一種汽車主動避撞系統及其軌跡規劃方法技術方案

本發明專利技術公開了一種汽車主動避撞系統及其軌跡規劃方法，系統包括前視雷達、攝像頭、車速傳感器、橫擺角速度傳感器、質心側偏角傳感器、信號處理模塊、電子控制電源ECU、油門控制器、轉向控制器、制動控制器。汽車在行駛過程中，電子控制單元實時采集各個傳感器經信號處理模塊傳來的信號，并實時判斷當前時刻汽車所處的路況與車況，如若此時可能發生危險情況，則ECU通過執行內部預先設定的軌跡規劃程序產生一條連續無碰的可執行軌跡，并將相關信號輸出到油門控制器、轉向控制器與制動控制器進行相應操作，以避免危險情況的發生。本發明專利技術能夠在緊急情況下輔助駕駛員對汽車進行操作，能夠提高行車主動安全性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及汽車輔助駕駛領域，尤其涉及一種汽車主動避撞系統及其軌跡規劃方法。
技術介紹
隨著智能交通在全球范圍的興起，汽車輔助駕駛技術受到了越來越多的關注，其研究的主要目的在于降低日趨嚴重的交通事故發生率，提高現有道路交通效率。國際上眾多的研究機構，工業設計單位對其研發過程正投入大量的人力、物力、財力來進行相關關鍵技術的研發。主動避撞系統作為汽車輔助駕駛技術的一項重要研究內容，其研究的主要目的是提高車輛駕駛的安全性能，其主要利用現代信息技術、傳感技術來擴展駕駛人員的感知能力，將外界信息(如車速、障礙物距離、速度、方向等)傳遞給駕駛人員的同時綜合利用車況與路況信息，判斷汽車當前運行狀況的安全程度，在緊急情況下能自動的采取措施控制汽車，使得汽車主動地避開危險，保證汽車安全行駛或最大可能的減小事故的傷害程度。汽車只有具備了這樣的主動安全性能，才可能從根本上減少交通事故，提高交通安全。軌跡規劃技術是主動避撞系統中的一項關鍵技術，要想實現對車輛的智能控制，其前提條件是就要生成可行的參考軌跡，并將軌跡的參數提供給跟蹤控制器，以便于控制器能夠控制汽車按照所規劃的軌跡行駛，因此，如何在緊急情況下規劃一條可行的無碰軌跡顯得尤為重要。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對
技術介紹
中所涉及到的缺陷，提供一種汽車主動避撞系統及其軌跡規劃方法，解決了在緊急情況下主動避撞系統的軌跡規劃問題，通過軟硬件相結合的方式在保證汽車操縱穩定性的同時有效的避開障礙物，避免交通事故的發生，實現了汽車的主動安全功能。本專利技術為解決上述技術問題采用以下技術方案：一種汽車主動避撞系統，包含前視雷達、攝像頭、信號處理模塊、車速傳感器、橫擺角速度傳感器、質心側偏角傳感器、方向盤轉角傳感器、電子控制電源ECU、油門控制器、轉向控制器和制動控制器；所述前視雷達、攝像頭通過信號處理模塊和所述電子控制電源ECU相連；所述電子控制電源ECU分別和、車速傳感器、橫擺角速度傳感器、質心側偏角傳感器、方向盤轉角傳感器、油門控制器、轉向控制器、制動控制器相連；所述前視雷達與攝像頭均安裝在汽車前方，用于檢測汽車前方的道路情況，并將所測得的信號經信號處理模塊處理后傳遞給所述電子控制單元ECU；所述車速傳感器、橫擺角速度傳感器、質心側偏角傳感器、方向盤轉角傳感器分別用于感應汽車的速度、橫擺角速度、質心側偏角和前輪轉向角，并將采集到的信號經處理后送入到電子控制單元ECU；所述電子控制單元ECU用于根據接收到的信號輸出相應的信號到油門控制器、轉向控制器、制動控制器，進行相應加速、減速、制動操作，以保證行車安全。本專利技術還公開了一種基于以上汽車主動避撞系統的軌跡規劃方法，包含以下步驟：步驟1)，通過前視雷達與攝像頭獲取汽車前方障礙物的距離、速度、加速度和寬度，并將前方障礙物的與汽車之間的距離與預先設定的安全距離閾值對比，如果其小于預設的安全距離閾值，則執行步驟2)；步驟2)，通過車速傳感器、橫擺角速度傳感器、質心側偏角傳感器、方向盤轉角傳感器獲取汽車的速度、橫擺角速度、質心側偏角和前輪轉向角；步驟3)，根據汽車的橫擺角、前輪轉向角、縱向速度、前軸與后軸之間的間距、以及后軸中點的縱向坐標和側向坐標建立汽車三自由度運動學模型；步驟4)，用七次多項式參數化待生成軌跡；步驟5)，根據汽車三自由度運動學模型和參數化的待生成軌跡設置軌跡優化模型約束條件、設定目標函數以及優化變量，并根據汽車的縱向速度、橫擺角速度、質心側偏角、前輪轉向角、以及汽車前方障礙物距離、速度、加速度對其進行求解，得到軌跡優化模型；步驟6)，基于動態粒子群優化算法，對所建立的軌跡優化模型進行求解，得到規劃軌跡。作為該汽車主動避撞系統的軌跡規劃方法的進一步優化方案，根據以下公式建立步驟3)中所述的汽車三自由度運動學模型：x·(t)=vcos(θ)y·(t)=vsin(θ)θ·(t)=vtanδ(t)/l]]>其中，x和y分別是汽車后軸中點的縱向坐標和側向坐標，θ是汽車的橫擺角，δ是汽車前輪轉向角，v是汽車的縱向速度，l是汽車前軸與后軸之間的間距，t是軌跡規劃的當前時間。作為該汽車主動避撞系統的軌跡規劃方法的進一步優化方案，步驟5)中所述的七次多項式參數化的軌跡方程為：xd(t)=xd0+xd1t+xd2t2+xd3t3+xd4t4+xd5t5+xd6t6+xd7t7yd(t)=yd0+yd1t+yd2t2+yd3t3+yd4t4+yd5t5+yd6t6+yd7t7]]>其中，xd0、xd1、xd2、xd3、xd4、xd5、xd6、xd7、yd0、yd1、yd2、yd3、yd4、yd5、yd6、yd7是多項式的待定系數，(xd(t),yd(t))為待生成軌跡。作為該汽車主動避撞系統的軌跡規劃方法的進一步優化方案，步驟6所述的軌跡優化模型的約束條件為：xd(t0)=x0x·d(t0)=v0cosθ0x··d(t0)=v·0cosθ0-v02tanδ0sinθ0/lxd(tf)=xfx·d(tf)=vfcosθfx··d(tf)=v·fcosθf-vf2tanδfsinθf/lyd(t0)=y0y·d(t0)=v0sinθ0y··d(t0)=v·0sinθ0+v02tanδ0cosθ0/lyd(tf)=yfy·d(tf)=vfsinθfy··d(tf)=v·fsinθf+vf2tanδfcosθf/l]]>(R0+R1)2≤[PL-1(H1-Mxd6-Nxd7)+xd6t6+xd7t7-x0-vx(t-t0)]2+[PL-1(H2-Myd6-Nyd7)+yd6t6+yd7t7-y0-vy(t-t0)]2；其中，x→=[xd0,xd1,xd2,xd3,xd4,xd5]Ty→=[yd0,yd1,yd2,yd3,yd4,yd5&r本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種汽車主動避撞系統，其特征在于，包含前視雷達、攝像頭、信號處理模塊、車速傳感器、橫擺角速度傳感器、質心側偏角傳感器、方向盤轉角傳感器、電子控制電源ECU、油門控制器、轉向控制器和制動控制器；所述前視雷達、攝像頭通過信號處理模塊和所述電子控制電源ECU相連；所述電子控制電源ECU分別和、車速傳感器、橫擺角速度傳感器、質心側偏角傳感器、方向盤轉角傳感器、油門控制器、轉向控制器、制動控制器相連；所述前視雷達與攝像頭均安裝在汽車前方，用于檢測汽車前方的道路情況，并將所測得的信號經信號處理模塊處理后傳遞給所述電子控制單元ECU；所述車速傳感器、橫擺角速度傳感器、質心側偏角傳感器、方向盤轉角傳感器分別用于感應汽車的速度、橫擺角速度、質心側偏角和前輪轉向角，并將采集到的信號經處理后送入到電子控制單元ECU；所述電子控制單元ECU用于根據接收到的信號輸出相應的信號到油門控制器、轉向控制器、制動控制器，進行相應加速、減速、制動操作，以保證行車安全。

【技術特征摘要】
1.一種汽車主動避撞系統，其特征在于，包含前視雷達、攝像頭、信號處理模塊、車速傳
感器、橫擺角速度傳感器、質心側偏角傳感器、方向盤轉角傳感器、電子控制電源ECU、油門
控制器、轉向控制器和制動控制器；
所述前視雷達、攝像頭通過信號處理模塊和所述電子控制電源ECU相連；所述電子控制
電源ECU分別和、車速傳感器、橫擺角速度傳感器、質心側偏角傳感器、方向盤轉角傳感器、
油門控制器、轉向控制器、制動控制器相連；
所述前視雷達與攝像頭均安裝在汽車前方，用于檢測汽車前方的道路情況，并將所測
得的信號經信號處理模塊處理后傳遞給所述電子控制單元ECU；
所述車速傳感器、橫擺角速度傳感器、質心側偏角傳感器、方向盤轉角傳感器分別用于
感應汽車的速度、橫擺角速度、質心側偏角和前輪轉向角，并將采集到的信號經處理后送入
到電子控制單元ECU；
所述電子控制單元ECU用于根據接收到的信號輸出相應的信號到油門控制器、轉向控
制器、制動控制器，進行相應加速、減速、制動操作，以保證行車安全。
2.基于權利要求1所述的汽車主動避撞系統的軌跡規劃方法，其特征在于，包含以下步
驟：
步驟1)，通過前視雷達與攝像頭獲取汽車前方障礙物的距離、速度、加速度和寬度，并
將前方障礙物的與汽車之間的距離與預先設定的安全距離閾值對比，如果其小于預設的安
全距離閾值，則執行步驟2)；
步驟2)，通過車速傳感器、橫擺角速度傳感器、質心側偏角傳感器、方向盤轉角傳感器
獲取汽車的速度、橫擺角速度、質心側偏角和前輪轉向角；
步驟3)，根據汽車的橫擺角、前輪轉向角、縱向速度、前軸與后軸之間的間距、以及后軸
中點的縱向坐標和側向坐標建立汽車三自由度運動學模型；
步驟4)，用七次多項式參數化待生成軌跡；
步驟5)，根據汽車三自由度運動學模型和參數化的待生成軌跡設置軌跡優化模型約束
條件、設定目標函數以及優化變量，并根據汽車的縱向速度、橫擺角速度、質心側偏角、前輪
轉向角、以及汽車前方障礙物距離、速度、加速度對其進行求解，得到軌跡優化模型；
步驟6)，基于動態粒子群優化算法，對所建立的軌跡優化模型進行求解，得到規劃軌
跡。
3.根據權利要求2所述的汽車主動避撞系統的軌跡規劃方法，其特征在于，根據以下公
式建立步驟3)中所述的汽車三自由度運動學模型：
x·(t)=vcos(θ)y·(t)=vsin(θ)θ·(t)=vtanδ(t)/l]]>其中，x和y分別是汽車后軸中點的縱向坐標和側向坐標，θ是汽車的橫擺角，δ是汽車前
輪轉向角，v是汽車的縱向速度，l是汽車前軸與后軸之間的間距，t是軌跡規劃的當前時間。
4.根據權利要求3所述的汽車主動避撞系統的軌跡規劃方法，其特征在于，步驟5)中所
述的七次多項式參數化的軌跡方程為：
xd(t)=xd0+xd1t+xd2t2+xd3t3+xd4t4+xd5t5+xd6t6+xd7t7yd(t)=yd0+yd1t+yd2t2+yd3t3+yd4t4+yd5t5+yd6t6+yd7t7]]>其中，xd0、x...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙萬忠，徐志江，王春燕，崔滔文，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32