用于躲避轉(zhuǎn)向操作的路徑規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大體涉及一種用于在手動駕駛車輛中提供路徑規(guī)劃和產(chǎn)生的系統(tǒng)和方法， 并且更特別地，涉及一種用于在手動駕駛車輛中提供路徑規(guī)劃和路徑產(chǎn)生的系統(tǒng)和方法， 包括響應(yīng)于車輛前方檢測到的移動物體而改變車輛轉(zhuǎn)向路徑，其中物體可以相對于車輛運 動沿橫向或縱向方向移動。
【背景技術(shù)】
[0002] 當今車輛的操作變得更加自主化，即，車輛能夠以越來越少的駕駛員干預(yù)來提供 駕駛控制。巡航控制系統(tǒng)已經(jīng)用在車輛上很多年，其中車輛操作者能設(shè)定車輛特定的速度， 而車輛將會維持在該速度而不需要駕駛員操作油門。自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)最近已經(jīng)在該領(lǐng) 域中得以發(fā)展，其中，不僅僅是系統(tǒng)維持設(shè)定速度，而且將會在采用各種傳感器檢測到較慢 移動的前方車輛的情況下自動使車輛減速，各種傳感器例如是雷達和攝像機。某些現(xiàn)代車 輛還提供自主泊車，其中車輛會自動地提供轉(zhuǎn)向控制來停泊車輛。如果駕駛員做出可能影 響車輛穩(wěn)定的快速的轉(zhuǎn)向改變，那么某些車輛系統(tǒng)進行干預(yù)。某些車輛系統(tǒng)試圖將車輛保 持在道路上車道的中心附近。此外，完全自主的車輛已經(jīng)被證實能夠在模擬的城市交通中 達到30mph的行駛，從而觀察道路的所有規(guī)則。
[0003] 隨著車輛系統(tǒng)的改善，他們會變得更自主化，目標是成為完全自主駕駛的車輛。例 如，未來的車輛可能會利用自主系統(tǒng)來進行車道改變、通過、避開交通或進入交通等等。平 滑操縱和自動車道定中以及車道改變控制對于自主駕駛車輛中的駕駛員和乘客的舒適性 是重要的。然而，由于傳感器和致動器的等待時間，測量的車輛狀態(tài)可能與實際車輛狀態(tài)不 同。這種不同會引起不正確的路徑產(chǎn)生，這將會影響車道改變的粗糙度。
[0004] 美國專利號8170739(于2012年5月1日公布的，名稱為用于自動車道定中和車道改 變控制系統(tǒng)的路徑產(chǎn)生算法，轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人，并且通過參考并入本文），公開了一 種用于提供自動車道定中心和/或車道改變目的的路徑產(chǎn)生的系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用了一個或 多個前視攝像機，前視攝像機檢測車輛前方的車道標記以識別車輛在其上行駛的行駛車 道。期望的路徑產(chǎn)生處理器接收來自攝像機的信號，車輛狀態(tài)信息和車輛的轉(zhuǎn)向角，以及車 輛車道改變的請求。該系統(tǒng)還包括路徑預(yù)測處理器，路徑預(yù)測處理器基于車輛狀態(tài)信息來 預(yù)測車輛路徑，車輛狀態(tài)信息包括車輛縱向速度，車輛橫向速度，車輛橫擺率以及車輛轉(zhuǎn)向 角。將期望路徑信息和預(yù)測路徑信息相比較以產(chǎn)生誤差信號，誤差信號被發(fā)送到車道改變 控制器，車道改變控制器提供轉(zhuǎn)向角信號以使車輛轉(zhuǎn)變方向并且減少誤差信號，其中路徑 產(chǎn)生處理器利用五階多項式方程來基于輸入信號確定車輛的期望路徑。
[0005] Lee等人的美國專利申請公開號2010/0082195(名稱為采用自主車輛控制系統(tǒng)自 適應(yīng)地控制車輛操作的方法，轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人并且通過參考并入本文）公開了在 '739專利中披露的路徑產(chǎn)生算法的改進，其包括基于預(yù)測的行駛路徑和估計的道路位置確 定優(yōu)選的車輛行駛路徑。
[0006] ' 739專利和' 195申請沒有在半自主或自主駕駛的車輛中提供用于避免碰撞目的 期望路徑產(chǎn)生和自動車輛轉(zhuǎn)向（如果在車輛前方檢測到移動物體）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本公開描述了用于在手動駕駛車輛中提供路徑規(guī)劃和產(chǎn)生的系統(tǒng)和方法，其提供 避免碰撞目的的轉(zhuǎn)向校正。該方法包括基于車輛運動感測數(shù)據(jù)和車輛參數(shù)確定車輛的預(yù)測 路徑。該方法還包括檢測車輛前方的移動物體，并且確定如果車輛沿著預(yù)測路徑以當前車 輛速度行駛，在車輛和物體之間是否將會發(fā)生碰撞。該方法確定：如果確定碰撞將會發(fā)生， 那么單獨車輛制動是否將會阻止與物體的碰撞，并且如果不能，則確定物體周圍的轉(zhuǎn)向路 徑。該方法確定移動物體是否在沿相對于車輛路徑的橫向或縱向文向行駛，并且如果物體 在沿橫向方向移動，那么該方法求解五階多項式方程以限定從當前車輛位置到離物體安全 距離的路點的碰撞避免路徑和從該路點到車道中心的返回路徑(車輛自動沿其轉(zhuǎn)向）。如果 物體在沿縱向方向移動，那么該方法確定到路點的碰撞避免路徑，隨后確定鄰近物體的巡 航路徑，以及隨后確定回到車道中心的返回路徑。
[0008] 本發(fā)明包括以下方案：
[0009] 1. 一種用于提供車輛自動轉(zhuǎn)向路徑的方法，所述方法包括：
[0010] 確定車輛是由車輛駕駛員手動駕駛；
[0011] 基于車輛運動感測數(shù)據(jù)和車輛參數(shù)確定車輛的預(yù)測路徑；
[0012] 檢測車輛前方的移動物體；
[0013] 確定如果車輛沿著預(yù)測路徑以當前車輛速度行駛，在車輛和物體之間是否將要發(fā) 生碰撞；
[0014] 如果確定碰撞將要發(fā)生，那么確定單獨的制動是否將阻止與物體的碰撞；
[0015] 如果確定車輛制動將不會阻止與物體的碰撞，那么確定物體周圍的轉(zhuǎn)向路徑；
[0016]沿轉(zhuǎn)向路徑自動轉(zhuǎn)向車輛；以及
[0017] 從自動轉(zhuǎn)向?qū)⑥D(zhuǎn)向控制讓渡回給駕駛員。
[0018] 2.根據(jù)方案1的方法，其中確定預(yù)測路徑包括使用車輛方向角、車輛縱向速度、車 輛橫向速度、車輛橫擺率、車輛轉(zhuǎn)向角、車輛質(zhì)量、車輛慣量、車輛前部和后部側(cè)偏剛度以及 車輛車軸與車輛重心之間的距離。
[0019] 3.根據(jù)方案1的方法，其中以時間序列確定預(yù)測路徑包括求解差分方程：
[0020]
[0021] 其中ypre3d是車輛的橫向位置，是車輛的方向角，Vx是車輛縱向速度，Vy是車輛 橫向速度，r是車輛的橫擺率，δ是轉(zhuǎn)向角，m是車輛質(zhì)量，I是車輛慣量，Cf和Cr分別是車輛前 部和后部側(cè)偏剛度，以及a和b分別是從重心（112)到車輛前車軸和后車軸的距離。
[0022] 4.根據(jù)方案3的方法，其中確定預(yù)測路徑包括限定時間序列預(yù)測路徑為參數(shù)的三 階多項式方程。
[0023] 5.根據(jù)方案4的方法，其中確定參數(shù)的預(yù)測路徑包括通過最小化成本函數(shù)求解多 項式方程中的未知參數(shù)。
[0024] 6.根據(jù)方案1的方法，其中確定單獨的車輛制動是否將會阻止碰撞包括計算用于 碰撞避免的需要的減速并且將需要的減速與車輛的最大可能減速進行比較。
[0025] 7.根據(jù)方案1的方法，其中確定車輛和物體之間的碰撞是否將要發(fā)生包括限定移 動物體周圍的碰撞邊界，基于移動物體的速度、物體的移動方向、移動物體的大小以及碰撞 時間值，并且確定車道定中路徑是否與碰撞邊界相交。
[0026] 8 .根據(jù)方案7的方法，其中確定物體周圍的轉(zhuǎn)向路徑包括確定從當前車輛位置到 碰撞邊界上的路點的碰撞避免路徑，所述方法進一步包括向碰撞避免路徑上的路點轉(zhuǎn)向車 輛。
[0027] 9.根據(jù)方案8的方法，其中確定碰撞避免路徑包括選擇到碰撞邊界上的多個路點 的多個可能的碰撞避免路徑中的一個，其中在道路邊界內(nèi)的到當前車輛位置的最近的路點 被選擇為算法避免路徑。
[0028] 10.根據(jù)方案8的方法，其中確定碰撞避免路徑包括基于初始車輛條件和道路邊界 條件求解五階多項式方程。
[0029] 11.根據(jù)方案10的方法，其中五階多項式方程為：
[0030] yAp(x) =as, Apx5+a4, Apx4+a3, Apx3+a2, Apx2+ai, Apx+ao, ap ?
[0031 ]對于時間0<t<tTTC，其中初始條件限定為：
[0032] yAp(O) =0,
[0033] y7 ap(0) =0,
[0034] 3/'沖(〇) = 2。2，
[0035] 并且邊界條件限定為：
[0036 ] yAP ( VxtTTC ) - y lane ( VxtTTC ) +DlX，
[0037] y Ap( VxtTTc) -y lane (VxtTTC)，
[0038] y〃 AP( VxtTTC) =y〃 lane (VxtTTC )，
[0039 ]其中yAP是碰撞避免路徑上的車輛橫向位置，ylane是車道定中路徑上的車輛橫向位 置，3()，，31，，32』卩，33』卩，34，和35^是未知系數(shù)并且使用初始條件和邊界條件來確定，1：? 是碰撞時間值，V X是車輛縱向速度，而DLC是與車道中心的橫向偏移。
[0040] 12.根據(jù)方案8的方法，其中檢測車輛前方的移動物體包括確定移動物體是否在沿 相對車道定中路徑的橫向方向或側(cè)向方向移動。
[0041 ] 13.根據(jù)方案12的方法，其中確定物體周圍的轉(zhuǎn)向路徑包括如果物體在沿橫向方 向移動，則確定從路點到車道中心的返回路徑。
[0042] 14.根據(jù)方案13的方法，其中確定返回路徑包括通過基于初始條件和道路邊界條 件求解五階多項式方程確定返回路徑。
[0043] 15.根據(jù)方案14的方法，其中五階多項式方程為：
[0044] yRp(x) = a5,RPX5+a4,RPX4+a3,Rpx3+a2,RPX 2+ai,Rpx+ao,Rp?
[0045] 對于時間tTTC<t<t?，其中初始條件限定為：
[0046] yRp (vxtrrc)= yAP (Vxtrrc)，
[0047] y7 rp (VxtTTc) = y7 ap (νχ?ττο) ?
[0048] y〃rp (vxtrrc) =y〃AP( Vxtrrc)，
[0049] 以及邊界條件限定為：
[0050] yRP(VxtTTR) =yiane(VxtTTR)，
[0051 ] y' RP(VxtTTR) lane(VxtTTR)，
[0052] y〃RP(VxtTTR) =y〃lane(VxtTTR)，
[0053] 其中yAP是碰撞避免路徑上的車輛橫向位置，yRP是返回路徑上的車輛橫向位置， 丫13116是車道定中路徑上的車輛橫向位置，&(),[^，&1,[^，&2,[^，&3,[? 3，&4,[?3和&5,[^5是未知系數(shù)并 且使用初始條件和邊界條件來確定，tTTC是碰撞時間值，tTTR是返回時間值，而Vx是車輛縱向 速度。
[0054] 16.根據(jù)方案13的方法，其中確定車輛轉(zhuǎn)向路徑包括:如果物體在沿相對于車輛的 縱向方向移動或如果物體太長而僅能通過碰撞避免路徑和返回路徑避免，那么確定碰撞避 免路徑和返回路徑之間的巡航路徑。
[0055] 17.根據(jù)方案16的方法，其中確定巡航路徑包括基于初始條件和道路邊界條件求 解五階多項式方程。
[0056] 18.根據(jù)方案17的方法，其中所述五階多項式方程為：
[0057] yep (X) =a5, cpx5+a4, cpx4+a3, cpx3+a2, cpx2+ai, cpx+ao, cp，
[0058] 對時間tTTC < t < tTTS，其中初始條件限定為：
[0059] ycp(VxtTTC) =yAP(VxtTTC)，
[0060] y7 cp(vxtTTc) =y7 Αρ(νχ?ττο),
[0061