一种车辆紧急制动系统及其控制方法与流程

本发明涉及主动安全技术领域，具体涉及一种基于激光雷达与视觉的自动巡航紧急制动系统。

背景技术：

据调查，90％的交通事故是由于驾驶员注意力不集中引起的，而配备了AEB系统(Autonomous Emergency Braking自动制动系统)的车辆可降低27％的事故发生率，并能明显减少事故伤亡，提升汽车行驶安全性。欧盟NCAP宣布从2014年开始，将AEB系统列入汽车安全评级加分项中。但是目前的AEB系统在应对城市低速、城间快速及行人保护中，难以可靠的运行，使得系统的可靠性难以保证。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是实现一种系统运行安全、稳定、可靠，能在城市低速、城间快速及行人保护中很好解决车辆与前车发生碰撞的风险，并且在高速情况下实现自动巡航功能的车辆紧急制动系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种车辆紧急制动系统，图像采集单元和雷达采集单元输出所采集的车辆前方障碍物信号至决策控制单元，所述决策控制单元输出控制信号至执行单元，所述执行单元包括油门控制子单元和制动控制子单元。

所述图像采集单元包括固定车内后视镜上采集车辆前方图像信息的相机、以及接收相机图像信号的图像处理单元，所述图像处理单元输出前方障碍物距离和障碍物类别信号至决策控制单元。

所述雷达采集单元包括固定在车辆前保险杠上的激光雷达、以及接收激光雷达信号的雷达信号处理单元，所述雷达信号处理单元输出前方障碍物距离和障碍物速度信号至决策控制单元。

所述激光雷达固定在前保险杠中间位置，且所述激光雷达的离地间隙为40-60cm，所述激光雷达的雷达波中轴线与车辆中轴线平行。

所述车辆紧急制动系统设有为决策控制单元供电的电源单元，以及安装车内与决策控制单元通信的人机交互单元，所述人机交互单元包括显示子单元、报警子单元和命令输入子单元。

所述决策控制单元通过车辆CAN总线获取车辆状态信号，所述车辆状态信号包括车外环境信号、当前车速信号和制动单元报警信号。

一种基于所述的车辆紧急制动系统的控制方法：

步骤1、系统启动；

步骤2、图像采集单元和雷达采集单元同时、实时获取前方障碍物距离信号S1，并将信号S1输送至决策控制单元；

步骤3、比较图像采集单元和雷达采集单元获取的信号S1，若误差在设定范围内则执行下一步，若误差在设定范围之外则返回步骤2；

步骤4、将S1与设定的安全距离S进行比较，若S1大于等于S则返回步骤2，若S1小于S则决策控制单元发送命令给执行单元执行车辆紧急制动。

当行车行驶速度达到预设自动巡航车速以上时，若驾驶员松开油门，则系统控制车辆进入巡航模式，所述巡航模式保持当前车速，并循环执行步骤2至步骤4。

所述安全距离S为动态定义值乘以环境系数，所述动态定义值随着前方障碍物速度增加而增大，同时随当前车速增加而增大，系统根据雷达采集单元获取前方障碍物，以及CAN总线获取的当前车速信号获取当前安全距离S；所述环境系数由车外环境信号决定，若车外环境为安全状态则环境系数为1，若车外环境为非安全状态则环境系数大于1，所述车外环境信号由系统通过CAN总线获取。

所述步骤4中，若S1小于S同时由决策控制单元发出报警；若系统运行过程中，连续由步骤3返回步骤2的循环次数超过设定值，则关闭系统并报警。

本发明通过视觉和激光雷达技术相融合，使得车辆、人员的检测、跟踪更准确，以及各种天气状况下的安全问题得到更好保证，减少了交通事故，提高了安全性并减轻驾驶者的精神压力，系统能够在高速下实现自动巡航功能，并在发生危险的情况下主动实施制动，当发生碰撞危险时，采取紧急制动，能够同时解决了车辆自动巡航及碰撞问题。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为车辆紧急制动系统框图；

图2为车辆紧急制动系统安装示意图；

上述图中的标记均为：10、车辆紧急制动系统；11、决策控制单元；12、图像采集单元；121、相机；122、图像处理单元；13、雷达采集单元；131、激光雷达；132、雷达信号处理单元；14、人机交互单元；15、电源供给单元；20、执行单元；30、车辆状态。

具体实施方式

如图1所示，车辆紧急制动系统10包括车辆紧急制动系统10、决策控制单元11、图像采集单元12、雷达采集单元13、人机交互单元14、电源供给单元15和执行单元20。图像采集单元12用于获取本车前方的视频或图像信息并处理得到本车在车道中的前方车辆和人员信息。雷达采集单元13用于检测本车前方障碍物的距离、速度信息。人机交互单元14实现系统的打开和关闭，并显示警示信息。决策控制单元11接收图像采集单元12、雷达采集单元13输出的信息并处理后输出执行模块，执行模块控制制动和油门；通过人机交互界面输出相应的警示信号。这里以视觉和激光雷达131技术相融合，使得车辆、人员的检测、跟踪更准确，以及各种天气状况下的安全问题得到更好的保证。

图像采集单元12包括相机121、图像处理单元122，相机121用于获取本车前方的视频或图像信息，图像处理单元122对视频或图像信息进行处理，并将处理后的信号输送至决策控制单元11，图像采集单元12可以对本车道内车辆、人员进行识别，提高了驾驶安全性的预判，通过对前方障碍物的识别，可以辅助控制一些车辆上的行人保护装置(如前盖上的气囊)，当发生碰撞时，仅在识别碰撞障碍物为行人时，才开启行人保护装置，避免误开启气囊，降低车辆碰撞后的维修成本。

雷达采集单元13包括激光雷达131、雷达信号处理单元132，激光雷达131安装在本车前保中间位置处且离地距离为40-60cm，激光雷达131的发射激光束垂直于本车前保险平面；雷达信号处理单元132对激光雷达131接收到的光波信号进行处理得到所述的本车前方障碍物的距离、速度信息。通过雷达采集单元13来对本车前方障碍物进行检测，更能精确地确定本车的前车目标，一旦前车目标选择的非常准确，那么可以更好的预防碰撞的危险。

人机交互界面可以通过按钮开启或关闭系统，警示信息的显示主要是LED、声音或图标信息给予警示。决策控制单元11通过车辆CAN总线获取车辆状态30信号，车辆状态30信号包括车外环境信号、当前车速信号和制动单元报警信号。电源供给单元15为决策控制器和系统的其他电子元器件供电。

执行单元20包括油门控制子单元和制动控制子单元，油门控制子单元为主要用来控制油门大小的部件。制动控制子单元为主要用来控制制动力大小的部件。

基于上述车辆紧急制动系统10的控制方法：

步骤1、系统启动；

步骤2、图像采集单元12和雷达采集单元13同时、实时获取前方障碍物距离信号S1，并将信号S1输送至决策控制单元11；

步骤3、比较图像采集单元12和雷达采集单元13获取的信号S1，若误差在设定范围内则执行下一步，若误差在设定范围之外则返回步骤2；

步骤4、将S1与设定的安全距离S进行比较，若S1大于等于S则返回步骤2，若S1小于S则决策控制单元11发送命令给执行单元20执行车辆紧急制动。

仅通过雷达采集单元13确定行驶在本车前方的车辆即目标车辆可能会存在误差，为了保证安全，这里图像采集单元12也对目标车辆的位置进行确定。通过图像采集单元12、雷达采集单元13两者同时对目标车辆进行判定，且两者分别进行判断，判断后比较，若两者的结果相同，则说明目标车辆识别的很准确；如果两者的结果不相同，则说明目标车辆可能识别错误，这时候为了安全、可靠，需要对目标车辆重新进行识别。

决策控制单元11执行步骤4时，仅获取雷达采集单元13实时采集计算的与前车的距离S1，本车和目标车辆之间的距离S1与安全距离S进行比较；若S1＜S，决策控制单元11输出警示信息到人机交互单元14，并发送命令给执行单元20；通过上述步骤，可以保证本车与前车之间的距离为安全的距离，避免前车急刹车而导致的交通事故，提高驾驶员驾车的安全性。

运行过程中，步骤4中S1小于S同时由决策控制单元11发出报警；若系统运行过程中，连续由步骤3返回步骤2的循环次数超过设定值，则关闭系统并报警，此时可能存在其中一个采集单元故障或系统故障，为避免错误执行制动指令，设置此报警步骤，从而保证系统运行的可靠性。

为了更加精准的控制制动时机，安全距离S为动态定义值乘以环境系数，动态定义值随着前方障碍物速度增加而增大，同时随当前车速增加而增大，可以预先制作一个安全距离表或者曲线，车辆根据当前运行状况实时获取当前的动态定义值，环境系数由车外环境信号决定，若车外环境为安全状态则环境系数为1，若车外环境为非安全状态则环境系数大于1(如1.2)，安全状态则为晴天，非安全状则为雨雪天，从而在雨雪天增大安全距离，保证足够的制动距离。

此外系统兼具巡航功能，当行车行驶速度达到预设自动巡航车速以上(如设定巡航速度为60km/h)时，决策控制单元11通过对车辆状态30单元信号的采集，如果油门放开，便自动进入到巡航模式。车辆在自动巡航状态下，实时检测前方车辆、及人员。在满足安全情况下实现定速巡航，当前方车辆低于巡航的速度时，系统通过执行单元20控制车辆的速度及安全距离，当不满足安全距离是会自动进行制动的干预，当有碰撞的危险时，会执行紧急制动。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。