CN106485950A - 用于后方交叉车流规避的方法和设备 - Google Patents

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CN106485950A CN201610702567.2A CN201610702567A CN106485950A CN 106485950 A CN106485950 A CN 106485950A CN 201610702567 A CN201610702567 A CN 201610702567A CN 106485950 A CN106485950 A CN 106485950A
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Abstract

一种后方交叉车流规避系统包括感测主车辆后方的远距离物体的物体检测装置。物体分类器区分远距离动态物体和远距离静态物体。物体分类器识别动态物体的形状。跟踪系统跟踪远距离动态物体。处理器确定远距离物体位于与远距离车辆的相交路径上。处理器根据主车辆与远距离动态物体之间相交的时间来确定警告威胁评估。处理器响应于碰撞的致动警告来确定制动威胁评估。制动致动系统致动制动操作以缓解碰撞。

Description

用于后方交叉车流规避的方法和设备
背景技术
本发明总体涉及一种后方交叉车流检测系统。
碰撞规避系统通常使用车辆传感器，其提供主车辆的速度以及目标车辆的位置和速度。这种现有系统通常存在缺陷，因其无法检测车辆后方的交叉车流或实施碰撞缓解控制以规避事故。此外，当评估碰撞威胁时，通常并未考虑目标形状和轨迹。在其中目标被识别为潜在威胁的情况下，如果做出行进路径或无论某种类型的障碍物堵塞了主车辆的感测场，会发出警告但系统并不会继续监测目标。由于数据不充分，如果目标不再被主车辆检测到，系统可能不会采取进一步的行动来警告驾驶员。
发明内容
实施例的优点为物体几何形状的检测以及物体轨迹的跟踪，以评估后方交叉车流规避情况。本文所述的系统和技术对主车辆的路径进行了分类，且目标不是直线就是圆圈。基于路径的轨迹，确定了警告区的中心，以准确地确定碰撞的时间。警告区提供了早期警告检测，用于识别潜在的冲突评估，其可以警告的形式提供给驾驶员。另外，在车辆周围构建出安全区边界，其起缓冲器的作用，以确定碰撞的时间。这允许更长的反应时间来启用自主车辆操作，诸如车辆制动，以使车辆减速或停车，从而规避碰撞。
一个实施例设想了一种由物体检测装置感测主车辆后方的远距离物体的方法。物体分类器区分远距离动态物体和远距离静态物体。物体分类器识别动态物体的形状。跟踪系统跟踪远距离动态物体。处理器确定远距离物体位于与远距离车辆的相交路径上。处理器根据主车辆与远距离动态物体之间相交的时间来确定警告威胁评估。处理器响应于碰撞的致动警告来确定制动威胁评估。制动致动系统致动制动操作以缓解碰撞。
附图说明
图1是用于后方交叉车流规避系统的部件的框图。
图2示出了用于警告和制动评估威胁的处理器输入。
图3是用于执行后方交叉车流规避的方法的流程图。
图4是用于物体过滤器和跟踪子例程的流程图。
图5是用于确定警告区中心的框图。
图6是车辆周围用于确定碰撞时间的安全区边界的图示。
图7是用于构建堵塞柱状图的流程图。
图8是产生受阻视野的物体阻碍的示例。
图9是示例性堵塞柱状图。
图10是用于确定是否存在堵塞的技术的流程图。
图11是示出用于状态机的示例性输入的框图。
图12是用于确定后方交叉车流评估过程中车辆状态的状态流程图。
具体实施方式
图1示出了用于后方交叉车流规避系统10的部件的框图。后方交叉车流规避系统包括处理器12、物体检测装置14、物体分类器16、跟踪系统18和碰撞缓解系统19。虽然本文的描述记载了汽车系统，应当很容易理解的是，后方交叉车流规避系统可应用于其它技术领域，包括但不限于，运输装置，诸如用在组装设备、制造设备和运输设备中的叉车。
物体检测装置14感测主车辆外部的物体。物体检测装置14面向后方安装在主车辆上，且感测车辆后方的物体，且更优选地感测在与主车辆交叉的方向上行进的动态物体。应当理解的是，物体检测装置14将被用来检测静止和动态物体两者；然而，对于物体是静止或是动态的确定是由分类器16确定的。分类器16基于物体检测数据初步确定物体是静止或是动态的。分类器16使用物体检测数据来匹配数据是否与车辆或已知静态物体有关。对于分类为车辆的物体是否是静态的确定将在后面详细描述。
跟踪系统18跟踪由分类器16识别为车辆的物体。跟踪系统构建占据网格并将从多个时间帧检测到的静态物体记录在局部世界坐标中。响应于在某个时间段内对多个帧的分析，跟踪系统18通过静止车辆确定动态车辆。跟踪系统将静态物体从占据网格移除，并继续监测且跟踪动态物体。
跟踪系统18使用相对于主车辆的范围和方位角数据的接近度跟踪动态物体。基于物体的几何形状形成群集，该几何形状是通过由物体检测装置接收的数据以及方位和范围角数据得来的。跟踪系统18估计每个群集的速度。如果跟踪系统18确定群集的一致的速度对于群集而言无法确定，那么可确定群集可包括两个或两个以上不同的动态物体，且群集将分为至少两个或两个以上群集，直到跟踪的每个识别的群集具有一致的速度。跟踪以一致速度行进的相应群集包括确定群集以相应的速率从初始位置移动相应距离。
处理器确定如图2所示的警告评估威胁(WAT)和制动评估威胁(BAT)两者。基于主车辆以及远距离动态物体在同一时刻处于警告区中来确定警告评估威胁。处理器基于主车辆(H)的位置、速度和轨迹以及远距离动态物体(T)的位置、速度和轨迹以及其它参数(P)来确定相对于主车辆和远距离动态物体的警告区。如果确定主车辆和远距离动态物体两者将在同一时刻占据警告区，那么启用警告威胁评估。启用警告威胁评估可通过使用碰撞缓解系统(其中指示主车辆后方存在远距离动态物体的警告被输出至驾驶员)来执行。警告可包括但不限于，视觉、听觉或触觉警告。
响应于警告威胁评估(W)的启用，处理器将进一步经由制动威胁评估基于碰撞时间来确定主车辆和远距离动态物体之间是否即将发生碰撞。如果确定碰撞时间超出相应阈值，那么处理器可将控制信号提供至碰撞缓解系统，其使用车辆操作来规避碰撞。用于缓解与后方交叉跟踪车辆的碰撞的一种类型的碰撞缓解系统可包括制动系统，在启用迫近威胁评估以及警告被提供至驾驶员之后，该制动系统自动地启用以制动车辆。应当理解的是，可使用其它类型的碰撞缓解装置，其包括但不限于，转向系统和加速系统。如图2中所示，制动威胁评估使用输入，其包括但不限于安全边际(SM)、远距离动态物体信息(T)和主车辆信息(H)。还应当理解的是，来自制动威胁评估的制动命令(BC)输出将不会致动，除非警告威胁评估模块输出警告。
图3是用于执行后方交叉车流规避的方法的流程图。在步骤20中，对物体进行预选择，这包括从运动物体中过滤掉静态物体。图4示出了其中静态物体从运动中的物体中过滤掉的子例程的流程图。
在步骤30中，通过物体检测装置获得物体感测数据。物体检测装置可为相机、雷达或基于激光雷达的装置。
在步骤31中，物体数据被提供至静态物体分类器，其中根据数据满足分类器标准的物体被分类成静态物体。
在步骤32中，构建了占据网格。将具有多个时间帧的静态物体记录在它们的局部世界坐标中(以地面为固定点)。
在步骤33中，如果静态物体的对地速度小于阈值(例如，每秒0.5米)，则将静态物体从占据网格移除。
在步骤34中，在静态物体的移除之后仍保留在占据网格内的物体基于相对于主车辆的范围/方位角的接近度进行群集。
在步骤35中，对每个群集的速度进行监测。诸如RANSAC最小二乘法的技术可用来估计群集的速度。如果确定从相应的群集无法识别到一致的速度，那么确定两个或两个以上单独的物体被错误地群集。因此，群集被分开，直到识别到来自每个群集的一致的速度为止。
在步骤36中，利用群集的几何形状来跟踪群集。通过根据群集的几何形状来跟踪群集，可基于从运动物体返回的接收感测信号来确定前进方向和轨迹信息。
在步骤37中，对于识别为跟踪数据库中的成熟目标的每个群集，局部世界坐标帧中的目标的位置被计算。
在步骤38中，连续地跟踪目标以确定在所捕获的时间帧内是否出现任何运动，以验证目标是动态物体。基于目标是否在相应数量的捕获帧内移动至少预定距离，建立验证。如果确定目标移动了，那么例程进行到步骤39；否则不选择跟踪且例程返回至步骤30以监测额外的动态目标。
在步骤39中，选择跟踪用于进一步监测，以确定警告威胁评估。
再次参考图3，在步骤21中执行警告威胁评估。警告威胁评估限定警告区区域并确定两个车辆是否将在同一时间段内占据警告区区域。警告威胁评估由图5示出。在图5中，警告区的确定是基于主车辆和物体目标的轨迹。在确定警告区中心时可以使用四种可能的路径分类。可能的分类是：(1)主体-直线/目标-直线，(2)主体-直线/目标-圆圈，(3)主体-圆圈/目标-直线，(4)主体-圆圈/目标-圆圈。使用任何组合确定主体和目的相交处可使用任何已知技术来计算。出于示例性目的，用于确定主体-直线/目标-直线的技术将在本文进行描述；然而，应当理解的是，本发明并不局限于所述的技术或分类。
图5说明了主车辆40和目标物体41沿诸如直线/射线的线性路线行驶的实例。主车辆40被示为以具有相应轨迹(例如，前进方向)的速度向后方行驶。目标物体41是以具有相应轨迹的目标速度行驶。主车辆40和目标物体41的轨迹相交被示为在警告区中心(Wx，Wy)处。警告区中心(Wx，Wy)是通过由主车辆40和目标物体41的速度和轨迹产生的两个射线的相交处确定。位于坐标(0，0)处的主车辆参照坐标帧。x坐标Wx是由以下表达式确定：
(Wx，Wy)＝(a·Vhx，a·Vhy)
其中a＝(Ptx·Vty-Pty·Vtx)/(Vhx·Vty-Vhy·Vtx)，坐标(Ptx，Pty)是目标车辆的位置，(Vhx，Vhy)是主车辆的速度表示，且(Vtx，Vty)是目标车辆的速度表示。
警告区42是基于警告区中心(Wx，Wy)构建而成。警告区42是基于限定警告区42的拐角的轮廓点(诸如W1、W2、W3和W4)构建而成。警告的拐角点是由以下表达式来表示：
W1＝(Wx-WZ，Wy-WZ)；
W2＝(Wx-WZ，Wy+WZ)；
W3＝(Wx+WZ，Wy+WZ)；以及
W4＝(Wx+WZ，Wy-WZ).
其中WZ是相距警告区中心的偏移距离并且是由以下表达式来确定：
WZ＝max(min(2，1+max(Ptx，Pty)/10)，3).
一旦警告区42被构建，就可以确定主车辆40和目标物体41在相同时刻共同存在于警告区42内的时间帧。主车辆40和目标物体41在相同时刻占用警告区42的确定要求基于它们的相应速度和轨迹确定主车辆40和目标物体41各自进入警告区42且主车辆40和目标物体41离开警告区42的时间。时间t1,in表示主体进入警告区42的时间，而t1,out表示主车辆离开警告区42的时间。类似地，时间t2,in表示目标车辆41进入警告区42的时间，而t2,out表示目标物体41离开警告区42的时间。如果[t1,in，t1,out]与[t2,in，t2,out]之间如图5中说明般发生重叠，那么当两辆车以它们相应的速度和轨迹继续行驶时确定目标物体是潜在碰撞的候选者。
再次参考图3中的例程，在步骤22中确定制动威胁评估。制动威胁评估是基于碰撞时间是否超过其中车辆制动在给驾驶员赋予警告且没有对原本将指示缓解碰撞威胁的主车辆行驶或远距离物体行驶作出修改之后自动施加的预定阈值来确定。
图6说明了车辆周围构建用于确定碰撞是否即将来临使得应启用自主制动的安全区。主车辆40包括形成在车辆周围的虚拟安全区44。安全区44是形成在车辆周围且用于估计与目标物体的碰撞时间的假想边界。安全区44提供安全缓冲器/限度用于进一步最小化与目标物体的碰撞。
以下坐标限定了车辆的安全区并且由以下项表示：
(-LS，-WS)，
(-LS，+WS)，
(+LS，+WS)，
(+LS，-WS)，
其中LS＝0.5*主体长度+安全边际，WS＝0.5+主体宽度+安全边际，且安全边际(SM)是预定距离。
响应于在整个车辆周围构建安全区44，计算目标物体相对于主车辆的速度。碰撞时间是基于目标物体阻碍安全区44的时间，而非与物理车辆的碰撞时间。因此，与实际车辆相比，碰撞时间在利用安全区44时将缩短。此实际上使主车辆的边界变大了，这提供了增强的安全缓冲器以防止碰撞。
如果所计算的碰撞时间小于碰撞时间阈值(TTCactual<TTCthreshold)，那么致动制动命令。制动命令将自动地致动车辆制动以使车辆减速来规避碰撞目标物体。
图7说明了用于制动威胁评估的技术的流程图。在步骤50中，启始子例程。在步骤51中，在确定主车辆和目标物体将在相同时刻期间占用警告区时识别警告区。
在步骤52中，在主车辆周围构建安全区。
在步骤53中，确定主车辆与目标物体之间的相对速度。
在步骤54中，确定主车辆与目标物体之间的碰撞时间。碰撞时间是基于主车辆周围的安全区，而非主车辆的实际车体部件。
在步骤55中，确定碰撞时间是否小于碰撞时间阈值。如果确定碰撞时间不小于碰撞时间阈值，那么返回至步骤50，其中子例程继续监测目标物体。如果确定碰撞时间小于碰撞时间阈值，那么例程进行至步骤56。
在步骤56中，将制动命令传输至制动模块以自动地致动车辆制动用于防止目标物体处的碰撞。
再次参考图2，在步骤23中，确定检测目标物体的传感器是否以任何部分形式被堵塞。图8说明了车辆倒车至其中存在交叉车流的行驶道路上的平面图。主车辆40被示为倒车至由目标物体42行驶的行驶道路中。物体检测装置14感测主车辆40后方的物体。如图8中所示，静态物体58是在物体检测装置14的视野中，由此堵塞了由物体检测装置14传输用于监测目标物体42的信号的部分视野。如果确定科学视野存在堵塞或部分堵塞，那么向主车辆40的驾驶员提供警告。
图9说明了由返回数据产生的堵塞柱状图60，其示出了主车辆40的距离(例如，2米)内存在现有静态物体。如由堵塞柱状图60所示，阻断视野的一部分，这是由近似介于-100°至-130°之间的方位角的阴影区域指示。
图10说明了用于确定是否存在阻断的技术的流程图。在步骤60中，获取雷达数据。
在步骤61中，向分类器提供其中分类器确定物体是静态物体并且将物体分类为静态物体的四分之一数据。
在步骤62中，将多个时间帧的静态物体记录在局部世界坐标中(相对于地面固定)。
在步骤63中，被记录在局部世界坐标中的静态物体被转换为主车辆帧。
在步骤64中，利用主车辆帧中的转换数据构建堵塞柱状图。
在步骤65中，确定是否阻断任何返回信号，所述确定是基于柱状图来确定。如果确定存在阻断，那么例程进行至步骤66，否则，例程返回至步骤62监测记录数据。
在步骤66中，在例程中检测到阻断标志集，例程进行至步骤67。
在框67中，确定主车辆速度是否大于预定速度。如果确定主车辆速度不大于预定速度，那么例程返回至步骤65以确定是否仍然存在阻断。如果确定主车辆速度小于预定速度，那么例程进行至步骤68。
在步骤68中，将阻断警告指示符输出至驾驶员。
图11说明了用于确定后方交叉车流评估的状态的框图。输入被示为用于如下的状态机。应当理解的是，输入仅仅是示例性的，且可以利用如本文所示和描述的更多或更少输入。后方交叉车流评估的状态是通过向他们警告制动命令、主车辆的状态和驾驶员的动作来确定。状态机向人机接口(HMI)和制动系统产生命令。
状态机70的输入包括但不限于传感器有效性信息71、警告命令72、制动命令73、齿轮位置74、启用禁止命令75、驾驶员制动动作76、少量(trifle)减速动作77和主车辆速度78。基于所存在的当前状态和条件，状态机将确定系统应转变至何种状态。
以下示出的表格说明了用于在不同状态之间转变的条件。
条件 内容
1 RCTA开启/关闭
2 传感器故障
3 目标选择为冲突的候选者
4 针对轻度冲突的警告
5 针对即将来临的冲突的制动
6 主车辆的速度为零
7 驾驶员的制动/减速超驰
8 超驰取消
9(＝5) 针对即将来临的冲突的制动
10 延迟N秒
图12说明了用于识别相应状态之间的转变所需的条件的表格。状态图在启用状态(状态2)80、停用状态(状态1)81和故障状态(状态7)82之间转变。如结合表格所示，启用状态80和停用状态81将基于后方交叉车流评估开启或关闭而发生。
从启用状态82至故障状态82的转变将基于传感器故障条件而发生。从禁止状态81至故障状态82的转变也将基于传感器故障条件而发生。
当系统是在启用状态80中时，可转变为各种状态。如图12中所示，当发生告知条件(诸如目标选定为冲突的候选者)时，系统从启用状态80转变为告知状态(状态3)83。当发生诸如轻度冲突的警告的条件时，告知状态83可以转变为警告状态(状态4)84。当发生诸如由于即将来临的碰撞而制动的命令的条件时，警告状态84可以转变为制动状态(状态5)85。当发生主车辆的速度为零的条件时，制动状态85可以转变为制动保持状态(状态6)86。制动状态85或制动保持状态86可以基于发生诸如驾驶员施加过量的力在制动器上或施加过量的减速的超驰命令而转变为超驰状态。超驰状态(状态7)87可以基于发生超驰取消而转变为启用状态80以再启用系统。
再次参考图2，将命令发送至HMI以向驾驶员发出关于即将来临的碰撞或是否发生阻断的警告。另外，响应于发出警告且有可能基于作为安全区的函数的所计算碰撞时间而发生碰撞，向诸如电子制动控制模块的规避系统产生命令以自动地施加车辆制动。
警告区的确定是基于主车辆和物体目标的轨迹。在确定警告区中心时可以利用四种可能的路线分类。可能的分类是：(1)主体-直线、目标-直线，(2)主体-直线、目标-圆圈，(3)主体-圆圈、目标-直线，(4)主体-圆圈、目标-圆圈。
虽然已经详细地描述了本发明的某些实施例，但是熟悉本发明所涉及的领域的技术人员将会认识到如以下权利要求所限定的用于实践本发明的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种后方交叉车流规避系统，其包括：
物体检测装置，其感测主车辆后方的远距离物体；
物体分类器，其区分远距离动态物体与远距离静态物体，所述物体分类器识别所述动态物体的形状；
跟踪系统，其跟踪所述远距离动态物体；
处理器，其确定所述远距离物体位于与所述远距离车辆的相交路径上，所述处理器根据所述主车辆与所述远距离动态物体之间相交的时间来确定警告威胁评估，所述处理器响应于碰撞的致动警告来确定制动威胁评估；以及
制动致动系统，其致动制动操作以缓解所述碰撞。
2.根据权利要求1所述的后方交叉车流规避系统，其中所述跟踪系统产生占用网格并且记录局部世界坐标中的多个帧的静态物体，且其中所述跟踪系统将静态物体从所述占用网格中去除。
3.根据权利要求2所述的后方交叉车流规避系统，其中所述跟踪系统在去除所述静态物体之后根据范围/方位角数据的接近度来识别剩余物体。
4.根据权利要求3所述的后方交叉车流规避系统，其中估计每个群集的几何形状且利用世界坐标帧根据跟踪所述群集的所述几何形状来跟踪所述群集。
5.根据权利要求4所述的后方交叉车流规避系统，其中如果确定所跟踪群集移动相距初始位置至少预定距离，那么连续地跟踪所述群集。
6.根据权利要求5所述的后方交叉车流规避系统，其中所述跟踪系统估计所述群集的速度，且其中如果没有识别一致速度，那么所述跟踪系统将所述群集分隔为两个或更多个群集。
7.根据权利要求1所述的后方交叉车流规避系统，其中所述处理器确定所述警告威胁评估进一步包括确定警告区区域，所述警告区区域由所述主车辆进入的时间和所述主车辆离开所述区域的时间限定，所述警告区区域进一步由所述远距离动态物体进入所述警告区区域的时间和所述远距离动态物体离开所述区域的时间限定，且其中当确定所述主车辆和所述远距离车辆在相同时刻占用警告区时启用警告。
8.根据权利要求7所述的后方交叉车流规避系统，其中所述警告区区域的中心是所述主车辆的射线与所述远距离动态物体的射线的相交处，所述相交处由以下公式表示：
(Wx，Wy)＝(a·Vhx，a·Vhy)
其中a＝(Ptx·Vty-Pty·Vtx)/(Vhx·Vty-Vhy·Vtx)，
且其中所述主车辆的位置是(0，0)，(Ptx，Pty)是目标车辆的位置，(Vhx，Vhy)是所述主车辆的速度表示，且(Vtx，Vty)是所述目标车辆的速度表示。
9.根据权利要求8所述的后方交叉车流规避系统，其中所述警告区区域由拐角点限定，所述拐角点由以下坐标表示：
W1：(Wx-WZ，Wy-WZ)，
W2：(Wx-WZ，Wy+WZ)，
W3：(Wx+WZ，Wy+WZ)，
W4：(Wx+WZ，Wy-WZ)，
其中WZ是相距所述警告区中心的偏移距离。
10.根据权利要求1所述的后方交叉车流规避系统，其中所述处理器确定制动威胁评估是由所述远距离动态物体与所述主车辆的安全区之间的碰撞时间小于预定碰撞时间阈值来确定，所述安全区表示所述主车辆周围的虚拟边界且由以下坐标表示：
(-LS，-WS)；
(-LS，+WS)；
(+LS，+WS)；
(+LS，-WS)；
其中LS＝0.5*主体长度+安全边际，WS＝0.5+主体宽度+安全边际，且所述安全边际是预定距离。
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