一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法技术

本发明专利技术属于车路协同技术领域，尤其为一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法，包括路侧设备、车载终端、智能汽车环境感知层、决策规划层和运动控制层、路侧设备和车载终端能够实时进行信息交互并共享数据，环境感知层获得融合数据后，决策规划层通过安全时距分析，分别将碰撞时间TTC值与紧急制动TTC阈值、紧急转向TTC阈值作比较，得到最佳避障方式；运动控制层接收到决策规划层传来的轨迹数据后立刻作出响应。本发明专利技术充分利用了车路协同下车车之间信息交互实时性好、准确度高等优势，能够有效避免或减少追尾等碰撞事故的发生或在一定程度上减轻碰撞的伤害程度，从而保证自动驾驶下驾乘人员的行车安全性。驾乘人员的行车安全性。驾乘人员的行车安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法


[0001]本专利技术涉及车路协同
，具体为一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法。

技术介绍

[0002]智能汽车是一种集环境感知、决策规划、运动控制等功能为一体的综合系统。紧急避障技术作为自动驾驶汽车主动安全的一项关键技术，不仅能够在事故发生前使车辆自动作出避障行为以此来降低交通事故发生概率，从而保证驾乘人员的安全，而且在一定程度上也减少了交通拥堵状况，提高了交通利用率。
[0003]目前，自动驾驶汽车上应用最多的避障方式是通过紧急制动使车辆快速停下来，而很少辅助必要的转向来躲避障碍。尤其是在车速较高的驾驶场景下，突然有行人或车辆横穿公路，即使以汽车最大制动减速度进行紧急制动也无法避免碰撞，那么辅助一定程度的应急转向是十分有必要的。由于智能汽车车载传感器在复杂交通环境下的环境感知存在盲区，信息获取范围小，精准度和实时性不够等方面的局限性，仅依靠车载传感器获取到的信息来进行避障决策控制并不能完全满足所有要求，而车路协同环境下车辆信息获取具有显著优势，车车之间的信息交互能很好地解决该问题。
[0004]为此，我们提出一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法，通过利用车路协同下车车之间信息交互的优势，协调一般制动、紧急制动和紧急转向三种避障方式来使汽车尽可能地避免或减少追尾等碰撞事故的发生，即使碰撞无法避免时也要将碰撞的伤害程度降到最低，从而保证自动驾驶下驾乘人员的行车安全性。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法，解决了自动驾驶汽车上应用最多的避障方式是通过紧急制动使车辆快速停下来，在车速较高的驾驶场景下，突然有行人或车辆横穿公路，即使以汽车最大制动减速度进行紧急制动也无法避免碰撞的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0009]一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法，包括路侧设备、车载终端、智能汽车环境感知层、决策规划层和运动控制层；
[0010]路侧设备与车载终端之间通过无线通信方式进行信息交互，智能汽车各传感器、控制器和执行器之间为有线通信方式。
[0011]进一步地，路侧设备包括的路侧传感设备，用于获取交通流信息，车辆位置、速度等信息，以及道路状况、天气信息等；
[0012]路侧设备通过对车辆目标的准确检测，并及时共享给各交通子系统中，做到与车
载终端实时的数据交互。
[0013]进一步地，车载终端包括的车载传感设备用于获取车辆本身运动状态数据，道路状况、天气信息等；
[0014]车载终端能够将周边路侧设备发出的环境信息直接提供给车辆使用，同时做到车
‑
路交通流信息的共享等。
[0015]进一步地，环境感知层获得的数据是由车载终端通过信息交互方式获取到路侧设备传来的共享数据后，并与车载传感器所感知到的数据进行融合得到融合数据，确保了交通环境数据获取的实时性和准确性。
[0016]进一步地，决策规划层主要包括：安全场景分析、避障决策选择和运动轨迹规划。
[0017]进一步地，运动控制层主要包括：避障模式选择和汽车的纵向控制、横向控制。
[0018]进一步地，在避障决策选择中，在障碍物之前设有应急区域S
应急
(t)，应急区域的距离与当前时刻本车和前方障碍物之间相对速度v
相对
(t)、相对加速度a
相对
(t)、最小停止距离d
min
有关，即S
应急
(t)＝f(v
相对
(t),a
相对
(t),d
min
)；
[0019]例如，一种实施例为行驶汽车前方有静止障碍物存在或突然有行人(车辆)横穿公路时，应急区域长度可表示为：式中：v
本
表示本车速度，单位m/s，a
max
表示本车所能达到的最大制动减速度，单位m/s2，d
min
表示汽车完全停止后与障碍物之间的最小停止距离。
[0020]进一步地，当本车行驶在应急区域外时，可通一般制动模式来进行避障，此时选择一个低于汽车所能达到的最大制动减速度的合理范围值参与制动；
[0021]当本车进入应急区域内，首先通过安全时距分析来判断当前状态下本车如果采取紧急制动方式继续行驶是否会发生碰撞，当无法避免碰撞发生时，则应该在应急区域内及时作出必要转向控制来避免撞上前方障碍物。
[0022]进一步地，时距定义为车辆间距与车速之比；
[0023]碰撞时间TTC定义为本车与障碍物两者间的相对纵向距离d
相对
和相对纵向速度v
相对
之比，即
[0024]当碰撞时间TTC≥紧急制动TTC阈值时，说明在应急区域内可以采取紧急制动措施，以汽车能达到的最大制动减速度参与紧急制动来避免碰撞，此时执行紧急制动避障决策控制；
[0025]当碰撞时间TTC<紧急制动TTC阈值时，此时即使以最大制动减速度紧急制动也无法避免碰撞，若TTC>紧急转向TTC阈值同时通过安全场景分析可获得可行驶路径时，则可以通过紧急转向控制进行避障；
[0026]当紧急制动和紧急转向均无法避免碰撞时，只好遵循“最小损失原则”来对汽车进行干预控制。
[0027]进一步地，决策规划层中的运动轨迹规划模块将轨迹数据(包含不同时刻汽车的位置、速度和加速度等信息)传输到运动控制层；
[0028]运动控制层主要包括避障模式选择(制动避障、转向避障)和汽车的纵向控制、横向控制。
[0029]进一步地，运动控制层要对从决策规划层输入的轨迹数据(目标路径和目标速度)作出响应，分别进行横向位移控制和纵向速度控制，最终通过控制目标加速度和目标转角来实现合理的轨迹跟随，从而避免发生碰撞。
[0030]进一步地，横向位移控制可采用“前馈
‑
反馈控制”的方式，目标轨迹的前馈量为式中：ω
r
表示目标路径的横摆角速度，K表示车辆稳定性因数，L表示车辆轴距，δ
FF
表示前馈车轮转角；
[0031]反馈控制的控制量为目标轨迹y
目标
与实际轨迹y
实际
之间的横向偏差量e
y
，其可通过当前时刻的横向位移偏差e1、航向角偏差e2、预瞄距离d
s
计算得到，即e
y
＝y
目标
‑
y
实际
＝e1+d
s
×
e2；
[0032]反馈控制的反馈转角δ
FB
由对横向偏差e
y
的比例
‑
积分
‑
微分作用获得，即δ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法，其特征在于：包括路侧设备、车载终端、智能汽车环境感知层、决策规划层和运动控制层；路侧设备与车载终端之间通过无线通信方式进行信息交互，智能汽车各传感器、控制器和执行器之间为有线通信方式；决策规划层包括：安全场景分析、避障决策选择，运动轨迹规划；运动控制层包括：避障模式选择和汽车的纵向控制、横向控制。2.根据权利要求1所述的一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法，其特征在于：所述路侧设备包括的路侧传感设备，用于获取交通流信息、车辆位置、速度等信息，以及道路状况、天气信息等；路侧设备通过对车辆目标的准确检测，并及时共享给各交通子系统中，做到与车载终端实时数据交互。3.根据权利要求1所述的一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法，其特征在于：所述车载终端包括的车载传感设备用于获取车辆本身运动状态数据，道路状况、天气信息等；车载终端能够将周边路侧设备发出的环境信息直接提供给车辆使用，同时做到车
‑
路交通流信息的共享等。4.根据权利要求1所述的一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法，其特征在于：所述环境感知层获得的数据是由车载终端通过信息交互方式获取到路侧设备传来的共享数据后，并与车载传感器所感知到的数据进行融合得到融合数据，确保了交通环境数据获取的实时性和准确性。5.根据权利要求1所述的一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法，其特征在于：所述策规划层在安全场景分析中对本车速度、加速度、与前方障碍物距离，以及周边车道内行驶车辆的运动状态(速度、加速度、位置)等进行综合分析。6.根据权利要求1所述的一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法，其特征在于：所述决策规划层在避障决策选择中，在障碍物之前设有应急区域S
应急
(t)，应急区域的距离与当前时刻本车和前方障碍物之间相对速度v
相对
(t)、相对加速度a
相对
(t)、最小停止距离d
min
有关，即S
应急
(t)＝f(v
相对
(t),a
相对
(t),d
min
)。7.根据权利要求6所述的一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法，其特征在于：当本车行驶在应急区域外时，可通一般制动模式来进行避障，此时选择一个低于汽车所能达到的最大制动减速度的合理范围值参与制动；当本车进入应急区域内，首先通过安全时距分析来判断当前状态下本车如果采取紧急制动方式继续行驶是否会发生碰撞，当无法避免碰撞发生时，则应该在应急区域内及时作出必要转向控制来避免撞上前方障碍物。8.根据权利要求7所述的一种车路协同下的自动驾驶汽车紧急避障方法，其特征在于：时距定义为车辆间距与车速之比；碰撞时间TTC定义为本车与障碍物两者间的相对纵向距离d
相对
和相对纵向速度v
相对
之比，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何睿，王鑫海，张素民，吴坚，朱冰，赵健，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：