CN112002144A - 无信号交叉路口行车风险态势评估方法及*** - Google Patents
无信号交叉路口行车风险态势评估方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种无信号交叉路口行车风险态势评估方法及***,包括:步骤1:通过无线通讯技术对目标区域的数据进行采集,得到采集数据;步骤2:根据采集数据判断本车与交叉路口的他车是否有碰撞风险,得出判断结果;步骤3:根据判断结果,计算碰撞风险系数并确定车辆的驾驶方案。本发明实现了交叉路口的交通的快捷引导,以实现车辆协同通过交叉路口的重要目标,缓解了交通压力,提高了驾驶的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及智能驾驶技术领域,具体地,涉及一种无信号交叉路口行车风险态势评估方法及***。尤其地,涉及一种基于车辆意图交互结果的无信号交叉路口行车风险态势评估方法。
背景技术
智能驾驶技术可以代表一个国家的科研实力和工业发展水平,实现车辆行驶的智能化,让驾驶行为中常规的、持久且疲劳的操作由车辆自动完成,驾驶者只做高级操作,可以极大地提高智能交通***的效率和安全性,对增强我国在智能驾驶方面的竞争力有极大的意义。
随着汽车技术的发展,交通拥堵已经成为城市交通的主要问题之一,而交叉路口作为车流集中、环境复杂、容易发生拥堵和交通事故的代表路段,如何实现交叉路口的交通的快捷引导,成为了智能驾驶技术研究的关键问题之一。
专利文献CN110853335A(申请号:201911115220.8)公开了高速公路常发性瓶颈路段协作车队冲突避险自主决策方法,具体步骤为:考虑车辆时间需求强度、车辆类型及车辆行驶意图等因素,基于并列编号占相同排序空间、随机概率等方法确定多车辆冲突避险排列顺序,以各车辆冲突避险排列顺序为基础,基于MAS***结合对策协商机制建立多车辆冲突避险行为决策模型,量化各车辆调整意图交互过程,确定尽可能满足所有车辆利益要求和车辆行驶意图选择偏好的决策方案,实现各车辆冲突避险行为自主决策。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种无信号交叉路口行车风险态势评估方法及***。
根据本发明提供的无信号交叉路口行车风险态势评估方法,包括:
步骤1:通过无线通讯技术对目标区域的数据进行采集,得到采集数据;
步骤2:根据采集数据判断本车与交叉路口的他车是否有碰撞风险,得出判断结果;
步骤3:根据判断结果,计算碰撞风险系数并确定车辆的驾驶方案。
优选的,所述判断碰撞风险,包括:
通过无线通信技术,获得他车以及自车驾驶状态,根据车辆的尺寸、速度、加速度、航向角以及轨迹进行预测;
在车辆碰撞模型建立前,研究自车和他车的驾驶状态,判断自车和他车的轨迹规划,将车辆设定为与车辆大小一致的矩形,根据轨迹规划,得到虚拟轨迹场,得到车辆碰撞模型。
优选的,所述步骤3包括:
若经过计算,判断存在碰撞风险,则发出碰撞预警,采取避撞措施,包括加速、减速;
驾驶员在知道有碰撞风险之后采取措施的时间为t0,驾驶员踩踏板至产生制动力的时间为t1,产生的制动力达制动力的最大值的过程时间为t2,最大制动力维持时间为t3,停车后最大制动力消减至0的时间为t4,设定减速度以k为比例均匀增加,则t2之后的减速度a=amax=kt2,速度所以 则TTC=t0+t1+tb;
v0表示初始速度。
优选的,所述TTA计算方法包括:记车载预警单元识别所需时间为tm,车载预警单元将信息传送给驾驶员的时间为tr,制动***接受车载单元信息所需时间为tc,则驾驶员采取避撞措施所需时间为TTA1=tm+tr+t0+t1+tb,制动***自动采取避撞措施所需时间为TTA2=tm+tc+tb,取TTA=min{TTA1,TTA2};
若0≤M≤0.5,记为高碰撞风险,若0.5<M≤1,记为一般碰撞风险,若M>1,记为低碰撞风险。
优选的,所述步骤3包括:
若在车辆低于预设阈值的交叉路口,基于博弈论,构造决策收益函数,根据各个决策方案的收益值的大小,确定车辆的驾驶方案;
若在车辆低于预设阈值的交叉路口,不改变优先驾驶车辆的原驾驶方案,对非优先驾驶车辆进行减速处理。
根据本发明提供的无信号交叉路口行车风险态势评估***,包括:
模块M1:通过无线通讯技术对目标区域的数据进行采集,得到采集数据;
模块M2:根据采集数据判断本车与交叉路口的他车是否有碰撞风险,得出判断结果;
模块M3:根据判断结果,计算碰撞风险系数并确定车辆的驾驶方案。
优选的,所述判断碰撞风险,包括:
通过无线通信技术,获得他车以及自车驾驶状态,根据车辆的尺寸、速度、加速度、航向角以及轨迹进行预测;
在车辆碰撞模型建立前,研究自车和他车的驾驶状态,判断自车和他车的轨迹规划,将车辆设定为与车辆大小一致的矩形,根据轨迹规划,得到虚拟轨迹场,得到车辆碰撞模型。
优选的,所述模块M3包括:
若经过计算,判断存在碰撞风险,则发出碰撞预警,采取避撞措施,包括加速、减速;
驾驶员在知道有碰撞风险之后采取措施的时间为t0,驾驶员踩踏板至产生制动力的时间为t1,产生的制动力达制动力的最大值的过程时间为t2,最大制动力维持时间为t3,停车后最大制动力消减至0的时间为t4,设定减速度以k为比例均匀增加,则t2之后的减速度a=amax=kt2,速度所以 则TTC=t0+t1+tb;
v0表示初始速度。
优选的,所述TTA计算方法包括:记车载预警单元识别所需时间为tm,车载预警单元将信息传送给驾驶员的时间为tr,制动***接受车载单元信息所需时间为tc,则驾驶员采取避撞措施所需时间为TTA1=tm+tr+t0+t1+tb,制动***自动采取避撞措施所需时间为TTA2=tm+tc+tb,取TTA=min{TTA1,TTA2};
若0≤M≤0.5,记为高碰撞风险,若0.5<M≤1,记为一般碰撞风险,若M>1,记为低碰撞风险。
优选的,所述模块M3包括:
若在车辆低于预设阈值的交叉路口,基于博弈论,构造决策收益函数,根据各个决策方案的收益值的大小,确定车辆的驾驶方案;
若在车辆低于预设阈值的交叉路口,不改变优先驾驶车辆的原驾驶方案,对非优先驾驶车辆进行减速处理。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明实现了交叉路口的交通的快捷引导;
2、本发明以实现车辆协同通过交叉路口的重要目标,缓解了交通压力,提高了驾驶的安全性;
3、本发明对交叉路口的碰撞点进行分析,根据双车道中,每一入口点的直行、左转、右转三种交通流的路线方法,对碰撞碰撞点进行分析,给出了碰撞分析的模型,针对交叉路口车辆较少的时候,基于博弈论,分析在避免碰撞的前提下,尽可能减少通过交叉路口的驾驶时间的决策函数的方法,针对车辆较多的时候,提出了基于V2V的,优先驾驶车辆保持原驾驶方案,非优先驾驶车辆进行减速处理的方案。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1是本发明方法的流程示意图;
图2是交叉路口碰撞点的分布图;
图3是虚拟轨迹场(VTF)图;
图4是交叉路口的交叉碰撞图;
图5是交叉路口的避免交叉碰撞图;
图6是交叉路口的合流碰撞图;
图7是交叉路口的避免合流碰撞图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示,本实施例公开了一套基于车辆意图交互结果的无信号交叉路口行车风险态势评估方法,包括如下步骤S1~S3:
S1、无线讯技术对目标区域的数据进行采集,得到相应数据;
S2、根据上述采集的数据判断本车与交叉路口的其他车辆是否有碰撞风险;
S3、根据上述结果,计算碰撞风险系数并确定本车的驾驶方案。
需要说明的是,交叉路口碰撞点的分布如图2所示,设计的是双车道,在每一个入口点,车辆的目标轨迹可以分为三个方向:直行、左转、右转。根据构成碰撞点的两条轨迹的关系,碰撞点可以分成两类:交叉碰撞点、合流碰撞点。若两条轨迹线是交叉相交的关系,则称交叉碰撞点,例如图2中的圆点标记;若是相切的关系,则称合流碰撞点,例如图2中的矩形标记。
需要进一步说明的是,研究车辆之间的碰撞,建立的两车碰撞模型如图3所示:
按照两车的实际尺寸和驾驶轨迹进行建模,图3表示的为图2中所标记的交叉碰撞点1,其他碰撞点同理。图中,xoy平面代表车辆实际在车道的投影,t轴代表时间,图上任意点(x,y,t)代表t时刻车辆的位置在实际车道的坐标为(x,y),车辆初始位置位于xOy平面,时间t=0,用车的轨迹表示虚拟轨迹场(VTF),用以预测车辆的运动趋势,从而判断是否有碰撞风险。其中O点取交叉路口的中心点,x轴为自车V1入交叉路口前的速度方向,y轴为他车V2入交叉路口前的速度方向。如果两车的虚拟轨迹场存在交点P(x0,y0,t0),则说明两车会在t0时刻,于(x0,y0)位置相撞。
判断车辆碰撞风险的程度一般采用碰撞时间(TTC)的方法,但TTC方法没有考虑在车辆的尺寸,加速度影响因素,所以会造成一定的误差。关于碰撞风险程度的判断,可基于有碰撞风险的车辆之间的最短距离以及车辆的响应时间计算。如果两车速度相差较大,则采用TTC与相比的方法。其中,tf表示车辆响应时间,δ∈(0,1)表示减速因子,μ表示车辆与地面的摩擦因素,g表示重力加速度。
TTC具体计算方法如下:
记驾驶员在知道有碰撞风险之后采取措施的时间为t0,驾驶员踩踏板至产生制动力的时间为t1,产生的制动力达制动力的最大值的过程时间为t2,最大制动力维持时间为t3,停车后最大制动力消减至0的时间为t4。假设减速度以k为比例均匀增加,则t2之后的减速度a=amax=kt2,速度所以 则TTC=t0+t1+tb。
基于两种设定避免碰撞的方式,TTA有两种计算方法。记车载预警单元识别所需时间为tm,记车载预警单元将信息传送给驾驶员的时间为tr,记制动***接受车载单元信息所需时间为tc。则驾驶员采取避撞措施所需时间为TTA1=tm+tr+t0+t1+tb,制动***自动采取避撞措施所需时间为TTA2=tm+tc+tb,取TTA=min{TTA1,TTA2}。
根据VTF方法,如果两车没有碰撞风险,则保持原有的操作方法,沿着预期轨迹驾驶,如果有碰撞风险,则两车需要改变驾驶方案。确定驾驶方案的方法如下:
基于博弈论相关理论,通过交叉路口的过程中,两车有加速和减速两种决策方案,假设自车V1和他车V2在一个决策组合下的收益分别为P1和P2。将时间段[TB,TE]划分为N个时间步,自车V1和他车V2在每个时间步中同时决策。其中,TB表示车辆入交叉路口前第一次进行决策的时间点,TE表示车辆出交叉路口前最后一次进行决策的时间点。
定义收益函数的依据如下:
在保证两车均安全通过交叉路口的同时,设计决策函数,使得两车通过交叉路口所用时间越短,决策收益越高。
决策收益函数的定义如下:
假设两车在通过交叉路口的最大速度为vm,第i(i=1,2…,N)个决策时,车Vj(j=1,2)的速度为加速度为且记两车到碰撞点的的距离为记车量Vj到达碰撞点所需时间为考虑到时间和变化趋势,以 来计算收益。其中
记两车到达碰撞点的时间差为ΔTi,同理,以ΔTi+1+(ΔTi+1-ΔTi)/2来计算收益。其中ΔTi的值如下:
记车辆无碰撞风险的因素的权重为α,车辆尽可能快的通过交叉路口的权重为β=1-α,则收益函数定义如下:
对决策点两车各自进行加速或减速的4种方案分别进行决策收益的计算,根据有限次重复博弈论定理,当决策收益取最大值的方案即为车辆调整的驾驶方案。
该方法不适用于交叉路口的车辆较多的情况。基于V2V的避免碰撞模型方法可以优化上诉方法。根据VTF,若判定有碰撞风险,则可用下述方法确定驾驶方案:
先根据“直行优先于转弯,左转优先于右转,两车相向形式则右车优先于左车”的交通规则,确定两车的优先通行者,优先通行车辆不改变驾驶方案,按原计划继续行驶。非优先通行车辆则需进行减速操作,从而避免碰撞。并对交叉碰点、合流碰撞点分别进行考虑。
对交叉碰撞点,若根据VTF判定两车有碰撞风险,则碰撞形式主要有以下两种情况,如图4、图6。其中,Tij(i=1,2,j=1,2,3,4)中i代表车辆标号,j代表车辆的位置,1,2,3,4分别代表车辆的左前角,右前角,右后角,以及左后角。
1)T11≤T21≤T12,
所以自车V1比他车V2先到达碰撞区域Sabcd,他车V2在到达碰撞区域前,自车V1还未完全通过该碰撞区域。
2)T21≤T11≤T22,车辆位置关系与1)恰好相反。
图中,记他车V2的右侧、左侧边界在行驶过程中,与x轴所成夹角分别为α,β,记他车V2的长为W2,记两车质心的连线为l,记l的长度为L12,记l与x轴所形成夹角为ξ,记他车V2的轨迹与l所成夹角为θ=sin-1(W2/L12),则α=ξ+θ,β=ξ-θ。又因为初状态下自车V1的速度在y轴的分量为0,即又 所以记与x轴所成夹角为所以,两车没有碰撞风险等价于:ω≥α或ω≤β。
根据自车V1或V2作为优先通行车辆,优先通行车辆不改变速度,非优先同行车辆对速度进行调整,避让过程可以分为如下两种情况:
自车V1是优先通行车辆,若要避免碰撞,即:
他车V2是优先通行车辆,若要避免碰撞,即:
对交叉碰撞点,图2中的标记点2,如图5所示,若根据VTF判定两车有碰撞风险,则需对两车采取避撞措施。根据直行优先于转弯的规则知,他车V2为优先驾驶车辆。则他车V2保持原速度驾驶,自车V1先匀减速行驶S11的路径到交叉路口入口线处,再匀速转弯至东侧。
类似于图5,图7给出了避免合流的模型。
车辆Vi的在进行决策时,调整的速度变化量记为Δvi,根据自车V1或者V2作为优先通行者,优先通行车辆不改变速度,非优先同行车辆对速度进行调整,避让过程可以分为如下两种情况:
本实施例基于VTF,判定交叉路口是否有碰撞风险,之后根据交叉路口车辆数量的多少,采用基于博弈论的决策函数的方法,或针对碰撞流的不同类型采用碰撞避免模型,从而避免碰撞风险。
根据本发明提供的无信号交叉路口行车风险态势评估***,包括:
模块M1:通过无线通讯技术对目标区域的数据进行采集,得到采集数据;
模块M2:根据采集数据判断本车与交叉路口的他车是否有碰撞风险,得出判断结果;
模块M3:根据判断结果,计算碰撞风险系数并确定车辆的驾驶方案。
本领域技术人员知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的***、装置及其各个模块以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的***、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以,本发明提供的***、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件,而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构;也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种无信号交叉路口行车风险态势评估方法,其特征在于,包括:
步骤1:通过无线通讯技术对目标区域的数据进行采集,得到采集数据;
步骤2:根据采集数据判断本车与交叉路口的他车是否有碰撞风险,得出判断结果;
步骤3:根据判断结果,计算碰撞风险系数并确定车辆的驾驶方案。
2.根据权利要求1所述的无信号交叉路口行车风险态势评估方法,其特征在于,所述判断碰撞风险,包括:
通过无线通信技术,获得他车以及自车驾驶状态,根据车辆的尺寸、速度、加速度、航向角以及轨迹进行预测;
在车辆碰撞模型建立前,研究自车和他车的驾驶状态,判断自车和他车的轨迹规划,将车辆设定为与车辆大小一致的矩形,根据轨迹规划,得到虚拟轨迹场,得到车辆碰撞模型。
3.根据权利要求1所述的无信号交叉路口行车风险态势评估方法,其特征在于,所述步骤3包括:
若经过计算,判断存在碰撞风险,则发出碰撞预警,采取避撞措施,包括加速、减速;
驾驶员在知道有碰撞风险之后采取措施的时间为t0,驾驶员踩踏板至产生制动力的时间为t1,产生的制动力达制动力的最大值的过程时间为t2,最大制动力维持时间为t3,停车后最大制动力消减至0的时间为t4,设定减速度以k为比例均匀增加,则t2之后的减速度a=amax=kt2,速度所以 则TTC=t0+t1+tb;
v0表示初始速度。
5.根据权利要求1所述的无信号交叉路口行车风险态势评估方法,其特征在于,所述步骤3包括:
若在车辆低于预设阈值的交叉路口,基于博弈论,构造决策收益函数,根据各个决策方案的收益值的大小,确定车辆的驾驶方案;
若在车辆低于预设阈值的交叉路口,不改变优先驾驶车辆的原驾驶方案,对非优先驾驶车辆进行减速处理。
6.一种无信号交叉路口行车风险态势评估***,其特征在于,包括:
模块M1:通过无线通讯技术对目标区域的数据进行采集,得到采集数据;
模块M2:根据采集数据判断本车与交叉路口的他车是否有碰撞风险,得出判断结果;
模块M3:根据判断结果,计算碰撞风险系数并确定车辆的驾驶方案。
7.根据权利要求6所述的无信号交叉路口行车风险态势评估***,其特征在于,所述判断碰撞风险,包括:
通过无线通信技术,获得他车以及自车驾驶状态,根据车辆的尺寸、速度、加速度、航向角以及轨迹进行预测;
在车辆碰撞模型建立前,研究自车和他车的驾驶状态,判断自车和他车的轨迹规划,将车辆设定为与车辆大小一致的矩形,根据轨迹规划,得到虚拟轨迹场,得到车辆碰撞模型。
8.根据权利要求6所述的无信号交叉路口行车风险态势评估***,其特征在于,所述模块M3包括:
若经过计算,判断存在碰撞风险,则发出碰撞预警,采取避撞措施,包括加速、减速;
驾驶员在知道有碰撞风险之后采取措施的时间为t0,驾驶员踩踏板至产生制动力的时间为t1,产生的制动力达制动力的最大值的过程时间为t2,最大制动力维持时间为t3,停车后最大制动力消减至0的时间为t4,设定减速度以k为比例均匀增加,则t2之后的减速度a=amax=kt2,速度所以 则TTC=t0+t1+tb;
v0表示初始速度。
10.根据权利要求6所述的无信号交叉路口行车风险态势评估***,其特征在于,所述模块M3包括:
若在车辆低于预设阈值的交叉路口,基于博弈论,构造决策收益函数,根据各个决策方案的收益值的大小,确定车辆的驾驶方案;
若在车辆低于预设阈值的交叉路口,不改变优先驾驶车辆的原驾驶方案,对非优先驾驶车辆进行减速处理。
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