一种基于驾驶意图的车路协同智能车辆换道防碰撞系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于驾驶意图的车路协同智能车辆换道防碰撞系统，属于交通信息化领域。该系统包含感知数据采集模块、碰撞识别决策模块、变道轨迹规划模块和防撞控制执行模块。防撞控制执行模块根据相应的运动控制方法，精确控制车辆的制动压力和前轮转角，实现车辆的防碰撞功能。本发明专利技术针对单车智能感知能力局限性以及车辆行驶过程中防碰撞模式单一性的问题，通过充分利用车路协同系统V2X车联网通信的准确性与广域性进行感知，基于驾驶员行驶意图，并结合安全距离碰撞识别决策方法和紧急变道轨迹规划方法，在车路协同技术框架下能有效减少碰撞风险，提高驾乘人员的安全性。提高驾乘人员的安全性。提高驾乘人员的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于驾驶意图的车路协同智能车辆换道防碰撞系统


[0001]本专利技术属于交通信息化领域，涉及一种基于驾驶意图的车路协同智能车辆换道防碰撞系统。

技术介绍

[0002]车辆防碰撞技术是智能车辆为了减少交通事故的发生的一项主动安全关键技术，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的同时提高交通效率。为了减少交通事故的发生，越来越多的汽车智能安全系统被广大车企和科技公司研发然后逐渐应用在汽车之中，如前向碰撞预警系统、自动紧急制动系统和自动紧急避撞系统等先进驾驶辅助系统，这些系统可在驾驶过程中增加安全保障。前向碰撞预警系统通过汽车前端安装的毫米波雷达或者单目/双目摄像头，实时检测前方数十米范围内的障碍物和车辆目标。系统利用图像处理、目标识别以及目标跟踪算法，监控前方目标的存在以及与本车的距离。当系统判断前方存在碰撞风险时，会进行多级预警，第一级通过声光报警提醒驾驶员注意，第二级可能结合车载安全系统准备提前减速或制动干预。自动紧急制动系统在判断发生碰撞难以避免的情况下，会自动对汽车进行强力制动，降低碰撞速度以减少伤害。系统根据目标距离、速度参数实时计算，在一定时间阈值内自动触发制动，过程中可能结合ABS防抱死系统保证制动稳定性。自动紧急避撞系统会在即将发生碰撞的情况下，自动控制方向盘让车辆避开障碍物，系统要综合判断避撞路径的可行性及安全性，自动规划并控制车辆自动选定的路径避开碰撞目标。
[0003]当前的车辆防碰撞系统主要依靠自身传感器进行环境感知，单车智能系统由于自身视野范围和感知能力有限，无法获知周边全面的交通环境信息，也难以准确判断其他车辆的运动状态和行驶意图。这就导致在复杂动态交通环境下，单车系统很难进行正确的碰撞风险判断，其防碰撞效果存在明显的局限性。同时，单车系统无法提前感知到更远处的危险因素，只能在最后时刻做出反应，导致防碰撞反应时滞后的问题。这将大大减弱车辆的主动避碰能力。此外，现有的车辆防碰撞系统在避撞方式上也较为单一，通常只依赖制动减速或紧急转向这种被动制动避撞方式。这种模式缺乏对制动和转向系统的协同优化，无法实现精确控制车辆运动状态，避免车辆碰撞的效果有限。
[0004]随着新一代信息通讯技术的发展，车路协同技术成为交通安全系统逐步智能化的新契机。高效实用的V2X通信系统使车辆与路侧系统和其他车辆之间得以实现稳定的信息交互，可以提升单车系统感知的范围，实现更主动、全面的防碰撞策略。智能车辆安全行驶必然需要全面的交通环境信息，作为交通要素的车辆既可感知环境，也可发送交通信息，这种双重角色可快速汇集多维交通数据，并及时感知路面异常。这种多源信息融合是智能网联汽车发展趋势，这可实现更安全有效的交通资源利用、降低运行成本、提高智能交通系统行驶安全性。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于驾驶意图的车路协同智能车辆换道防碰撞系统。充分利用V2X车联网通信技术，获取全面的交通环境信息，以及周围车辆的运动状态信息和驾驶意图，以此计算主车与前车的安全距离，根据碰撞威胁距离进行预警提示、紧急制动或紧急变道的最佳防撞方式决策，并对车辆行驶轨迹进行轨迹规划和控制，降低车辆行驶过程中发生碰撞的危险，提高驾乘人员的安全性。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于驾驶意图的车路协同智能车辆换道防碰撞系统，该系统包括感知数据采集模块、决策规划子系统和防撞控制执行模块；
[0008]所述感知数据采集模块利用包括雷达、摄像头、GPS+IMU和陀螺仪在内的车载传感器获取车辆自身运动状态信息和道路信息，利用V2X车联网通信获取周围车辆运动状态信息和路况信息，采用多源数据融合感知机制先对冗余信息进行过滤处理，再对不同源的同类消息进行融合处理和实时更新，实现车辆对道路行车环境的精确感知；最终获取车辆和障碍物的位置、速度、加速度、航向角、道路状况、天气情况和交通流情况信息；
[0009]所述决策规划子系统包括碰撞识别决策模块和变道轨迹规划模块，用于将感知数据采集模块采集到的信息进行实时计算和分析，对碰撞场景进行识别和预警，并根据碰撞威胁程度采用最佳的防撞方式决策和车辆紧急避撞轨迹规划；
[0010]所述碰撞识别决策模块综合考虑主车与周围车辆的位置、速度、加速度、制动加速度、路面附着系数、驾驶员反应时间和驾驶意图，基于安全距离碰撞识别决策模型对碰撞场景进行识别，并进行预警提示、紧急制动和紧急变道的最佳避撞方式决策；
[0011]所述变道轨迹规划模块首先根据周围车辆的驾驶意图和运动状态信息对其车辆行驶轨迹进行预测，然后考虑主车无碰撞、动力学和舒适性的约束条件，生成一条最优的安全无碰撞变道轨迹，车载终端再将该变道轨迹数据发送给周围车辆，提示周围车辆保持足够的安全距离；
[0012]所述防撞控制执行模块接收避撞决策指令后，对车辆进行避撞行驶控制和语音控制，系统将轨迹跟踪控制解耦为纵向速度控制和横向位移控制，并基于滑膜控制算法实现对车辆的纵向速度和横向位移的跟踪控制，从而跟踪避撞决策方案中的目标轨迹。
[0013]可选的，所述安全距离碰撞识别决策模型将主车与周围车辆的位置、速度、加速度、路面附着系数和驾驶员反应时间，用于计算主车的预警安全车距d
w
、纵向制动避撞安全车距d
br
和横向变道避撞安全车距d
c
，其中，其中最后根据主车与周围车辆之间的不同安全距离威胁程度进行预警提示、紧急制动和紧急变道的最佳避撞方式决策；
[0014]针对智能车辆换道过程中与周围车辆缺乏交互性的问题，设计提出基于驾驶意图的协同换道模型，车辆之间通过V2X车联网通信实现双方车辆运动状态信息和驾驶意图的实时协同共享，当主车有换道意图时，首先根据周围车辆的运动状态信息和驾驶意图对其行驶轨迹进行预测，然后主车通过换道轨迹规划方法进行变道轨迹规划，当主车与周围车辆的轨迹存在冲突时，说明存在碰撞风险，主车选择车道保持并减速避让，当行驶轨迹不存在冲突时，主车向周围车辆发送变道驾驶意图和变道轨迹数据，提示周围车辆保持足够的
安全距离，从而减少车辆变道行驶过程中发生碰撞的危险性，提高了道路车辆行驶安全性和交通效率。
[0015]可选的，所述换道轨迹规划方法为：首先根据周围车辆的驾驶意图和车辆状态信息进行轨迹预测，以车辆运动学/动力学和舒适性为约束条件，结合五次多项式设计得到精确的换道轨迹曲线表达式为其中y(x)表示车辆横向位移，y
i
表示车辆换道结束时所需的横向位移，x表示纵向位移，x
i
表示车辆换道结束时所需的纵向位移。
[0016]可选的，所述基于滑膜控制算法实现对车辆的纵向速度和横向位移的跟踪控制具体为：通过控制车辆的速度和横摆角速度来确保车辆跟踪误差最小，采用的滑膜控制器切换函数为其中x
e
为横向误差、y
e
为纵向误差、φ
e
为方位角误差，并将根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于驾驶意图的车路协同智能车辆换道防碰撞系统，其特征在于：该系统包括感知数据采集模块、决策规划子系统和防撞控制执行模块；所述感知数据采集模块利用包括雷达、摄像头、GPS+IMU和陀螺仪在内的车载传感器获取车辆自身运动状态信息和道路信息，利用V2X车联网通信获取周围车辆运动状态信息和路况信息，采用多源数据融合感知机制先对冗余信息进行过滤处理，再对不同源的同类消息进行融合处理和实时更新，实现车辆对道路行车环境的精确感知；最终获取车辆和障碍物的位置、速度、加速度、航向角、道路状况、天气情况和交通流情况信息；所述决策规划子系统包括碰撞识别决策模块和变道轨迹规划模块，用于将感知数据采集模块采集到的信息进行实时计算和分析，对碰撞场景进行识别和预警，并根据碰撞威胁程度采用最佳的防撞方式决策和车辆紧急避撞轨迹规划；所述碰撞识别决策模块综合考虑主车与周围车辆的位置、速度、加速度、制动加速度、路面附着系数、驾驶员反应时间和驾驶意图，基于安全距离碰撞识别决策模型对碰撞场景进行识别，并进行预警提示、紧急制动和紧急变道的最佳避撞方式决策；所述变道轨迹规划模块首先根据周围车辆的驾驶意图和运动状态信息对其车辆行驶轨迹进行预测，然后考虑主车无碰撞、动力学和舒适性的约束条件，生成一条最优的安全无碰撞变道轨迹，车载终端再将该变道轨迹数据发送给周围车辆，提示周围车辆保持足够的安全距离；所述防撞控制执行模块接收避撞决策指令后，对车辆进行避撞行驶控制和语音控制，系统将轨迹跟踪控制解耦为纵向速度控制和横向位移控制，并基于滑膜控制算法实现对车辆的纵向速度和横向位移的跟踪控制，从而跟踪避撞决策方案中的目标轨迹。2.根据权利要求1所述的一种基于驾驶意图的车路协同智能车辆换道防碰撞系统，其特征在于：所述安全距离碰撞识别决策模型将主车与周围车辆的位置、速度、加速度、路面附着系数和驾驶员反应时间，用于计算主车的预警安全车距d
w
、纵向制动避撞安全车距d
br
和横向变道避撞安全车距d
c
，其中，其中最后根据主车与周围车辆之间的不同安全距离威胁程度进行预警提示、紧急制动和紧急变道的最佳避撞方式决策；针对智能...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋建春，罗小龙，曾素华，林峰，余浩，黄鑫元，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：