技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于汽車安全領(lǐng)域，涉及車輛換道主動(dòng)防碰撞技術(shù)，具體涉及一種具有多模式的基于線控轉(zhuǎn)向的換道避撞控制方法，用于提高汽車的行駛安全性。

技術(shù)背景：

隨著電子和傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，電控系統(tǒng)在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的運(yùn)用越來越廣泛深入，從電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electronic hydrostatic power steering,EHPS)發(fā)展到電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electronic power steering system,EPS)，再到現(xiàn)今的線控轉(zhuǎn)向(Steer-by-wire,SBW)系統(tǒng)，給汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)帶來的不僅是結(jié)構(gòu)上的變化，更多是品質(zhì)性能上的大幅躍升。與傳統(tǒng)的EHPS相比，雖然EPS具有提高了汽車操縱穩(wěn)定性，效率高、能耗少、裝配性好等優(yōu)點(diǎn)，但始終沒有突破傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)桎梏，依然存在如下問題：1)由于是機(jī)械連接，當(dāng)使用EPS作為換道避撞系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，易與駕駛員發(fā)生沖突，人機(jī)協(xié)調(diào)性不足；2)由于EPS參數(shù)匹配沒有充分兼顧不同駕駛員的適應(yīng)性，而且在緊急情況下定傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向響應(yīng)慢；3)EPS只考慮一般工況，沒有考慮全氣候和全路面條件,因此以EPS作為換道避撞執(zhí)行機(jī)構(gòu)缺乏一定的智能化，這有違當(dāng)下汽車發(fā)展的主流。

然而，SBW的出現(xiàn)卻給汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)帶來了一場(chǎng)革命，完全顛覆了傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)理念，取消了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪的機(jī)械連接，取而代之的是電子線路控制，從而徹底擺脫了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所固有的弊端，所以若以SBW作為換道避撞系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，則完全不存在人機(jī)協(xié)調(diào)問題,而且SBW具有可變傳動(dòng)比，如遇緊急情況可快速響應(yīng)。此外SBW還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)和實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還有利于和其他系統(tǒng)集成并進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)與控制，提高汽車安全性和舒適性。雖然SBW取消了機(jī)械連接，但路感作為駕駛員駕駛過程中必不可少的部分，可幫助駕駛員更好的掌握當(dāng)前的路面情況，為此，SBW系統(tǒng)專門用一個(gè)電機(jī)給駕駛員提供路感。并且伴隨國(guó)家層面上對(duì)線控技術(shù)的重視以及《中國(guó)制造2025》的出臺(tái)，線控轉(zhuǎn)向顯然已成為當(dāng)今汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)和未來汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展的必然趨勢(shì)，并且隨著各大高校、科研院所以及相關(guān)企業(yè)大量深入的研究，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)勢(shì)必會(huì)得到較為快速的發(fā)展和推廣使用，市場(chǎng)應(yīng)用前景非常可觀。

換道作為車輛駕駛過程中一種常見的行為，但由于駕駛員視野的局限性以及大霧、雨雪等惡劣天氣以及路面附著條件等因素的影響，駕駛員往往不能很好的了解周圍道路交通環(huán)境，在換道過程中容易發(fā)生危險(xiǎn)，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來潛在的威脅。與此同時(shí)，考慮到先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng)(Advanced Driver Assistance System,ADAS)雖然在很大程度上能提高行車的安全性，但在實(shí)際使用過程中也暴露出一些共性問題，其中最具挑戰(zhàn)性的當(dāng)屬人機(jī)協(xié)調(diào)控制問題，并且該問題在很大程度上影響駕駛員對(duì)輔助系統(tǒng)的接受程度。因此，在理論分析的基礎(chǔ)上，以線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為新的換道避撞實(shí)現(xiàn)平臺(tái)和途徑，提出一種具有多模式的基于線控轉(zhuǎn)向的換道避撞控制方法，旨在降低車輛換道時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防交通事故的發(fā)生，切實(shí)提高換道車輛的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明目的在于提出一種具有多模式的基于線控轉(zhuǎn)向的換道避撞控制方法，用于降低車輛換道風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防換道交通事故的發(fā)生，切實(shí)提高換道車輛的安全性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種具有多模式的基于線控轉(zhuǎn)向的換道避撞控制方法，可根據(jù)宿主車輛與目標(biāo)車道車輛的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，綜合考慮路面附著條件和天氣情況，根據(jù)換道危險(xiǎn)程度的不同而采用不同的控制模式；整個(gè)控制系統(tǒng)包括信息采集層、決策層以及執(zhí)行層；其中信息采集層包括傳感器模塊和人工選擇模塊；決策層包括駕駛員轉(zhuǎn)向意圖識(shí)別模塊和輔助控制模塊；執(zhí)行層采用線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及觸覺、聽覺、視覺人機(jī)預(yù)警交互接口。

技術(shù)方案中所述的換道避撞控制方法，其傳感器模塊包括測(cè)速雷達(dá)、測(cè)距雷達(dá)、宿主車輛車速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，分別用于測(cè)量宿主車輛與目標(biāo)車道后方車輛的距離D、目標(biāo)車道后方車輛的車速V_f、宿主車輛車速V_h以及方向盤轉(zhuǎn)角θ；人工選擇模塊可由駕駛員根據(jù)當(dāng)前路面附著和天氣情況選擇不同的時(shí)間閾值。

技術(shù)方案中所述的換道避撞控制方法，綜合考慮天氣和路面附著情況，針對(duì)冰雪路面、潮濕路面、干路面設(shè)置不同的時(shí)間閾值T_i(i＝1、2、3)，由于三種路面的附著系數(shù)不同，即冰雪路面附著系數(shù)<潮濕路面附著系數(shù)<干路面附著系數(shù)，同時(shí)考慮到雨雪天氣和晴天駕駛員的興奮度不同，綜合考慮后設(shè)定T₁>T₂>T₃。在車輛啟動(dòng)后，系統(tǒng)主動(dòng)提示駕駛員根據(jù)當(dāng)前的天氣環(huán)境和路面情況進(jìn)行T_i選擇，若駕駛員沒有選擇，則恢復(fù)至默認(rèn)值T₃，也就是干路面時(shí)間閾值。

技術(shù)方案中所述的具有多模式的基于線控轉(zhuǎn)向的換道避撞控制方法，具體包括預(yù)警、預(yù)警+半自動(dòng)控制、預(yù)警+全自動(dòng)控制三種換道避撞模式。在單純預(yù)警和預(yù)警+半自動(dòng)控制模式下，駕駛員擁有對(duì)車輛的控制權(quán)，而在預(yù)警+全自動(dòng)控制模式下，換道輔助系統(tǒng)獲得對(duì)車輛的優(yōu)先控制權(quán)，短暫接管車輛。

技術(shù)方案中所述的換道避撞控制方法，其決策層通過駕駛員轉(zhuǎn)向意圖識(shí)別模塊確定駕駛員是否轉(zhuǎn)向,即當(dāng)檢測(cè)到θ>θ₀時(shí)，認(rèn)為駕駛員開始轉(zhuǎn)向，其中θ₀為一個(gè)轉(zhuǎn)角閾值，從而可避免因小航偏角的車道偏離對(duì)換道避撞系統(tǒng)的影響。

技術(shù)方案中所述的換道避撞控制方法，其信息采集層采集的信號(hào)，經(jīng)決策層計(jì)算出一個(gè)時(shí)間值并將該值與設(shè)定的時(shí)間閾值T_i相比較，比較的結(jié)果結(jié)合駕駛員轉(zhuǎn)向意圖辨識(shí)結(jié)果作為不同控制模式的啟動(dòng)條件。其中，T_i設(shè)置過大會(huì)影響正常換道，增加人機(jī)沖突；T_i過小則會(huì)導(dǎo)致?lián)Q道危險(xiǎn)的增加，所以時(shí)間閾值T_i在保證安全的前提下，在一定范圍內(nèi)可由駕駛員根據(jù)自身駕駛習(xí)慣進(jìn)行設(shè)定。

技術(shù)方案中單純預(yù)警模式：當(dāng)1.5T_i<t≤2T_i且駕駛員換道時(shí)啟動(dòng)，系統(tǒng)只控制蜂鳴器進(jìn)行預(yù)警以提示駕駛員目標(biāo)車道內(nèi)后方有車，預(yù)警頻率為0.8Khz，持續(xù)時(shí)間為1s；語(yǔ)音提示：換道請(qǐng)注意安全。此時(shí)儀表指示燈為綠色用以提示目標(biāo)車道后方有車，但輛車的相對(duì)距離還是足夠換道的，所以此時(shí)換道安全。

技術(shù)方案中預(yù)警+半自動(dòng)控制模式：當(dāng)T_i<t≤1.5T_i且在駕駛員換道時(shí)，啟動(dòng)該模式。在預(yù)警的同時(shí)，主動(dòng)控制線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的路感模擬電機(jī)提供附加阻力矩以增加轉(zhuǎn)向換道時(shí)的沉重感，在一定程度上可提示駕駛員當(dāng)前換道存在風(fēng)險(xiǎn)。其中，路感模擬電機(jī)提供的附加阻力矩不宜過大，應(yīng)保證駕駛員能覆蓋該附加阻力矩；同時(shí)也不能過小，否則無法有效通過觸覺提示駕駛員當(dāng)前換道環(huán)境；若駕駛員及時(shí)取消換道操作，路感模擬電機(jī)提供的附加阻力矩快速減小為0。該模式下的蜂鳴器預(yù)警頻率為1Khz，持續(xù)時(shí)間為2s；語(yǔ)音提示：存在風(fēng)險(xiǎn)，建議取消換道。此時(shí)儀表警示燈為黃色以警示駕駛員取消換道操作，但車輛最終換道與否由駕駛員決定。

技術(shù)方案中預(yù)警+自動(dòng)控制模式：當(dāng)t≤T_i且檢測(cè)到駕駛員有換道意圖時(shí)，啟動(dòng)該模式；轉(zhuǎn)向車輪回正并鎖死方向盤以屏蔽駕駛員轉(zhuǎn)向輸入；同時(shí)預(yù)警頻率為1.5khz，持續(xù)時(shí)間為3s；語(yǔ)音提示：危險(xiǎn)，禁止換道。儀表警示燈為紅色表明此時(shí)已經(jīng)不存在換道允許條件，所以嚴(yán)禁換道。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

1.根據(jù)宿主車輛與目標(biāo)車道后方車輛的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來劃分換道危險(xiǎn)程度，并根據(jù)危險(xiǎn)程度的不同設(shè)置了預(yù)警、預(yù)警+半自動(dòng)控制、預(yù)警+全自動(dòng)控制三種換道避撞模式，多模式的設(shè)計(jì)提高了控制方法的針對(duì)性以及實(shí)用性。

2.將天氣和路面附著情況納入避撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在綜合考慮天氣和路面附著條件情況下，著重針對(duì)冰雪路面、潮濕路面、干路面設(shè)置不同的時(shí)間閾值T_i(i＝1、2、3)，其中T₁>T₂>T₃，在車輛啟動(dòng)后，系統(tǒng)主動(dòng)提示駕駛員根據(jù)當(dāng)前的天氣環(huán)境和路面情況進(jìn)行T_i選擇，若駕駛員沒有選擇，則恢復(fù)至默認(rèn)值T₃，也就是干路面時(shí)間閾值。這很大程度上提高了車輛避撞系統(tǒng)智能化程度，同時(shí)也使系統(tǒng)更加完善、性能更加可靠，更符合人性化的設(shè)計(jì)初衷。

3.對(duì)駕駛員轉(zhuǎn)向操作進(jìn)行辨識(shí)，即當(dāng)檢測(cè)到θ>θ₀時(shí)，認(rèn)為駕駛員開始轉(zhuǎn)向，其中θ₀為一個(gè)轉(zhuǎn)角閾值，從而可避免因小航偏角的車道偏離對(duì)換道避撞系統(tǒng)的影響。

4.采用了多重預(yù)警方式，視覺(警示燈)、聽覺(蜂鳴器)、觸覺(附加方向盤力矩)，其中蜂鳴器預(yù)警分為提示預(yù)警和危險(xiǎn)預(yù)警，有效提高了預(yù)警的可靠性。

5.基于不同的控制模式，蜂鳴器的預(yù)警頻率與持續(xù)時(shí)間、語(yǔ)音提示的內(nèi)容、警示燈的顏色也是有所不同的，有利于駕駛員對(duì)換道環(huán)境的識(shí)別并指導(dǎo)駕駛員采取安全有效的操作。

6.以線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于沒有了機(jī)械連接，所以相比于EHPS以及EPS等機(jī)械式結(jié)構(gòu)，可以降低人機(jī)沖突，提高人機(jī)控制的協(xié)調(diào)性，提高用戶的接受度。

7.整個(gè)換道避撞系統(tǒng)中沒有用攝像頭,降低了整套系統(tǒng)的復(fù)雜程度，節(jié)約成本，便于在中、低檔轎車中推廣使用。

附圖說明：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

圖1是所提出的控制系統(tǒng)組成示意圖；

圖2是車輛換道示意圖；

圖3是路感電機(jī)力矩施加示意圖；

圖4是系統(tǒng)控制流程圖；

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的描述。

參閱圖1和圖2，整個(gè)控制系統(tǒng)包括信息采集層、決策層以及執(zhí)行層；其中信息采集層包括傳感器模塊和人工選擇模塊；決策層包括駕駛員轉(zhuǎn)向意圖識(shí)別模塊和輔助控制模塊；執(zhí)行層采用線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及觸覺、聽覺、視覺人機(jī)預(yù)警交互接口。傳感器模塊包括測(cè)速雷達(dá)、測(cè)距雷達(dá)、宿主車輛車速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，分別用于測(cè)量宿主車輛與目標(biāo)車道后方車輛的距離D、目標(biāo)車道后方車輛的車速V_f；、宿主車輛車速V_h以及方向盤轉(zhuǎn)角θ；人工選擇模塊可由駕駛員根據(jù)當(dāng)前路面附著和天氣情況選擇不同的時(shí)間閾值T_i(i＝1、2、3)，分別對(duì)應(yīng)冰雪路面、潮濕路面、干路面。

決策層首先要對(duì)駕駛員轉(zhuǎn)向操作進(jìn)行辨識(shí)，即當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角傳感器檢測(cè)到θ>θ₀時(shí)，可認(rèn)為駕駛員開始轉(zhuǎn)向，其中θ₀為一個(gè)轉(zhuǎn)角閾值，從而可避免因小航偏角的車道偏離對(duì)換道避撞系統(tǒng)的影響。

換道時(shí)可認(rèn)為宿主車輛的縱向速度V_h不變并且忽略宿主車輛換道對(duì)目標(biāo)車道車輛V_f的影響，故可認(rèn)為V_f不變，考慮到換道時(shí)車輛的橫向速度相比于縱向速度很小，可忽略V_L；所以可由決策模塊計(jì)算得到然后通過t與時(shí)間閾值T_i比較啟動(dòng)不同的控制模式。多模式具體包括預(yù)警、預(yù)警+半自動(dòng)控制、預(yù)警+全自動(dòng)控制三種換道避撞模式。在單純預(yù)警和預(yù)警+半自動(dòng)控制模式下，駕駛員擁有對(duì)車輛的控制權(quán)，而在預(yù)警+全自動(dòng)控制模式下，輔助系統(tǒng)獲得對(duì)車輛的優(yōu)先控制權(quán)，短暫地接管車輛。

參閱圖3和圖4，在車輛啟動(dòng)后，系統(tǒng)提醒駕駛員進(jìn)行T_i選擇，如未選擇，系統(tǒng)默認(rèn)為干路面時(shí)間閾值T₃。當(dāng)1.5T_i<t≤2T_i且駕駛員換道時(shí)，單純預(yù)警模式啟動(dòng)。系統(tǒng)只控制蜂鳴器進(jìn)行預(yù)警以提示駕駛員目標(biāo)車道內(nèi)后方有車，預(yù)警頻率為0.8Khz，持續(xù)時(shí)間為1s，語(yǔ)音提示：換道請(qǐng)注意安全。儀表警示燈為綠色表示目標(biāo)車道后方雖然有來車，但距離還是足夠換道的，所以此時(shí)換道安全。

當(dāng)T_i<t≤1.5T_i且在駕駛員換道時(shí)，預(yù)警+半自動(dòng)控制模式啟動(dòng)。正常行駛時(shí)，路感電機(jī)只提供回正力矩給駕駛員以便駕駛員更好的掌握當(dāng)前行駛的道路情況；而在該模式下，路感電機(jī)不僅要提供必要的回正力矩，還要提供附加阻力矩增加換道轉(zhuǎn)向的沉重感以提示駕駛員當(dāng)前換道存在風(fēng)險(xiǎn)。其中，路感電機(jī)提供的附加阻力矩不宜過大，應(yīng)保證駕駛員能覆蓋該附加阻力矩；同時(shí)也不能過小，否則無法有效通過觸覺提示駕駛員當(dāng)前換道環(huán)境。該模式下的蜂鳴器預(yù)警頻率為1Khz，持續(xù)時(shí)間為2s；語(yǔ)音提示：存在風(fēng)險(xiǎn)，建議取消換道。儀表警示燈為黃色表示換道存在風(fēng)險(xiǎn)，建議駕駛員取消換道操作，但車輛最終換道與否由駕駛員決定。

當(dāng)t≤T_i且檢測(cè)到駕駛員有換道意圖時(shí)，預(yù)警+自動(dòng)控制模式啟動(dòng)。立即控制車輪回正并鎖死方向盤以屏蔽駕駛員轉(zhuǎn)向輸入；同時(shí)預(yù)警頻率為1.5khz，持續(xù)時(shí)間為3s；語(yǔ)音提示：危險(xiǎn)，禁止換道。儀表警示燈為紅色表明此時(shí)已經(jīng)不存在換道允許條件，所以嚴(yán)禁換道。