推荐 | 自动驾驶中的紧急转向辅助系统

自动驾驶在紧急避撞中当前使用的策略是采用自动紧急制动AEB进行刹车避撞，对于小型整车质量车型比如轿车、小型SUV、小型MPV等能够在一定程度上起到避撞作用，但是针对质量大的大型货车等，在高速情况下很难采用紧急制动的方式刹住车，即使刹住车，也会由于惯性过大，后车货箱部分与车头部分“追尾”，其结果并非驾驶员预期。针对此问题，我们研究了另一种避撞方式，即“紧急转向辅助，Evasive Steering Support (ESS-T)”。

概述

在特定驾驶工况下, 驾驶员可以有多种方式选择与前方车辆或行人避撞，最简单的就是刹车制动和转向避撞。 之前的文章有提到关于计算预碰撞时间Time to collision，TTC与Time to steering，TTS的具体你方法，其TTS是可以作为激活ESS的阈值条件。即当在系统检测避撞所需要的时间TTC大于阈值时，可以同时计算转向避撞时间TTS，若此时TTS小于阈值，则通过紧急转向进行避撞可以满足要求。其主要是通过辅助驾驶员转向进行避撞，其目的是提升驾驶员转向反应能力和转向力度。其触发前提是驾驶员有转向动作后，系统检测到碰撞危险，通过给驾驶员转向力施加转向偏移实现辅助转向。

ESS相应的原理如下：
环境传感器（前雷达、前视摄像头、前角雷达、后角雷达）探测潜在碰撞风险的同时，监控到驾驶员通过打转向进行避撞时，ESS系统计算理想的路径并指引驾驶员参照该路径施加必要的附加转向扭矩或转来避免碰撞。

状态定义

下图表示了ESS功能的运行转移图。

其中，OFF表示驾驶员可通过影音娱乐系统关闭ESS功能；
Failure表示驾驶员可通过自检及互检后，系统出现失效等问题；Passive表示自检无故障后进入ESS待机状态；Active表示无抑制条件后，ESS激活控制整车；Exit表示ESS控制完成后退出，亦或者表示ESS在激活期间，由于其他意外退出条件，而意外退出事件；Override表示ESS激活期间，驾驶员通过油门或转向控制整车；2.1 目标选择紧急转向辅助ESS的相关目标可以是运动目标，也可以是静止目标。其通过传感器检测到的目标纵向距离应该大于默认的阈值，为了确保ESS在激活期间是稳定的，需要确保检测到的目标在一定的时间内是稳定的。能被ESS选择的目标必须是本车道内的目标，且同时应该检测到如下的目标属性。

序号	目标参数	描述
1	纵向距离dxv	表示了目标距离本车前保险杠的距离
2	横向距离dyv	表示了目标与本车在横向的重叠量
3	目标宽度Obj_Width	表示了通过前雷达或前视摄像头识别到的目标车辆宽度
4	纵向速度Vx	表示了目标纵向速度
5	纵向加速度ax	表示了目标纵向加速度

2.2 碰撞危险性分析如前文所述，碰撞危险性可通过分析TTC时间得出，通过探测到本车TTC是否大于设定碰撞阈值，判断是否发生碰撞危险。碰撞危险性主要是通过危险等级进行分析，包含如下几个等级：

• 等级1

驾驶员已识别碰撞危险，系统辅助驾驶员制动（EBA），碰撞无法避免驾驶员未识别碰撞危险，系统通过舒适制动（ACC），碰撞无法避免驾驶员未识别碰撞危险，系统通过适度转向，碰撞无法避免

• 等级2

驾驶员未识别危险，且驾驶员未进行转向操作，系统进行全力制动2.3 转向路径预测如前文所述，在计算TTS的时候需要运用横向运动学原理，当横向偏移量大于一个给定阈值时，自车可以在纵向碰撞点（TTC时刻）通过转向来避免碰撞，该阈值大于等于自车和目标对象的车宽总和的一半，即： 

故通过为了避免碰撞，则需要在TTS时间内控制本车移动经过yoffset距离即可避免碰撞，当然在实际应用中为了保证在变道中的安全性，可能会根据目标车的不同类型进行区分，如目标车为大货车时，其偏移量yoffset可设置得较大一些。系统控制过程中利用移动位移与移动时间划分等分的n个时间段，对应相应的n个时间段距离，控制方式是系统计算总体转向角度，同时参照驾驶员打转向的转角，控制本车移动到目标位置上。

当然，预估轨迹过程中可能存在如下一些抑制条件阻碍本车变道进入旁车道。1）邻车道有对向来车经过；

2）邻车道有前车，其处于减速或本身距离不够，导致预估计算与本车的TTC小于阈值；

3）邻车道有后车，其处于加速，导致其预估计算与本车的TTC小于阈值；

2.4 转向辅助激活条件紧急转向辅助要求整车需要具备如下条件才能进入激活待机：1) 速度范围限值：在系统设计时需要充分考虑前方目标是静止目标还是运动目标，从而确定本车适用速度范围，其速度范围可参照AEB速度范围限制；2) 道路曲率限值：紧急转向辅助不能在道路曲率过大的路面使用，否则容易引起转向失控，从而甩出车道；3) 油门开度限值：若激活紧急转向辅助期间，驾驶员踩油门大于一定阈值，则紧急转向辅助将无法控制横向；4) 其余基础整车条件：如EMS是否开启、ESC相关功能（如TCS、ABS等）是否启动、TCU档位信息、EPS转向控制状态等等；满足如上条件后，ESS可通过如下方式进入激活状态：1) 驾驶员意识到危险，打转向准备变道，系统从待机开始激活；

2) 转向路径上无抑制条件阻碍本车变道，系统开始辅助驾驶员控制转向变道；

特殊条件分析

当然，对于紧急转向辅助来讲，有一种情况是要进行单独区分的，就是驾驶员主观意识的变道或变道超车行为。故针对如上情况，我们可以通过如下方式进行区分：
1）当检测到驾驶员有打转向灯动作且无接管方向盘时，认为驾驶员意欲变道，由驾驶员确认的自动变道功能进行处理，ESS不介入；2）当检测到驾驶员有打转向灯动作且同时接管方向盘转向时，认为驾驶员主观意欲变道，由驾驶员主观变道功能进行处理，ESS不介入；3）当检测到驾驶员有打转向灯动作、接管方向盘转向同时踩油门幅度大于一定阈值时，认为驾驶员主观意欲变道超车，由驾驶员主观变道功能进行处理，ESS不介入；4）当ESS控制整车向一侧转向时，驾驶员突然朝另一侧打转向，则ESS退出。