两车第二次达到等速所需时间，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算模块，若目标车辆与自车速度相等匀速行驶，则所需安全距离为d＝V_s*T,T是制动反应时间，V_s是自车速度。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算模块，若a_t＝0，V_t＝0，若自车在制动反应时间内Vs＝0，所需安全距离为d＝(0-V_s ²)/(2*a_s)；

若自车在制动反应时间内Vs＞0,则所需安全距离为 d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)；

T是制动反应时间，d是所需安全距离，V_s是自车速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，V_t是目标车辆速度，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

本发明提供用于车辆自动紧急制动安全距离计算和或车辆前方碰撞预警安全距离计算的安全距离计算方法，包括以下步骤：

S1,获取自车与目标车辆相对距离、自车速度、目标车辆速度、自车加速度、目标车辆加速度和制动反应时间；

S2，根据自车速度、自车停止所需时间、目标车辆速度、目标车停止所需时间、自车加速度和目标车辆加速度确定最危险时刻；

S3，根据自车停止和目标车辆停止的先后顺序以及目标车辆停止所需时间和自车停止所需时间是否在制动反应时间内，计算最危险时刻自车行驶距离目标车辆行驶距离的差值，该距离差值是最小紧急制动距离。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算方法，步骤S3中，所述制动反应时间包括数据采集时间、数据分析时间、做出紧急制动决策时间、消除制动间隙时间和制动力由零增加到最大时间。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算方法，步骤S2中，自车停止所需时间计算方式如下；

(V_s+a_s×T)＞0时,自车停止所需时间为

(V_s+a_s×T)≤0时,自车停止所需时间为

T是制动反应时间，V_s是自车速度，a_s是自车加速度，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算方法，目标车辆停止所需时间计算方式如下；

a_t＞0，则t_ts＝∞；

a_t＝0且V_t≠0，则t_ts＝∞；

a_t＝0且V_t＝0，则t_ts＝0；

a_t＜0，则

a_t是目标车加速度，V_t是目标车速度，t_ts是目标车停止所需时间。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算方法，当前方目标车辆先停,自车后停，自车停止时是最危险时刻。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算方法，若目标车辆和自车无论在制动反应时间内还是在制动反应时间外，均不存在等速时刻，则自车速度始终低于目标车辆速度，保持安全所需安全距离d＝0。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算方法，前方目标车辆后停，t_ss＜t_ts,且自车在时间T内先停t_ss＜T；

若目标车辆和自车仅存在一个等速时刻，且该等速时刻在制动反应时间内，则该等速时刻是最危险时刻；

T是制动反应时间，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算方法，前方目标车辆后停t_ss＜t_ts,且自车在制动反应时间外先停t_ss＞T；

若目标车辆和自车仅存在一个等速时刻，且该等速时刻在制动反应时间外，则该等速时刻是最危险时刻；

若目标车辆和自车存在两个等速时刻，且两个等速时刻在制动反应时间外，则第二个来临等速时刻是最危险时刻；

T是制动反应时间，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算方法，当前方目标车辆先停,自车后停，且t_ts＜t_ss＜T时，所需安全距离为

d＝(0-V_s ²)/(2*a_s)-(0-V_t ²)/(2*a_t)；

T是制动反应时间，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算方法，当前方目标车辆先停,自车后停， t_ts＜t_ss＞T时，所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)-(0-V_t ²)/(2*a_t)；

T是制动反应时间，d是所需安全距离，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算方法，若t∈(0,t_ss)，所需安全距离为d＝(V_s-V_t)*t+1/2*(a_s-a_t)*t²；

d是所需安全距离，V_s是自车速度，，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t是两车达到等速所需时间。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算方法，若t_ts＜t_ss＞T，若仅存在一个等速时刻所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(V_s+a_s*T)*t_x+1/2*a_min*t_x ²-(V_t*(T+t_x)+1/2*at*(T+t_x)²) ；

T是制动反应时间，d是所需安全距离，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t_x是T后两车达到等速所需时间，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算方法，第二个等速时刻所需安全距离为

d是所需安全距离，V_s是自车速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，V_t是目标车辆速度，t_y是T后两车第二次达到等速所需时间，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算方法，步骤S3中，若目标车辆与自车速度相等匀速行驶，则所需安全距离为d＝V_s*T,T是制动反应时间，V_s是自车速度。

可选择的，进一步改进所述的安全距离计算方法，步骤S3中，若a_t＝0，V_t＝0，若自车在制动反应时间内Vs＝0，所需安全距离为d＝(0-V_s ²)/(2*a_s)；

若自车在制动反应时间内Vs＞0,则所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)；

T是制动反应时间，d是所需安全距离，V_s是自车速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，V_t是目标车辆速度，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

本发明综合考虑了自车和目标车辆的距离、速度、加速度等运动学参数，分析当前状态下自车最危险的时刻，计算保证车辆不发生碰撞的最小安全距离，为前向碰撞报警FCW和紧急制动AEB提供安全距离阈值。

分析运动状态是为了寻找最危险的时刻，计算最小安全距离，假设自车的运动状态为：在制动反应时间T内，做保持当前加速度的匀加速运动；之后以最大制动力进行匀减速运动，直到停止为止。自车速度-时间可能的运动状态如图2所示。自车的运动状态分以下3种：

①制动反应时间T内匀加速运动，T后以最大制动力进行匀减速运动；

②制动反应时间T内先匀速运动，T后以最大制动力进行匀减速运动；

③制动反应时间T内匀减速运动，T后以最大制动力做匀减速运动。

目标车辆的运动状态为：保持当前加速度的匀加速运动，包括：匀加速运动、匀速运动以及匀减速运动。如图3所示。

判断最危险时刻，当自车速度高于目标车辆速度时，自车与目标车辆的间距在缩小，危险在增加；当自车速度小于目标车辆速度时，自车与目标车辆的间距在增加，碰撞危险在减小；当自车与目标车辆的速度相等时，可能为安全和危险的相互转折点。因此，根据同一坐标系内，自车速度-时间图像与目标车辆速度-时间图像值的大小、速度图像有无交点，速度交点个数及交点位置，可确定最危险时刻。紧急制动是加速度恒定的匀减速运动，直至速度减到0为止，并保持静止。因此，本发明不考虑匀减速到零继续倒车的情况；也不考虑目标车辆追尾前车或撞墙突然停下的情况，即且前车是正常制动(制动减速度最大为-g)。

计算自车和目标车辆的停车所需时间t_ss和t_ts；

(V_s+a_s×T)＞0时,自车停止所需时间为

(V_s+a_s×T)≤0时,自车停止所需时间为

T是制动反应时间，V_s是自车速度，a_s是自车加速度，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

a_t＞0，则t_ts＝∞；

a_t＝0且V_t≠0，则t_ts＝∞；

a_t＝0且V_t＝0，则t_ts＝0；

a_t＜0，则

a_t是目标车加速度，V_t是目标车速度。

根据自车和目标车辆停止的先后顺序，以及停止是否在***延迟时间T之内，对车辆所处的工况进行分类，进而具体分析各种情况下最危险时刻对应的安全距离。

当自车后停，目标车辆先停，自车与目标之间的距离一直在减小，碰撞的风险增大，因此自车停止时最危险；

情况1；

当前方目标车辆先停,自车后停，且t_ts＜t_ss＜T时，自车行驶的距离 d_s＝(0-V_s ²)/(2*a_s)，目标车辆行驶的距离d_t＝(0-V_t ²)/(2*a_t)，所需安全距离为 d＝d_s-d_t＝(0-V_s ²)/(2*a_s)-(0-V_t ²)/(2*a_t)。

情况2；

当前方目标车辆先停,自车后停，t_ts＜t_ss＞T时，自车行驶的距离 d_s＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)，目标车辆行驶的距离 d_t＝(0-V_t ²)/(2*a_t)所需安全距离为d＝d_s-d_t＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)-(0-V_t ²)/(2*a_t)。

当自车先停t_ss＜t_ts时，需要通过查找是否存在等速及存在等速的个数来确定最危险时刻。

情况3；

自车先停且在制动反应时间内，假设存在等速，即V_s+a_s*t＝V_t+a_t*t，可求得 t＝(V_t-V_s)/(a_s-a_t)，若t∈(0,t_ss)，即存在等速，如图4中V_t1所示，等速时最危险，从初始到等速两车均未停止所需安全距离为d＝(V_s-V_t)*t+1/2*(a_s-a_t)*t²；

情况4；

若目标车辆和自车无论在制动反应时间内还是在制动反应时间外，均不存在等速时刻，则自车速度始终低于目标车辆速度，保持安全所需安全距离d＝0。

情况5；

前方目标车辆后停t_ss＜t_ts,且自车在制动反应时间外先停t_ss＞T；

若目标车辆和自车仅存在一个等速时刻，且该等速时刻在制动反应时间外，则该等速时刻是最危险时刻；

设T后的t_x秒时存在等速，即V_s+a_s*T+a_min*t_x＝V_t+a_t*(T+t_x)，从而可得 t_x＝(V_t-V_s+(a_t-a_s)*T)/(a_min-a_t)，然后判断t_x是否属于(0,(0-(V_s+a_s*T))/a_min)。当在T外存在一个等速(即t_x在指定范围内有解)时，等速时最危险，所需的安全距离为 d＝V_s*T+1/2*a_s*T2+(V_s+a_s*T)*t_x+1/2*a_min*t_x ²-(V_t*(T+t_x)+1/2*a_t*(T+t_x)²)

情况6；

前方目标车辆后停t_ss＜t_ts,且自车在制动反应时间外先停t_ss＞T；

若目标车辆和自车存在两个等速时刻，且两个等速时刻在制动反应时间外，则第二个来临等速时刻是最危险时刻；第二个等速时刻所需安全距离为

情况7；

当自车与目标车辆均匀速行驶时，为了保证自车不与目标车辆相撞，假设目标车辆随时可进行紧急制动，如图5所示。此时，所需保持的安全距离为

d＝d₁-d₂＝(V_s*T+(0-V_s ²)/(2*a_min))-(0-V_t ²)/(2*a_min)＝V_s*T。

情况8；

若a_t＝0，V_t＝0，目标车辆保持静止，所需的安全距离为自车由当前速度减速到0的距离。自车减速到0最多需要经过***延迟时间T内的匀加速运动，以及以最大制动力减速到0两个过程

a_t＝0，V_t＝0，若自车在制动反应时间内Vs＝0，所需安全距离为 d＝(0-V_s ²)/(2*a_s)；

若自车在制动反应时间内Vs＞0,则所需安全距离为 d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)。

本发明根据自车与目标车辆之间的相对运动状态，综合考虑了自车和目标车辆的相对距离、速度和加速度，通过分析自车与目标车辆停车的先后顺序及等速点的数量及位置计算车辆紧急制动安全距离，该安全距离是保证辆车不发生碰撞的最小距离。使用该最小距离能够降低FCW的误警率和AEB的误触率，能够提高ADAS产品的使用效果，增强产品的竞争力。本发明具有重要的实际应用价值，本发明的安全距离由于是在理想状态下计算得出，实际车辆行驶工况更复杂，比如计算采用制动反应时间为定值，实际车辆形式该制动反应时间会略有变化(温度影响处理速度等)。本发明理论计算的安全距离比传统方法计算的结果要小，在实际应用时，可加入一定的安全裕度距离值，进一步确保不会发生碰撞。

附图说明

本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明安全距离计算模块结构示意图。

图2是自车可能的运动状态速度-时间变化图。

图3是目标车辆速度-时间变化图。

图4是自车在制动反应时间内最先停止速度-时间图。

图5是两车等速行驶的速度-时间图。

图6是自车在制动反应时间内最后停止速度-时间图。

图7是自车在制动反应时间外最后停止速度-时间图。

图8是自车先停且在在制动反应时间外存在等速的情况速度-时间图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。

如图1所示，本发明安全距离计算模块第一实施例，其用于车辆自动紧急制动***和或车辆前方碰撞预警***，包括：

数据采集单元，其适用于获取自车与目标车辆相对距离、自车速度、目标车辆速度、自车加速度、目标车辆加速度和制动反应时间；

最危险时刻计算单元，其适用于根据自车速度、自车停止所需时间、目标车辆速度、目标车停止所需时间、自车加速度和目标车辆加速度确定最危险时刻；

最小紧急制动距离计算单元，根据自车停止和目标车辆停止的先后顺序以及目标车辆停止所需时间和自车停止所需时间是否在制动反应时间内，计算最危险时刻自车行驶距离目标车辆行驶距离的差值，该距离差值是最小紧急制动距离。

本发明根据自车与目标车辆之间的相对运动状态，综合考虑了自车和目标车辆的相对距离、速度和加速度，通过分析自车与目标车辆停车的先后顺序及等速点的数量及位置计算车辆紧急制动安全距离，该安全距离是保证辆车不发生碰撞的最小距离。使用该最小距离能够降低FCW的误警率和AEB的误触率，能够提高ADAS产品的使用效果，增强产品的竞争力。

本发明安全距离计算模块第二实施例，其用于车辆自动紧急制动***和或车辆前方碰撞预警***，包括：

数据采集单元，其适用于获取自车与目标车辆相对距离、自车速度、目标车辆速度、自车加速度、目标车辆加速度和制动反应时间；所述制动反应时间包括数据采集时间、数据分析时间、做出紧急制动决策时间、消除制动间隙时间和制动力由零增加到最大时间。

可选择的，该数据采集单元包括车轮脉冲传感器、毫米波雷达和加速度传感器。车轮脉冲传感器用来获得车轮速度，通过运动学分析可获得车辆速度V；毫米波雷达获取自车与目标车辆的相对距离d_r、相对速度V_r、相对加速度a_r信息；加速度传感器用来获取自车加速度a_s。进而可以通过计算获得，目标车辆速度V_t，目标车辆加速度a_t。

最危险时刻计算单元，其适用于根据自车速度、自车停止所需时间、目标车辆速度、目标车停止所需时间、自车加速度和目标车辆加速度确定最危险时刻；

可选择的，

自车停止所需时间计算方式如下；

(V_s+a_s×T)＞0时,自车停止所需时间为

(V_s+a_s×T)≤0时,自车停止所需时间为

目标车辆停止所需时间计算方式如下；

a_t＞0，则t_ts＝∞；

a_t＝0且V_t≠0，则t_ts＝∞；

a_t＝0且V_t＝0，则t_ts＝0；

a_t＜0，则

最小紧急制动距离计算单元，根据自车停止和目标车辆停止的先后顺序以及目标车辆停止所需时间和自车停止所需时间是否在制动反应时间内，计算最危险时刻自车行驶距离目标车辆行驶距离的差值，该距离差值是最小紧急制动距离。

可选择，最危险时刻计算单元和或最小紧急制动距离计算单元可以采用独立的MCU，或利用车辆自动紧急制动***和或车辆前方碰撞预警***的MCU实现。

其中，当前方目标车辆先停,自车后停，自车停止时是最危险时刻。

若目标车辆和自车无论在制动反应时间内还是在制动反应时间外，均不存在等速时刻，则自车速度始终低于目标车辆速度，保持安全所需安全距离d＝0。

前方目标车辆后停，t_ss＜t_ts,且自车在时间T内先停t_ss＜T；

若目标车辆和自车仅存在一个等速时刻，且该等速时刻在制动反应时间内，则该等速时刻是最危险时刻；

T是制动反应时间，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间。

前方目标车辆后停t_ss＜t_ts,且自车在制动反应时间外先停t_ss＞T；

若目标车辆和自车仅存在一个等速时刻，且该等速时刻在制动反应时间外，则该等速时刻是最危险时刻；

若目标车辆和自车存在两个等速时刻，且两个等速时刻在制动反应时间外，则第二个来临等速时刻是最危险时刻；

当前方目标车辆先停,自车后停，且t_ts＜t_ss＜T时，所需安全距离为

d＝(0-V_s ²)/(2*a_s)-(0-V_t ²)/(2*a_t)；

当前方目标车辆先停,自车后停，t_ts＜t_ss＞T时，所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)-(0-V_t ²)/(2*a_t)；

若t∈(0,t_ss)，所需安全距离为d＝(V_s-V_t)*t+1/2*(a_s-a_t)*t²；

若t_ts＜t_ss＞T，若仅存在一个等速时刻所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(V_s+a_s*T)*t_x+1/2*a_min*t_x ²-(V_t*(T+t_x)+1/2*a_t*(T+t_x)²) ；

第二个等速时刻所需安全距离为

若目标车辆与自车速度相等匀速行驶，则所需安全距离为d＝V_s*T；

若a_t＝0，V_t＝0，若自车在制动反应时间内Vs＝0，所需安全距离为 d＝(0-V_s ²)/(2*a_s)；

若自车在制动反应时间内Vs＞0,则所需安全距离为d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)；

T是制动反应时间，d是所需安全距离，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间，t_x是T后两车达到等速所需时间，t_y是T后两车第二次达到等速所需时间，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

本发明提供用于车辆自动紧急制动安全距离计算和或车辆前方碰撞预警安全距离计算的安全距离计算方法第一实施例，包括以下步骤：

S1,获取自车与目标车辆相对距离、自车速度、目标车辆速度、自车加速度、目标车辆加速度和制动反应时间；

S2，根据自车速度、自车停止所需时间、目标车辆速度、目标车停止所需时间、自车加速度和目标车辆加速度确定最危险时刻；

S3，根据自车停止和目标车辆停止的先后顺序以及目标车辆停止所需时间和自车停止所需时间是否在制动反应时间内，计算最危险时刻自车行驶距离目标车辆行驶距离的差值，该距离差值是最小紧急制动距离。

本发明根据自车与目标车辆之间的相对运动状态，综合考虑了自车和目标车辆的相对距离、速度和加速度，通过分析自车与目标车辆停车的先后顺序及等速点的数量及位置计算车辆紧急制动安全距离，该安全距离是保证辆车不发生碰撞的最小距离。

还应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的元件、参数、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、参数、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、参数、组件、区域、层或部分与另一个元件、参数、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本发明的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、参数、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、参数、组件、区域、层或部分。

除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。

本发明提供用于车辆自动紧急制动安全距离计算和或车辆前方碰撞预警安全距离计算的安全距离计算方法第二实施例，包括以下步骤：

S1,获取自车与目标车辆相对距离、自车速度、目标车辆速度、自车加速度、目标车辆加速度和制动反应时间；

S2，根据自车速度、自车停止所需时间、目标车辆速度、目标车停止所需时间、自车加速度和目标车辆加速度确定最危险时刻；

自车停止所需时间计算方式如下；

(V_s+a_s×T)＞0时,自车停止所需时间为

(V_s+a_s×T)≤0时,自车停止所需时间为

目标车辆停止所需时间计算方式如下；

a_t＞0，则t_ts＝∞；

a_t＝0且V_t≠0，则t_ts＝∞；

a_t＝0且V_t＝0，则t_ts＝0；

a_t＜0，则

S3，根据自车停止和目标车辆停止的先后顺序以及目标车辆停止所需时间和自车停止所需时间是否在制动反应时间内，计算最危险时刻自车行驶距离目标车辆行驶距离的差值，该距离差值是最小紧急制动距离。

其中，当前方目标车辆先停,自车后停，自车停止时是最危险时刻。

若目标车辆和自车无论在制动反应时间内还是在制动反应时间外，均不存在等速时刻，则自车速度始终低于目标车辆速度，保持安全所需安全距离d＝0。

前方目标车辆后停，t_ss＜t_ts,且自车在时间T内先停t_ss＜T；

若目标车辆和自车仅存在一个等速时刻，且该等速时刻在制动反应时间内，则该等速时刻是最危险时刻；

T是制动反应时间，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间。

前方目标车辆后停t_ss＜t_ts,且自车在制动反应时间外先停t_ss＞T；

若目标车辆和自车仅存在一个等速时刻，且该等速时刻在制动反应时间外，则该等速时刻是最危险时刻；

若目标车辆和自车存在两个等速时刻，且两个等速时刻在制动反应时间外，则第二个来临等速时刻是最危险时刻；

当前方目标车辆先停,自车后停，且t_ts＜t_ss＜T时，所需安全距离为

d＝(0-V_s ²)/(2*a_s)-(0-V_t ²)/(2*a_t)；

当前方目标车辆先停,自车后停，t_ts＜t_ss＞T时，所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)-(0-V_t ²)/(2*a_t)；

若t∈(0,t_ss)，所需安全距离为d＝(V_s-V_t)*t+1/2*(a_s-a_t)*t²；

若t_ts＜t_ss＞T，若仅存在一个等速时刻所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(V_s+a_s*T)*t_x+1/2*a_min*t_x ²-(V_t*(T+t_x)+1/2*a_t*(T+t_x)²) ；

第二个等速时刻所需安全距离为

若目标车辆与自车速度相等匀速行驶，则所需安全距离为d＝V_s*T；

若a_t＝0，V_t＝0，若自车在制动反应时间内Vs＝0，所需安全距离为d＝(0-V_s ²)/(2*a_s)；

若自车在制动反应时间内Vs＞0,则所需安全距离为 d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)；

T是制动反应时间，d是所需安全距离，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间，t_x是T后两车达到等速所需时间，t_y是T后两车第二次达到等速所需时间，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (30)

1.一种安全距离计算模块，其用于车辆自动紧急制动***和或车辆前方碰撞预警***，其特征在于，包括：

数据采集单元，其适用于获取自车与目标车辆相对距离、自车速度、目标车辆速度、自车加速度、目标车辆加速度和制动反应时间；

最危险时刻计算单元，其适用于根据自车速度、自车停止所需时间、目标车辆速度、目标车停止所需时间、自车加速度和目标车辆加速度确定最危险时刻；

最小紧急制动距离计算单元，根据自车停止和目标车辆停止的先后顺序以及目标车辆停止所需时间和自车停止所需时间是否在制动反应时间内，计算最危险时刻自车行驶距离目标车辆行驶距离的差值，该距离差值是最小紧急制动距离。

2.如权利要求1所述的安全距离计算模块，其特征在于：所述制动反应时间包括数据采集时间、数据分析时间、做出紧急制动决策时间、消除制动间隙时间和制动力由零增加到最大时间。

3.如权利要求1所述的安全距离计算模块，其特征在于：自车停止所需时间计算方式如下；

(V_s+a_s×T)＞0时,自车停止所需时间为

(V_s+a_s×T)≤0时,自车停止所需时间为

T是制动反应时间，V_s是自车速度，a_s是自车加速度，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

4.如权利要求3所述的安全距离计算模块，其特征在于：目标车辆停止所需时间计算方式如下；

a_t＞0，则t_ts＝∞；

a_t＝0且V_t≠0，则t_ts＝∞；

a_t＝0且V_t＝0，则t_ts＝0；

a_t＜0，则

a_t是目标车加速度，V_t是目标车速度，t_ts是目标车停止所需时间。

5.如权利要求4所述的安全距离计算模块，其特征在于：当前方目标车辆先停,自车后停，自车停止时是最危险时刻。

6.如权利要求4所述的安全距离计算模块，其特征在于：

若目标车辆和自车无论在制动反应时间内还是在制动反应时间外，均不存在等速时刻，则自车速度始终低于目标车辆速度，保持安全所需安全距离d＝0。

7.如权利要求4所述的安全距离计算模块，其特征在于：前方目标车辆后停，t_ss＜t_ts,且自车在时间T内先停t_ss＜T；

若目标车辆和自车仅存在一个等速时刻，且该等速时刻在制动反应时间内，则该等速时刻是最危险时刻；

T是制动反应时间，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间。

8.如权利要求4所述的安全距离计算模块，其特征在于：前方目标车辆后停t_ss＜t_ts,且自车在制动反应时间外先停t_ss＞T；

若目标车辆和自车仅存在一个等速时刻，且该等速时刻在制动反应时间外，则该等速时刻是最危险时刻；

若目标车辆和自车存在两个等速时刻，且两个等速时刻在制动反应时间外，则第二个来临等速时刻是最危险时刻；

T是制动反应时间，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间。

9.如权利要求5所述的安全距离计算模块，其特征在于：当前方目标车辆先停,自车后停，且t_ts＜t_ss＜T时，所需安全距离为

d＝(0-V_s ²)/(2*a_s)-(0-V_t ²)/(2*a_t)；

T是制动反应时间，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间。

10.如权利要求5所述的安全距离计算模块，其特征在于：当前方目标车辆先停,自车后停，t_ts＜t_ss＞T时，所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)-(0-V_t ²)/(2*a_t)；

T是制动反应时间，d是所需安全距离，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

11.如权利要求7所述的安全距离计算模块，其特征在于：

若t∈(0,t_ss)，所需安全距离为d＝(V_s-V_t)*t+1/2*(a_s-a_t)*t²；

d是所需安全距离，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t是两车达到等速所需时间。

12.如权利要求8所述的安全距离计算模块，其特征在于：若t_ts＜t_ss＞T，若仅存在一个等速时刻所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(V_s+a_s*T)*t_x+1/2*a_min*t_x ²-(V_t*(T+t_x)+1/2*a_t*(T+t_x)²)；

T是制动反应时间，d是所需安全距离，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t_x是T后两车等速所需时间，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

13.如权利要求8所述的安全距离计算模块，其特征在于：第二个等速时刻所需安全距离为

d是所需安全距离，V_s是自车速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，V_t是目标车辆速度，t_y是T后两车第二次达到等速所需时间，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

14.如权利要求1所述的安全距离计算模块，其特征在于：

若目标车辆与自车速度相等匀速行驶，则所需安全距离为d＝V_s*T,T是制动反应时间，V_s是自车速度。

15.如权利要求1所述的安全距离计算模块，其特征在于：

a_t＝0，V_t＝0，若自车在制动反应时间内Vs＝0，所需安全距离为

d＝(0-V_s ²)/(2*a_s)；

若自车在制动反应时间内Vs＞0,则所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)；

T是制动反应时间，d是所需安全距离，V_s是自车速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，V_t是目标车辆速度，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

16.一种安全距离计算方法，其用于车辆自动紧急制动安全距离计算和或车辆前方碰撞预警安全距离计算，其特征在于，包括以下步骤：

S1,获取自车与目标车辆相对距离、自车速度、目标车辆速度、自车加速度、目标车辆加速度和制动反应时间；

S2，根据自车速度、自车停止所需时间、目标车辆速度、目标车停止所需时间、自车加速度和目标车辆加速度确定最危险时刻；

S3，根据自车停止和目标车辆停止的先后顺序以及目标车辆停止所需时间和自车停止所需时间是否在制动反应时间内，计算最危险时刻自车行驶距离目标车辆行驶距离的差值，该距离差值是最小紧急制动距离。

17.如权利要求16所述的安全距离计算方法，其特征在于：步骤S3中，所述制动反应时间包括数据采集时间、数据分析时间、做出紧急制动决策时间、消除制动间隙时间和制动力由零增加到最大时间。

18.如权利要求16所述的安全距离计算方法，其特征在于：步骤S2中，自车停止所需时间计算方式如下；

(V_s+a_s×T)＞0时,自车停止所需时间为

(V_s+a_s×T)≤0时,自车停止所需时间为

T是制动反应时间，V_s是自车速度，a_s是自车加速度，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

19.如权利要求18所述的安全距离计算方法，其特征在于：目标车辆停止所需时间计算方式如下；

a_t＞0，则t_ts＝∞；

a_t＝0且V_t≠0，则t_ts＝∞；

a_t＝0且V_t＝0，则t_ts＝0；

a_t＜0，则

a_t是目标车加速度，V_t是目标车速度，t_ts是目标车停止所需时间。

20.如权利要求19所述的安全距离计算方法，其特征在于：当前方目标车辆先停,自车后停，自车停止时是最危险时刻。

21.如权利要求19所述的安全距离计算方法，其特征在于：

若目标车辆和自车无论在制动反应时间内还是在制动反应时间外，均不存在等速时刻，则自车速度始终低于目标车辆速度，保持安全所需安全距离d＝0。

22.如权利要求19所述的安全距离计算方法，其特征在于：

前方目标车辆后停，t_ss＜t_ts,且自车在时间T内先停t_ss＜T；

若目标车辆和自车仅存在一个等速时刻，且该等速时刻在制动反应时间内，则该等速时刻是最危险时刻；

T是制动反应时间，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间。

23.如权利要求19所述的安全距离计算方法，其特征在于：

前方目标车辆后停t_ss＜t_ts,且自车在制动反应时间外先停t_ss＞T；

若目标车辆和自车仅存在一个等速时刻，且该等速时刻在制动反应时间外，则该等速时刻是最危险时刻；

若目标车辆和自车存在两个等速时刻，且两个等速时刻在制动反应时间外，则第二个来临等速时刻是最危险时刻；

T是制动反应时间，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间。

24.如权利要求20所述的安全距离计算方法，其特征在于：

当前方目标车辆先停,自车后停，且t_ts＜t_ss＜T时，所需安全距离为

d＝(0-V_s ²)/(2*a_s)-(0-V_t ²)/(2*a_t)；

T是制动反应时间，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间。

25.如权利要求20所述的安全距离计算方法，其特征在于：

当前方目标车辆先停,自车后停，t_ts＜t_ss＞T时，所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)-(0-V_t ²)/(2*a_t)；

T是制动反应时间，d是所需安全距离，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t_ss是自车停止所需时间，t_ts是目标车辆停止所需时间，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

26.如权利要求22所述的安全距离计算方法，其特征在于：

若t∈(0,t_ss)，所需安全距离为d＝(V_s-V_t)*t+1/2*(a_s-a_t)*t²；

d是所需安全距离，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t是两车达到等速所需时间。

27.如权利要求23所述的安全距离计算方法，其特征在于：

若t_ts＜t_ss＞T，若仅存在一个等速时刻所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(V_s+a_s*T)*t_x+1/2*a_min*t_x ²-(V_t*(T+t_x)+1/2*a_t*(T+t_x)²)；

T是制动反应时间，d是所需安全距离，V_s是自车速度，V_t是目标车辆速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，t_x是T后两车达到等速所需时间，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

28.如权利要求23所述的安全距离计算方法，其特征在于：

第二个等速时刻所需安全距离为

d是所需安全距离，V_s是自车速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，V_t是目标车辆速度，t_y是T后两车第二次达到等速所需时间，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

29.如权利要求16所述的安全距离计算方法，其特征在于：步骤S3中，若目标车辆与自车速度相等匀速行驶，则所需安全距离为d＝V_s*T,T是制动反应时间，V_s是自车速度。

30.如权利要求16所述的安全距离计算方法，其特征在于：步骤S3中，a_t＝0，V_t＝0，若自车在制动反应时间内Vs＝0，所需安全距离为d＝(0-V_s ²)/(2*a_s)；

若自车在制动反应时间内Vs＞0,则所需安全距离为

d＝V_s*T+1/2*a_s*T²+(0-(V_s+a_s*T)²)/(2*a_min)；

T是制动反应时间，d是所需安全距离，V_s是自车速度，a_s是自车加速度，a_t是目标车辆加速度，V_t是目标车辆速度，a_min是由车轮制动产生的最大减速度，单位：m/s²。

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