[發明專利]一種行人過街工況下車輛避撞軌跡的規劃方法

有效

• 申請號: 202010176767.5
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111391828B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 王春燕;馮健;匡登明;趙萬忠;施帥朋;顏伸翔;何鵬;吳子涵
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B60W30/095
• 分類號: B60W30/095
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

1.一種行人過街工況下車輛避撞軌跡的規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)，在車輛內設置速度傳感器、GPS和雷達，實時獲得車輛和行人的位置、速度信息；

步驟2)，以檢測到行人的時間點為避撞初始時刻；

在初始時刻：以車輛俯視圖最前端一點作垂直于道路方向上的直線為Y軸，以車輛右側道路的邊界為X軸，X軸、Y軸的交點為原點，車輛行駛方向為X方向，行人行走方向為Y方向，將車輛和行人的位置轉換為坐標系內的坐標；

步驟3)，規劃車輛避撞過程中行駛的空間上的幾何路徑：

步驟3.1)，令行人垂直于道路方向過街，以初始時刻時行人質心在地面的投影點為寬中點、寬為1米、長為道路寬度的矩形區域作為行人過街區域，即碰撞區域，同時以車輛到達碰撞區域的時間點為避撞末時刻，結合車輛在避撞初始時刻所在位置，利用五次多項式擬合路徑：

式中，x為車輛沿平行于道路方向上的位置，y為車輛沿垂直于道路方向上的位置，x_f和y_f分別為避撞末時刻車輛的橫縱坐標位置；a_i為五次多項式的系數；

步驟3.2)，車輛避撞過程中，根據車輛在避撞過程中的初始和末時刻的位置信息、速度信息和加速度信息共6個約束確定a_i：

式中，y_i、和分別為每個規劃周期內y坐標方向上車輛的初始橫向位置、橫向速度和橫向加速度，和分別為每個規劃周期內y坐標方向上車輛的末橫向速度和橫向加速度，v_i為每個規劃周期內車輛的初始速度，θ_i為每個規劃周期內車輛的初始航向角；x_f由障礙物的初始位置決定，y_f由道路寬度進行約束；

步驟4)，規劃車輛避撞過程中x方向的時間上的速度狀態，將行人過街工況下的智能避撞系統的速度規劃分為t_bc、t_bg、t_c、t_u四個階段，具體各個階段的車速規劃步驟如下：

步驟4.1)，t_bc時段為制動系統克服制動間隙階段，該時間段內車輛的速度和車輛行駛的狀態為：

式中，v(t)為車輛關于時間t的速度函數，x(t)為車輛關于時間t的位移函數，X_bc為該時間內x軸方向上車輛行駛的位移，v_veh(0)為車輛避撞初始速度；

步驟4.2)，t_bg時段為制動系統克服制動間隙后制動力與制動減速度迅速增長階段，此時車速開始下降，該時間段內車速和車輛行駛的距離為：

式中，a(t)為車輛關于時間t的加速度函數，X_bg為t_bg時段內x軸方向上車輛行駛的位移，a_bmax是預設的最大制動減速度；

步驟4.3)，t_c為持續制動階段，針對于行人過街這種突發極端工況，安全性是第一指標，所以首先需要車速盡可能迅速的降低到一種可控的速度，此時制動減速度保持最大值不變，并使車速直線下降至可變安全速度v_s；該時間段內車輛的速度、持續制動到安全速度的時間和車輛行駛的距離為：

式中：t_b為t_bc和t_bg時間之和，X_c為t_c時段內x軸方向上車輛行駛的位移；

步驟4.4)，最后的t_u為勻速行駛階段直到避撞過程結束，該時間段內車輛的速度、車輛行駛的距離、勻速行駛的時間和ttcz為：

式中：ttcz為車輛從開始檢測到前方障礙物時刻起至行駛到碰撞區域的時間；x_ped(0)為行人x軸方向上的初始位置，t_d為t_b和t_c時間之和；

步驟5)，根據車輛避撞過程中行駛的空間上的幾何路徑和車輛避撞過程中x方向的時間上的速度狀態生成車輛避撞的候選軌跡；

步驟6)，以安全性、穩定性和交通高效性作為目標對該候選軌跡進行優化；

步驟6.1)，安全性目標采用安全性代價函數表征，安全性代價函數采用避撞末時刻時Y方向上行人與汽車之間的距離描述，考慮到該距離越大表示避撞安全性越高，取該距離的倒數表示軌跡T_k的安全性代價函數c_a(T_k)：

式中，為避撞末時刻n時的人車相對距離，r_veh為車輛橫向半徑；

步驟6.2)，穩定性目標采用穩定性代價函數表征，穩定性代價函數采用避撞過程中的側向加速度表征，取避撞過程中的側向加速度絕對值的平均值表示軌跡T_k的穩定性代價函數c_s(T_k)：

式中，為車輛避撞過程中j時刻的側向加速度，n為避撞所花費的時間；

步驟6.3)，交通高效性目標采用交通高效性代價函數表征，交通高效性代價函數采用避撞過程中的車速與避撞初始車速的差值表示，取避撞過程中的速度與初始速度的差值表示軌跡T_k的交通高效性代價函數c_e(T_k)：

式中，為車輛避撞過程中j時刻的車速，為避撞初始車速；

步驟6.4)，根據軌跡T_k避撞性能、車輛穩定性、交通高效性的代價函數得到綜合代價函數c_total(T_k)＝ω_a·c_a(T_k)+ω_s·c_s(T_k)+ω_e·c_e(T_k)，式中，ω_a、ω_s、ω_e分別為預設的軌跡T_k避撞性能、車輛穩定性、交通高效性的權值系數；

步驟6.5)，計算各條軌跡的綜合代價函數，取綜合代價函數最小的軌跡為最優軌跡。