基于可拓逻辑的主动避撞系统及该系统的模式切换方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于可拓逻辑的主动避撞系统及该系统的模式切换方法，该系统包括雷达、车速传感器、路面附着系数估计器、信号集成模块、可拓模块、转向模块、制动模块以及ECU；该方法基于可拓逻辑。汽车在行驶时，雷达探测前车的行驶速度以及前后两车的相对距离；信号集成模块计算出相对速度以及在此相对速度下转向临界距离、紧急制动临界距离以及危险距离，并以相对距离D以及两车相对距离的一阶导数

Active collision avoidance system based on extension logic and mode switching method of the system

The invention provides an active collision avoidance system based on extension logic and the mode switching method of the system, which includes radar, vehicle speed sensor, road adhesion coefficient estimator, signal integration module, extension module, steering module, brake module and ECU. When the car is driving, the radar detects the driving speed of the car and the relative distance between the two cars and the front and back. The signal integration module calculates the relative speed, the critical distance, the critical distance and the dangerous distance under the relative speed, and the first derivative of the relative distance D and the relative distance of the two cars.

【技术实现步骤摘要】
基于可拓逻辑的主动避撞系统及该系统的模式切换方法
本专利技术涉及智能汽车辅助驾驶领域，具体是一种基于可拓逻辑的主动避撞系统及该系统的模式切换方法。
技术介绍
随着科技的发展，智能汽车的发展愈演愈烈。智能车辆通过自主控制汽车转向、速度、加速度、制动来降低驾驶员劳动强度及驾驶的复杂性，提高汽车高速行驶的安全性、舒适性及交通效率。智能车辆主要的研究内容包括车道保持、车距控制、车速控制、防撞控制和路径规划等，而在这些任务中最重要之一便是防撞控制，即保持本车与周围其它车辆的安全距离，不发生车辆之间的碰撞事故。如果纵向防撞方面得到稳定的控制，则可以实现辅助驾驶，并进一步完成智能车辆自主驾驶，可较大程度地降低或消除由于纵向碰撞引起的事故。汽车主要依靠转向和制动来避免碰撞。依据两车相距大小，在转向和制动之间进行协调。因此，如何协调转向和制动两者之间的关系是汽车避撞的主要问题。然而，以蔡文教授为首的我国学者们创立的新学科——“可拓学”,它用形式化的模型，研究事物拓展的可能性和开拓创新的规律与方法，用于处理矛盾问题的科学。将可拓逻辑运用到智能汽车上，为智能汽车的避撞模式的选择提供科学的依据。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种基于可拓逻辑的主动避撞系统及该系统的模式切换方法，将可拓逻辑运用到智能车辆中避撞策略中，科学地解决转向与制动之间的矛盾，适应汽车行驶的多种工况，能够更加有效地降低事故发生率，以及能够最大限度的减轻事故的伤害。本专利技术提供了一种基于可拓逻辑的主动避撞系统，包括信号集成模块以及与信号集成模块连接的雷达、车速传感器、路面附着系数观测器和可拓模块，所述的可拓模块通过ECU分别连接有转向模块和制动模块；所述雷达设置在汽车前部，用于获得前车和自车之间的距离、前方车辆的车速，并将其传递给所述信号集成模块；所述车速传感器、路面附着系数观测器分别用于采集汽车的车速以及估计路面附着系数，并将其传递给所述信号集成模块；所述信号集成模块用于将接收到的数据整合成工况信号输入到ECU中，并根据接收到的前车的车速、汽车的车速，计算出两车的安全距离、汽车的转向临界距离、紧急制动临界距离以及危险距离，并传递给所述可拓模块；所述可拓模块用于将前车和自车之间的相对距离D以及两车相对距离的一阶导数为特征量，建立二维可拓集合，可拓集合依据相对距离的一阶导数汽车的安全距离、转向临界距离、紧急制动临界距离以及危险距离划分成几个特征模式区域，并将此信息输入到ECU中；所述ECU用于根据汽车的实时的特征状态判断汽车所处的特征模式区域；并根据判断结果计算关联函数，依据关联函数来控制转向模块、制动模块工作。所述的转向模块包括转向电机，用于控制汽车进行转向。所述的制动模块包括ABS，用于控制汽车进行制动。本专利技术还提供了一种基于可拓逻辑的主动避撞系统的模式切换方法，包括以下步骤：步骤1)，通过雷达获得前方车辆的车速、前方车辆和汽车之间的距离；步骤2)，通过车速传感器、路面附着系数观测器分别获得汽车的车速、当前路面附着系数；步骤3)，信号集成模块采集自车的车速、前车的车速、两车的相对距离以及路面附着系数，求解出汽车在此种工况下两车的安全距离、汽车的转向临界距离、紧急制动临界距离以及危险距离；步骤4)，可拓模块将前车和自车之间的相对距离D以及两车相对距离的一阶导数抽取为特征量，建立二维可拓集合并依据相对距离的一阶导数汽车的安全距离、转向临界距离、紧急制动临界距离以及危险距离划分成几个特征模式区域；步骤5)，ECU根据信号集成模块提供的汽车的实时的特征状态(相对位移)判断汽车所处的特征模式区域，再根据判断结果计算汽车特征状态的关联函数，根据特征状态关联函数划分避撞模式从而控制转向模块、制动模块工作。作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤3)中根据以下公式计算安全距离df、转向临界距离ds、紧急制动临界距离d1以及危险距离db：df＝2ds；db＝0.5d1；式中，t1为制动时间，a为减速度，紧急制动时取amax＝μg，μ为地面附着系数估计器所估测的路面附着系数，g为重力加速度；t2是预设的变道时间阈值；v0是汽车的车速；v是前方车辆的车速；v1是汽车开始变道时的速度。作为本专利技术的进一步优化方案，所述预设的变道时间阈值t2取4.2s。作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤4)中对应的特征模式区域分别为安全域和非安全域，其中非安全域包括非域、可拓域、危险域。作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤4)中所述特征模式区域中的安全域为:非域为：可拓域为：危险域为：作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤5)中ECU根据汽车特征状态所在特征模式区域计算汽车特征状态的关联函数K(s)，其详细步骤如下：当汽车处于安全域，关联函数K(s)＝-∞；当汽车处于非安全域时，关联函数为：其中，假设D0(0,0)，汽车任意特征状态为作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤5)中ECU根据计算的汽车特征状态的关联函数K(s)来控制转向模块与制动模块参与工作，其详细步骤如下：当K(s)≥0时，说明汽车状态处于危险域，需要采取紧急制动措施，ECU控制制动模块参与工作，转向模块不工作；当-1≤K(s)＜0时，说明汽车状态处于可拓域，此种状态汽车采用先制动后转向的避撞模式，ECU控制转向模块、制动模块同时工作；当K(s)＜-1时，说明汽车状态处于非域，说明两车相对距离充足，可通过纯转向的方式进行避撞，ECU控制转向模块工作，以转向模式实现避障，制动模块不工作；当K(s)＝-∞时，说明汽车处于安全区，汽车无需进行任何操作，按照当前行驶状态行驶即可。本专利技术有益效果在于：1.本专利技术所提供的技术方案，将可拓逻辑运用到智能车辆中避撞策略中。2.本专利技术所公开的技术方案，可拓逻辑科学地解决转向与制动之间的矛盾。3.本专利技术所提供的多种避撞模式，适应汽车行驶的多种工况，能够更加有效地降低事故发生率，以及能够最大限度的减轻事故的伤害。附图说明图1为本专利技术中一种基于可拓逻辑的主动避撞系统的系统结构示意图；图2为本专利技术中以D及建立的二维可拓集合。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。本专利技术所公开的一种基于可拓逻辑的主动避撞系统结构如图1所示，系统包括雷达、车速传感器、路面附着系数观测器、信号集成模块、可拓模块、转向模块、制动模块以及ECU。所述雷达设置在汽车前部，用于获得前车和自车之间的距离、前方车辆的车速，并将其传递给所述信号集成模块。所述车速传感器、路面附着系数观测器分别用于采集汽车的车速以及估计路面附着系数，并将其传递给所述信号集成模块。所述信号集成模块分别和雷达、车速传感器、路面附着系数观测器、可拓模块、ECU相连，用于将接收到的数据整合成工况信号输入到ECU中，并根据接收到的前车的车速、汽车的车速，计算出两车的安全距离、汽车的转向临界距离、紧急制动临界距离以及危险距离，并传递给所述可拓模块。所述可拓模块用于将前车和自车之间的相对距离D以及两车相对距离的一阶导数为特征量，建立二维可拓集合，可拓集合依据相对距离的一阶导数汽车的安全距离、转向临界距离、紧急制动临界距离以及危险距离划分成几个特征模式区域，并将此信息输入到ECU中。所述转向模块包括转向电机，用于控制汽车进行转向。所述制动模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可拓逻辑的主动避撞系统，其特征在于：包括信号集成模块以及与信号集成模块连接的雷达、车速传感器、路面附着系数观测器和可拓模块，所述的可拓模块通过ECU分别连接有转向模块和制动模块；所述雷达设置在汽车前部，用于获得前车和自车之间的距离、前方车辆的车速，并将其传递给所述信号集成模块；所述车速传感器、路面附着系数观测器分别用于采集汽车的车速以及估计路面附着系数，并将其传递给所述信号集成模块；所述信号集成模块用于将接收到的数据整合成工况信号输入到ECU中，并根据接收到的前车的车速、汽车的车速，计算出两车的安全距离、汽车的转向临界距离、紧急制动临界距离以及危险距离，并传递给所述可拓模块；所述可拓模块用于将前车和自车之间的相对距离D以及两车相对距离的一阶导数

【技术特征摘要】
1.一种基于可拓逻辑的主动避撞系统，其特征在于：包括信号集成模块以及与信号集成模块连接的雷达、车速传感器、路面附着系数观测器和可拓模块，所述的可拓模块通过ECU分别连接有转向模块和制动模块；所述雷达设置在汽车前部，用于获得前车和自车之间的距离、前方车辆的车速，并将其传递给所述信号集成模块；所述车速传感器、路面附着系数观测器分别用于采集汽车的车速以及估计路面附着系数，并将其传递给所述信号集成模块；所述信号集成模块用于将接收到的数据整合成工况信号输入到ECU中，并根据接收到的前车的车速、汽车的车速，计算出两车的安全距离、汽车的转向临界距离、紧急制动临界距离以及危险距离，并传递给所述可拓模块；所述可拓模块用于将前车和自车之间的相对距离D以及两车相对距离的一阶导数为特征量，建立二维可拓集合，可拓集合依据相对距离的一阶导数汽车的安全距离、转向临界距离、紧急制动临界距离以及危险距离划分成几个特征模式区域，并将此信息输入到ECU中；所述ECU用于根据汽车的实时的特征状态判断汽车所处的特征模式区域；并根据判断结果计算关联函数，依据关联函数来控制转向模块、制动模块工作。2.根据权利要求1所述的基于可拓逻辑的主动避撞系统，其特征在于：所述的转向模块包括转向电机，用于控制汽车进行转向。3.根据权利要求1或2所述的基于可拓逻辑的主动避撞系统，其特征在于：所述的制动模块包括ABS，用于控制汽车进行制动。4.一种基于可拓逻辑的主动避撞系统的模式切换方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)，通过雷达获得前方车辆的车速、前方车辆和汽车之间的距离；步骤2)，通过车速传感器、路面附着系数观测器分别获得汽车的车速、当前路面附着系数；步骤3)，信号集成模块采集自车的车速、前车的车速、两车的相对距离以及路面附着系数，求解出汽车在此种工况下两车的安全距离、汽车的转向临界距离、紧急制动临界距离以及危险距离；步骤4)，可拓模块将前车和自车之间的相对距离D以及两车相对距离的一阶导数抽取为特征量，建立二维可拓集合并依据相对距离的一阶导数汽车的安全距离、转向临界距离、紧急制动临界距离以及危险距离划分成几个特征模式区域；步骤5)，ECU根据信号集成模块提供的汽车的实时的特征状态(相对位移)判断汽车所处的特征模式区域，再根据判断结果计算汽车特征状态的关联函数，根据特征状态关联函数划分避撞模式从而控制转向模块、制动模块工作。5.根据权利要求4所述的基于可拓逻辑的主动避撞系统的模式切换方法，其特征在于：所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵万忠，樊密丽，王春燕，李艳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32