采用虚拟势场技术的避让转向操作的路径规划的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及用于确定在主车辆前方的物体周围的虚拟目标路径的系统和 方法，以及更加具体地，本发明涉及使用采用了二次多项式函数的势场法确定在主车辆前 方的目标车辆周围的虚拟目标路径避让转向路径的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 现代车辆有时包括采用了用于启动碰撞警告或防撞的物体检测传感器和其他主 动安全应用的防撞系统。现有技术中已知有各种这类防撞系统和/或自适应巡航控制系 统，如果检测到有可能或即将与另一车辆或物体发生碰撞，这类系统提供自动车辆控制(诸 如，刹车)，并且还可提供警告以使驾驶员采取补救措施防止碰撞。例如，众所周知，自适应 巡航控制系统采用前视传感器(诸如，雷达或LiDAR传感器)，如果车辆正靠近另一车辆，则 该前视传感器提供自动速度控制和/或刹车。同样，众所周知，防撞系统采用了传感器用于 确定是否即将与物体发生碰撞，即使车辆操作者正在控制车辆，防撞系统也可提供自动车 辆刹车。
[0003] 用于这些类型的系统的物体检测传感器可使用众多技术中的任意一种技术，诸如 近程雷达、远程雷达、具有图像处理的摄像头、激光或LiDAR、超声波等。物体检测传感器对 在主车辆路径中的车辆和其他物体进行检测，并且应用软件使用物体检测信息提供警告或 采取适当的行动。该警告可为在车辆仪表板上或在平视显示器（HUD)中的可视指示，并且/ 或者，可为声音警告或其他触觉反馈装置，诸如触觉座椅。在许多车辆中，物体检测传感器 直接集成到车辆的前保险杠或其他仪表板中。
[0004] 这些类型的系统常常采用在车辆的近场中具有窄视场的远程传感器。具体地说， 传感器信号从车辆上的点源发出并在车辆的前进方向上延伸，通常延伸约150米。碰撞警 告系统向车辆前方传输雷达或激光束并对来自车辆前方的物体的反射进行处理。该系统从 该反射生成测量结果并基于车辆速度、相对于物体的方向、道路表面状况等对碰撞的可能 性进行评估。
[0005] 有时用在车辆上对车辆周围的物体进行检测并提供这些物体的范围和这些物体 的方位的雷达和LiDAR传感器提供来自这些物体的反射作为多个扫描点，这些扫描点合并 为点集群范围图，其中，在传感器的整个视场中，每Y提供一个单独的扫描点。因此，如果 在主车辆前方检测到目标车辆或其他物体，那么可能会有多个扫描点返回，这些扫描点对 目标车辆距主车辆的距离进行识别。通过提供扫描返回点的集群，可更易于检测到具有各 种任意形状的物体(诸如，卡车、拖车、自行车、行人、护栏、K-栅栏等)，其中，物体越大和/ 或离主车辆越近，提供的扫描点越多。
[0006] 迄今，防撞系统一般局限于在车辆驾驶员未及时采取避让动作防止碰撞的情况下 提供自动刹车的系统。然而，这类防撞系统可得益于提供自动刹车和转向结合以避免碰撞。
[0007] 转让给本申请的受让人并以引用的方式并入本文的于2010年10月20日提交 的序列号为第 12/908,699 号的名称为"VehicleCollisionAvoidanceandWarning System"（车辆防撞和警告系统)的美国专利申请公开了一种采用自动刹车和转向结合的防 撞系统。该防撞系统基于主车辆的速度、主车辆的加速度、目标车辆的速度、目标车辆的加 速度、从主车辆到目标车辆的距离以及主车辆和目标车辆所行驶的道路的摩擦系数定义了 第一、第二、第三和第四阈值，这些阈值对主车辆与目标车辆发生碰撞的时间进行识别，其 中，第一阈值大于第二阈值，第二阈值大于第三阈值，并且第三阈值大于第四阈值。该防撞 系统确定发生碰撞的时间是否小于第一阈值，并且如果发生碰撞的时间小于第一阈值，贝1J 发起碰撞警告。如果发生碰撞的时间小于第一阈值，则防撞系统还要确定发生碰撞的时间 是否小于第二阈值，并且如果发生碰撞的时间小于第二阈值，则提供主车辆的有限自动刹 车。如果发生碰撞的时间小于第二阈值，则防撞系统还要确定发生碰撞的时间是否小于第 三阈值，并且如果发生碰撞的时间小于第三阈值，则检查与主车辆相邻的道路车道是否无 障碍的情况。如果发生碰撞的时间小于第三阈值并且与主车辆相邻的车道并非无障碍，则 防撞系统提供全自动防撞刹车。如果发生碰撞的时间小于第三阈值并且与主车辆相邻的车 道无障碍，则防撞系统还要确定发生碰撞的时间是否小于第四阈值。如果发生碰撞的时间 小于第四阈值并且与主车辆相邻的车道无障碍，则防撞系统同时提供主车辆的自动转向和 刹车。
[0008] 如上所论述的，为本领域所知的是：在车辆驾驶员自身未采取避让动作的情况下， 防撞系统提供主车辆的自动转向以避开在主车辆前方的较慢的或停止的物体。该防撞系 统向车辆驾驶员提供警告，并且，可根据驾驶员是否采取避让动作提供自动刹车和/或自 动转向。如果该系统确定有必要进行自动转向以避免碰撞，则该系统必须为主车辆计算安 全转向路径以提供转向控制。某些这类系统能够检测车道标线以便计算主车辆的转向路 径，以改变车道以避免碰撞。这些防撞系统还提供转向命令，这些转向命令使主车辆遵循 计算出来的转向路径以提供车辆转向。例如，序列号为12/399, 317名称为"ModelBased PredictiveControlforAutomatedLaneCentering/ChangingControlSystems，'(用于 自动车道定中/改变控制系统的基于模型的预测控制）的美国专利申请公开了用于在自动 或半自动车辆驱动系统中提供转向控制以进行车道改变或车道定中的系统和方法。然而， 在没有用于防撞的相邻车道的车道标线的情况下，在这些类型的防撞系统中仍然需要计算 避让转向路径。
【发明内容】
[0009] 根据本发明的教导，公开了用于计算虚拟目标路径的系统和方法，该虚拟目标路 径用于计算在目标物体(诸如，停在主车辆前方的目标车辆）周围的避让转向路径。该方法 包括：提供多个扫描点，该多个扫描点用于对来自主车辆上的一个或多个传感器的检测到 的物体进行识别，以及将多个扫描点分成从目标物体接收到的目标物体扫描点和从其他物 体接收到的其他物体扫描点(如果其存在)。该方法包括：使用多个扫描点来确定势场，该势 场为二维高斯函数的总和，其中，各个高斯函数均具有由目标物体扫描点和其他物体扫描 点所限定的中心。该方法对在X-Y平面中和转向路径所在的预定区域中的网格进行识别， 其中，网格在X平面线和Y平面线相交的位置处包括网格点，以及其中，X平面线均沿主车 辆的行驶路径的方向，而Y平面线均沿与X方向垂直的方向。该方法对沿与