【技术实现步骤摘要】
智能网联四轮独立转向和独立驱动电动汽车紧急避障系统
[0001]本专利技术属于智能网联汽车安全领域，涉及车辆主动防碰撞技术，具体涉及一种智能网联四轮独立线控转向和独立线控驱动电动汽车紧急避障系统，利用车对车信息交互技术提高汽车的避障能力，进而提高汽车的行驶安全性。
技术介绍
[0002]随着车辆产业技术的不断成熟，车辆被应用于人类生产生活的方方面面。车辆行驶要求和路面状况愈来愈复杂，对车辆的结构和控制策略的设计提出了更高的要求。因此，一种新型的四轮独立转向独立驱动车辆被提出，与传统车辆相比，它具备更好的操作性和灵活性，其设计代表了未来无人车辆的发展方向，也是目前智能车辆领域的前沿课题之一。对于四轮独立转向独立驱动新型车辆系统，其相比于传统车辆的创新与优势主要体现在新的操控方式和驱动方式上。其中，四轮独立转向技术为车辆的操纵增加了新的操控自由度，可使车辆转弯时后轮直接参与横向运动的控制，不仅可以减少转向力产生的滞后，而且还可以独立地控制车辆的运动轨迹与姿态，提高其控制稳定性；四轮独立驱动技术通过独立电机或独立的制动系统，以直接...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种智能网联四轮独立转向和独立驱动电动汽车紧急避障系统，其特征在于：避障系统包含三种避障模式，分别为第一种避障模式、第二种避障模式和第三种避障模式；整个系统包括车对车交互模块，感知模块，决策模块及执行模块；系统在车辆搭载的车对车交互模块在三种情况下，即功能正常、部分功能发生障碍及功能失效的各情况下均可以根据车辆与前方障碍物发生碰撞的风险程度切换不同的避障模式；车对车交互模块部分功能发生障碍时，只能实现本车对其他车辆的单向通讯；所述车对车交互模块实现车与车之间的直接通信，具有接收和发送车辆基本数据的能力；当车对车交互模块功能正常或部分功能发生障碍时，在不同的避障模式下，车对车交互模块能够辅助或直接参与到避障措施的实现；在第一种避障模式下，车对车交互模块可以警告本车道后车注意避让以防止追尾；在第二种避障模式下，车对车交互模块可以通知本车相邻车道上的车辆采取一种控制速度的方法为本车提供安全的换道空间；在第三种避障模式下，车对车交互模块可以将其他车辆决策模块规划出的各自的路径信息发送到本车，由本车通过决策模块中的相应算法判断本车在换道避障过程中是否会有发生碰撞的风险；所述感知模块通过车载传感器采集车辆自身的运动信息，通过摄像头识别车道线信息，通过雷达采集本车与障碍物或其他车辆之间的全方位距离信息；所述车辆运动信息包括：车辆的纵向速度、纵向加速度、质心横坐标、质心纵坐标、航向角、驾驶员换道意图及驾驶员直行意图；所述全方位距离信息包括本车与前方障碍物的纵向距离L、本车与本车道后车之间的纵向距离L
r
、本车与相邻车道车辆i之间的纵向距离L
pi
、本车质心相对于障碍物左右两侧边界的横向距离L
zl
,L
zr
；所述决策模块根据采集到的相关信息计算出车辆控制模块在决策模块的指令下控制车辆以特定制动方式制动至无碰撞停车所需要的最小距离L1、最短制动时间t
b
、本车左侧车道车辆与本车之间的最小纵向距离L
lmin
、本车右侧车道车辆与本车之间的最小纵向距离L
rmin
、最小安全换道纵向距离L
s
、相邻车道车辆i的驾驶员换道意图及相邻车道车辆i的驾驶员直行意图；根据L，L1的大小初步选择合适的避障模式，根据车对车交互模块功能的完好程度，驾驶员应急反应情况及本车周围的交通状况确定最终的避障模式和避障控制策略；在第三种避障模式下，如果车对车交互模块功能正常，本车决策模块需要根据选定的目标换道避障车道采用合适算法规划本车的换道路径，同时通过车对车交互模块接收其他车辆在本车预计换道时间内的路径规划信息，再采取一种基于车辆椭圆轮廓方程联立求解的方法分析计算本车换道避障过程中是否会有与其他车辆发生碰撞的风险；所述执行模块控制相关的执行机构完成决策模块输入的控制策略，以实现车辆的紧急避障过程；所述执行机构包括：四个轮毂电机、四轮独立转向机构、电控液压制动系统、人机交互系统；所述人机交互系统包括：车载语音交互设备、车载人机交互液晶显示屏、空调出风口；所述空调出风口位于驾驶员座椅上方车顶，可在特定时刻输送冷空气以防止驾驶员因疲劳驾驶而未能及时对人机交互系统的提醒做出反应；三种避障模式的切换方法包括如下过程：(1)第一种避障模式的控制方法包括如下过程：1)当L＞aL1时，紧急避障系统不起作用，车辆由驾驶员自行驾驶，其中a为调整参数，a1＜a＜a2，决策模块根据本车当前纵向车速计算a的取值；2)当L1＜L≤aL1时，车载人机交互系统对驾驶员进行一级警告，提醒驾驶员提前进行制
动；同时决策模块按照相应计算方法计算驾驶员正常制动时间t
s
，若驾驶员及时采取紧急制动措施，使车辆在t
s
内制动强度达到最大，则系统不再生效；若驾驶员在一级警告后t
s
时间内仍未开始制动或车辆制动强度未达到最大，则直接取消驾驶员对车辆加速踏板的操纵权限，以避免驾驶员误操作使车辆加速，同时通过车载人机交互系统对驾驶员进行二级警告；此时，决策模块按照相应计算方法重新计算驾驶员正常制动时间t
s
，若驾驶员及时采取紧急制动措施，在t
s
内使车辆制动强度达到最大，系统不再生效；若驾驶员在二级警告后t
s
内车辆制动强度仍未达到最大，则直接取消驾驶员全部操纵权限，并通过感知模块感知本车车道后方是否有其他车辆；当后方无车时，车辆控制模块在决策模块的指令下控制车辆以特定制动方式制动；当后方有车时：
①
车对车交互模块功能正常或部分功能发生障碍导致只能实现本车对其他车辆的单向通讯时，车辆控制模块在决策模块的指令下控制车辆以特定制动方式制动，同时本车通过车对车交互模块对后车发出警告，提醒后车前方有障碍物，注意提前制动或换道，从而避免本车制动时与后车发生追尾；
②
当车对车交互模块失效时，车辆感知模块采集后车当前纵向车速u
r
：当u
r
t
b
＞(L1+L
r
)时，系统及时转入第二种避障模式；当u
r
t
b
≤(L1+L
r
)时，车辆控制模块在决策模块的指令下控制车辆以特定制动方式制动；(2)第二种避障模式的控制方法包括如下过程：当感知模块未能及时感知到前方障碍物，或有障碍物突然出现致使bL1＜L≤L1时，感知模块感知本车相邻车道是否有其他车辆行驶，其中b为调整参数，b1＜b＜b2，决策模块根据本车当前纵向车速计算b的取值；1)当有任意一侧本车相邻车道无其他车辆行驶时，关闭车辆牵引力控制系统，通过决策模块控制靠近可用避障车道一侧车轮制动，远离避障车道一侧车轮加速驱动，以产生期望的紧急横摆力矩，实现换道避障；若本车两侧相邻车道均无其他车辆行驶，决策模块通过特定方法选择合适的邻侧车道作为避障车道；2)当本车两侧相邻车道均有其他车辆行驶时，当L
lmin
≥L
rmin
时，选择左侧车道为目标避障车道；当L
lmin
＜L
rmin
时，选择右侧车道为目标避障车道，同时:
①
当车对车交互模块功能正常或部分功能发生障碍导致只能实现本车对其他车辆的单向通讯时，本车通过车对车交互模块向两侧车道的车辆发送本车换道避障意图及目标避障车道，目标避障车道的其他车辆采用一种速度控制方法为本车提供安全的换道空间，本车关闭车辆牵引力控制系统，通过决策模块控制靠近可用避障车道一侧车轮制动，远离避障车道一侧车轮加速驱动，以产生期望的紧急横摆力矩，实现换道避障；
②
当车对车交互模块失效时：决策模块依据本车与相邻车道车辆之间的纵向距离来判断若本车进行换道避障是否有与相邻车道车辆发生碰撞的风险；当对于目标避障车道上的任意车辆i都满足L
pi
＞L
s
时，本车关闭车辆牵引力控制系统，通过决策模块控制靠近可用避障车道一侧车轮制动，远离避障车道一侧车轮加速驱动，以产生期望的紧急横摆力矩，实现换道避障；其中L
s
为最小安全换道纵向距离；当目标避障车道上有任意车辆i使得L
pi
≤L
s
时，系统及时转入第一种避障模式，车辆控制模块在决策模块的指令下控制车辆以特定制动方式制动，尽量减小碰撞损失；
(3)第三种避障模式的控制方法包括如下过程：当感知模块未能及时感知到前方障碍物，或有障碍物突然出现致使L≤bL1时，感知模块感知相邻车道是否有其他车辆行驶；其中b为调整参数，b1＜b＜b2，决策模块根据本车当前纵向车速计算b的取值；1)当有任意一侧本车相邻车道无其他车辆行驶时，关闭车辆电子稳定性控制系统，通过决策模块控制靠近可用避障车道一侧车轮制动，远离避障车道一侧车轮加速驱动，以产生期望的紧急横摆力矩；同时控制四轮独立转向机构采用四轮异向转向方式，即后轮转向方向与前轮相反以减小转向半径，实现换道避障；若本车两侧相邻车道均无其他车辆行驶，决策模块选择合适的邻侧车道实施换道；2)当本车两侧相邻车道均有其他车辆行驶时；
①
当车对车交互模块功能正常时，每一辆车通过自身感知模块采集自车的纵向速度、纵向加速度、质心横坐标、质心纵坐标、航向角、驾驶员换道意图及驾驶员直行意图；每一辆车的决策模块利用获取的信息，选择合适的路径规划方法获得各自车辆在本车换道时间内的可能路径；若检测到车辆有驾驶员换道意图，则采用一种基于车辆换道效率和稳定性建立的目标函数获得每一辆车的最优换道路径；本车通过车对车交互模块接收其他车辆规划出的最优换道路径，再采用一种基于车辆椭圆轮廓方程联立求解的方法判断在本车换道的任意时刻，本车是否有与相邻车道车辆发生碰撞的风险；进一步地：当决策模块判断本车换道时与两侧相邻车道车辆均有碰撞风险时，系统及时转入第一种避障模式，车辆控制模块在决策模块的指令下控制车辆以特定制动方式制动，尽量减小碰撞损失；当决策模块判断本车换道时与任意一侧相邻车道车辆无碰撞风险时，关闭车辆电子稳定性控制系统，通过决策模块控制靠近可用避障车道一侧车轮制动，远离避障车道一侧车轮加速驱动，以产生期望的紧急横摆力矩；同时控制四轮独立转向机构采用四轮异向转向方式，即后轮转向方向与前轮相反以减小转向半径，实现换道避障；若决策模块判断本车换道时与相邻两侧车道车辆均无碰撞风险时，决策模块通过特定方法选择合适的邻侧车道实施换道；
②
当车对车交互模块部分功能发生障碍导致只能实现本车对其他车辆的单向通讯或功能失效时；系统及时转入第一种避障模式，车辆控制模块在决策模块的指令下控制车辆以特定制动方式制动，尽量减小碰撞损失；若车对车交互模块可实现单向通讯，则通过车对车交互模块提醒周围车辆本车即将进行紧急制动，注意减速避让；若车对车交互模块功能失效，则本车控制模块控制车辆打开双闪灯，同时持续鸣笛以提醒周围车辆注意减速避让。2.如权利要求1所述的一种智能网联四轮独立转向和独立驱动电动汽车紧急避障系统，其特征在于：在第一种避障模式下，所述车辆控制模块在决策模块的指令下控制车辆以特定制动方式制动包含以下步骤：
①
若决策模块做出制动决策时L≥L1，则制动过程中车辆不会与障碍物发生碰撞，制动时控制模块控制车辆前后轮转角为零；若L＜L1，车辆会在制动过程中与障碍物发生碰撞，控制模块向车辆前轮输入一个向左的转角δ，以避免驾驶舱与障碍物直接碰撞；δ的单位为度，其大小取决于决策模块做出制动决策时刻车辆与障碍物的距离，记为L
b
，具体取值方法遵循以下公式：
其中，δ0为设定的前轮转角初值，α为调整参数，δ0＞α；δ0和α的具体取值由生产厂家根据汽车转向系统性能、制动系统性能、车辆驾驶舱空间结构及车辆宽度确定；
②
制动时，ABS系统正常工作，车辆的制动系统包含液压制动和轮毂电机制动两种制动方式，轮毂电机可以通过反向转动提供电机制动力矩；决策模块合理计算分配前后车轮的制动力使前后轮同时保持在接近抱死而又未抱死的状态，控制车辆以电液复合制动方式实施制动，以充分利用路面附着力。3.如权利要求1所述的一种智能网联四轮独立转向和独立驱动电动汽车紧急避障系统，其特征在于：在第一种避障模式下，车辆通过人机交互系统提醒驾驶员采取避障措施的具体方法如下：
①
车载人机交互系统对驾驶员进行一级警告的具体方法为：控制模块控制车载音响以最大音量80％播放语音：前方有障碍物，请驾驶员及时制动；控制车载人机交互屏幕显示闪烁的感叹号图案，感叹号为红色，屏幕背景为黄色，感叹号闪烁频率为f；
②
车载人机交互系统对驾驶员进行二级警告的具体方法为：控制模块控制驾驶员座椅正上方空调出风口输送冷风；控制车载音响以最大音量播放语音：请立即制动；控制车载人机交互屏幕显示闪烁的感叹号图案，感叹号为红色，屏幕背景为黄色，感叹号闪烁频率为f；
③
车载人机交互屏幕显示闪烁的感叹号图案时，其闪烁频率f取决于车辆与障碍物的实时距离L，f单位为赫兹，其具体取值方法遵循以下公式：其中，f0为车辆与障碍物的实时距离L趋近于零时感叹号图案闪烁的频率，β为调整参数，f0＞β；f0和β的取值可由提供相应人机交互液晶显示屏的厂家设定，也可以有驾驶员根据自己的驾驶习惯、经验设定；
④
车载人机交互系统对驾驶员进行一级警告或二级警告后，若驾驶员在语音提醒后t
s
时间内采取紧急制动措施使车辆达到最大制动强度，则系统不再起作用，其中t
s
的取值方法如下：决策模块建立一个数据库，采集驾驶员在...
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