[發(fā)明專利]一種保障自動(dòng)駕駛交叉口通行安全的關(guān)鍵沖突點(diǎn)確定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110049620.4
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112356836B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龍科軍;劉洋;吳偉;鄒道興;郝威;向往
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B60W30/18
• 分類號(hào): B60W30/18;B60W50/00;G08G1/0967
• 代理公司: 長(zhǎng)沙中海宏圖專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43224
• 代理人: 羅霞

1.一種保障自動(dòng)駕駛交叉口通行安全的關(guān)鍵沖突點(diǎn)確定方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟1：確定交叉口大小、進(jìn)口道和出口道的車道數(shù)、每條車道的寬度，對(duì)車道編號(hào)，在交叉口建立直角坐標(biāo)系，用直線方程或曲線方程刻畫(huà)從交叉口進(jìn)口道到出口道的每條路徑，將路徑方程聯(lián)立，求得路徑間沖突點(diǎn)的坐標(biāo)，沖突點(diǎn)按類型可分為分流沖突點(diǎn)、合流沖突點(diǎn)、交叉沖突點(diǎn)，根據(jù)路徑的走向?qū)_突點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)；r表示路徑，R表示路徑的集合，r∈R，p_r，i表示路徑r上第i個(gè)沖突點(diǎn)，坐標(biāo)為(x_r，i，y_r，i)，Ω_r⁽⁰⁾表示路徑r上所有沖突點(diǎn)的集合，其中p_r，i∈Ω_r⁽⁰⁾；

步驟2：當(dāng)沒(méi)有車輛通過(guò)沖突點(diǎn)時(shí)，沖突點(diǎn)的時(shí)刻為0，當(dāng)車輛進(jìn)入交叉口通過(guò)沖突點(diǎn)后，更新沖突點(diǎn)的時(shí)刻，根據(jù)更新后沖突點(diǎn)的時(shí)刻對(duì)路徑上所有沖突點(diǎn)進(jìn)行篩選，得到每條路徑篩選后的沖突點(diǎn)集合；

步驟3：在步驟2獲得的集合中，選取第一個(gè)沖突點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，計(jì)算集合中各沖突點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的距離，車輛以最快速度行駛，判斷從基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)刻T_n，p*^(j)出發(fā)，行駛一段距離后到達(dá)第i個(gè)沖突點(diǎn)的時(shí)刻t_r，*，i+T_n，p*^(j)，與該沖突點(diǎn)的時(shí)刻T_n，pi大小關(guān)系，如果小于，根據(jù)第i個(gè)沖突點(diǎn)的時(shí)刻調(diào)整基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)刻為T_n，p*^(j+1)，繼續(xù)計(jì)算從基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)刻出發(fā)行駛到達(dá)第i+1個(gè)沖突點(diǎn)的時(shí)刻，并判斷大小；如果大于說(shuō)明安全，迭代計(jì)算找出關(guān)鍵沖突點(diǎn)，車輛根據(jù)關(guān)鍵沖突點(diǎn)調(diào)整行駛速度即可。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保障自動(dòng)駕駛交叉口通行安全的關(guān)鍵沖突點(diǎn)確定方法，其特征在于，所述步驟1包括如下步驟：

步驟11：對(duì)每個(gè)方向進(jìn)口道和出口道分別從最內(nèi)側(cè)開(kāi)始編號(hào)，第k條車道的寬度用l_k表示，交叉口進(jìn)出口方向用d表示，東西南北四個(gè)方向分別用E、W、S、N表示，d∈{E、W、S、N}，在交叉口建立直角坐標(biāo)系，d方向第k條車道的位置點(diǎn)用p_d，k表示，坐標(biāo)為(x_d，k，y_d，k)；對(duì)于直行路徑，由公式計(jì)算路徑方程：

(y-y_d2，k2)/(y_d1，k1-y_d2，k2)＝(x-x_d2，k2)/(x_d1，k1-x_d2，k2) (1)

對(duì)于轉(zhuǎn)彎路徑可以用橢圓方程或圓方程確定路徑方程，對(duì)于圓弧路徑，由公式計(jì)算：

(x-a_d1，d2)²+(y-b_d1，d2)²＝L_d1，d2，k² (2)

式中，(a_d1，d2，b_d1，d2)為d1方向轉(zhuǎn)到d2方向的圓心坐標(biāo)，L_d1，d2，k表示d1方向第k車道轉(zhuǎn)到d2方向第k車道的轉(zhuǎn)彎半徑；其中：東方向左轉(zhuǎn)到南方向的圓心坐標(biāo)為(a_E，S，b_E，S)，x和y的取值范圍分別是-(L_E，S，k-|a_E，S|)≤x≤|a_E，S|、-|b_E，S|≤y≤L_E，S，k-|b_E，S|；北方向左轉(zhuǎn)到東方向的圓心坐標(biāo)為(a_N，E，b_N，E)，x和y的取值范圍分別是-(L_N，E，k-|a_N，E|)≤x≤|a_N，E|、-(L_E，S，k-|b_N，E|)≤y≤|b_N，E|；西方向左轉(zhuǎn)到北方向的圓心坐標(biāo)為(a_W，N，b_W，N)，x和y的取值范圍分別是-|a_W，N|≤x≤L_W，N，k-|a_W，N|、-(L_W，N，k-|b_W，N|)≤y≤|b_W，N|；南方向左轉(zhuǎn)到西方向的圓心坐標(biāo)為(a_S，W，b_S，W)，x和y的取值范圍分別是-|a_S，W|≤x≤L_S，W，k-|a_S，W|、-|b_S，W|≤y≤L_S，W，k-|b_S，W|；|a_d1，d2|表示a_d1，d2的大小；

聯(lián)立兩條路徑方程，可求得沖突點(diǎn)的坐標(biāo)；

步驟12：根據(jù)路徑的走向，對(duì)沖突點(diǎn)坐標(biāo)按與進(jìn)口道位置點(diǎn)的距離由近到遠(yuǎn)依次編號(hào)得到路徑上沖突點(diǎn)的集合用Ω_r⁽⁰⁾表示；

所述步驟2，包括如下步驟：

步驟21：首先根據(jù)不同進(jìn)口方向和轉(zhuǎn)向的路徑定義沖突點(diǎn)的上下游位置，對(duì)于東進(jìn)口、西進(jìn)口方向的路徑，以x坐標(biāo)大小確定上下游沖突點(diǎn)，其中東進(jìn)口方向的路徑上，沖突點(diǎn)x坐標(biāo)大的在上游、西進(jìn)口方向的路徑上，沖突點(diǎn)x坐標(biāo)小的在上游；對(duì)于南進(jìn)口、北進(jìn)口方向的路徑，以y坐標(biāo)大小確定上下游沖突點(diǎn)，南進(jìn)口方向路徑上，沖突點(diǎn)y坐標(biāo)小的在上游，北進(jìn)口方向路徑上，沖突點(diǎn)y坐標(biāo)大的在上游；

步驟22：在集合Ω_r⁽⁰⁾中，先找出最大時(shí)刻的沖突點(diǎn)，當(dāng)最大時(shí)刻的沖突點(diǎn)不唯一時(shí)，選取離進(jìn)口道位置點(diǎn)最近的點(diǎn)；為了確保安全，車輛必須在沖突點(diǎn)時(shí)刻后到達(dá)該沖突點(diǎn)，即車輛到達(dá)沖突點(diǎn)的時(shí)刻大于等于沖突點(diǎn)時(shí)刻，以滿足公式約束：

T_n，pri≥T_pri^(m) (3)

式中：T_pri^(m)表示當(dāng)前時(shí)刻已經(jīng)有m輛車通過(guò)了沖突點(diǎn)p_r，i，沖突點(diǎn)p_r，i的時(shí)刻更新了m次；T_n，pri表示車輛n到達(dá)沖突點(diǎn)p_r，i的時(shí)刻；

則路徑上最大時(shí)刻的沖突點(diǎn)最有可能成為該路徑的關(guān)鍵點(diǎn)；如果車輛能安全通過(guò)最大時(shí)刻的沖突點(diǎn)，則一定能安全通過(guò)該最大時(shí)刻的沖突點(diǎn)下游小于最大時(shí)刻的沖突點(diǎn)；因此剔除集合內(nèi)Ω_r⁽⁰⁾最大時(shí)刻的沖突點(diǎn)下游的所有沖突點(diǎn)，得到更新后集合Ω_r⁽¹⁾；

步驟23：在剩余的點(diǎn)集合Ω_r⁽¹⁾內(nèi)尋找第二大時(shí)刻沖突點(diǎn)，當(dāng)?shù)诙髸r(shí)刻的沖突點(diǎn)不唯一時(shí)，選取離進(jìn)口道位置點(diǎn)最近的點(diǎn)；剔除路徑上第二大時(shí)刻沖突點(diǎn)下游的時(shí)刻小于第二大時(shí)刻的沖突點(diǎn)，得到更新后的集合；

步驟24：重復(fù)步驟23，經(jīng)過(guò)z次迭代后，依次遍歷完路徑r上所有沖突點(diǎn)，能得到備選關(guān)鍵點(diǎn)的集合Ω_r^(z)，此時(shí)集合Ω_r^(z)內(nèi)沖突點(diǎn)的時(shí)刻為遞增的。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種保障自動(dòng)駕駛交叉口通行安全的關(guān)鍵沖突點(diǎn)確定方法，其特征在于，所述步驟3包括如下步驟：

步驟31：以集合Ω_r^(z)中第一個(gè)沖突點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，記做p_r，*，計(jì)算p_r，*到集合內(nèi)其他沖突點(diǎn)的距離；對(duì)于直行路徑，以兩點(diǎn)間距離公式計(jì)算，如公式所示：

式中：L_r，*，i表示路徑r上基準(zhǔn)點(diǎn)p_r，*到集合Ω_r^(z)中第i個(gè)沖突點(diǎn)的距離；(x_r，*，y_r，*)表示基準(zhǔn)點(diǎn)p_r，*的坐標(biāo)，(x_r，i，y_r，i)表示沖突點(diǎn)p_r，i的坐標(biāo)；

對(duì)于圓弧形轉(zhuǎn)彎路徑，根據(jù)計(jì)算圓弧曲線弧長(zhǎng)，如公式所示：

L_r，*，i＝sin^-1θ·L_d1，d2，k (5)

式中，θ為兩沖突點(diǎn)之間與圓心形成的夾角，根據(jù)沖突點(diǎn)和圓心坐標(biāo)求得；

步驟32：如果能確保車輛在最不利的情況下，能安全通過(guò)下一個(gè)沖突點(diǎn)，則能保證車輛在其他情況下均能安全通過(guò)，最不利的情況是指以最短時(shí)間到達(dá)下個(gè)沖突點(diǎn)，即以最大速度行駛；車輛在交叉口內(nèi)最大行駛速度用V_max表示，車輛行駛L_r，*，i距離所需時(shí)間t_r，*，i由公式計(jì)算：

當(dāng)t_r，*，i+T_n，pr*^(j)＜T_n，pri時(shí)，表示沖突點(diǎn)p_r，i對(duì)車輛有制約，根據(jù)T_n，pri時(shí)刻調(diào)整基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)刻，更新后的基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)刻由公式計(jì)算：

T_n，pr*^(j+1)＝T_n，pri-t_r，*，i (7)

當(dāng)t_r，*，i+T_n，pr*^(j)≥T_n，pri時(shí)，表示沖突點(diǎn)p_r，i對(duì)車輛沒(méi)有制約，即只要保證車輛在T_n，pr*^(j)時(shí)刻到達(dá)基準(zhǔn)點(diǎn)，無(wú)論行駛速度如何，均能安全通過(guò)沖突點(diǎn)p_r，i；

步驟33：重復(fù)執(zhí)行步驟32，直到遍歷完集合Ω_r^(z)內(nèi)的所有沖突點(diǎn)，最后一次調(diào)整基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)刻的沖突點(diǎn)為關(guān)鍵沖突點(diǎn)，車輛進(jìn)入交叉口前只需根據(jù)關(guān)鍵沖突點(diǎn)調(diào)整后的基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)刻調(diào)整車速，在該時(shí)刻及以后到達(dá)該基準(zhǔn)點(diǎn)，能滿足所有其他沖突點(diǎn)安全通行。