一种车辆避撞系统及方法

本发明属于汽车主动安全辅助驾驶领域，具体涉为一种车辆避撞系统及方法。

背景技术：

1、路面附着系数是车辆避撞过程中的关键参数，对避撞效果有直接的影响。但是，现在对于路面附着系数的监测及其与避撞相结合的技术存在欠缺。并且现在多数系统的制动阈值均为实验得到的固定值，没有将路面附着系数与制动阈值很好的结合，当面对复杂的场景时无法做到安全有效的制动，导致避撞策略方案在复杂的交通环境中无法同时保障紧急制动安全性、乘员舒适性和交通高效性。

2、目前主动紧急制动的风险模型主要为单独使用ttc模型或安全距离模型，而在车辆的行驶过程中行驶环境复杂而且多变，具有很高的不确定性。因此，单独使用由实验数据得到的固定的ttc阈值和制动阈值有很大的缺陷，即系统的鲁棒性不够强，导致不能适应复杂多变的交通环境。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种车辆避撞系统及方法，以解决现有技术中，无法同时保障紧急制动安全性、乘员舒适性、交通高效性和鲁棒性的问题。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种车辆避撞系统，包括信息采集模块、数据处理模块和执行模块；

4、信息采集模块，用于采集行人信息、路面附着系数以及自车、前车、后车和旁车的信息，并发送至数据处理模块；

5、数据处理模块，用于根据路面附着系数计算得到安全距离模型中的制动阈值，根据安全距离模型对危险状况进行分级，根据行人信息以及自车、前车、后车和旁车的信息识别危险状况并确定所述危险状况所处的级别，根据确定的级别，结合ttc模型和安全距离模型选择避撞策略，并发送至执行模块；

6、执行模块，用于根据避撞策略进行避撞。

7、优选的，所述信息采集模块包括摄像头、超声波雷达、激光雷达、毫米波雷达和自车传感器；

8、摄像头，用于对环境、障碍物、行人和路面附着系数的信息进行采集；

9、超声波雷达，用于对于周围障碍物的状态信息进行采集；

10、激光雷达，用于识别周围障碍物，获得准确的三维信息；

11、毫米波雷达，用于对盲区和相邻车道地面障碍物的信息进行采集；

12、自车传感器，用于对自车的位置及运动状态的信息进行采集。

13、进一步的，所述数据处理模块包括多元异构信息融合单元、信息处理单元和决策单元；

14、多元异构信息融合单元，用于对摄像头、超声波雷达、激光雷达、毫米波雷达采集的信息进行融合，得到融合信息，融合信息包括行人信息以及前车、后车和旁车的信息；

15、信息处理单元，用于根据路面附着系数计算得到安全距离模型中的制动阈值，根据安全距离模型对危险状况进行分级；

16、决策单元，用于根据行人信息以及自车、前车、后车和旁车的信息识别危险状况并确定所述危险状况所处的级别，根据确定的级别，结合ttc模型和安全距离模型选择避撞策略并发送至执行模块。

17、一种车辆避撞方法，包括：

18、s1，采集行人信息、路面附着系数以及自车、前车、后车和旁车的信息；

19、s2，根据路面附着系数计算得到安全距离模型中的制动阈值，根据安全距离模型对危险状况进行分级，根据行人信息以及自车、前车、后车和旁车的信息识别危险状况并确定所述危险状况所处的级别，根据确定的级别，结合ttc模型和安全距离模型选择避撞策略；

20、s3，根据避撞策略进行避撞。

21、优选的，s2中，根据路面附着系数计算得到安全距离模型中的制动阈值，具体方法为：根据路面附着系数求出在当前路面下的最大制动减速度，然后根据最大制动减速度及采集的自车、前车和后车的信息预测自车制动距离、后车制动距离和前车制动距离，再结合最终安全距离，得到制动阈值。

22、优选的，s2中，所述避撞策略包括部分制动、分层制动、全力制动和转向避撞；

23、所述转向避撞的方法为：

24、对自车进行五次多项式y(x)＝b0+b1x+b2x2+b3x3+b4x4+b5x5的避撞轨迹规划，其中，bi为待定系数，x为纵向位移，y为横向位移；根据采集的自车信息确定五次多项式中的待定系数b0、b1、b2、b3、b4、b5，得到与避撞终点位置有关的五次多项式避撞轨迹函数；将五次多项式避撞轨迹函数对时间求导，得到自车速度曲线，自车速度曲线分别乘以sinθ和cosθ得到自车纵向速度和自车横向速度，其中，θ为自车的航向角；再分别对时间求导得到自车横向加速度和自车纵向加速度；根据五次多项式避撞轨迹函数、相关约束和代价函数确定最优避撞轨迹；

25、根据最优避撞轨迹、自车纵向速度、自车横向速度、自车横向加速度和自车纵向加速度进行转向避撞。

26、进一步的，s2中，结合ttc模型和安全距离模型选择避撞策略，具体为：

27、当处于ⅲ级危险时，ttc>2.8s时进行报警处理；1.8s<ttc<2.8s时进行部分制动，并当给后车预留的制动距离不足时进行转向避撞；0.8s<ttc<1.8s时进行分层制动，当给后车预留的制动距离不足时进行转向避撞；当ttc<0.8s进行全力制动，当给后车预留的制动距离不足时进行转向避撞；

28、当处于ⅱ级危险时，ttc>2.8s时进行部分制动，当给后车预留的制动距离不足时进行转向避撞；1.8s<ttc<2.8s时进行分层制动，当给后车预留的制动距离不足时可能造成后车追尾时进行转向避撞；ttc<1.8s时进行全力制动，当给后车预留的制动距离不足时可能造成后车追尾时进行转向避撞，当处于ⅰ级危险时进行全力制动，当给后车预留的制动距离不足时进行转向避撞。

29、进一步的，所述相关约束包括如下约束中的一种或多种：

30、旁车约束：当旁车在自车前方时，满足当旁车在自车后方时，满足其中，t换为换道完成所需的时间，s前-自为自车与前方旁车的距离，s自-后为自车与后方旁车的距离；

31、侧向加速度约束：ary≤0.5μg；

32、自车的右前角点和右后角点不与前后车碰撞的约束：其中，lrr为自车质心与自车最后段的距离，l车宽为自车的车宽，l前车宽为前车的车宽，α为自车纵轴线与自车质心和自车右后角点的连线的夹角。

33、进一步的，所述代价函数包括：

34、行驶稳定性的代价函数，表示为

35、避撞安全性的代价函数，表示为其中，ks为安全系数，l车-行人为自车与行人的距离；

36、交通高效性的代价函数，表示为v实时-v初，v实时为自车的实时速度，v初为自车的初速度。

37、优选的，s2中，当行人为避撞目标时，根据采集的行人信息确定行人的历史轨迹，使用最小二乘法对历史轨迹的轨迹点进行线性拟合，然后结合自由力、干扰力和边界力，对行人轨迹和运动状态进行预测，得到行人的预计轨迹和运动状态，根据行人的预计轨迹和运动状态确定危险状况所处的级别；

38、自由力其中，v行人(t)为行人速度，m行人为行人的虚拟质量；

39、干扰力其中，k1、k2分别为行人与车辆相互作用力的强度系数和范围系数；r车为车辆的安全行驶半径；r行人为行人的安全行走半径；l车-行人为车辆和行人的实时半径。

40、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

41、本发明车辆避撞系统，将实时监测的路面附着系数与制动阈值进行结合，在不同的制动阈值情况下采取分级制动，对于制动精确性、安全性和乘员制动时的舒适性的提升有很大的作用。通过结合ttc模型和安全距离模型选择避撞策略，可以提高制动的准确性和乘员的舒适性。

42、进一步的，本发明为了提高在避撞时的安全性和精确性，设置了多个传感器，包括激光雷达、摄像头、毫米波雷达和超声波雷达，对激光雷达、摄像头、毫米波雷达和超声波雷达多种传感器进行信息融合，进而辅助避撞进行精确控制，避免了以往单种传感器或两种传感器因为信息采集的不精确导致错误的制动甚至发生事故；并针对在各种恶劣环境和复杂路况时下单一传感器的各种缺点导致采集的信息不精确甚至传感器失效的状况，多传感器融合可以保证在恶劣环境下信息采集的精确性，切实提高了避撞准确性进而提高车辆安全性。

43、本发明的车辆避撞方法，通过将ttc阈值与在不同路面附着系数的制动阈值进行结合选择避撞策略，可以提高汽车制动时的安全性和稳定性，减少突增的减速度对乘员的冲击感，并可以更加精确的制动，降低了整体危险性，有效避免因固定的制动阈值导致无法适应多变的交通场景而产生的错误；通过并对在不同路面附着系数的进行场景的细分可以在策略方面降低预期功能安全不足的风险，提高了系统的鲁棒性，有效避免了事故的发生。

44、进一步的，当应对由于突发的紧急工况导致纵向制动距离不足的问题时，本发明提出五次多项式的转向制动协同避撞，并同时考虑航向角和纵向速度变化的影响，可进一步提高车辆的安全和乘员的舒适性。

45、进一步的，本发明在转向避撞时，考虑了旁车约束、侧向加速度约束、自车的右前角点和右后角点不与前后车碰撞的约束等多个条件约束，能进一步提高安全性。

46、进一步的，在考虑对行人的避撞时，本发明考虑了环境对行人的轨迹的影响并考虑了行人的不确定性，进而得到更准确的行人轨迹，使得在复杂工况下行人和车辆的安全性都得到提高，解决了现有技术中没有考虑车辆和环境对行人轨迹的影响、没有考虑行人的不确定性的问题。