一种考虑动态行人交互的智能汽车轨迹规划方法

本发明属于智能网联汽车，尤其涉及一种考虑动态行人交互的智能汽车轨迹规划方法。

背景技术：

1、智能汽车是在一般车辆上增加了先进的传感器(如雷达、摄像头等)、控制器、执行器等装置，通过车载环境感知系统和信息终端，实现与人、车、路等的信息交换，使车辆具备智能环境感知能力，能够自动分析车辆行驶的安全及危险状态，并使车辆按照人的意愿到达目的地，最终实现替代人来操作的目的的汽车。

2、近年来，智能汽车己经成为世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力，很多发达国家都将其纳入到各自重点发展的智能交通系统当中。

3、智能汽车轨迹规划的目的是获取安全高效、无碰撞的路径，保证车辆从规划起点准确地驾驶到目的地。在人车混行交通环境下，传统的人工势场法仅将行人视为简单的静态或动态障碍物，不仅没有考虑行人交互造成的轨迹不确定的问题，而且容易忽略其在交互关系下的意图和运动轨迹变化，导致在实际交通场景中无人车要么过于保守造成效率降低，要么过于激进造成碰撞风险，难以获得较好的轨迹规划效果。

技术实现思路

1、针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种考虑动态行人交互的智能汽车轨迹规划方法，以提高智能汽车轨迹规划准确性。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明的一种考虑动态行人交互的智能汽车轨迹规划方法，步骤如下：

4、步骤1：实时采集相关道路及行人信息；

5、步骤2：建立道路出入口势函数和道路边界势函数；

6、步骤3：考虑行人危险等级和机动等级，建立基于模糊规则的行人动态势函数；

7、步骤4：综合叠加道路出入口势函数、道路边界势函数和行人动态势函数得到考虑行人轨迹的合力势场，基于合力势场，按照梯度下降的方法规划车辆的轨迹。

8、优选地，所述步骤1中采集的信息具体包括：道路前方变化情况、道路边界范围、行人运动轨迹、行人类别。

9、优选地，所述步骤2中的道路出入口势函数和道路边界势函数分别为：

10、urep-re＝α(y-y0)2

11、

12、其中，urep-re是道路出入口势函数，uatt-rb是道路边界势函数；y0是道路长度，l是道路横向宽度，xl是道路中心线横向位置，x和y是道路横纵向位置，α是道路出入口势函数系数，β是道路平面势函数系数，v是车辆速度，vlim是道路的最大限速。

13、优选地，所述步骤3中对行人采用圆形障碍物势场，在道路中行人障碍物的作用范围为：

14、(x-x(t))2+(y-y(t))2＝γ

15、其中，x、y分别是横向和纵向的位置坐标，x(t)和y(t)分别是行人质心的横坐标、纵坐标；γ是归一化系数。

16、优选地，所述步骤3中建立基于模糊规则的行人动态势函数具体包括：

17、步骤31：根据车辆采集到的行人类别结果，将不同类型的行人机动性划分为f4、f3、f2、f1四个机动性等级；其中，行人类型包括：儿童、青少年、中青年及老人；分别对应的机动性等级为：f4、f3、f2、f1；

18、步骤32：计算碰撞时间ttc：

19、

20、式中，tttc是避撞时间；δs是车辆质心到行人质心的距离；δs’是车辆与行人纵向相对距离；dsafety是行人占用空间下的安全半径；dvehicle是车辆质心到车辆前轮廓的距离；δv是车辆与行人在车辆行驶方向上的合速度；是车辆速度；是行人沿着车辆行驶方向的速度；

21、步骤33：根据碰撞时间计算结果，将不同的碰撞时间分为r4、r3、r2、r1四个危险等级；其中，tttc取值为0～1.5时，对应为r4；tttc取值为1.6～2.7时，对应为r3；tttc取值为2.8～3.6时，对应为r2；tttc大于3.6时，对应为r1；

22、步骤34：采用三角隶属度函数描述机动性等级和危险等级两个模糊变量，构造模糊面，建立四个综合轨迹危险等级(i、ii、iii、iv、v)与机动性等级、危险等级的关系；

23、步骤35：对不同综合危险等级，赋予不同的归一化系数γ值，并将其作为交互条件下的安全半径；其中，综合轨迹危险等级i对应γ＝0.3，综合轨迹危险等级ii对应γ＝0.5，综合轨迹危险等级iii对应γ＝0.8，综合轨迹危险等级iv对应γ＝0.9，综合轨迹危险等级v对应γ＝1.3；

24、步骤36：将行人轨迹融合到三维的势场空间中，得到行人动态势函数：

25、

26、式中，urep-pedestrian是行人动态障碍势函数，up是行人势函数平衡量，ρ是横纵向相关系数。

27、优选地，所述步骤32中，行人占用空间下的安全半径跟行人与行人交互作用、行人与车辆交互作用相关，行人与行人交互作用力采用社会力模型进行计算，行人与车辆交互作用力采用虚拟轮廓计算，分别如下：

28、

29、

30、式中，是行人与行人交互作用力，是行人与车辆交互作用力，分别是周围行人j对行人i产生的斥力、碰撞力和导航力，aveh和bveh是特征参数，λveh是车辆作用力各向异性特征参数，是行人与车辆交互作用力的方向，是行人到车辆前轮廓的最小距离，fexp是指数衰减函数，是正弦各向异性函数，表示交互角度。

31、本发明的有益效果：

32、1、本发明提出的融合行人轨迹信息的人工势场轨迹规划方法，不仅考虑道路变化趋势以及道路边界范围，通过建立道路出入口势函数和道路边界势函数详细刻画了道路风险场，而且加入了行人的交互动态，能够更准确刻画人车混行的交通场景。

33、2、本发明的行人动态势函数考虑行人危险等级和机动等级，通过综合道路和行人势函数的合力势场进行轨迹规划，能够获得更好的轨迹平顺性，提高行人保护性。

技术特征：

1.一种考虑动态行人交互的智能汽车轨迹规划方法，其特征在于，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的考虑动态行人交互的智能汽车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤1中采集的信息具体包括：道路前方变化情况、道路边界范围、行人运动轨迹、行人类别。

3.根据权利要求1所述的考虑动态行人交互的智能汽车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤2中的道路出入口势函数和道路边界势函数分别为：

4.根据权利要求1所述的考虑动态行人交互的智能汽车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤3中对行人采用圆形障碍物势场，在道路中行人障碍物的作用范围为：

5.根据权利要求4所述的考虑动态行人交互的智能汽车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤3中建立基于模糊规则的行人动态势函数具体包括：

6.根据权利要求5所述的考虑动态行人交互的智能汽车轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤32中，行人占用空间下的安全半径跟行人与行人交互作用、行人与车辆交互作用相关，行人与行人交互作用力采用社会力模型进行计算，行人与车辆交互作用力采用虚拟轮廓计算，分别如下：

技术总结
本发明公开了一种考虑动态行人交互的智能汽车轨迹规划方法，包括：步骤1，实时采集相关道路及行人信息；步骤2，建立道路出入口势函数和道路边界势函数；步骤3，考虑行人危险等级和机动等级，建立基于模糊规则的行人动态势函数；步骤4，综合叠加道路出入口势函数、道路边界势函数和行人动态势函数得到考虑行人轨迹的合力势场，基于合力势场，按照梯度下降的方法规划车辆的轨迹。本发明不仅考虑道路变化趋势以及道路边界范围，通过建立道路出入口势函数和道路边界势函数详细刻画了道路风险场，而且加入了行人的交互动态，能够更准确刻画人车混行的交通场景。

技术研发人员：周小川,赵万忠,王春燕,汪桉旭,叶宇林,李威
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12