[发明专利]一种行人过街工况下车辆避撞轨迹的规划方法

权利要求书

1.一种行人过街工况下车辆避撞轨迹的规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)，在车辆内设置速度传感器、GPS和雷达，实时获得车辆和行人的位置、速度信息；

步骤2)，以检测到行人的时间点为避撞初始时刻；

在初始时刻：以车辆俯视图最前端一点作垂直于道路方向上的直线为Y轴，以车辆右侧道路的边界为X轴，X轴、Y轴的交点为原点，车辆行驶方向为X方向，行人行走方向为Y方向，将车辆和行人的位置转换为坐标系内的坐标；

步骤3)，规划车辆避撞过程中行驶的空间上的几何路径：

步骤3.1)，令行人垂直于道路方向过街，以初始时刻时行人质心在地面的投影点为宽中点、宽为1米、长为道路宽度的矩形区域作为行人过街区域，即碰撞区域，同时以车辆到达碰撞区域的时间点为避撞末时刻，结合车辆在避撞初始时刻所在位置，利用五次多项式拟合路径：

式中，x为车辆沿平行于道路方向上的位置，y为车辆沿垂直于道路方向上的位置，x_f和y_f分别为避撞末时刻车辆的横纵坐标位置；a_i为五次多项式的系数；

步骤3.2)，车辆避撞过程中，根据车辆在避撞过程中的初始和末时刻的位置信息、速度信息和加速度信息共6个约束确定a_i：

式中，y_i、和分别为每个规划周期内y坐标方向上车辆的初始横向位置、横向速度和横向加速度，和分别为每个规划周期内y坐标方向上车辆的末横向速度和横向加速度，v_i为每个规划周期内车辆的初始速度，θ_i为每个规划周期内车辆的初始航向角；x_f由障碍物的初始位置决定，y_f由道路宽度进行约束；

步骤4)，规划车辆避撞过程中x方向的时间上的速度状态，将行人过街工况下的智能避撞系统的速度规划分为t_bc、t_bg、t_c、t_u四个阶段，具体各个阶段的车速规划步骤如下：

步骤4.1)，t_bc时段为制动系统克服制动间隙阶段，该时间段内车辆的速度和车辆行驶的状态为：

式中，v(t)为车辆关于时间t的速度函数，x(t)为车辆关于时间t的位移函数，X_bc为该时间内x轴方向上车辆行驶的位移，v_veh(0)为车辆避撞初始速度；

步骤4.2)，t_bg时段为制动系统克服制动间隙后制动力与制动减速度迅速增长阶段，此时车速开始下降，该时间段内车速和车辆行驶的距离为：

式中，a(t)为车辆关于时间t的加速度函数，X_bg为t_bg时段内x轴方向上车辆行驶的位移，a_bmax是预设的最大制动减速度；

步骤4.3)，t_c为持续制动阶段，针对于行人过街这种突发极端工况，安全性是第一指标，所以首先需要车速尽可能迅速的降低到一种可控的速度，此时制动减速度保持最大值不变，并使车速直线下降至可变安全速度v_s；该时间段内车辆的速度、持续制动到安全速度的时间和车辆行驶的距离为：

式中：t_b为t_bc和t_bg时间之和，X_c为t_c时段内x轴方向上车辆行驶的位移；

步骤4.4)，最后的t_u为匀速行驶阶段直到避撞过程结束，该时间段内车辆的速度、车辆行驶的距离、匀速行驶的时间和ttcz为：

式中：ttcz为车辆从开始检测到前方障碍物时刻起至行驶到碰撞区域的时间；x_ped(0)为行人x轴方向上的初始位置，t_d为t_b和t_c时间之和；

步骤5)，根据车辆避撞过程中行驶的空间上的几何路径和车辆避撞过程中x方向的时间上的速度状态生成车辆避撞的候选轨迹；

步骤6)，以安全性、稳定性和交通高效性作为目标对该候选轨迹进行优化；

步骤6.1)，安全性目标采用安全性代价函数表征，安全性代价函数采用避撞末时刻时Y方向上行人与汽车之间的距离描述，考虑到该距离越大表示避撞安全性越高，取该距离的倒数表示轨迹T_k的安全性代价函数c_a(T_k)：

式中，为避撞末时刻n时的人车相对距离，r_veh为车辆横向半径；

步骤6.2)，稳定性目标采用稳定性代价函数表征，稳定性代价函数采用避撞过程中的侧向加速度表征，取避撞过程中的侧向加速度绝对值的平均值表示轨迹T_k的稳定性代价函数c_s(T_k)：

式中，为车辆避撞过程中j时刻的侧向加速度，n为避撞所花费的时间；

步骤6.3)，交通高效性目标采用交通高效性代价函数表征，交通高效性代价函数采用避撞过程中的车速与避撞初始车速的差值表示，取避撞过程中的速度与初始速度的差值表示轨迹T_k的交通高效性代价函数c_e(T_k)：

式中，为车辆避撞过程中j时刻的车速，为避撞初始车速；

步骤6.4)，根据轨迹T_k避撞性能、车辆稳定性、交通高效性的代价函数得到综合代价函数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分别为预设的轨迹T_k避撞性能、车辆稳定性、交通高效性的权值系数；

步骤6.5)，计算各条轨迹的综合代价函数，取综合代价函数最小的轨迹为最优轨迹。