本發(fā)明涉及到智能汽車領(lǐng)域，具體的說是一種應(yīng)用于智能汽車的縱向主動(dòng)安全防撞系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

近年來，人工智能技術(shù)的發(fā)展也為智能汽車的發(fā)展提供了動(dòng)力；雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展也推動(dòng)了智能汽車的進(jìn)步，使其能夠探測前方車輛的行車信息；而汽車追尾事件的頻發(fā)推動(dòng)了智能汽車安全系統(tǒng)的發(fā)展；智能汽車成為未來汽車的發(fā)展方向。

現(xiàn)存的安全距離模型算法，只考慮了駕駛員的反應(yīng)距離、消除相對(duì)速度的距離和兩車都靜止后應(yīng)保持的距離，因此現(xiàn)存的安全距離算法所計(jì)算的安全距離相對(duì)偏小，安全度偏低。

而現(xiàn)存的制動(dòng)減速度算法，只是考慮相對(duì)速度對(duì)其影響，并且只是單純的在某一范圍內(nèi)給定特定的數(shù)值，因此，現(xiàn)存的制動(dòng)減速度算法考慮的因素較少，不能較好的體現(xiàn)駕駛員對(duì)實(shí)際環(huán)境感知后所做的反應(yīng)，并且單純的給定特定的數(shù)值使其變化不夠流暢，容易產(chǎn)生突變。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種應(yīng)用于智能汽車的縱向主動(dòng)安全防撞系統(tǒng)及其方法，以期能保證自車與前車之間相對(duì)行車安全，同時(shí)也能滿足行車的舒適性要求。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種應(yīng)用于智能汽車的縱向主動(dòng)安全防撞系統(tǒng)的特點(diǎn)包括：環(huán)境感知模塊、安全距離模型算法模塊、制動(dòng)減速度控制算法模塊和下位機(jī)執(zhí)行模塊；

所述環(huán)境感知模塊包括：車速傳感器和雷達(dá)系統(tǒng)模塊，

所述車速傳感器獲取車輛自身的自車速度v₁，并傳遞給所述安全距離模型算法模塊和制動(dòng)減速度控制算法模塊；

所述雷達(dá)系統(tǒng)模塊獲取前方車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、前車速度v₂和前方車輛與自身車輛之間的實(shí)時(shí)距離s，并傳遞給所述安全距離模型算法模塊和制動(dòng)減速度控制算法模塊；所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括：停止?fàn)顟B(tài)、勻速行駛狀態(tài)或緊急停車狀態(tài)；

所述安全距離模型算法模塊根據(jù)所接受到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定前車最大制動(dòng)減速度a₂，再根據(jù)所述前車最大制動(dòng)減速度a₂、自車速度v₁和前車速度v₂獲得兩車之間的安全距離d并傳遞給所述制動(dòng)減速度控制算法模塊；

所述制動(dòng)減速度控制算法模塊根據(jù)所接受到的前車最大制動(dòng)減速度a₂、自車速度v₁、前車速度v₂、安全距離d和實(shí)時(shí)距離s，得到自車制動(dòng)減速度a并傳遞給所述下位機(jī)執(zhí)行模塊；

所述下位機(jī)執(zhí)行模塊根據(jù)所述自車制動(dòng)減速度a控制自身車輛進(jìn)行行駛。

本發(fā)明一種應(yīng)用于智能汽車的縱向主動(dòng)安全防撞方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行：

步驟1、利用車速傳感器獲取車輛自身的自車速度v₁、利用雷達(dá)系統(tǒng)獲取前方車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、前車速度v₂和兩車之間的實(shí)時(shí)距離s；所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括：停止?fàn)顟B(tài)、勻速行駛狀態(tài)或緊急停車狀態(tài)；

步驟2、由所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定前車最大制動(dòng)減速度a₂；

步驟3、利用式(1)所示的安全距離模型獲得兩車之間的安全距離d：

$d=v_1\·t_r+\frac{{(v_1-v_2)}^2}{2a_1}+v_2\·\[(\frac{3v_1-2v_2}{3a_1}-(3.6-t_r\left)\right)\·\frac{a_2}{6}+(3.6-t_r)\]+d_0---\left(1\right)$

式(1)中，t_r表示駕駛員的反應(yīng)時(shí)間與制動(dòng)器延遲時(shí)間之和；a₁表示設(shè)定的自車制動(dòng)減速度，d₀表示兩車之間的最小停車間距；

步驟4、令v₁·t_r＝d₁、利用式(2)所示的制動(dòng)減速度控制模型獲得自車制動(dòng)減速度a：

式(2)中，表示調(diào)節(jié)系數(shù)；

步驟5、控制器根據(jù)所述自車制動(dòng)減速度a控制自身車輛進(jìn)行行駛。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明提出的基于汽車制動(dòng)過程符合《中華人民共和國道路交通安全法實(shí)施條例》，并且，所提出的安全距離模型和制動(dòng)減速度控制模型既滿足了本車運(yùn)動(dòng)的安全要求，又滿足了人體的舒適性需求。

2、本發(fā)明中的安全距離模型，加入了兩車消除相對(duì)速度后，以同一速度同向行駛時(shí)應(yīng)保持的跟車距離，使原本的模型更加完善，更能保證本車運(yùn)動(dòng)的安全性。

3、本發(fā)明中的制動(dòng)減速度控制算法不僅考慮了相對(duì)速度對(duì)其的影響，還充分考慮了安全距離模型中，各部分距離之間所占比重的關(guān)系對(duì)其的影響，以及自車車速單獨(dú)對(duì)其的影響，使制動(dòng)減速度的控制更加符合人的思維，更加接近實(shí)際，并且制動(dòng)減速度的取值和其影響因素之間有特定的函數(shù)關(guān)系，使其變化更加的流暢平穩(wěn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a是本發(fā)明第一種行車狀態(tài)下的安全距離的仿真結(jié)果圖；

圖2b是本發(fā)明第一種行車狀態(tài)下的實(shí)時(shí)距離的仿真結(jié)果圖；

圖2c是本發(fā)明第一種行車狀態(tài)下的自車制動(dòng)減速度的仿真結(jié)果圖；

圖2d是本發(fā)明第一種行車狀態(tài)下的自動(dòng)減速度變化率的仿真結(jié)果圖；

圖3a是本發(fā)明第二種行車狀態(tài)下的安全距離的仿真結(jié)果圖；

圖3b是本發(fā)明第二種行車狀態(tài)下的實(shí)時(shí)距離的仿真結(jié)果圖；

圖3c是本發(fā)明第二種行車狀態(tài)下的自車制動(dòng)減速度的仿真結(jié)果圖；

圖3d是本發(fā)明第二種行車狀態(tài)下的自動(dòng)減速度變化率的仿真結(jié)果圖；

圖4a是本發(fā)明第三種行車狀態(tài)下的安全距離的仿真結(jié)果圖；

圖4b是本發(fā)明第三種行車狀態(tài)下的實(shí)時(shí)距離的仿真結(jié)果圖；

圖4c是本發(fā)明第三種行車狀態(tài)下的自車制動(dòng)減速度的仿真結(jié)果圖；

圖4d是本發(fā)明第三種行車狀態(tài)下的自動(dòng)減速度變化率的仿真結(jié)果圖；

圖5a是本發(fā)明第四種行車狀態(tài)下的安全距離的仿真結(jié)果圖；

圖5b是本發(fā)明第四種行車狀態(tài)下的實(shí)時(shí)距離的仿真結(jié)果圖；

圖5c是本發(fā)明第四種行車狀態(tài)下的自車制動(dòng)減速度的仿真結(jié)果圖；

圖5d是本發(fā)明第四種行車狀態(tài)下的自動(dòng)減速度變化率的仿真結(jié)果圖；

圖6a是本發(fā)明第五種行車狀態(tài)下的安全距離的仿真結(jié)果圖；

圖6b是本發(fā)明第五種行車狀態(tài)下的實(shí)時(shí)距離的仿真結(jié)果圖；

圖6c是本發(fā)明第五種行車狀態(tài)下的自車制動(dòng)減速度的仿真結(jié)果圖；

圖6d是本發(fā)明第五種行車狀態(tài)下的自動(dòng)減速度變化率的仿真結(jié)果圖；

圖7a是本發(fā)明第六種行車狀態(tài)下的安全距離的仿真結(jié)果圖；

圖7b是本發(fā)明第六種行車狀態(tài)下的實(shí)時(shí)距離的仿真結(jié)果圖；

圖7c是本發(fā)明第六種行車狀態(tài)下的自車制動(dòng)減速度的仿真結(jié)果圖；

圖7d是本發(fā)明第六種行車狀態(tài)下的自動(dòng)減速度變化率的仿真結(jié)果圖；

圖8a是本發(fā)明第七種行車狀態(tài)下的安全距離的仿真結(jié)果圖；

圖8b是本發(fā)明第七種行車狀態(tài)下的實(shí)時(shí)距離的仿真結(jié)果圖；

圖8c是本發(fā)明第七種行車狀態(tài)下的自車制動(dòng)減速度的仿真結(jié)果圖；

圖8d是本發(fā)明第七種行車狀態(tài)下的自動(dòng)減速度變化率的仿真結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種應(yīng)用于智能汽車的縱向主動(dòng)安全防撞系統(tǒng)，包括：環(huán)境感知模塊、安全距離模型算法模塊、制動(dòng)減速度控制算法模塊和下位機(jī)執(zhí)行模塊；

環(huán)境感知模塊包括：車速傳感器和雷達(dá)系統(tǒng)模塊，

車速傳感器獲取車輛自身的自車速度v₁，并傳遞給安全距離模型算法模塊和制動(dòng)減速度控制算法模塊；

雷達(dá)系統(tǒng)模塊獲取前方車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、前車速度v₂和前方車輛與自身車輛之間的實(shí)時(shí)距離s，并傳遞給安全距離模型算法模塊和制動(dòng)減速度控制算法模塊；運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括：停止?fàn)顟B(tài)、勻速行駛狀態(tài)或緊急停車狀態(tài)；

安全距離模型算法模塊根據(jù)所接受到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定前車最大制動(dòng)減速度a₂，再根據(jù)前車最大制動(dòng)減速度a₂、自車速度v₁和前車速度v₂獲得兩車之間的安全距離d并傳遞給所述制動(dòng)減速度控制算法模塊；

制動(dòng)減速度控制算法模塊根據(jù)所接受到的前車最大制動(dòng)減速度a₂、自車速度v₁、前車速度v₂、安全距離d和實(shí)時(shí)距離s，得到自車制動(dòng)減速度a并傳遞給下位機(jī)執(zhí)行模塊；

下位機(jī)執(zhí)行模塊根據(jù)自車制動(dòng)減速度a控制自身車輛進(jìn)行行駛。

本實(shí)施例中，一種應(yīng)用于智能汽車的縱向主動(dòng)安全防撞方法是按如下步驟進(jìn)行：

步驟1、利用車速傳感器獲取車輛自身的自車速度v₁、利用雷達(dá)系統(tǒng)獲取前方車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、前車速度v₂和兩車之間的實(shí)時(shí)距離s；運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括：停止?fàn)顟B(tài)、勻速行駛狀態(tài)或緊急停車狀態(tài)；

步驟2、由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定前車最大制動(dòng)減速度a₂；

步驟3、利用式(1)所示的安全距離模型獲得兩車之間的安全距離d：

$d=v_1\·t_r+\frac{{(v_1-v_2)}^2}{2a_1}+v_2\·\[(\frac{3v_1-2v_2}{3a_1}-(3.6-t_r\left)\right)\·\frac{a_2}{6}+(3.6-t_r)\]+d_0---\left(1\right)$

式(1)中，t_r表示駕駛員的反應(yīng)時(shí)間與制動(dòng)器延遲時(shí)間之和；a₁表示設(shè)定的自車制動(dòng)減速度，d₀表示兩車之間的最小停車間距；

在此，令d₁＝v₁·t_r,

其中，d₁表示制動(dòng)有效前自車行駛的距離，包括駕駛員的反應(yīng)和制動(dòng)系統(tǒng)開始有效制動(dòng)前自車行駛的距離，d₂表示自車為了消除自車和前車的相對(duì)速度制動(dòng)系統(tǒng)有效制動(dòng)過程中兩車的行駛距離差與消除相對(duì)速度后兩車同向同速行駛應(yīng)保持的安全距離之和，d₀表示兩車靜止后應(yīng)保持的最小距離。

在正常行車中，認(rèn)為98％的駕駛員行車的減速度不會(huì)超過-2.17m/s²，為了保證成員的乘坐舒適性，此三種工況均取a₁＝2m/s²。

三種工況中安全距離模型的主要差別是d₂：

不同工況下，該算法的應(yīng)用為：

前車靜止時(shí)，

$d_2=\frac{{(v_1-v_2)}^2}{2a_1}+v_2\·\[(\frac{3v_1-2v_2}{3a_1}-(3.6-t_r\left)\right)\·\frac{a_2}{6}+(3.6-t_r)\]=\frac{{v_1}^2}{2a_1}$

前車勻速行駛時(shí)，

$d_2=\frac{{(v_1-v_2)}^2}{2a_1}+v_2\·\[(\frac{3v_1-2v_2}{3a_1}-(3.6-t_r\left)\right)\·\frac{a_2}{6}+(3.6-t_r)\]=\frac{{(v_1-v_2)}^2}{a_1}+v_2\·(3.6-t_r)$

其中，是消除兩車相對(duì)速度的過程中兩車的行駛距離之差，

v₂·(3.6-t_r)是兩車消除相對(duì)速度后，同時(shí)以同向行駛應(yīng)該保持的安全距離的補(bǔ)充距離，在此取此安全距離不小于當(dāng)時(shí)車速的數(shù)值，距離單位取m，車速單位取km/h；

前車緊急制動(dòng)時(shí)，取前車的最大制動(dòng)減速度a₂＝6m/s²，則

$d_2=\frac{{(v_1-v_2)}^2}{2a_1}+v_2\·\[(\frac{3v_1-2v_2}{3a_1}-(3.6-t_r\left)\right)\·\frac{a_2}{6}+(3.6-t_r)\]=\frac{{v_1}^2}{2a_1}-\frac{{v_2}^2}{2a_2}.$

該算法中加入了兩車消除相對(duì)速度后，以同一速度同向行駛時(shí)應(yīng)保持的跟車距離，使原本的模型更加完善，更能保證本車運(yùn)動(dòng)的安全性。

步驟4、利用式(2)所示的制動(dòng)減速度控制模型獲得自車制動(dòng)減速度a：

式(2)中，表示調(diào)節(jié)系數(shù)；

此算法是基于上述安全距離模型所提出的算法，此算法的應(yīng)用過程為：

當(dāng)某一時(shí)刻的車距s大于此時(shí)安全距離模型所計(jì)算的距離d或者前車車速v₂和自車車速v₁相等時(shí)，此時(shí)自車不減速，繼續(xù)以當(dāng)前車速v₁勻速行駛；

當(dāng)某一時(shí)刻的車距s不大于此時(shí)安全距離模型所計(jì)算的距離d，并且此時(shí)的實(shí)際車距s大于安全距離模型中的d₂時(shí)，此時(shí)自車減速行駛，并且，ε是制動(dòng)減速度的一個(gè)調(diào)節(jié)系數(shù)，且此系數(shù)是為了防止制動(dòng)減速度發(fā)生驟變，另外，此系數(shù)反映了安全距離模型中和所占的比重，通過這個(gè)比重來調(diào)節(jié)制動(dòng)減速度的值；

當(dāng)某一時(shí)刻的車距s不大于此時(shí)安全距離模型所計(jì)算的距離d，并且此時(shí)的實(shí)際車距s不大于安全距離模型中的d₂時(shí)，此時(shí)自車減速行駛，并且

最后對(duì)計(jì)算出的制動(dòng)減速度進(jìn)行調(diào)整，由于汽車的最大制動(dòng)減速度為-6m/s²，所以當(dāng)小于此值時(shí)，取a＝-6m/s²。

該算法不僅考慮了相對(duì)速度對(duì)制動(dòng)減速度的影響，還充分考慮了安全距離模型中，各部分距離之間所占比重的關(guān)系對(duì)其的影響，以及自車車速單獨(dú)對(duì)其的影響，使制動(dòng)減速度的控制更加符合人的思維，更加接近實(shí)際，并且制動(dòng)減速度的取值和其影響因素之間有特定的函數(shù)關(guān)系，使其變化更加的流暢平穩(wěn)。

步驟5、控制器根據(jù)所述自車制動(dòng)減速度a控制自身車輛進(jìn)行行駛。

本發(fā)明算法的仿真結(jié)果如圖2a～圖8d所示。

圖2a、圖2b、圖2c和圖2d中的第一種行車狀態(tài)是指前車靜止，后車初始車速為80km/h，兩車初始車距為180m情況下的仿真結(jié)果；

圖3a、圖3b、圖3c和圖3d中的第二種行車狀態(tài)是指前車靜止，后車初始車速為60km/h，兩車初始車距為180m情況下的仿真結(jié)果；

圖4a、圖4b、圖4c和圖4d中的第三種行車狀態(tài)是指前車靜止，后車初始車速為40km/h，兩車初始車距為100m情況下的仿真結(jié)果；

圖5a、圖5b、圖5c和圖5d中的第四種行車狀態(tài)是指前車以車速60km/h勻速行駛，后車初始車速為80km/h，兩車初始車距為120m情況下的仿真結(jié)果；

圖6a、圖6b、圖6c和圖6d中的第五種行車狀態(tài)是指前車以車速40km/h勻速行駛，后車初始車速為80km/h，兩車初始車距為180m情況下的仿真結(jié)果；

圖7a、圖7b、圖7c和圖7d中的第六種行車狀態(tài)是指前車以初始車速60km/h緊急制動(dòng)，后車初始車速為80km/h，兩車初始車距為150m情況下的仿真結(jié)果；

圖8a、圖8b、圖8c和圖8d中的第七種行車狀態(tài)是指前車以初始車速40km/h緊急制動(dòng)，后車初始車速為80km/h，兩車初始車距為180m情況下的仿真結(jié)果；

從仿真結(jié)果可以看出，安全距離符合安全性要求，制動(dòng)減速度大小符合舒適性要求，制動(dòng)減速度的變化率也不是太大，符合控制的要求，故本發(fā)明的算法符合要求。