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专利号: 2020109110801
申请人: 湖北汽车工业学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于矩形聚类碰撞锥模型的主动避障控制方法,其特征在于,所述基于矩形聚类碰撞锥模型的主动避障控制方法包括:在无法通过自动刹车避障情况下,根据自车速度、车辆宽度、前后车距、前方障碍物车辆车速参数,利用碰撞锥方法计算某个时间内发生碰撞的自车航向角上限值和下限值,所述自车航向角上限值或下限值为自动转向避障最小转向角α;

所述基于矩形聚类碰撞锥模型的主动避障控制方法具体包括:

步骤一,采集毫米波雷达传感器的实时数据,获取自车与前车纵向距离s12、前车的速度v2x、自车与后车的纵向距离s13、后车的速度v3x、后车的减速度a3x、自车与相邻车道目标车辆的横向距离S14,y、自车与目标车辆的纵向距离S14,x和前车的几何尺寸信息;

步骤二,自车以第一刹车减速度a1x开始减速至完全停止所需的时间t1x,计算在t1x时间内前车的刹车距离s2x、本车的刹车距离s1x;后车以刹车减速度a3x开始减速至完全停止所需的时间t3x,计算在t3x时间内后车的刹车距离s3x;

步骤三,比较自车刹车距离与车距之差s1x‑s12和前障碍物车辆刹车距离s2x大小,比较后车刹车距离与车距之差s3x‑s13和自车刹车距离s1x大小,判断自动刹车功能能否避障;

步骤四,基于矩形聚类碰撞锥方法,计算发生碰撞的自车姿态角集合(α1,α2),其中α1≤α2,角度为负值,表示向右转向避障,角度为正值,表示向左转向避障;

步骤五,判断以车辆避障最小转向角α转向是否发生侧碰和转向失稳,选择避障策略。

2.如权利要求1所述的基于矩形聚类碰撞锥模型的主动避障控制方法,其特征在于,所述方法包括:系统首先判断是否可以通过本车道内自动刹车避免碰撞,若判断自动刹车可以避免碰撞,同时后车与自车无追尾危险,采用自动刹车;若判断自动刹车无法避免碰撞,通过对自车和前方障碍物车辆进行矩形聚类,利用碰撞锥原理计算自动转向避障最小转向角α,若在此转下角输入下满足自车与邻车道上的目标车辆无碰撞危险,同时自车能保持转向稳定性,则进行自动转向避撞,否则仍采用自动刹车。

3.如权利要求1所述的基于矩形聚类碰撞锥模型的主动避障控制方法,其特征在于,所述步骤二,取制动加速度a1x=μ1g,根据路面和车辆情况设置参数μ1大小,g为自由落体运动中重力加速度,加速度a3x,根据毫米波雷达传感器测量获取。

4.如权利要求1所述的基于矩形聚类碰撞锥模型的主动避障控制方法,其特征在于,所述步骤三包括:(1)若(s1x‑s12)<s2x且(s3x‑s13)<s1x,通过启动自动刹车避撞,并且后车与本车无追尾风险;

(2)若(s1x‑s12)≥s2x或(s3x‑s13)≥s1x,启动自动刹车后,自车不能与前车避撞或后车与自车有追尾风险,寻求自动转向功能避撞。

5.如权利要求1所述的基于矩形聚类碰撞锥模型的主动避障控制方法,其特征在于,所述步骤四包括:

1)基于汽车矩形聚类搭建碰撞锥模型,根据几何原理,计算模型中与两圆都相切的直线形成的夹角 以及圆心连线与自车行驶方向x轴之间的夹角θ;

2)基于碰撞锥原理和碰撞锥检测条件,计算α1和α2;

基于一个安全角度σ后确定本车辆避障最小转向角α:

若αmin=α2,则α=α2+σ;

若αmin=α1,则α=α1‑σ;

其中σ为安全角,大小根据前方障碍车辆的长度尺寸与本车辆长度尺寸之比决定,σ=π/18。

6.如权利要求1所述的基于矩形聚类碰撞锥模型的主动避障控制方法,其特征在于,所述步骤五包括:(i)以abs(α1)和abs(α2)中较小值作为避障最小转向角α,计算自车转向沿行驶方向x轴的距离S1x、转向方向的距离S、自车开始转向至目标车道的时间t1y以及在t1y时间内目标车辆行驶的距离S4x;

(ii)基于车辆转向几何关系,计算转向半径

车辆的离心力

侧向摩擦力Ff=μmg,其中a2为质心到后轴的距离,l为轴距,α为前述避障最小转向角,μ为附着系数;

(iii)考虑汽车碰撞重叠率,设置一个安全余量ΔS,ΔS大小由系统根据车辆参数确定;

若 且Ff>F,自动转向后,自车与相邻车道目标

车辆无碰撞危险,并且能保持转向稳定性,将此避障最小转向角α换算成电信号给助力转向电机或线控转向电机实现转向避障;

若 且Ff≤F,自动转向后,虽然自车能够与相邻

车道目标车辆避撞,但摩擦力不能平衡离心力,自车有发生侧滑甚至翻车风险,只能启用自动刹车功能降低事故发生概率;

若S4x∈(S14,x+S1x‑ΔS,S14,x+S1x+ΔS),自车与相邻车道目标车辆有发生碰撞危险,再次以abs(α1)和abs(α2)中较大者计算。

7.一种实施权利要求1~6任意一项所述基于矩形聚类碰撞锥模型的主动避障控制系统,其特征在于,所述基于矩形聚类碰撞锥模型的主动避障控制系统包括:外部环境感知系统,通过毫米波雷达获取车辆1周围信息,包括车辆2、车辆3及车辆4的行驶速度、加速度和距离;

车辆行驶状态监测系统,采集车辆1的行驶信息和物理参数,为控制器提供输入数据;

控制器,根据外部环境感知系统和行驶状态监测系统上传的数据进行判断车辆1前方出现急减速,做出刹车或转向决策;

执行器用于响应控制器发出的决策指令,以实现对车辆1避障。

8.如权利要求7所述的基于矩形聚类碰撞锥模型的主动避障控制系统,其特征在于,所述外部环境感知系统包括6个77G毫米波雷达,其中1个前毫米波雷达1,为远距毫米波雷达,测距范围为0‑250m,方位角±9°,俯仰角14°,安装在前保险杠车标处;

所述前毫米波雷达1选用摄像头装置或者激光雷达替代;一个后毫米波雷达2,为远距毫米波雷达,安装在后保险杠车标处,方位角±9°,俯仰角14°;

4个角毫米波雷达,为近距毫米波雷达,安装在汽车四个角落,方位角±60°,俯仰角

20°;

车辆行驶状态监测系统包括汽车车速传感器、汽车方向盘转角传感器和横摆角传感器;

执行器包括线控化电动助力转向机构和线控制动系统,按照策略自动刹车或所规划出的合适角度控制自车转向。

9.一种计算机设备,其特征在于,所述计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行权利要求1~

6任意一项所述的方法。