CN112606837A - 一种转向和制动协同的车辆避障***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转向和制动协同的车辆避障***及方法，该***包括：车辆感知单元，用于当车辆车速大于所设定的阈值速度时，实时获取本车于前车之间的相对距离S、角度和速度；碰撞风险判断单元，用于车辆感知单元获取的信息，判断车辆与正前方车辆是否存在于碰撞风险；驾驶员感知单元，用于当碰撞风险判断单元判断存在碰撞风险时，检测驾驶员的驾驶控制信息；规划控制单元，用于综合车辆感知单元所输出的感知融合信息以及驾驶员感知单元输出的驾驶员控制信息进行避障决策；车辆执行单元，用于根据避障决策结果驱动相关机构控制车辆进行自动制动或自动转向。本发明根据驾驶员在面临风险时的反应，决定ADAS***辅助方向，优化了ADAS***的使用体验。
Description
技术领域
本发明涉及智能汽车驾驶辅助技术，尤其涉及一种转向和制动协同的车辆避障***及方法。
背景技术
AEB(自动紧急制动***)是一种通过感知***，判断潜在碰撞风险，从而自动请求本车报警、制动来避免或减轻本车与目标物碰撞的控制***。AEB***能够提供FCW、AEB功能，这些功能可以被视为AEB的子功能。
AEB旨在减小中低速工况下前向碰撞的可能性。AEB执行时一般当车速大于80km/h时，车辆制动目标由“避免碰撞”变为“减轻碰撞”。因为此时即使采用车辆允许的最大制动力可能也无法避免碰撞发生。
市面上普遍采用AEB***的制动作为碰撞避免手段。由于探测到的目标发生了变化、驾驶员重踩油门踏板或紧急转向主动碰撞，制动请求也可能被中断或取消。同时本车采用最大制动力制动，极有可能引发后方车辆于本车追尾，引发二次碰撞。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种转向和制动协同的车辆避障***及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种转向和制动协同的车辆避障方法，包括以下步骤：
1)当车辆挂挡进入前进档且本车车速大于所设定的阈值速度Vmin时，通过传感器感知本车外部障碍物的信息，实时获取本车于前车之间的相对距离S、角度和速度；
2)根据采集的信息，判断车辆与正前方车辆是否存在碰撞风险；若存在，则转入步骤3)；
3)检测驾驶员的制动避障意图，若检测到驾驶员踩下制动踏板深度大于所设定的触发阈值或者制动踏板踩下速度高于所设定阈值，且驾驶员注意力监测装置判断驾驶员注意力关注区域为持续关注前方，则判断驾驶员存在制动意图，触发制动避障功能，转入步骤6)；
否则判断驾驶员不存在制动避障意图，转入步骤4)，进行转向意图判断；
所述驾驶员注意力监测装置用于根据检测驾驶员的眼球位置判断驾驶员注意力关注区域；
4)检测驾驶员的转向避障意图，若检测到方向盘转向力矩大于所设阈值或方向盘转角变化率超过设定阈值且驾驶员注意力监测装置捕捉到驾驶员关注过后视镜***，则判断驾驶员存在转向避障意图，触发转向避障功能，转入步骤6)；若判断驾驶员不存在转向避障意图，转入步骤5)；
5)若S>Sm，触发转向避障功能，否则触发制动避障功能；
Sm为车辆进行安全转向避障时的最小转向避障距离，即在保证行车安全前提下做到通过转向避让前方障碍物所需的最小距离；
6)若触发制动避障功能，在车辆允许的最大制动力范围内进行制动，以降低车速从而降低可能到来的碰撞事故的严重程度；
若触发转向避障功能，持续驱动车辆的辅助转向装置辅助驾驶员在车辆相对安全的区域内进行避障。
按上述方案，所述步骤2)中判断车辆与正前方车辆是否存在于碰撞风险采用以下方式：
当S<Sth或TTC<TTCth时，判断车辆存在碰撞风险；其中，Sth为碰撞距离判断阈值，TTCth为最小碰撞时间触发阈值。
按上述方案，所述碰撞距离判断阈值Sth根据车辆本身的速度、车辆类型以及前车速度共同确定，所述最小碰撞时间触发阈值TTCth根据车辆类型、车辆所选取的制动装置以及车辆***反应时间共同标定。
按上述方案，所述步骤6)中，触发转向避障功能，持续驱动车辆的辅助转向装置辅助驾驶员在车辆相对安全的区域内进行避障，具体如下：
根据步骤1)中实时采集本车以及前车的相对距离S、角度和速度信息规划安全转向轨迹，并持续控制车辆的转向力大小，适配实时的纵向速度从而跟随规划出安全的转向避让路径进行避障。
一种转向和制动协同的车辆避障***，包括：
车辆感知单元，用于当车辆挂挡进入前进档且本车车速大于所设定的阈值速度Vmin时，通过传感器感知本车外部障碍物的信息，实时获取本车于前车之间的相对距离S、角度和速度；
碰撞风险判断单元，用于车辆感知单元获取的信息，判断车辆与正前方车辆是否存在于碰撞风险；
驾驶员感知单元，用于当碰撞风险判断单元判断存在碰撞风险时，检测驾驶员的驾驶控制信息；所述驾驶控制信息包括：踩踏制动踏板动作的深度和踩踏速度、驾驶员注意力关注区域以及驾驶员方向盘转向力大小和方向盘转角；
规划控制单元，用于综合车辆感知单元所输出的感知融合信息以及驾驶员感知单元输出的驾驶员控制信息进行避障决策；所述避障决策包括制动避障和转向避障；
车辆执行单元，用于根据避障决策结果驱动相关机构控制车辆进行自动制动或自动转向。
按上述方案，所述碰撞风险判断单元中判断车辆与正前方车辆是否存在于碰撞风险采用以下方式：
当S<Sth或TTC<TTCth时，判断车辆存在碰撞风险；其中，Sth为碰撞距离判断阈值，TTCth为最小碰撞时间触发阈值。
按上述方案，所述碰撞距离判断阈值Sth根据车辆本身的速度、车辆类型以及前车速度共同确定，所述最小碰撞时间触发阈值TTCth根据车辆类型、车辆所选取的制动装置以及车辆***反应时间共同标定。
按上述方案，所述规划控制单元中，进行避障决策，具体如下：
1)检测驾驶员的制动避障意图，若检测到驾驶员踩下制动踏板深度大于所设定的触发阈值或者制动踏板踩下速度高于所设定阈值，且驾驶员注意力关注区域为持续关注前方，则判断驾驶员存在制动意图，触发制动避障功能；
2)检测驾驶员的转向避障意图，若检测到方向盘转向力矩大于所设阈值或方向盘转角变化率超过设定阈值且驾驶员注意力监测装置捕捉到驾驶员关注过后视镜***，则判断驾驶员存在转向避障意图，触发转向避障功能；
3)若判断驾驶员不存在转向避障意图，则当S>Sm，触发转向避障功能；否则触发制动避障功能；
Sm为车辆进行安全转向避障时的最小转向避障距离，即在保证行车安全前提下做到通过转向避让前方障碍物所需的最小距离。
按上述方案，所述车辆执行单元中，驱动相关机构控制车辆进行自动制动为在车辆允许的最大制动力范围内进行制动，以降低车速；
驱动相关机构控制车辆进行自动转向为持续驱动车辆的辅助转向装置辅助驾驶员在车辆相对安全的区域内进行避障。
按上述方案，所述车辆执行单元中，驱动相关机构控制车辆进行自动转向具体如下：根据车辆感知单元中实时采集本车以及前车的相对距离S、角度和速度信息规划安全转向轨迹，并持续控制车辆的转向力大小，适配实时的纵向速度从而跟随规划出安全的转向避让路径进行避障。
本发明产生的有益效果是：
1、采集驾驶员在面临风险时的反应，并由此来决定ADAS***辅助方向，而非传统的程序化反应，由此优化了ADAS***的使用体验；
2、本发明所用硬件，在大部分ADAS驾驶***中都已配装，例如疲劳监控***，已采集该类数据，通过该方法优化后不用添加额外硬件；
3、本发明能够向下兼容已有***的跳转和安全边际，例如驾驶员在制动过程中未做出反应，***依旧能够达到自动选择制动或转向避障的效果。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种转向和制动协同的车辆避障方法，包括以下步骤：
1)当车辆挂挡进入前进档且本车车速大于所设定的阈值速度Vmin时，通过传感器感知本车外部障碍物的信息，实时获取本车于前车之间的相对距离S、角度和速度；
其中，阈值速度Vmin的设定，一般选在5km/h到8km/h之间，该数值的设置目的为了防止车辆在停车场或低速跟车类场景中该功能被误触发，具体数值需要根据***所安装的车辆不同进行标定；
感知本车外部障碍物的信息可选传感器感知源的组成类型包括：单毫米波雷达、单摄像头、单激光雷达、毫米波雷达+激光雷达、毫米波雷达+摄像头等组成。以常用组合举例，本实施例中所采用的方案是“毫米波雷达+激光雷达”组成传感器源，感知融合模块将上述传感器输出的原始信号接收后，进行数据解算和融合，最终获得障碍物相对本车的距离、角度、速度等避障所需的必要信息。
2)根据采集的信息，判断车辆与正前方车辆是否存在于碰撞风险；若存在，则转入步骤3)；
当S<Sth或TTC<TTCth时，判断车辆存在碰撞风险，当上述两个条件都不满足触发，判断车辆不存在风险。
碰撞时间
其中，v1为前车速度，v2为本车速度。如果判定成立，车辆向下跳转，进行下一步条件判断；假如判断条件不成立，返回上一步，重新获取感知信息，并在下一个周期更新与前车的相对距离值S。
其中，判断阈值Sth的选择和车辆的本身的速度和车辆类型以及与前车速度直接相关。以小型4座的3厢车为例，一般来说当车辆行驶速度在20km/h时，所设定的最小避障距离在10～15m之间。阈值Sth需要根据车型不同实际标定确认。TTCth则是标定出来的最小碰撞时间触发阈值，该值的选取一般在设定在0.8s～1.2s之间，具体数值也根据车型所装载车型不同进行标定，一般该值和车辆所选取的制动装置以及车辆***反应时间直接相关。例如对于大型车辆所设TTCth会大于小型车。
3)检测驾驶员的制动避障意图，若检测到驾驶员踩下制动踏板深度大于所设定的触发阈值或者制动踏板踩下速度高于所设定阈值，且驾驶员注意力监测装置判断驾驶员注意力关注区域为持续关注前方，则判断驾驶员存在制动意图，触发制动避障功能；
触发制动避障功能，在车辆允许的最大制动力范围内进行制动，以降低车速从而降低可能到来的碰撞事故的严重程度；
否则判断驾驶员不存在制动避障意图，转入步骤4)，进行转向意图判断；
所述驾驶员注意力监测装置用于根据检测驾驶员的眼球位置判断驾驶员注意力关注区域；
用以判断制动踏板速度和深度的阈值选取因车辆的执行机构不同而不同，因此需根据车辆不同而重新标定。驾驶员注意力监测装置输出此时驾驶员眼珠注意力焦点的位置坐标。因此根据驾驶员注意力监测装置安装位置和驾驶员相对位置的参数配置修改能够判断出驾驶员注意力是否关注在前方区域(一般来说将车辆正前方法线左右30°区域划定为前方)。因此在驾驶员注意力监视***中也可重新划定后视镜的具***置。其中后视镜包括车内后视镜和车外后视镜。同时该***可以兼容车辆可能的后续发展，例如当车辆取消外后视镜而采用虚拟后视镜装车时，适当修订驾驶员注意力监测***的配置参数根据虚拟后视镜开启情况和虚拟后视镜的显示位置重新设定监控区域。
4)检测驾驶员的转向避障意图，若检测到方向盘转向力矩大于所设阈值或方向盘转角变化率超过设定阈值且驾驶员注意力监测装置捕捉到驾驶员关注过后视镜***，则判断驾驶员存在转向避障意图，触发转向避障功能；
用于计算方向盘转向力矩和方向盘转角变化率的方向盘转向力和方向盘转角通过方向盘传感器采集；
当上述两个条件中有任意条件不符合时，转入步骤5)；
5)若S>Sm，触发转向避障功能，持续驱动车辆的辅助转向装置辅助驾驶员在车辆相对安全的区域内进行避障；否则触发制动避障功能；
Sm为车辆进行安全转向避障时的最小转向避障距离，即在保证行车安全前提下做到通过转向避让前方障碍物所需的最小距离；
触发转向避障功能，持续驱动车辆的辅助转向装置辅助驾驶员在车辆相对安全的区域内进行避障，具体如下：
根据步骤1)中实时采集本车以及前车的相对距离S、角度和速度信息规划安全转向轨迹，并持续控制车辆的转向力大小，适配实时的纵向速度从而跟随规划出安全的转向避让路径进行避障。
触发制动避障功能或触发转向避障功能执行后，回到步骤1)再次感知障碍物信息，检测碰撞风险是否解除。
根据上述方法，本申请还提供一种转向和制动协同的车辆避障***，包括：
车辆感知单元，用于当车辆挂挡进入前进档且本车车速大于所设定的阈值速度Vmin时，通过传感器感知本车外部障碍物的信息，实时获取本车于前车之间的相对距离S、角度和速度；
碰撞风险判断单元，用于车辆感知单元获取的信息，判断车辆与正前方车辆是否存在于碰撞风险；
碰撞风险判断单元中判断车辆与正前方车辆是否存在于碰撞风险采用以下方式：
当S<Sth或TTC<TTCth时，判断车辆存在碰撞风险；其中，Sth为碰撞距离判断阈值，TTCth为最小碰撞时间触发阈值；
碰撞距离判断阈值Sth根据车辆本身的速度、车辆类型以及前车速度共同确定，所述最小碰撞时间触发阈值TTCth根据车辆类型、车辆所选取的制动装置以及车辆***反应时间共同标定；
驾驶员感知单元，用于当碰撞风险判断单元判断存在碰撞风险时，检测驾驶员的驾驶控制信息；所述驾驶控制信息包括：踩踏制动踏板动作的深度和踩踏速度、驾驶员注意力关注区域以及驾驶员方向盘转向力大小和方向盘转角；
规划控制单元，用于综合车辆感知单元所输出的感知融合信息以及驾驶员感知单元输出的驾驶员控制信息进行避障决策；所述避障决策包括制动避障和转向避障；
具体如下：
1)检测驾驶员的制动避障意图，若检测到驾驶员踩下制动踏板深度大于所设定的触发阈值或者制动踏板踩下速度高于所设定阈值，且驾驶员注意力关注区域为持续关注前方，则判断驾驶员存在制动意图，触发制动避障功能；
2)检测驾驶员的转向避障意图，若检测到方向盘转向力矩大于所设阈值或方向盘转角变化率超过设定阈值且驾驶员注意力监测装置捕捉到驾驶员关注过后视镜***，则判断驾驶员存在转向避障意图，触发转向避障功能；
3)若判断驾驶员不存在转向避障意图，则当S>Sm，触发转向避障功能；否则触发制动避障功能；
若S>Sm，触发转向避障功能；Sm为车辆进行安全转向避障时的最小转向避障距离，即在保证行车安全前提下做到通过转向避让前方障碍物所需的最小距离。
车辆执行单元，用于根据避障决策结果驱动相关机构控制车辆进行自动制动或自动转向。
车辆执行单元中，驱动相关机构控制车辆进行自动制动为在车辆允许的最大制动力范围内进行制动，以降低车速；
驱动相关机构控制车辆进行自动转向为持续驱动车辆的辅助转向装置辅助驾驶员在车辆相对安全的区域内进行避障，驱动相关机构控制车辆进行自动转向具体如下：根据车辆感知单元中实时采集本车以及前车的相对距离S、角度和速度信息规划安全转向轨迹，之后根据所采取的不同驱动转向方式(可用的转向避让驱动方式包括驱动方向盘连接的转向装置进行避障或采取单边车轮制动形成左右轮的差速转向)，并持续控制车辆的转向力大小，适配实时的纵向速度从而跟随规划出安全的转向避让路径进行避障。
在激活避让转向辅助的驱动后，除控制转向***外，需要控制相应避让方向的转向灯亮起，以提示其他道路使用者注意本车动作。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种转向和制动协同的车辆避障方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)当车辆车速大于所设定的阈值速度Vmin时，通过传感器感知本车外部障碍物的信息，实时获取本车于前车之间的相对距离S、角度和速度；
2)根据采集的信息，判断车辆与正前方车辆是否存在碰撞风险；若存在，则转入步骤3)；
3)检测驾驶员的制动避障意图，若检测到驾驶员踩下制动踏板深度大于所设定的触发阈值或者制动踏板踩下速度高于所设定阈值，且驾驶员注意力监测装置判断驾驶员注意力关注区域为持续关注前方，则判断驾驶员存在制动意图，触发制动避障功能，转入步骤6)；
否则判断驾驶员不存在制动避障意图，转入步骤4)，进行转向意图判断；
所述驾驶员注意力监测装置用于根据检测驾驶员的眼球位置判断驾驶员注意力关注区域；
4)检测驾驶员的转向避障意图，若检测到方向盘转向力矩大于所设阈值或方向盘转角变化率超过设定阈值且驾驶员注意力监测装置捕捉到驾驶员关注过后视镜***，则判断驾驶员存在转向避障意图，触发转向避障功能，转入步骤6)；若判断驾驶员不存在转向避障意图，转入步骤5)；
5)若S>Sm，触发转向避障功能，否则触发制动避障功能；
Sm为车辆进行安全转向避障时的最小转向避障距离，即在保证行车安全前提下做到通过转向避让前方障碍物所需的最小距离；
6)若触发制动避障功能，在车辆允许的最大制动力范围内进行制动，以降低车速从而降低可能到来的碰撞事故的严重程度；
若触发转向避障功能，持续驱动车辆的辅助转向装置辅助驾驶员在车辆相对安全的区域内进行避障。
2.根据权利要求1所述的转向和制动协同的车辆避障方法，其特征在于，所述步骤2)中判断车辆与正前方车辆是否存在于碰撞风险采用以下方式：
当S<Sth或TTC<TTCth时，判断车辆存在碰撞风险；其中，Sth为碰撞距离判断阈值，TTCth为最小碰撞时间触发阈值。
3.根据权利要求2所述的转向和制动协同的车辆避障方法，其特征在于，所述碰撞距离判断阈值Sth根据车辆本身的速度、车辆类型以及前车速度共同确定，所述最小碰撞时间触发阈值TTCth根据车辆类型、车辆所选取的制动装置以及车辆***反应时间共同标定。
4.根据权利要求1所述的转向和制动协同的车辆避障方法，其特征在于，所述步骤6)中，触发转向避障功能，持续驱动车辆的辅助转向装置辅助驾驶员在车辆相对安全的区域内进行避障，具体如下：
根据步骤1)中实时采集本车以及前车的相对距离S、角度和速度信息规划安全转向轨迹，并持续控制车辆的转向力大小，适配实时的纵向速度从而跟随规划出安全的转向避让路径进行避障。
5.一种转向和制动协同的车辆避障***，其特征在于，包括：
车辆感知单元，用于当车辆车速大于所设定的阈值速度Vmin时，通过传感器感知本车外部障碍物的信息，实时获取本车于前车之间的相对距离S、角度和速度；
碰撞风险判断单元，用于车辆感知单元获取的信息，判断车辆与正前方车辆是否存在于碰撞风险；
驾驶员感知单元，用于当碰撞风险判断单元判断存在碰撞风险时，检测驾驶员的驾驶控制信息；
规划控制单元，用于综合车辆感知单元所输出的感知融合信息以及驾驶员感知单元输出的驾驶员控制信息进行避障决策；所述避障决策包括制动避障和转向避障；
车辆执行单元，用于根据避障决策结果驱动相关机构控制车辆进行自动制动或自动转向。
6.根据权利要求5所述的转向和制动协同的车辆避障***，其特征在于，所述驾驶员感知单元中，驾驶控制信息包括：踩踏制动踏板动作的深度和踩踏速度、驾驶员注意力关注区域以及驾驶员方向盘转向力大小和方向盘转角。
7.根据权利要求5所述的转向和制动协同的车辆避障***，其特征在于，所述碰撞风险判断单元中判断车辆与正前方车辆是否存在于碰撞风险采用以下方式：
当S<Sth或TTC<TTCth时，判断车辆存在碰撞风险；其中，Sth为碰撞距离判断阈值，TTCth为最小碰撞时间触发阈值。
8.根据权利要求5所述的转向和制动协同的车辆避障***，其特征在于，所述碰撞距离判断阈值Sth根据车辆本身的速度、车辆类型以及前车速度共同确定，所述最小碰撞时间触发阈值TTCth根据车辆类型、车辆所选取的制动装置以及车辆***反应时间共同标定。
9.根据权利要求6所述的转向和制动协同的车辆避障***，其特征在于，所述规划控制单元中，进行避障决策，具体如下：
1)检测驾驶员的制动避障意图，若检测到驾驶员踩下制动踏板深度大于所设定的触发阈值或者制动踏板踩下速度高于所设定阈值，且驾驶员注意力关注区域为持续关注前方，则判断驾驶员存在制动意图，触发制动避障功能；
2)检测驾驶员的转向避障意图，若检测到方向盘转向力矩大于所设阈值或方向盘转角变化率超过设定阈值且驾驶员注意力监测装置捕捉到驾驶员关注过后视镜***，则判断驾驶员存在转向避障意图，触发转向避障功能；
3)若判断驾驶员不存在转向避障意图，则当S>Sm，触发转向避障功能；否则触发制动避障功能；
Sm为车辆进行安全转向避障时的最小转向避障距离，即在保证行车安全前提下做到通过转向避让前方障碍物所需的最小距离。
10.根据权利要求5所述的转向和制动协同的车辆避障***，其特征在于，所述车辆执行单元中，驱动相关机构控制车辆进行自动制动为在车辆允许的最大制动力范围内进行制动，以降低车速；
驱动相关机构控制车辆进行自动转向为持续驱动车辆的辅助转向装置辅助驾驶员在车辆相对安全的区域内进行避障，具体如下：根据车辆感知单元中实时采集本车以及前车的相对距离S、角度和速度信息规划安全转向轨迹，并持续控制车辆的转向力大小，适配实时的纵向速度从而跟随规划出安全的转向避让路径进行避障。
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