CN104210489A - 车路协同环境下车辆与行人碰撞规避方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车路协同环境下车辆与行人碰撞规避方法与系统,该方法包括以下步骤：1）信息采集：采集用于识别碰撞风险的信息；2）行驶状态判别：对车辆当前行驶状态进行判别；3）碰撞风险识别：根据采集的碰撞风险信息和车辆当前行驶状态，对是否存在碰撞风险进行识别；4）驾驶状态判别：若存在碰撞风险，对驾驶员当前驾驶状态是否正常进行判别；5）碰撞规避：根据驾驶员驾驶状态采取针对性的避碰方法来实施避碰。本发明方法能及时适应实际驾驶状况来对不同危险情形做出有效避碰。

Description

车路协同环境下车辆与行人碰撞规避方法与系统

技术领域

本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种车路协同环境下车辆与行人碰撞规避方法与系统。 

背景技术

国内外针对车辆-行人避碰研制出了各种行人避碰装置，与此同时，也针对车辆-行人避碰方法做了一些研究。国内公开了基于驾驶员制动与加速意图辨识的行人防碰撞预警方法(中国专利号：201310640000.3)，该发明采用红外线技术检测行人，通过分析驾驶员在遇到车前行人时可能采取的的操纵行为和策略，根据驾驶行为和意图做出相应预警，同时对错误的驾驶操作如误踩油门等进行预警。但仅仅针对驾驶员制动与加速行为作出预警反应，预警情况过少。国内还公开了一种车用行人检测智能控制装置(中国专利号：201220186083.4)，采用车载机器视觉来检测行人，并通过整车ECU微处理器根据人车间距与安全范围值的大小关系、相对速度与参考车速的大小关系来判断是否有碰撞危险，并通过制动机构、发动机管理单元、行人安全气囊、提醒机构来实施避碰。根据人车间距和相对速度的关系判断危险的方法过于简单，准确率不高，未作出危险分级判断，而且未就多种行驶状态下的碰撞对应策略做出说明。国内还公开了基于机器视觉的行人检测方法及行人防撞预警系统(中国专利号：201110116587.9)，通过行人分类检测器检测前方行人，根据汽车行驶速度以及横摆角等参数来估计汽车的行驶路径并结合行人路径看行人是否处于危险区域内来分析碰撞的可能性。其只根据行人前几帧图像并结合函数拟合的方法来得出行人行走路径的方法存在诸多不足，且行人行走方向难以通过函数进行拟合，在车辆行驶速度方向上划分危险区域来判定危险的方法没有考虑行人与车辆的 横向距离，在实际中会存在诸多误报。国内还公开了基于机器视觉的行人安全状态识别系统(中国专利号：201010561552.1)，采用车载视频技术检测行人，通过构建临界冲突区域，进而分别对冲突区域内、外的行人的安全状态做出判别并采取措施防止事故发生，此系统没有考虑车辆的多种行驶状态且未给出详细的危险对应策略。 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种车路协同环境下车辆与行人碰撞规避方法与系统。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种车路协同环境下车辆与行人碰撞规避方法,包括以下步骤： 

1)信息采集：采集用于识别碰撞风险的信息；所述信息包括车辆速度信息、加速度信息、位置信息和行人的数量、位置信息以及道路信息； 

2)行驶状态判别：对车辆当前行驶状态进行判别；所述行驶状态包括直道行驶、换道行驶、交叉口行驶、弯道行驶； 

3)碰撞风险识别：根据采集的碰撞风险信息和车辆当前行驶状态，对是否存在碰撞风险进行识别； 

4)驾驶状态判别：若存在碰撞风险，在提醒避碰之后，对驾驶员当前驾驶状态是否正常进行判别；若驾驶员采取了减速、制动、鸣喇叭或打转向灯中的任一措施，则判定当前驾驶状态正常；否则，便为不正常； 

5)碰撞规避：根据驾驶员驾驶状态采取避碰方法来实施避碰。 

按上述方案，所述步骤3)碰撞风险识别中所述车辆行人碰撞风险识别方法包括以下步骤： 

3.1)结合车辆行驶状态，根据车辆所在位置确定风险区域，只对风险区域内的行人进行风险判别； 

3.2)根据车辆和风险区域内行人的距离来分级识别风险等级：安全、提醒、危险、制动。 

按上述方案，所述风险区域的确定方法为： 

风险区域的纵向方向为根据车辆行驶状态预估的车辆瞬时速度方向，风险区域的横向宽度为以本车车头前端中心点为中心的1.4倍车宽的区域； 

按上述方案，所述步骤5)的避碰方法包括： 

5.1)计算车辆与行人的距离：若车辆为直道、换道行驶，则为车辆与行人之间的纵向距离；若车辆为弯道行驶，则为车辆与行人之间的圆周距离；若为交叉口行驶，则为车辆与行人之间的横向与纵向距离之和； 

5.2)若车辆与行人的距离小于设定的提醒避碰距离，则进入提醒避碰模式； 

5.3)若驾驶员在提醒避碰阶段采取减速、制动、鸣喇叭、打转向灯的措施，则判定驾驶员当前驾驶状态正常，则启用两阶梯避碰模型，分别为提醒避碰、制动避碰1，在提醒避碰后，随着风险区域内的行人与车辆的距离小于制动避碰距离1，则系统判定当前应实施制动避碰1；其中提醒避碰、制动避碰1激活距离计算如下： 

提醒避碰激活距离为： 

$\begin{array}{c}{d}_r=\frac{{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_k}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})*(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)+d_0+\frac{v}{3.6}*(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})+\frac{{(v/3.6)}^2-{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_m}\\ +\frac{v}{3.6}{t}_{\mathrm{dr}}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})\frac{v}{3.6}+d_0\end{array};$

制动避碰1激活距离为： 

$d_{b1}=\frac{{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_k}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2}+t_{\mathrm{dr}})*(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)+d_0;$

dr为提醒避碰距离；ds为危险避碰距离；d_b1为制动避碰1距离；d_b2为制动避碰2距离；v为车辆在当前时刻的速度；△v为不同车速状况下的自动减速量；a_k为车辆的最大制动加速度；a_m为不同车速状况下对应的自动减速力度；t_dr为驾驶员的反应时间，这里设为1秒；t_bc为制动器缓冲时间，这里设为0.1s；t_bf为制动力度增长时间，这里设为0.2s；d₀为绝对安全距离； 

提醒避碰阶段避碰方式为车载便携式VGA显示屏上弹出黄色人偶图形并不断闪烁；制动避碰1阶段避碰方式为便携式VGA显示屏上弹出深红色人偶图形并不断闪烁，车载扬声器发出急促报警声，同时安全带自动收紧，驾驶座椅调整机构将驾驶员调整到安全坐姿，安全气囊准备弹出； 

5.4)若驾驶员在提醒避碰阶段未采取减速、制动、鸣喇叭和打转向灯中任一措施，则判定驾驶员当前驾驶状态不正常，则启用三阶梯避碰模型， 

分别为：提醒避碰阶段、危险避碰阶段、制动避碰2阶段； 

其中进入危险避碰阶段激活距离计算如下： 

$\begin{array}{c}{d}_s=\frac{{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_k}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})*(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)+d_0+\frac{v}{3.6}*(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})+\frac{{(v/3.6)}^2-{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_m};\end{array}$

进入制动避碰2阶段激活距离计算如下： 

$d_{b2}=\frac{{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_k}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})*(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)+d_0;$

提醒避碰阶段避碰方式为便携式VGA显示屏上弹出黄色人偶图形并不断闪烁；危险避碰阶段避碰方式为便携式VGA显示屏上弹出浅红色人偶图形并不断闪烁，同时车载扬声器发出间隔蜂鸣声，并且系统根据当前车速自动采用不同减速力度与减速量来进行适当减速；制动避碰2阶段避碰方式为便携式VGA显示屏上弹出深红色人偶图形并不断闪烁，车载扬声器发出急促报警声，同时系统自动激活制动踏板，以最大加速力度的一半采取强行制动措施，同时安全带 自动收紧，安全气囊准备弹出，驾驶座椅调整机构将驾驶员调整到安全坐姿。 

按上述方案，所述计算车辆与行人的距离具体如下： 

所述车辆行人距离，若为直道、换道行驶，则为行人相对车辆的纵坐标； 

若为交叉口，采用化曲为直的方法得到车辆行人距离为行人相对车辆的横向、纵向坐标之和； 

若为弯道，则通过如下方法获得：假设弯道是理想的环形弯道，通过信息采集步骤获取的信息得到行人、车辆、弯道圆心的相对位置，近似的将行人与车辆所处位置看做在同一个圆周上，圆周半径为车辆实时转弯半径道路坡度的倾角α由路侧采集端获取，便可以求出行人、车辆所对应的圆心角θ。由圆心角与弧长的对应关系求出二者在圆周上的距离，即行人、车辆的实际距离 $S=\frac{v}{\sqrt{\tan \mathrm{\α}}}\·\mathrm{\θ}.$

按上述方案，若行驶过程中有换道行驶，需要进行一次车辆行人碰撞风险等级的判定：若所换车道上有行人横向上处于2倍危险区域内，且纵向距离小于提醒避碰激活距离与制动避碰2激活距离之和，则不可换道，系统提示稍后换道；否则，可以换道。 

本发明还公开了一种车辆行人碰撞规避系统，包括： 

信息采集模块，用于采集用于识别碰撞风险的信息；所述信息采集模块包括车载采集端和路侧采集端； 

车载采集端用于采集车辆的速度信息、加速度信息和位置信息； 

路侧采集端用于采集行人的数量、位置、距离信息以及道路信息； 

行驶状态判别模块，用于对车辆当前行驶状态进行判别；所述行驶状态包括直道行驶、换道行驶、交叉口行驶、弯道行驶； 

碰撞风险识别模块，用于根据采集的碰撞风险信息和车辆当前行驶状态，对是否存在碰撞风险进行识别； 

驾驶状态判别模块，用于当存在碰撞风险时，在提醒避碰阶段后，对驾驶员当前驾驶状态是否正常进行判别； 

碰撞规避模块，用于根据驾驶员驾驶状态采取避碰方法来实施避碰； 

通讯模块，用于车载采集端和路侧采集端之间的实时数据通信。 

本发明产生的有益效果是： 

(1)采用车路协同并实时通讯的方法来采集识别碰撞风险所需信息，扩宽了危险信息来源，为风险识别与决策提供了良好基础；(2)车辆——行人碰撞风险识别方法能有效适用于多种车辆行驶状态，扩大了车辆——行人避碰系统使用范围；(3)通过对行人-车辆碰撞风险做出分级识别，结合提醒避碰判别法对驾驶员驾驶状态的判别，采用针对性的阶梯式避碰模型，能及时适应实际驾驶状况来对不同危险情形做出有效避碰；(4)风险区域的划分使得危险行人的范围大幅下降，大大减少了系统计算工作量，使得系统对于碰撞风险的判定速度大幅提升，结合车辆——行人距离来判定碰撞风险更加科学合理，同时危险避碰阶段可以为行人穿过风险区域或者是走出避碰距离争取更多的时间，减少系统的避碰次数，使驾驶更加舒适化；(5)通过在交叉口采用化曲为直的方法以及弯道采用圆心角的方法来获取行人——车辆距离，无需添加更多设备，实用有效；(6)在车载地图和便携式VGA显示屏上均采用颜色分级显示的方法来警示驾驶员，既有效的将检测到的行人显示给驾驶员，表明车辆——行人的相对位置关系，显示行人危险等级，而且给驾驶员提供了双重警示，又因为颜色分明，对比明显，可以在很大程度上减轻驾驶员心理负担；(7)双重避碰方式中碰撞阀值、主动避碰参数、被动避碰参数以及各个避碰阶段激活距离可以根 据驾驶员驾驶特性和实际道路情况进行调节，实现了很好的与驾驶员个人驾驶特性相结合，在智能化的同时做到了人性化；(8)采用主动避碰与被动避碰相结合的方法来实施双重避碰，可以让驾驶员做出主动反应避免丧失驾驶主动性从而避免频繁的减速与制动，同时也可避免减速与制动给驾驶员带来的伤害，实现有效保证驾驶员安全的目的。 

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中： 

图1为车辆-行人碰撞风险识别与决策方法实施流程图； 

图2为本发明实施例中车辆-行人碰撞规避系统构成示意图； 

图3为双重避碰构成示意图； 

图4为直道行驶场景示意图； 

图5为直道行驶场景避碰流程示意图； 

图6为换道行驶场景示意图； 

图7为换道行驶场景避碰流程示意图； 

图8为交叉口行驶场景示意图； 

图9为弯道行驶场景示意图； 

图10为弯道下行人-车辆距离获取示意图； 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解 释本发明，并不用于限定本发明。 

如图1所示，本发明所述车辆——行人碰撞风险识别与决策方法分为以下步骤： 

1)信息采集：采集用于识别碰撞风险的信息；所述信息包括车辆速度信息、加速度信息、位置信息和行人的数量、位置及道路信息； 

其中，信息采集使用车载采集端和路侧采集端； 

车载采集端采用摄像头、红外热成像仪、毫米波雷达、车载传感器采集车辆速度信息、加速度信息、位置信息和行人的数量、相对于车辆的位置信息； 

路侧采集端采用多个路侧摄像头获取行人的数量、位置信息以及道路信息； 

信息采集端中的车载采集端和路侧采集端通过通讯模块进行实时信息交互； 

由于存在建筑物遮挡等问题，所以单纯依靠车载设备很难获取准确的行人信息，依靠车路协同实时信息交互的方法可以很好的解决这个问题。 

2)行驶状态判别：对车辆当前行驶状态进行判别；所述行驶状态包括直道行驶、换道行驶、交叉口行驶、弯道行驶； 

3)碰撞风险识别：根据采集的碰撞风险信息和车辆当前行驶状态，对是否存在碰撞风险进行识别； 

3.1)结合车辆行驶状态，根据车辆所在位置确定风险区域，只对风险区域内的行人进行风险判别； 

风险区域的确定方法为： 

风险区域的纵向方向为根据车辆行驶状态预估的车辆瞬时速度方向，风险区域的横向宽度为以本车车头前端中心点为中心的1.4倍车宽(考虑反光镜的 宽度)的区域； 

若为弯道，则在圆周方向上划分风险区域，否则，在横向上划分风险区域。 

3.2)根据车辆和风险区域内行人的距离来分级识别风险等级：安全、提醒、危险、制动； 

除安全等级外，均认为存在碰撞风险； 

4)驾驶状态判别：若存在碰撞风险，在提醒避碰阶段，对驾驶员当前驾驶状态是否正常进行判别；若驾驶员采取了减速、制动、鸣喇叭或打转向灯中的任一措施，则判定当前驾驶状态正常。否则，便为不正常。 

5)碰撞规避：根据驾驶员驾驶状态采取避碰方法来实施避碰。本发明采用一种主动避碰与被动避碰相结合的双重措施来实施避碰。主动避碰包括语音提醒、画面警示、辅助减速、强行制动；被动避碰包括调整座椅至安全坐姿、收紧安全带、弹出安全气囊。 

5.1)计算车辆与行人的距离：若车辆为直道、换道行驶，则为车辆与行人之间的纵向距离；若车辆为弯道行驶，则为车辆与行人之间的圆周距离；若为交叉口行驶，则为车辆与行人之间的横向与纵向距离之和； 

计算车辆与行人的距离具体如下： 

所述车辆行人距离，若为直道、换道行驶，则为行人相对车辆的纵坐标； 

如图4、图5所示为直道行驶场景。在信息采集端采集行人数量与位置信息、车辆的位置信息，系统得到行人与车辆的相对位置关系。首先，系统会以本车中心点为中心，以平行于车辆当前速度方向的直线为Y轴，以垂直车辆运动方向的直线为X轴建立车载坐标系。根据所建立的坐标系，系统自动在横向上划定风险区域，风险区域为以本车中心点为中心的1.4倍车宽的区域(考虑反光镜的宽度，风险区域如图中虚线所示)，只有在风险区域内的行人才可能有危险， 所以行人4在行车电脑显示屏上用绿色标记。其次再依据风险区域内车辆——行人距离变化来进一步判断其风险等级。若车辆——行人的距离小于提醒避碰距离，则系统判定当前应实施提醒避碰，行人3会在行车电脑显示屏上用黄色标记。随后通过提醒避碰法来判别驾驶员驾驶状态是否正常，进而采取相应的避碰措施：①若驾驶员在提醒避碰阶段采取减速、制动、鸣喇叭、打转向灯的措施，则系统判定驾驶员当前驾驶状态正常，则系统启用两阶梯避碰模型，分别为提醒避碰、制动避碰1，在提醒避碰后，随着风险区域内的行人与车辆的纵向距离小于制动避碰距离1，则系统判定当前应实施制动避碰1，行人1会在行车电脑显示屏上用深红色标记，这是一种主动避碰与被动避碰相结合的双重避碰措施。②若驾驶员在提醒避碰阶段未采取减速、制动、鸣喇叭、打转向灯的措施，则系统判定为驾驶员当前驾驶状态不正常，则系统会启用三阶梯避碰模型，分别为提醒避碰、危险避碰、制动避碰2。当行人处于风险区域内且车辆——行人的纵向距离小于危险避碰距离，则系统判定当前应实施危险避碰，行人2会在行车电脑显示屏上用浅红色标记。当行人处于风险区域内且车辆——行人纵向距离小于制动避碰距离2，则系统判定当前应实施制动避碰2，行人会在行车电脑显示屏上用深红色标记。若行人走出风险区域或者未走出风险区域但车辆——行人距离不会对安全行车构成危险，则系统判定当前行车为安全。相反，若处在风险区域外的行人进入风险区域或者原本在风险区域内但车辆——行人距离不会对安全行车构成危险的行人此时与车辆的距离对安全行车构成危险，系统会重新依据上述方法实施避碰。 

如图6、图7所示为换道行驶场景。车辆在行驶过程中，由于超车或者其他原因会进行短暂的换道行驶，换道过程与直道过程比较类似，差别在于换道行驶时，系统会自动进行一次车辆——行人碰撞风险等级的判定：若所换车道上有行人横向上处于2倍危险区域内，且纵向距离小于提醒避碰距离与制动避碰2 距离之和，则不可换道，系统提示稍后换道；否则，便可以换道，换道后依据直道行驶来判定危险等级。如图所示直道情形中，行人虽处于2倍危险区域内，但行人4与车辆的纵向距离大于提醒避碰距离与制动避碰2距离之和，所以当前情况可以换道。换道后重新依据直道情形划分危险区域进而判定危险等级。 

若为交叉口，采用化曲为直的方法得到车辆行人距离为行人相对车辆的横向、纵向坐标之和； 

如图8所示，交叉口由于存在建筑物遮挡等问题，所以单纯依靠车载设备很难获取准确的行人信息，依靠车路协同的方法可以很好的解决这个问题，在获取行人相对车辆的位置、数量信息后，以本车中心点为中心按1.4倍车宽(考虑反光镜的宽度)在横向上划分风险区域。采用化曲为直的方法得出此时车辆——行人的距离为车辆——行人的纵向、横向坐标之和(如图中dr、ds、db所示)，所以行人2、4、5无危险，用绿色标记。行人3、6、1分别用黄色、浅红色、深红色进行标记，避碰方式如上文所述。 

若为弯道，如图9,图10所示，弯道存在同交叉口类似的问题：自然地形的遮挡。所以先通过信息采集端获取行人、车辆、弯道圆心的位置、数量信息以及道路信息，以本车中心点为中心在圆周方向上按1.4倍车宽(考虑反光镜的宽度)划分风险区域。由于车辆在转弯时受到路面超高所提供的向心力，所以其转弯半径在实时发生变化，因此必须先根据其在弯道时的受力情况来求解其转弯半径的变化规律。 

通过如下方法获得：假设弯道是理想的环形弯道，通过信息采集步骤获取的信息得到行人、车辆、弯道圆心的相对位置，近似的将行人与车辆所处位置看做在同一个圆周上，圆周半径为车辆实时转弯半径道路坡度的倾角α由路侧采集端获取，便可以求出行人、车辆所对应的圆心角θ。由圆心角与 弧长的对应关系求出二者在圆周上的距离，即行人、车辆的实际距离  $S=\frac{v}{\sqrt{\tan \mathrm{\α}}}\·\mathrm{\θ}.$

如图中d_r、d_s、d_b所示，依据上文所述风险等级的判定方法来对行人进行判定，所以行人1无危险，用绿色标记，行人4、3、2分别用黄色、浅红色、深红色标记，避碰方式同上文所述。 

5.2)若车辆与行人的距离小于设定的提醒避碰距离，则进入提醒避碰模式； 

5.3)若驾驶员在提醒避碰后采取减速、制动、鸣喇叭、打转向灯的措施，驾驶员当前驾驶状态正常，则启用两阶梯避碰模型，分别为提醒避碰、制动避碰1，在提醒避碰后，随着风险区域内的行人与车辆的距离小于制动避碰距离1，则系统判定当前应实施制动避碰1；其中提醒避碰、制动避碰1激活距离计算如下： 

提醒避碰激活距离为： 

$\begin{array}{c}{d}_r=\frac{{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_k}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})*(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)+d_0+\frac{v}{3.6}*(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})+\frac{{(v/3.6)}^2-{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_m}\\ +\frac{v}{3.6}{t}_{\mathrm{dr}}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})\frac{v}{3.6}+d_0\end{array};$

简化结果为： 

$d_r=\frac{v^2}{51.84}-\frac{{(v-\mathrm{\Δv})}^2}{77.76}+\frac{4v}{9}-\frac{\mathrm{\Δv}}{18}+5$

制动避碰1激活距离为： 

$d_{b1}=\frac{{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_k}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2}+t_{\mathrm{dr}})*(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)+d_0;$

简化结果为： 

$d_{b1}=\frac{{(v-\mathrm{\Δv})}^2}{155.52}+\frac{v-\mathrm{\Δv}}{3}+2.5$

dr为提醒避碰距离；d_b1为制动避碰1距离；v为车辆在当前时刻的速度； △v为不同车速状况下的自动减速量；a_k为车辆的最大制动加速度；a_m为不同车速状况下对应的自动减速力度；t_dr为驾驶员的反应时间，这里设为1秒；t_bc为制动器缓冲时间，这里设为0.1s；t_bf为制动力度增长时间，这里设为0.2s；d₀为绝对安全距离，一般取值范围为2～5米，这里取值为2.5米。 

系统根据当前车速采取合适的减速力度与减速量，可以为行人穿过危险区域或者是走出避碰距离争取更多的时间，同时可以减少系统的避碰次数，使驾驶更加舒适化。 

上述各避碰阶段激活距离的计算综合考虑了本车瞬时速度、车辆最大制动加速度、不同车速状况下对应的自动减速力度、不同车速状况下的自动减速量、驾驶员反应时间、制动器缓冲时间、制动力度增长时间、绝对安全距离多种因素，激活距离随着上述参数的变化而变化。 

提醒避碰阶段避碰方式为车载便携式VGA显示屏上弹出黄色人偶图形并不断闪烁；制动避碰1阶段避碰方式为便携式VGA显示屏上弹出深红色人偶图形并不断闪烁，车载扬声器发出急促报警声，同时安全带自动收紧，驾驶座椅调整机构将驾驶员调整到安全坐姿，安全气囊准备弹出； 

5.4)若驾驶员在提醒避碰阶段未采取减速、制动、鸣喇叭和打转向灯中任一措施，则判定驾驶员当前驾驶状态不正常，则启用三阶梯避碰模型， 

分别为：提醒避碰阶段、危险避碰阶段、制动避碰2阶段。 

其中进入危险避碰阶段激活距离计算如下： 

$\begin{array}{c}{d}_s=\frac{{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_k}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})*(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)+d_0+\frac{v}{3.6}*(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})+\frac{{(v/3.6)}^2-{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_m};\end{array}$

简化结果为： 

$d_s=\frac{v^2}{51.84}-\frac{{(v-\mathrm{\Δv})}^2}{77.76}+\frac{v}{9}-\frac{\mathrm{\Δv}}{18}+2.5$

进入制动避碰2阶段激活距离计算如下： 

$d_{b2}=\frac{{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_k}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})*(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)+d_0;$

简化结果为： 

$d_{b2}=\frac{{(v-\mathrm{\Δv})}^2}{155.52}+\frac{v-\mathrm{\Δv}}{18}+2.5;$

ds为危险避碰距离；d_b2为制动避碰2距离； 

危险避碰阶段中部分车速情况下系统自动减速如下表所示。 

速度	减速力度	减速量
			60km/h≤v<70km/h	am＝2m/s2	△v＝12km/h
50km/h≤v<60km/h	am＝2m/s2	△v＝10km/h
			40km/h≤v<50km/h	am＝2m/s2	△v＝8km/h

提醒避碰阶段避碰方式为便携式VGA显示屏上弹出黄色人偶图形并不断闪烁；危险避碰阶段避碰方式为便携式VGA显示屏上弹出浅红色人偶图形并不断闪烁，同时车载扬声器发出间隔蜂鸣声，并且系统根据当前车速自动采用不同减速力度与减速量来进行适当减速；制动避碰2阶段避碰方式为便携式VGA显示屏上弹出深红色人偶图形并不断闪烁，车载扬声器发出急促报警声，同时系统自动激活制动踏板，以最大加速力度的一半采取强行制动措施，同时安全带自动收紧，安全气囊准备弹出，驾驶座椅调整机构将驾驶员调整到安全坐姿。 

若行驶过程中有换道行驶，需要进行一次车辆行人碰撞风险等级的判定：若所换车道上有行人横向上处于2倍危险区域内，且纵向距离小于提醒避碰激活距离与制动避碰2激活距离之和，则不可换道，系统提示稍后换道；否则，可以换道。 

如图2所示，本发明还涉及一种车辆行人碰撞规避系统，包括： 

信息采集模块，用于采集用于识别碰撞风险的信息；所述信息采集模块包 括车载采集端和路侧采集端； 

车载采集端用于采集车辆的速度信息、加速度信息、位置信息和行人的数量、位置信息；车载采集端采用摄像头、红外热成像仪、毫米波雷达、车载传感器采集车辆速度信息、加速度信息、位置信息和行人的数量、位置信息； 

路侧采集端用于采集行人的数量、位置信息以及道路信息；路侧采集端采用多个路侧摄像头获取行人的数量、位置信息以及道路信息； 

信息采集端中的车载采集端和路侧采集端通过通讯模块进行实时信息交互； 

行驶状态判别模块，用于对车辆当前行驶状态进行判别；所述行驶状态包括直道行驶、换道行驶、交叉口行驶、弯道行驶； 

碰撞风险识别模块，用于根据采集的碰撞风险信息和车辆当前行驶状态，对是否存在碰撞风险进行识别； 

驾驶状态判别模块，用于当存在碰撞风险时，在提醒避碰阶段阶段，对驾驶员当前驾驶状态是否正常进行判别； 

碰撞规避模块，用于根据驾驶员驾驶状态采取避碰方法来实施避碰； 

通讯模块，用于车载采集端和路侧采集端之间的实时数据通信。 

本发明中，碰撞规避模块中用于根据驾驶员驾驶状态采取的避碰方法为主动避碰和被动避碰相结合的双重避碰来减少碰撞事故的发生，如图3所示，主动避碰措施包括语音提醒、画面警示、辅助减速、强行制动；被动避碰措施包括调整座椅至安全坐姿、收紧安全带、弹出安全气囊。 

其中碰撞阀值、主动避碰参数、被动避碰参数、各避碰阶段起始距离可以根据驾驶员个人驾驶特性实际道路情况和进行调节。碰撞阀值包括行人离车辆的横向距离、纵向距离、车辆当前速度；主动避碰参数包括便携式VGA显示屏 上预警人偶形状及颜色、语音报警形式及次数；被动避碰参数包括辅助减速与强行制动的量以及力度、是否调整座椅至安全坐姿、安全带是否收紧、安全气囊是否弹出。 

碰撞规避系统还包括休眠模块，用于驾驶员采取避碰措施后，系统自动休眠。 

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。 

Claims (10)

1.一种车路协同环境下车辆与行人碰撞规避方法，包括以下步骤：

1)信息采集：采集用于识别碰撞风险的信息；所述信息包括车辆速度信息、加速度信息、位置信息和行人的数量、位置以及道路信息；

2)行驶状态判别：对车辆当前行驶状态进行判别；所述行驶状态包括直道行驶、换道行驶、交叉口行驶、弯道行驶；

3)碰撞风险识别：根据采集的碰撞风险信息和车辆当前行驶状态，对是否存在碰撞风险进行识别；

4)驾驶状态判别：若存在碰撞风险，在提醒避碰阶段，对驾驶员当前驾驶状态是否正常进行判别；若驾驶员采取了减速、制动、鸣喇叭或打转向灯中的任一措施，则判定当前驾驶状态正常。否则，便为不正常。

5)碰撞规避：根据驾驶员驾驶状态采取避碰方法来实施避碰。

2.根据权利要求1所述的碰撞规避方法，其特征在于，所述步骤3)碰撞风险识别中所述车辆行人碰撞风险识别方法包括以下步骤：

3.1)结合车辆行驶状态，根据车辆所在位置确定风险区域，只对风险区域内的行人进行风险判别；

3.2)根据车辆和风险区域内行人的距离来分级识别风险等级：安全、提醒、危险、制动。

3.根据权利要求2所述的碰撞规避方法，其特征在于，所述风险区域的确定方法为：

风险区域的纵向方向为根据车辆行驶状态预估的车辆瞬时速度方向，风险区域的横向宽度为以本车车头前端中心点为中心的1.4倍车宽的区域。

4.根据权利要求3所述的碰撞规避方法，其特征在于，所述步骤5)的避碰方法包括：

5.1)计算车辆与行人的距离：若车辆为直道、换道行驶，则为车辆与行人之间的纵向距离；若车辆为弯道行驶，则为车辆与行人之间的圆周距离；若为交叉口行驶，则为车辆与行人之间的横向与纵向距离之和；

5.2)若车辆与行人的距离小于设定的提醒避碰距离，则进入提醒避碰模式；

5.3)若驾驶员在提醒避碰后采取减速、制动、鸣喇叭、打转向灯的措施，则判定驾驶员当前驾驶状态正常，则启用两阶梯避碰模型，分别为提醒避碰、制动避碰1，在提醒避碰后，随着风险区域内的行人与车辆的距离小于制动避碰距离1，则系统判定当前应实施制动避碰1；其中提醒避碰、制动避碰1激活距离计算如下：

提醒避碰激活距离为：

$\begin{array}{c}{d}_r=\frac{{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_k}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})*(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)+d_0+\frac{v}{3.6}*(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})+\frac{{(v/3.6)}^2-{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_m}\\ +\frac{v}{3.6}{t}_{\mathrm{dr}}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})\frac{v}{3.6}+d_0\end{array};$

制动避碰1激活距离为：

$d_{b1}=\frac{{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_k}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2}+t_{\mathrm{dr}})*(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)+d_0;$

dr为提醒避碰距离；ds为危险避碰距离；d_b1为制动避碰1距离；d_b2为制动避碰2距离；v为车辆在当前时刻的速度；△v为不同车速状况下的自动减速量；a_k为车辆的最大制动加速度；a_m为不同车速状况下对应的自动减速力度；t_dr为驾驶员的反应时间；t_bc为制动器缓冲时间；t_bf为制动力度增长时间；d₀为绝对安全距离；

提醒避碰阶段避碰方式为车载便携式VGA显示屏上弹出黄色人偶图形并不断闪烁；制动避碰1阶段避碰方式为便携式VGA显示屏上弹出深红色人偶图形并不断闪烁，车载扬声器发出急促报警声，同时安全带自动收紧，驾驶座椅调整机构将驾驶员调整到安全坐姿，安全气囊准备弹出；

5.4)若驾驶员在提醒避碰后未采取减速、制动、鸣喇叭和打转向灯中任一措施，则判定驾驶员当前驾驶状态不正常，则启用三阶梯避碰模型，

分别为：提醒避碰阶段、危险避碰阶段、制动避碰2阶段；

其中进入危险避碰阶段激活距离计算如下：

$\begin{array}{c}{d}_s=\frac{{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_k}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})*(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)+d_0+\frac{v}{3.6}*(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})+\frac{{(v/3.6)}^2-{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_m};\end{array}$

进入制动避碰2阶段激活距离计算如下：

$d_{b2}=\frac{{(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)}^2}{2a_k}+(t_{\mathrm{bc}}+\frac{t_{\mathrm{bf}}}{2})*(v/3.6-\mathrm{\Δv}/3.6)+d_0;$

ds为危险避碰距离；d_b1为制动避碰1距离；d_b2为制动避碰2距离；

提醒避碰阶段避碰方式为便携式VGA显示屏上弹出黄色人偶图形并不断闪烁；危险避碰阶段避碰方式为便携式VGA显示屏上弹出浅红色人偶图形并不断闪烁，同时车载扬声器发出间隔蜂鸣声，并且系统根据当前车速自动采用不同减速力度与减速量来进行适当减速；制动避碰2阶段避碰方式为便携式VGA显示屏上弹出深红色人偶图形并不断闪烁，车载扬声器发出急促报警声，同时系统自动激活制动踏板，以最大加速力度的一半采取强行制动措施，同时安全带自动收紧，安全气囊准备弹出，驾驶座椅调整机构将驾驶员调整到安全坐姿。

5.根据权利要求4所述的碰撞规避方法，其特征在于，所述计算车辆与行人的距离具体如下：

所述车辆行人距离，若为直道、换道行驶，则为行人相对车辆的纵坐标；

若为交叉口，采用化曲为直的方法得到车辆行人距离为行人相对车辆的横向、纵向坐标之和；

若为弯道，则通过如下方法获得：假设弯道是理想的环形弯道，通过信息采集步骤获取的信息得到行人、车辆、弯道圆心的相对位置，近似的将行人与车辆所处位置看做在同一个圆周上，圆周半径为车辆实时转弯半径道路坡度的倾角α由路侧采集端获取，便可以求出行人、车辆所对应的圆心角θ；由圆心角与弧长的对应关系求出二者在圆周上的距离，即行人、车辆的实际距离 $S=\frac{v}{\sqrt{\tan \mathrm{\α}}}\·\mathrm{\θ}.$

6.根据权利要求1所述的碰撞规避方法，其特征在于，若行驶过程中有换道行驶，需要进行一次车辆行人碰撞风险等级的判定：若所换车道上有行人横向上处于2倍危险区域内，且纵向距离小于提醒避碰激活距离与制动避碰2激活距离之和，则不可换道，系统提示稍后换道；否则，可以换道。

7.一种车辆行人碰撞规避系统，包括：

信息采集模块，用于采集用于识别碰撞风险的信息；所述信息采集模块包括车载采集端和路侧采集端；

车载采集端用于采集车辆的速度信息、加速度信息和位置信息；

路侧采集端用于采集行人的数量、位置、距离信息以及道路信息；

行驶状态判别模块，用于对车辆当前行驶状态进行判别；所述行驶状态包括直道行驶、换道行驶、交叉口行驶、弯道行驶；

碰撞风险识别模块，用于根据采集的碰撞风险信息和车辆当前行驶状态，对是否存在碰撞风险进行识别；

驾驶状态判别模块，用于当存在碰撞风险时，在提醒避碰阶段后，对驾驶员当前驾驶状态是否正常进行判别；

碰撞规避模块，用于根据驾驶员驾驶状态采取避碰方法来实施避碰；

通讯模块，用于车载采集端和路侧采集端之间的实时数据通信。

8.根据权利要求7所述的碰撞规避系统，其特征在于，碰撞规避模块中用于根据驾驶员驾驶状态采取的避碰方法为主动避碰和被动避碰相结合的双重避碰来减少碰撞事故的发生，主动避碰措施包括语音提醒、画面警示、辅助减速、强行制动；被动避碰措施包括调整座椅至安全坐姿、收紧安全带、弹出安全气囊。

9.根据权利要8所述的碰撞规避系统，其特征在于：碰撞阀值、主动避碰参数、被动避碰参数、各避碰阶段起始距离可以根据驾驶员个人驾驶特性实际道路情况和进行调节。碰撞阀值包括行人离车辆的横向距离、纵向距离、车辆当前速度；主动避碰参数包括便携式VGA显示屏上预警人偶形状及颜色、语音报警形式及次数；被动避碰参数包括辅助减速与强行制动的量以及力度、是否调整座椅至安全坐姿、安全带是否收紧、安全气囊是否弹出。

10.根据权利要求8所述的碰撞规避系统，其特征在于，所述碰撞规避系统还包括休眠模块，用于驾驶员采取避碰措施后，系统自动休眠。