制动与转向协调动作的车辆避撞控制研究

为了弥补现有汽车避撞控制策略以及碰撞风险评价指标单一的不足,提出转向和制动协调的主动避撞控制系统。首先规划了五次多项式换道路径,在对其理论分析的基础上得到转向临界避撞距离和与目标车道车辆的安全距离约束。其次,考虑道路附着系数和系统延迟的影响,基于制动过程给出制动临界避撞距离,并以纵向行驶安全系数ξ和碰撞时间倒数T■划分安全行驶区域,利用驾驶人实车跟车数据标定稳态跟随/定速巡航区域的阈值。随后,通过转向/制动临界避撞距离的对比给出2种避撞方式的安全收益范围。最后搭建Simulink/CarSim联合仿真模型,并对其进行不同初始条件下的避撞仿真试验。研究结果表明:转向操作在制动距离不足时仍是有效的;当主车高速近距离接近静止前车时,主车可以顺利采取转向换道动作,而常规ACC系统在2.5 s处的车间相对距离为-0.76 m,事实上已经发生了碰撞;当相邻车道前车与主车纵向间距不满足换道安全距离约束时,避撞控制系统进入紧急制动模式,最大制动减速度达到-0.8g(g为重力加速度),实际最小车间距为5.1 m;通过转向和制动的协调动作,充分发挥了车辆的避撞潜力;ξ和T■指标的融合,可以更好地评估碰撞风险并实现不同控制模式的转换,在保证行车安全的同时可避免过分制动给乘客造成的紧张感。     

基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略研究

为实现车辆自主避撞，改善道路交通安全状况，提出一种基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略。为实时确定制动和换道时机，获取跟车状态下自车和前车车速、加速度、相对距离以及驾驶人制动反应时间计算制动安全距离和换道安全距离，并在此基础上分别引入制动危险系数B和换道危险系数S评估制动与换道风险，使得车辆发生追尾碰撞的危险程度和主动干预阈值更直观。根据车辆期望横向加速度和期望横向位移的变化特性，采用5次多项式法规划符合驾驶人换道避撞特性的避撞路径。为保证换道避撞过程中驾驶人的安全舒适，采用最大横向加速度约束换道避撞轨迹。为实现对换道避撞路径的线性跟踪控制，保证车辆的操纵稳定性和横摆稳定性，基于车辆稳态动力学模型建立前馈控制，结合线性反馈控制消除换道路径的位置和横摆角偏差，修正参考路径实现直车道场景追尾避撞控制。仿真和实车交叉验证试验表明：根据车辆期望横向加速度和期望横向位移建立的符合驾驶人换道避撞特性的五次多项式换道路径与驾驶人实际换道避撞路径基本吻合，结合碰撞时间和车间时距的制动避撞控制策略能够在保证车辆行驶安全舒适性的同时有效避免车辆追尾碰撞，减少交通事故的发生。     

基于驾驶行为的追尾避撞控制策略研究

本文中提出了一种通过制动或换道来实现的追尾避撞控制策略。首先通过模拟驾驶仪采集驾驶员避免追尾碰撞的换道时机、制动强度、最大加速度变化率和反应时间,构建了驾驶员制动避撞行为和换道避撞行为模型;然后建立基于制动安全距离、碰撞时间和换道安全距离的危险估计模型,实时计算行车发生追尾碰撞的危险等级并据此选取相应的主动避撞介入时机和方式;最后依据碰撞时间和结合前馈控制的线性状态反馈控制方法,分别建立制动避撞策略和换道避撞策略。Matlab仿真和实车试验验证结果表明,该避撞控制策略能通过自主换道或制动避免中低速跟车行驶时的追尾碰撞。     

基于前车轨迹预测的高速智能车运动规划

针对现有运动规划算法大多只考虑障碍车当前状态,本文中提出一种基于前车运动轨迹预测的高速车辆运动规划算法。首先,融合考虑驾驶意图与基于车辆运动模型的方法对前车轨迹进行预测;然后,采用贝塞尔曲线(Bezier)规划主车运动轨迹,结合避撞过程中与前车碰撞风险概率,高速避撞车辆速度变化特点以及车辆运动稳定性等因素建立目标函数,并考虑车辆动力学与运动学约束,使用序列二次规划(SQP)方法对Bezier曲线的控制点和主车运动目标点位置进行优化求解,得到最优避撞运动轨迹;最后,以前车直行和换道两种工况为例,对主车的避撞运动轨迹进行规划,分析不同工况下主车避撞过程中的运动状态变化以及与前车碰撞风险概率变化。结果表明,所提出的运动规划算法能够保证车辆的避撞安全性与运动稳定性。     

考虑前车制动意图的自动紧急制动策略及其测试评价方法

为提高车辆自动紧急制动（AEB）系统的避撞性能,提出了一种考虑前车制动意图的AEB策略及其测试评价方法。通过搭建“PreScan+Simulink+驾驶模拟器”联合仿真平台采集驾驶人制动数据,基于K-均值（K-Means）聚类方法对制动意图进行分类,采用滑动时间窗口提取了意图识别模型训练数据集;通过双层隐马尔可夫模型识别前车制动意图,主车根据不同制动意图计算临界安全距离阈值并制定避撞控制策略;建立PreScan+Simulink虚拟仿真测试环境,提出了基于层次分析法的AEB策略综合评价方法,通过与4种典型AEB控制模型进行对比,验证了所提出方法在不同制动程度场景下均可及时触发制动以避免碰撞,同时可减少过早制动造成的驾驶不适感。     

基于外部动态环境的汽车碰撞危险估计算法研究

针对现有紧急情况下车辆的碰撞危险评估算法大多只考虑量测噪声干扰带来的不确定性,提出一种综合考虑路面动态环境不确定性和量测噪声干扰的汽车碰撞危险估计算法。首先,构建"路面状况-车速-最大减速度"模糊推理模型,即由路面状况和自车车速,经模糊推理智能算法快速获取车辆制动最大减速度;建立基于运动学的预测模型,考虑上述路面附着状况动态变化和传感器量测噪声带来的不确定性,采用蒙特卡洛法实时计算自车当前行驶环境下的碰撞概率。根据汽车动力学和道路有关参数预测车辆紧急制动和转向的轨迹,从而得到制动避撞与换道避撞的碰撞概率。以交叉路口和追尾工况为例,对比分析了不同路面情况下制动避撞和转向避撞的碰撞概率,从而为车辆选择合理的避撞方式。结果表明,所提出的危险估计算法与真实交通动态环境下的紧急避撞行为比较相符,具有良好的有效性和可行性。     

高速公路弯道路段车辆紧急避撞安全换道模型

针对高速公路弯道路段安全换道问题,本文中基于侧向速度正态分布拟合方法,建立了考虑人-车-路相互作用的高速公路弯道路段车辆紧急避撞安全换道模型,并依据车辆安全避撞位置关系,提出了车辆弯道换道的安全性约束条件,获得了车辆制动换道方式下的车辆最小避撞安全距离。通过与传统模型和2自由度车辆动力学模型仿真对比,结果表明,该模型能较准确地描述车辆弯道路段换道运动轨迹和计算车辆避撞最小安全距离。车辆弯道避撞安全换道模型充分考虑了人、车、路之间的协同关系,为智能车辆与辅助驾驶的研究提供了参考。     

基于自然驾驶数据的跟车场景潜在风险评估

为弥补传统风险评价指标对相对速度较小的跟车场景危险水平评价能力的不足，减少跟车场景中追尾事故的发生，提出了跟车场景潜在风险的概念。将假定前车以较大制动减速度减速条件下的风险称为潜在风险，并构建了代表驾驶人在潜在危险跟车场景下进行避撞操作需满足的最大反应时间的参数时间裕度（TM）。由于追尾危险工况中常见采取的避撞操作可分为制动和制动转向两大类，分别对典型制动避撞过程和制动转向避撞过程进行了分析，从而推导出分别针对2种跟车潜在危险场景的TM计算方式。通过自动筛选与人工筛选结合，获得了中国自然驾驶数据库（China-FOT）中具有中国驾驶人特点的制动避撞危险工况87个和转向制动避撞危险工况40个进行分级，并基于图像处理方法提取了前车制动开始时刻的TM值，从而得到跟车场景潜在风险两级危险域的划分。结果表明：制动避撞场景下，本车车速过低和过高时，TM值的变化均不明显；而在制动转向避撞场景中，只有速度较高时阈值才保持不变。通过对正常驾驶视频的分析，引入对比组共计正常跟车制动工况163例和正常跟车转向变道工况151例的车头时距（THW）值，其统计分析结果与支持向量机分类结果均难以清晰描述跟车场景危险水平与本车速度之间的关系。为研究跟车场景潜在风险评价在自动驾驶中的应用，对于制动避撞场景，在设定TM值不变和相对速度不变的条件下，分别对基于TM的最小相对距离和距离碰撞时间（TTC）值进行了仿真，仿真结果显示，相比于TTC而言，TM的评价稳定性受相对速度影响小，在自动驾驶跟车策略开发和避免其发生责任追尾事故中有重要应用价值。     

视线遮挡条件下面向弱势道路使用者的避撞策略研究

由于视线障碍物造成的“鬼探头”事故已经成为当前城市道路交通事故的主要类型之一。针对汽车碰撞视线遮挡条件下横穿的弱势道路使用者(VRU)的场景, 设计了1种基于碰撞时间比和安全制动距离的避撞策略, 建立车辆与VRU的交通状态数学模型, 分析“鬼探头”场景下的制动避撞临界距离。结合临界距离和车辆与VRU的碰撞时间比, 将可以避免碰撞的场景分为3种工况, 分别采用不同的制动减速度, 建立自动紧急制动避撞策略。通过Euro NCAP CPNC测试场景对该策略与传统TTC制动算法进行比较分析。结果表明, 在Euro NCAP CPNC测试场景中, 自车利用该避撞策略在理想情况下能够在更高的车速情况下完成避撞; 在不能避免碰撞的高速行驶工况中较传统TTC算法能够更加有效降低碰撞速度, 同时降低事故重伤风险和死亡风险, 提高车辆的安全性。      

基于车路协同的车辆换道Logistic模型研究

本文基于车路协同系统下的多车数据,提取车路协同中距离和速度指标,利用python进行参数估计,并验证了模型的可靠性,同时结合车辆换道过程中的目标车道上前车和后车的距离和速度信息进一步对换道需要满足的最小间距问题进行说明,提出在车路系统系统中嵌套车辆换道最小间距模块,结合车辆换道最小间距和Logistic模型可以减小车辆换道判断误差,为驾驶者提供更加准确的换道参考。     

七招避免车祸发生

（1）前车变道紧跟行。行驶在高速路或快速路上时，前车突然打转向灯，变换车道。碰到这种情况，有可能是前方路中间有障碍物，或前方发生事故，需要紧急避让。所以，最佳处理方法是跟着前车打转向灯，变换车道，而非加速超过前车。实际上，高速路行驶，只盯着前车完全不够，更安全的方法是紧盯前方两三台车的制动灯，以便能更早做出预判。     

汽车防追尾碰撞数学模型研究

为了提高车辆在高速行驶状态下的主动安全性能,研究了处于追尾行驶状态的本车与前车的运动学特征;针对前车的不同运动状态分别推导出了跟车距离的计算模型并分析了模型中3个关键参数的随机性和动态性,对制动迟滞时间提出了基于模糊推理的确定方法,对本车制动减速度和前车的运动加速度提出了比较实用的动态测算公式;另外,研究了防追尾碰撞的控制与执行,建立了动态调整安全制动停车距离的神经网络模型,提出了基于危险裕度判别的安全控制方法。     

低等级公路隧道轮廓带设置间距优化研究

低等级公路隧道行车环境具有半封闭、低照度、参照物少、养护清洗频率低等特征,导致普通视线诱导设施难以辨识,驾驶人距离感缺失,行车时易对前车及横向车距判断错误,极易造成追尾、碰撞等交通事故。基于车辆跟驰和驾驶人侧向有效视距对隧道车辆安全行驶的影响,进行轮廓带设置间距对车距、车道保持作用的研究,确定可有效提高驾驶人的距离感知能力和车道保持能力的轮廓带合理设置间距。     

基于PreScan的AEB系统纵向避撞算法及仿真验证CSCD

采用自动紧急制动(AEB)可以辅助驾驶员避免纵向碰撞。该文对比了5种AEB算法对避免纵向碰撞仿真验证制动效果。以自动制动结束时的己车与前车的距离来判断制动效果的4种安全距离(AS)算法是:Mazda、Honda、Berkeley、Seungwuk Moon;另一种是以即碰时间(TTC)为判断制动效果的TTC算法。在Simulink中运行的汽车主动安全的仿真平台Pre Scan上进行仿真验证。结果表明:在不干扰扰驾驶员正常驾驶前提下,这5种算法中,以即碰时间的TTC算法的纵向避撞性能最优。     

自动驾驶汽车基础测试场景构建研究（双语出版）

针对L2/L3级自动驾驶汽车的仿真测试和封闭场地测试认证需求，结合现有L2/L3级自动驾驶汽车量产车型的主要功能特点，提出自动驾驶汽车基础测试场景群的构建方法。首先针对指定的道路交通环境，分析主车和周围交通参与者可能的相对位置和运动方向的组合，确定复杂场景群。其次分别以主车功能所确定的各个可能运动方向，依此与各干扰车辆的可能运动方向（包括任一干扰车辆不存在的情形）进行组合，组合时采用PICT组合测试工具，并添加必要的运动约束条件，选择参数组合覆盖标准自动生成全部的组合场景群。最后结合场景筛选规则，筛选出具有测试价值的覆盖各个层级及功能的基础测试场景群。采用场景构建方法，对于主车处于三车道中间车道的路段场景和无红绿灯的十字路口场景，分别构建62种和33种基础测试场景。根据驾驶人行为特性、交通规则、汽车在城市、郊区和高速公路工况下的典型车速、加减速度、横向加速度、交通事故和自然驾驶数据库的有关场景数据等，设计主车换道工况的测试用例。采用模型预测控制框架建立主车局部路径规划和控制仿真模型，并对主车危险换道场景进行仿真。研究结果表明：主车在邻车道前车大减速的情况下实现了减速换道并避免了与本车道前车和邻车道前后车的碰撞，同时跟踪到期望跟车间距，验证了该换道测试用例的有效性。     

基于深度学习LSTM的智能车辆避撞模型及验证

建立了一种基于深度学习长短期记忆(LSTM)网络的智能车辆避撞模型.搭载虚拟测试驾驶(VTD)仿真软件的模拟驾驶器;针对跟车行驶、前车紧急制动这一危险工况,开展模拟驾驶实验;以相对距离、相对速度、前车减速度、碰撞时间、横向距离作为输入参数;通过未经训练的样本数据对模型迁移性进行验证,并与传统反向传播(BP)神经网络进行...     

安全切入场景下的驾驶人初始制动时刻分析

基于中国自然驾驶项目的China-FOT数据库，研究安全切入场景下的驾驶人制动响应，为研究自动驾驶功能在安全切入场景下的控制策略开发及测试评价提供参考。首先使用人工截取车载视频的方法初步筛选出266例安全切入场景工况，通过观看车载视频提取交通环境参数（包括光照条件、切入车辆切入方向、车辆类型、横向位置变化等）以及本车驾驶人制动响应等视频数据；通过自动截取CAN总线数据提取本车车速、加速度等车辆动力学参数；并使用MATLAB图像分析的方法估算两车相对速度、相对距离等图像处理结果。然后基于提取到的工况数据，分析驾驶人响应类型及分布，得出在前车安全切入场景下，本车驾驶人保持本车道行驶的响应行为占96.24%，保持本车道行驶且同时制动的响应比例为51.13%。因此，对前车安全切入时，本车驾驶人保持本车道行驶的同时采取制动响应的行为进行了更深入的研究，以提取的136例符合此响应行为的工况数据为基础，以THW（Time Headway）值作为表征参数分析驾驶人初始制动时刻特征。预设交通环境、切入车辆参数、本车参数中可能对THW值产生影响的因素，分析THW值在预设的影响因素下的分布情况，并使用皮尔逊相关性检验验证THW值与该因素的相关关系，最终确定切入车辆类型、两车相对车速及相对距离与THW值显著相关。最后使用以上显著影响因素的参数进行聚类分析，得到5种典型的安全切入场景下的制动工况。     

基于车联网的行人主动避撞策略及仿真验证

针对行人从静止遮挡车辆前方穿出并与主车碰撞的“鬼探头”危险场景,提出一种基于车联网的行人主动避撞系统控制策略。首先,建立主车、遮挡车和行人间相对位置关系模型,通过车车通信获取遮挡车前方的行人状态信息;其次,根据目标进入时间、目标离开时间、碰撞剩余时间和安全避撞时间4个危险状态判断评价指标,建立分级制动策略,并通过下层PID控制调节制动压力实现车辆控制;最后,基于PreScan、CarSim和MATLAB联合仿真平台,搭建该危险场景并验证所提出控制策略的有效性。结果表明,该策略能够实现避撞功能,且性能优于基于宽度触发的行人主动避撞策略。     

基于无人机视频拍摄的高速公路小型车换道行为特性

为了研究高速公路小型车的换道行为特性，采用2台无人机同时在200 m的高空对交通流进行拍摄，获取交通流运行状态。构建拍摄路段的高精度地图，获取每一时刻车辆的精确运行状态数据，在此基础上对2个视频进行拼接，最终获得车道位置、速度、车辆编号等8项关键指标，共提取换道行为1 520条，筛选后得到完整的自由换道数据942条。采用车辆轨迹是否持续偏移作为判断换道行为起终点的依据，在此基础上分析换道的时间长度、空间长度、与周边车辆的相互状态以及换道行为的安全性等16个特征参数。得出平均换道时间长度为6.09 s，平均换道空间距离为148.08 m，换道时间与空间长度均符合对数正态分布。换道车辆与目标车道后方车辆的平均距离最小（34.29 m），其相对距离在10 m以内的占28.24%，驾驶人为了加快行驶，在与目标车道后方车辆相对距离较小的情况下，依然采取换道措施。与正前方车辆的相对速度差最大，平均值为10.2 km·h^-1，并且在83%的情况下，本车的速度大于前车，说明车辆自由换道是由于前方车辆行驶速度较慢所引起。采用TTC，MTC分别对换道起始时刻的安全性进行分析，并将安全状态划分为4种类型：严重-紧急状态、严重-非紧急状态、非严重-紧急状态、非严重-非紧急状态。其中严重-非紧急，非严重-非紧急这2种状态占比最高。该研究成果对了解中国驾驶人在高速公路上的换道行为特性，以及对建立适用于中国实际交通环境特征的换道行为模型具有一定参考意义。     

驾驶员避撞转向行为的改进K-means聚类与识别

本文中根据不同工况驾驶员转向行为数据,提出了基于驾驶员避撞转向行为特征的聚类算法。首先搭建驾驶模拟器,采集了定半径转向、常规换道和紧急避撞转向工况下的驾驶行为数据,通过对比正常行驶和紧急避障工况下驾驶员转向行为数据,定性分析了紧急避撞转向特点。之后,利用皮尔逊相关系数法分析了描述驾驶员转向行为的观测变量与紧急避撞转向行为的相关性,得出转向盘转速与转向工况的相关性最高。接着,以转向盘转速作为聚类特征参数,利用改进K均值(K-means++)聚类方法对转向行为数据进行了聚类,将转向行为划分为正常转向和紧急避撞转向,实现了紧急避撞转向工况的识别。最后,通过实车试验验证了所提出的紧急避撞转向行为K-means++聚类方法可有效识别驾驶员紧急避撞转向行为,聚类精度达96.7%。