CN109383497B - 用于避免撞击的方法、用于车辆的车载计算机及车辆 - Google Patents

用于避免撞击的方法、用于车辆的车载计算机及车辆 Download PDF

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Abstract

示例性实施包含控制自我车辆以跟踪连接的多个弯曲路径的系统和方法，连接的多个弯曲路径被计算为车辆在来自直墙或弯曲墙的垂直排斥力的作用下的移动，并且在结合点处连续地连接，并且在结合点处关于位置可微。此外，排斥力用作减速力和横向力。

Description

用于避免撞击的方法、用于车辆的车载计算机及车辆
技术领域
本公开涉及一种控制方法和系统，其在车辆手动(例如，通过驾驶员)或自动(例如，通过系统)操作时防止车辆与诸如道路边缘、护栏、弯道、其他车辆和行人的障碍物碰撞。本公开尤其涉及用于避免碰撞功能的路径规划和动态控制。
背景技术
因为避免碰撞控制被认为是安全性关键功能，所以现有技术系统以阈值和物理原因进行操作以激活避撞控制。用于避免碰撞的最简单的路径规划功能中的一个涉及两种控制模式：如图1所示的直线制动和没有制动的平行车道变换。这种现有技术方法是汽车工程师在物理上可理解的，并且更容易确定阈值以开始主动控制。然而，因为该方法只能适用于直路条件和平行车道变换，这种现有技术方法对于各种碰撞场景可能不够灵活。从控制开始位置到障碍物的距离可以比在车道变换期间涉及制动力的其他方法更长。
在现有技术的实施方式中，存在一种路径搜索方法以解决更复杂的场景。现有技术方法设置多个主路径和多个辅路径并选择避让线。这种现有技术方法能够在比直路更复杂的场景中确定避让路径，同时仍然可以被汽车工程师在物理上理解。然而，这种现有技术方法也没有考虑制动力，因此从开始控制位置到障碍物的距离可以比考虑制动力的控制更长。
在另一现有技术实现中，存在用于避免碰撞的MPC(模型预测控制)。因为MPC能够计算非线性物理现象，所以这个现有技术方法能够求解复杂碰撞场景的最优路径。如果现有技术系统将碰撞距离设置为先前成本函数，则可以比其他条件更快地计算距离。然而，因为最优路径是用非线性状态方程和多个成本函数计算的，所以从这种的现有技术方法计算出的这种结果对于车辆工程师来说是不可理解的。因此，现有技术方法可能难以针对每个障碍物清楚地定义控制位置阈值，这可导致最优计算在复杂条件下不收敛。
发明内容
示例实施方式涉及解决各种类型的碰撞场景，防止控制方法设置控制阈值在物理上和数学上复杂。
因为避免碰撞控制是安全性关键功能，所以示例实施方式的系统设置清楚的阈值和用于控制激活的物理原因可能是有益的。直线制动和平行车道变换操纵之间的当前现有技术切换方法对于各种类型的碰撞可能不够灵活，并且还可能因为它在车道变换期间不使用任何制动力而比其他现有技术方法更长。另一替代的现有技术方法，例如MPC，因为最佳路径是利用非线性状态方程和每个步骤的多个成本函数计算的，对于车辆工程师来说在物理上是不可理解的。这种现有技术方法可能使得难以针对每个障碍清楚地定义控制阈值。
示例实施方式用于通过在2D平面上使用可理解和可求解的控制算法来处理涉及各种类型的驾驶和碰撞用例的这种场景。
示例实施方式可以包含通过假设来自直墙或弯曲墙并且连续地连接同时在接点位置处可微的垂直排斥力，来控制自我车辆追踪多个连接的弯曲路径的系统和方法，其中多个连接的弯曲路径被计算为车辆的移动。示例实施方式中的排斥力相当于车辆的减速力和横向力两者。因为2D力包括减速力，所以朝向潜在碰撞的距离可以比不利用减速的现有技术方法更短。因为直墙或弯曲墙可以设置在两个侧面，所以通用算法可以应用于包括直线减速控制和曲线组合的各种碰撞场景。
弯曲路径可以被定义为抛物线或次摆线，其可以包括简单的几何曲线，其中可以在几何上确定开始控制的阈值。当两条弯曲路径包含彼此相切的线对称抛物线或次摆线时，示例实施方式系统可以计算具有对称几何形状的路径。
由于减速力在这种弯曲路径的接点处连续变化，因此在横向变化期间可以抑制车辆运动。
这里描述的示例实施方式能够提供高度可靠和灵活的碰撞避免控制。这里描述的算法能够与基于人工智能(AI)的控制算法和针对故障的备份相结合，这能够促进AI技术嵌入到高级驾驶员/高级驾驶员辅助系统(AD/ADAS)控制器中。这种控制方法也可以应用于VMC(车辆运动控制器)。
因为2D力包括减速力，所以利用示例实施方式可以使得朝向碰撞的距离比不涉及减速的现有技术方法更短。因为直墙或弯曲墙可以设置任意方向，所以示例实施方式中的相同算法可以应用于包括直线减速控制和曲线组合的各种碰撞场景。
在示例实施方式中，弯曲路径可以被定义为抛物线或次摆线，其是简单的几何曲线，其中可以在几何上确定开始控制的阈值。当两条弯曲路径被设计为彼此相切的线对称抛物线或次摆线的部分时，示例实施方式可以计算具有对称几何形状的路径。
本公开的各方面包括一种方法，其能够包括：将一个或多个虚拟墙投影到从车辆的传感器检测到的一个或多个障碍物，其中一个或多个虚拟墙中的每个虚拟墙与排斥力相关联；对于处在距一个或多个虚拟墙中的一个虚拟墙的阈值距离内并且在确定与一个或多个虚拟墙的该虚拟墙碰撞的轨迹处的车辆：从一个或多个虚拟墙中的该虚拟墙对于车辆的排斥力导出横向力和纵向力；从横向力确定车辆的转向控制；从纵向力确定车辆的减速控制；以及基于转向控制和减速控制来接合车辆的控制。
本公开的各方面包括一种存储指令的非瞬态计算机可读介质，这些指令能够包括：将一个或多个虚拟墙投影到从车辆的传感器检测到的一个或多个障碍物，其中一个或多个虚拟墙中的每个虚拟墙与排斥力相关联；对于处在距一个或多个虚拟墙中的一个虚拟墙的阈值距离内并且在确定与一个或多个虚拟墙的该虚拟墙碰撞的轨迹处的车辆：从一个或多个虚拟墙中的该虚拟墙对于车辆的排斥力导出横向力和纵向力；从横向力确定车辆的转向控制；从纵向力确定车辆的减速控制；以及基于转向控制和减速控制来接合车辆的控制。
本公开的各方面包括一种系统，其能够包括：用于将一个或多个虚拟墙投影到从车辆的传感器检测到的一个或多个障碍物的装置，其中一个或多个虚拟墙中的每个虚拟墙与排斥力相关联；对于处在距一个或多个虚拟墙中的一个虚拟墙的阈值距离内并且在确定与一个或多个虚拟墙的该虚拟墙碰撞的轨迹处的车辆：从一个或多个虚拟墙中的该虚拟墙对于车辆的排斥力导出横向力和纵向力的装置；从横向力确定车辆的转向控制的装置；从纵向力确定车辆的减速控制的装置；以及基于转向控制和减速控制来接合车辆的控制的装置。
本公开的各方面包括一种用于车辆的车载计算机(OBC)，其能够包括处理器，该处理器被配置为：将一个或多个虚拟墙投影到从车辆的传感器检测到的一个或多个障碍物，其中一个或多个虚拟墙中的每个虚拟墙与排斥力相关联；对于处在距一个或多个虚拟墙中的一个虚拟墙的阈值距离内并且在确定与一个或多个虚拟墙的该虚拟墙碰撞的轨迹处的车辆：从一个或多个虚拟墙中的该虚拟墙对于车辆的排斥力导出横向力和纵向力；从横向力确定车辆的转向控制；从纵向力确定车辆的减速控制；以及基于转向控制和减速控制来接合车辆的控制。
本公开的各方面包括一种车辆，其能够包括多个传感器；以及处理器，该处理器被配置为：将一个或多个虚拟墙投影到从多个传感器检测到的一个或多个障碍物，其中一个或多个虚拟墙中的每个虚拟墙与排斥力相关联；对于处在距一个或多个虚拟墙中的一个虚拟墙的阈值距离内并且在确定与一个或多个虚拟墙的该虚拟墙碰撞的轨迹处的车辆：从一个或多个虚拟墙中的该虚拟墙对于车辆的排斥力导出横向力和纵向力；从横向力确定车辆的转向控制；从纵向力确定车辆的减速控制；以及基于转向控制和减速控制来接合车辆的控制。
附图说明
图1示出现有技术实施方式中的平行车道变换或直线制动控制。
图2示出根据示例实施方式的设置有避免碰撞系统的车辆。
图3示出根据示例实施方式的具有来自虚拟墙的排斥力的基本避免碰撞控制。
图4(a)至图4(d)示出根据示例实施方式的排斥力控制的示例。
图5示出根据示例实施方式的双向排斥力的应用。
图6示出根据示例实施方式的使用双向排斥力的紧急车道变换。
图7(a)和图7(b)示出根据示例实施方式的双向避免碰撞的应用。
图8和图9示出根据示例实施方式的圆形虚拟墙和排斥力的示例，其可应用于弯曲道路。
图10(a)示出根据示例实施方式的用于基于障碍物上的虚拟墙的投影来控制车辆的示例流程。
图10(b)至图10(e)示出根据示例实施方式的用于投影虚拟墙的示例功能。
图11示出具有适用于一些示例实施方式中的示例计算机设备的示例计算环境。
具体实施方式
下面详细的描述提供本申请的附图和示例实施方式的进一步细节。为清楚起见，省略附图之间关于附图标记和冗余元件的描述。贯穿说明书所使用的术语是作为示例来提供的并且不旨在是限制性的。例如，术语“自动”的使用可以包含涉及用户或管理员对实施方式的某些方面的控制的全自动或半自动实施方式，这取决于本领域普通技术人员实践本发明的实施方式的期望实现。可以由用户通过用户界面或其他输入装置进行选择，或者可以通过期望的算法来实现。在此所述的示例实施方式可以单独使用或组合使用，并且示例实施方式的功能可以通过根据期望的实施方式的任何装置来实现。
图2示出根据示例实施方式的设置有避免碰撞系统的车辆。控制器1连接到地图系统6以从地图系统6接收信号。这些信号代表设置的路线、地图数据、车辆在地图上的位置、车辆的方向、车道信息，例如车道数量、速度限制和道路类型(即高速公路和一般高速公路以及分支道路)。地图系统6可以基于与行进路线和交通信息有关的过去数据来自动地设置或改变路线。
车辆设置有操作参数测量单元，其用于测量指示车辆操作状态的参数值，包括车轮速度测量设备7和车辆行为测量设备8。由这些设备提供的信号被发送到控制器1。车辆行为测量设备8测量纵向加速度、横向加速度和偏航率。
该车辆设置有环境条件测量设备，其用于测量车辆周围环境的状况，该环境条件测量设备包括前置相机10f、前置雷达11f、后置相机10r、后置雷达11r、左前置相机12L、右前置相机12R、左后置相机13L和右后置相机13R。这些环境条件测量设备将关于车辆周围的车道标记和障碍物的信息发送到控制器1。
前置相机10f设置有：用于获得车辆周围的场景图像的图像拾取单元；用于基于由图像拾取单元获得的图像中示出的车道标记或道路边界来识别车道的车道识别单元；以及输出单元，其提供表示车辆与识别对象之间的位置关系的信号，例如包括其他车辆和行人的障碍物、车道标记的类型和道路边界的类型。车道标记是根据交通规则指示行驶区域的标记，包括线、猫眼(cat’s eyes)、壶点(pot dots)、线的颜色和线的类型(例如，连续线、虚线、点划线和阴影线)。道路边界包括路肩、侧沟、路缘、堤岸、护栏和墙的边缘。车道标记表示车辆区域和非车辆区域之间的边界。
前置雷达11f检测并定位其他车辆和行人，并提供表示车辆与这些物体之间的位置关系的信号。前置雷达11f能够比前置相机10f更准确地检测远距离障碍物。前置相机10f的检测视场角大于前置雷达11f的检测视场角，并且能够识别障碍物的类型。后置相机10r、左前置相机12L、右前置相机12R、左后置相机13L和右后置相机13R在功能、优缺点上与前置相机10f相似，前置雷达11f和后置雷达11r在功能、优缺点上相似。
该车辆设置有发动机21、电子控制的制动系统22、电子控制的差速机构23和电子控制的转向系统24。控制器1基于由驾驶员给出的操纵变量的值和环境条件，向包括在那些系统22、23和24中的致动器提供驱动信号。当车辆需要加速时，控制器1向发动机21提供加速信号。当车辆需要减速时，控制器向电子控制的制动系统22发出减速信号。当车辆需要转向时，控制器1向电子控制的制动系统22、电子控制的差速机构23和电子控制的转向系统24中的至少一个发出转向信号。
电子控制的制动系统22是能够控制分别施加到车轮的单独制动力的液压制动系统。电子控制的制动系统响应于向车辆施加偏航力矩的转向请求，将制动力施加到右轮或左轮。电子控制的差速机构23响应于向车辆施加偏航力矩的转向请求，驱动电动机或离合器以在右轴和左轴之间产生转矩差。电子控制的转向系统24例如是线控转向系统，其能够响应于向车辆施加偏航力矩的转向请求，独立于方向盘的转向角度来校正转向角。
该车辆设置有信息输出单元26。信息输出单元26根据驾驶支持操作的类型来显示图像，产生声音并打开表示支持操作有关的信息的警告灯。信息输出单元26例如是设置有内置扬声器的监视器。多个信息输出单元可以安装在车辆中。
图3示出根据示例实施方式的具有来自虚拟墙310的排斥力的基本避免碰撞控制。图3示出示例用例，其中车辆300靠近不被触摸的虚拟墙310。在示例实施方式中，虚拟墙310由车辆300投影。当车辆的位置在控制阈值内时，如从点(b)到点(d)所示，从虚拟墙310到车辆300的排斥力301被激活。因为排斥力垂直于墙，所以对车辆生成减速力Fx和横向力Fy。该排斥力减小作为朝向墙的分量的速度分量V_Y，但是排斥力不会减小作为平行于墙的分量的速度分量V_X。当来自虚拟墙的总绝对力F恒定时，跟踪的曲线路径可以是抛物线302。
在控制的起始点处激活Fx和Fy之后，Fx逐渐减小，Fy逐渐增加。在控制结束时，Fx为零，Fy的值与恒定绝对力相同。因此，2D力方向沿着2D力圆变化。在这种情况下，可以按照等式计算对虚拟墙的控制阈值位置。
D＝(V_Y)^2/(2F/m),
其中m是车辆的质量。
如上所述，当基于来自墙的排斥力来控制车辆时，可以清楚并且在几何上计算控制阈值位置。对于该车辆，排斥力是包括纵向力和横向力的多方向力。理论上，当绝对力恒定时，排斥力控制能够使墙与阈值位置之间的距离最小。因为动能由于减速力而减小，所以车辆也可以安全地与墙碰撞。此外，由于驾驶员通常在减速后转弯，因此从后方到侧方的力方向变化对于驾驶员来说是自然的。
图4(a)至图4(d)示出根据示例实施方式的排斥力控制的示例。这种避免碰撞控制方法假设虚拟墙和排斥力可以覆盖从直线制动到逐渐靠近墙的各种场景。在如图4(a)所示的直线制动的情况下，可以应用与其他条件相同的公式来计算位置阈值L。在逐渐靠近墙的情况下，可以应用如图3所描述的公式来确定图4(b)和图4(c)中所示的弯曲路径。
如果控制器检测到如图4(d)中所示的具有变化角度的多个墙，示例实施方式针对每个墙计算控制路径和阈值。如图4(d)中所示，控制器选择距离当前位置最近的阈值位置。
通过这样的示例实施方式，具有虚拟墙和排斥力的控制方法不但能够防止车辆与侧方障碍物碰撞而且能够防止与直线前方障碍物碰撞。
图5示出根据示例实施方式的双向排斥力501-1、501-2的应用。如果车辆必须快速改变横向方向，则施加双向排斥力501-1、501-2和两个线对称和相切的抛物线路径502-1、502-2。当车辆500轨迹从一个抛物线到另一个抛物线(其是线对称并且相切的)的路径移动时，除了排斥力和加速度的方向之外，车辆500的运动连续变化。因此，车辆的速度从控制的开始到结束发生变化，就像车辆跟踪一个抛物线。
由此，控制器可以使用对称关系并且导出线对称轴503，来计算阈值位置和速度曲线。抛物线的纵横比取决于速度，方向和切点取决于两个排斥力。
图6示出根据示例实施方式的使用双向排斥力的紧急车道变换。图6中示出用于紧急车道变换的控制方法，其中示出使用双向排斥力的典型用例。如果自我车辆600检测到前方的障碍物并找到出口点(e)，则控制器设计右转抛物线601-1和左转抛物线601-2。右转抛物线601-1的虚拟墙610可以设计成对称地连接两个抛物线，并且开始控制点的速度等于当前的接近速度。当前移动线和左转抛物线的切点可以是碰撞避免控制的阈值。
在控制的起始点处激活Fx和Fy之后，Fx逐渐减小。在控制结束时，Fx为零，Fy的值与恒定绝对力相同。因此，2D力方向沿着2D力圆变化。在点(c)处从左到右的方向变化点处，减速度保持相同的值。因此，车辆的运动不会急剧变化，并且可以防止驾驶员和乘客的运动。
因为动能由于减速力而减小，所以车辆可以安全地与墙碰撞。由于利用减速的控制，阈值点和出口点之间的距离可以比仅利用横向力的控制更短。
图7(a)和图7(b)示出根据示例实施方式的双向避免碰撞的应用。在图7(a)的示例中，如果右侧有墙，左前侧有墙，则车辆可能不足以避开第一墙。在车辆躲避第一左墙之后，车辆可能撞到第二左墙。在这种情况下，该系统执行计算以避免与第二墙的碰撞并产生能够连接到第二右转弯的左转路径。开始控制的阈值点将早于仅针对第一个右墙的控制的阈值。
在图7(b)的示例中，如果存在不是实心墙的混杂障碍物，则系统对每个障碍物投影虚拟墙。系统选择虚拟墙的最关键障碍物并计算路径和阈值以避免与这些虚拟墙发生碰撞。例如，如果系统检测到穿过道路的行人、道路施工区域和/或在相对车道上的接近车辆，则它针对每个障碍物投影虚拟墙并且生成包括双向控制路径的路径。
通过这样的示例实施方式，虚拟墙可以用作灵活且适用于混杂障碍物和复杂道路状况的解决方案。
图8和图9示出根据示例实施方式的圆形虚拟墙和排斥力的示例，其可应用于弯曲道路。当虚拟墙是圆形时，排斥力的方向朝向圆心。在这种情况下，避免碰撞控制期间的轨迹可以是次摆线，例如圆内次摆线。
在图8的示例中，在控制开始时，减速力Fx和横向力Fy都被激活到车辆。在针对圆形虚拟墙的碰撞控制期间，减速力Fx减小并且横向力Fy增加。减速力Fx将为零，并且横向力Fy将达到与在控制期间恒定的绝对力相同的值。
当基于来自墙的排斥力来控制车辆时，即使对于2D表面上的多方向控制，也能够在几何上计算控制阈值位置。理论上，当绝对力恒定时，排斥力控制能够使墙与阈值位置之间的距离最小。因为动能由于减速力而减小，所以车辆可以安全地与墙碰撞。此外，因为驾驶员通常在转向之前减速，所以从减速到转向的力的方向变化对于驾驶员来说是自然的。
如图9所示，如果车辆900必须快速改变转向方向，则施加两个方向的排斥力920-1、920-2和两个线对称和相切次摆线901-1、901-2。当车辆900轨迹从一个次摆线901-1到另一次摆线901-2(其是线对称并且相切的)的路径移动时，除了排斥力和加速度的方向之外，车辆900的运动连续变化。因此，车辆的速度从控制的开始到结束发生变化，就像车辆跟踪一个次摆线。因此，控制器能够使用对称关系来计算阈值位置和速度曲线。次摆线的纵横比取决于速度，方向和切点取决于两个排斥力。
图10(a)示出根据示例实施方式的基于虚拟墙在障碍物上的投影来控制车辆的示例流程。在1001处，该处理将虚拟墙投影到从传感器检测到的障碍物，其中每个虚拟墙与排斥力相关联。能够根据任何期望的实施方式或功能来设置排斥力。例如，排斥力可以是根据期望的安全阈值而确定的设定静态值，可以基于障碍物来设置，可以根据基于虚拟墙长度的函数设置，或者根据期望的实施以其他方式来设置。可以根据期望的实施方式将虚拟墙投影到障碍物。
例如，虚拟墙可以作为f(车辆速度，排斥力，距离偏移)＝虚拟墙(长度，位置，角度)的函数来放置。关于图10(b)至图10(e)提供这种虚拟墙投影的其他示例。
在1002处，该处理基于车辆轨迹检测到虚拟墙的可能碰撞。在1003，检查是确定是否检测到可能的碰撞。可能的碰撞可以基于车辆轨迹来检测，并且也可以基于距离投影的虚拟墙的阈值距离来检测。如果由于车辆的距离在阈值距离内以及指示与虚拟墙发生碰撞的车辆轨迹而检测到可能的碰撞(是)，则流程进行到1003，否则(否)，流程结束。
在1004处，该处理然后基于排斥力来确定车辆上的横向力和纵向力，例如，如从图3至图9的示例中所示。在1005处，该处理可以从所确定的横向力来确定转向以避开虚拟墙，如从图3至图9的示例中所示。在1006处，该处理可以基于所确定的纵向力来确定车辆的减速度，如从图3至图9的示例中所示。在1007处，该处理基于确定1007接合车辆的转向和加速控制，然后循环回到1002。
图10(b)至图10(e)示出根据示例实施方式的用于投影虚拟墙的示例功能。具体而言，图10(b)和图10(c)示出车辆以任意角度接近的示例虚拟墙投影函数。在这样的示例中，几何定义可以如图10(b)中所示来定义，其中车辆的接近条件被定义为具有初始速度V0，接近路径梯度C和偏移D。对于逃逸条件，如图10(b)中所示的第二抛物线的二次公式被定义为Y＝aX2。
如图10(b)中所示，定义了以下等式：
E＝2aX0 (1)
Figure GDA0003067081940000101
Figure GDA0003067081940000102
Figure GDA0003067081940000103
根据以上四个等式，可以计算a，X0和X1。然后，控制开始位置(X0’,Y0’)(阈值距离)可以如下定义。
A＝2aX1
Figure GDA0003067081940000104
根据上述等式，虚拟墙的角度被定义为
ψ＝2×tan-1(2aX1)) (6)
图10(c)示出基于图10(b)中所示的实施方式的示例模拟结果，其可以包括具有正接近角(+7.5度)的路径，例如V0为20m/s、25m/s和30m/s。
图10(d)示出根据示例实施方式的在平行移位情况下虚拟墙的示例投影。当车辆处于平行移位时，假设C＝0。然后，如图10(d)所示，可以应用以下等式：
Figure GDA0003067081940000111
Figure GDA0003067081940000112
Figure GDA0003067081940000113
可以根据等式(5)计算控制开始位置(X0’,Y0’)(阈值距离)。可以通过等式(6)来确定第一虚拟墙的角度。图10(e)中提供了平行路径情况的示例模拟结果，例如V0为15m/s、20m/s和30m/s。
图11示出具有适用于一些示例实施方式的示例计算机设备的示例计算环境，例如车载计算机(OBC)或控制器1，其用于管理来自图2的传感器，或通过根据所需实施方式的任何其他实施方式。
计算环境1100中的计算机设备1105可以包括一个或多个处理单元、核或处理器1110，存储器1115(例如，RAM、ROM和/或类似物)，内部存储器1120(例如，磁、光、固态存储器和/或有机的)，和/或I/O接口1125，其中的任何一个都可以耦合在用于传送信息或嵌入在计算机设备1105中的通信构件或总线1130上。I/O接口1125还用于根据期望的实现方式从相机接收图像或向投影仪或显示器提供图像。
计算机设备1105可以通信地耦合到输入/用户接口1135和输出设备/接口1140。输入/用户接口1135和输出设备/接口1140中的任一个或两个可以是有线或无线接口并且可以是可拆卸的。输入/用户接口1135可以包括能够用于提供输入的任何设备、组件、传感器或者物理或虚拟接口(例如，按钮、触摸屏界面、键盘、指向/光标控制、麦克风、相机、盲文、运动传感器、光学读取器和/或类似物)。输出设备/接口1140可以包括显示器、电视、监视器、打印机、扬声器、盲文等。在一些示例实施方式中，输入/用户接口1135和输出设备/接口1140可以嵌入或物理耦合到计算机设备1105。在其他示例实现中，其他计算机设备可以用作计算机设备1105或者向计算机设备1105提供输入/用户接口1135和输出设备/接口1140的功能。
计算机设备1105的示例可以包括但不限于，高度移动设备(例如，智能电话、车辆和其他机器中的设备、人和动物携带的设备等)，移动设备(例如，平板电脑、笔记本计算机、膝上型计算机、个人计算机、便携式电视、收音机等)，以及不是为移动性而设计的设备(例如，桌上型计算机、其他计算机、信息亭、其中嵌入一个或多个处理器和/或与其耦合的电视、无线电等)。
计算机设备1105可以通信地耦合(例如，经由I/O接口1125)到外部存储器1145和网络1150，用于与任何数量的联网组件、设备和系统进行通信，包括相同或不同配置的一个或多个计算机设备。计算机设备1105或任何连接的计算机设备可以用作提供服务器、客户端、瘦服务器、通用机器、专用机器或其他标签的服务，或被称为服务器、客户端、瘦服务器、通用机器、专用机器或其他标签。
I/O接口1125可以包括但不限于使用任何通信或I/O协议或标准(例如，以太网、802.11x、通用系统总线、WiMax、调制解调器、蜂窝网络协议等)的有线和/或无线接口，用于向计算环境1100中的至少所有连接的组件、设备和网络传送信息和/或从其传送信息。网络1150可以是任何网络或网络组合(例如，互联网、局域网、广域网、电话网络、蜂窝网络、卫星网络等)。
计算机设备1105可以利用计算机可用或计算机可读介质来使用和/或通信，包括瞬态介质和非瞬态介质。瞬态介质包括传输介质(例如，金属线缆、光纤)、信号、载波等。非瞬态介质包括磁介质(例如，磁盘和磁带)，光学介质(例如，CD ROM、数字视频盘、蓝光光盘)，固态介质(例如，RAM、ROM、闪速存储器、固态存储器)，以及其他非易失性存储器或内存。
可以使用计算机设备1105来实现在一些示例计算环境中的技术、方法、应用、处理或计算机可执行指令。计算机可执行指令可以从瞬态介质中检索，并存储在非非瞬态介质上并从非瞬态介质中检索。可执行指令可以源自任何编程、脚本和机器语言(例如，C、C++、C#、Java、Visual Basic、Python、Perl、JavaScript等)中的一个或多个。
处理器1110可以在本机或虚拟环境中的任何操作系统(OS)(未示出)下执行。可以部署一个或多个应用，其包括逻辑单元1160、应用编程接口(API)单元1165、输入单元1170、输出单元1175，以及用于不同单元相互通信、与OS和与其他应用(未显示)进行通信的单元间通信机制1195。所描述的单元和元件可以在设计、功能、配置或实现方式上变化，并且不限于所提供的描述。
在一些示例实施方式中，当API单元1165接收到信息或执行指令时，其可以被传送到一个或多个其他单元(例如，逻辑单元1160、输入单元1170、输出单元1175)。在一些实例中，逻辑单元1160可以在上述一些示例实现中，用于控制单元之间的信息流并且指导由API单元1165、输入单元1170、输出单元1175提供的服务。例如，一个或多个处理或实施方式的流程可以由逻辑单元1160单独控制或者与API单元1165相结合地控制。输入单元1170可以用于获得在示例实施方式中描述的计算的输入，并且输出单元1175可以用于基于示例实施方式中描述的计算来提供输出。
存储器1115可以用于存储排斥力的值，投影到每个检测到的障碍物上的一个或多个虚拟墙的布置和长度，以及从图3至图9的示例中所描述的函数导出的确定的弯曲路径。
处理器1110可以用于执行如图10中所示的流程，从而将一个或多个虚拟墙投影到从车辆的传感器检测到的一个或多个障碍物，其中一个或多个虚拟墙中的每个虚拟墙与排斥力相关联。对于处于距一个或多个虚拟墙中的一个虚拟墙的阈值距离内并且在被确定与一个或多个虚拟墙的给虚拟墙碰撞的轨迹处的车辆，处理器1110可以用于从一个或多个虚拟墙的虚拟墙在车辆上的排斥力导出横向力和纵向力；从横向力确定车辆的转向控制；从纵向力确定车辆的减速控制；并且基于转向控制和减速控制来接合车辆的控制，如图10(a)所示。
在示例性实施方式中，从横向力确定车辆的转向控制包括利用来自横向力的转向控制来跟踪车辆的一个或多个弯曲路径，如从图3至图9的示例中所示。
在示例实施方式中，一个或多个弯曲路径包括抛物线路径和次摆线路径中的至少一个，如从图3至图9的示例中所示。
在示例性实施方式中，一个或多个弯曲路径可以包括至少两个弯曲路径，所述至少两个弯曲路径中的每个弯曲路径是线对称抛物线路径和线对称次摆线路径中的至少一个，其中至少两个弯曲路径彼此相切，如从图5至图9的示例中所示。
在示例性实施方式中，减速力可以在一个或多个弯曲路径中的每个弯曲路径的接合处连续地改变，例如在图6中。
根据计算机内的操作的算法和符号表示来呈现详细描述的一些部分。这些算法描述和符号表示是数据处理领域的技术人员用于将其创新的本质传达给本领域其他技术人员的手段。算法是导致期望的最终状态或结果的一系列定义的步骤。在示例实施方式中，执行的步骤需要物理操纵有形量以便实现有形结果。
除非另外特别说明，否则从讨论中清楚的是，应理解的是，在整个说明书中，利用诸如“处理”、“计算(computing)”、“计算(calculating)”、“确定”、“显示”等术语的讨论可以包括计算机系统或其他信息处理设备的动作和处理，其将计算机系统的寄存器和存储器内被表示为物理(电子)量的数据进行操纵并转换成类似地表示为计算机系统的存储器或寄存器或其他信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。
示例实现还可以涉及执行在此的操作的装置。该装置可以是针对所需目的而专门构造，或者它可以包括由一个或多个计算机程序选择性地激活或重新配置的一个或多个通用计算机。这样的计算机程序可以存储在计算机可读介质中，例如计算机可读存储介质或计算机可读信号介质。计算机可读存储介质可以涉及有形介质，例如但不限于光盘、磁盘、只读存储器、随机存取存储器、固态设备和驱动器、或适合用于存储电子信息的任何其他类型的有形或非瞬态介质。计算机可读信号介质可包括诸如载波的介质。这里呈现的算法和显示并非固有地关于任何特定计算机或其他装置。计算机程序可以包括纯软件实施方式，其包括执行期望实施方式的操作的指令。
各种通用系统可以与根据在此的示例的程序和模块一起使用，或者可以证明便于构造更专用的装置以执行期望的方法步骤。另外，不参考任何特定的编程语言来描述示例实施方式。应当理解的是，可以使用各种编程语言来实现如在此所述的示例实施方式的教导。编程语言的指令可以由一个或多个处理设备执行，例如中央处理器(CPU)、处理器或控制器。
如本领域中已知的，上述操作可以通过硬件、软件或软件和硬件的特定组合来执行。示例实施方式的各个方面可以使用电路和逻辑设备(硬件)来实现，而其他方面可以使用存储在机器可读介质上的指令(软件)来实现，如果由处理器来执行这些指令，则将使得处理器执行实现本申请的实施方式的方法。此外，本申请的一些示例实施方式可以仅在硬件中执行，而其他示例实施方式可以仅在软件中执行。而且，所描述的各种功能可以在单个单元中执行，或者可以以任何数量的方式在多个组件上进行扩展。当通过软件执行时，该方法可以通过诸如通用计算机的处理器基于存储在计算机可读介质上的指令来执行。如果需要，指令可以以压缩和/或加密格式存储在介质上。
此外，考虑到说明书和本申请的教导的实践，本申请的其他实施方式对于本领域技术人员而言将是清楚是。所描述的示例实现的各个方面和/或组件可以单独使用或以任何组合使用。意图将说明书和示例实施方式仅视为示例，本申请的真实范围和精神由下面的权利要求来指示。

Claims (12)

1.一种用于避免撞击的方法，包括：
将一个或多个虚拟墙投影到从车辆的传感器检测到的一个或多个障碍物，其中所述一个或多个虚拟墙中的每个虚拟墙与排斥力相关联；
对于处在距所述一个或多个虚拟墙中的一个虚拟墙的阈值距离内并且在确定与所述一个或多个虚拟墙中的所述虚拟墙碰撞的轨迹处的车辆：
从所述一个或多个虚拟墙中的所述虚拟墙对于车辆的排斥力导出横向力和纵向力；
从所述横向力确定车辆的转向控制；
从所述纵向力确定车辆的减速控制；以及
基于所述转向控制和所述减速控制来接合车辆的控制；
其中从所述横向力确定车辆的转向控制包括利用来自所述横向力的转向控制来跟踪车辆的一个或多个弯曲路径；
车辆的减速力在所述一个或多个弯曲路径中的每个弯曲路径的接合处连续变化，用于在横向变化期间抑制车辆运动；
其中，将车辆的排斥力减小作为朝向所述一个或多个虚拟墙中的所述虚拟墙的分量的速度分量V_Y；在车辆的控制结束时，所述车辆的减速力为零，所述横向力的值与来自所述一个或多个虚拟墙中的所述虚拟墙的、恒定的绝对力F相同，并且按照以下等式来计算对所述一个或多个虚拟墙中的一个虚拟墙的控制阈值位置D：
D＝(V_Y)^2/(2F/m)
其中m是车辆的质量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个弯曲路径包括抛物线路径和次摆线路径中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个弯曲路径包括至少两个弯曲路径，所述至少两个弯曲路径中的每个弯曲路径是线对称抛物线路径和线对称次摆线路径中的至少一个，其中所述至少两个弯曲路径彼此相切。
4.根据权利要求1所述的方法，其中基于车辆速度、排斥力和距离偏移来进行将所述一个或多个虚拟墙投影到从车辆的传感器检测到的一个或多个障碍物。
5.一种用于车辆的车载计算机，包括：
处理器，被配置为：
将一个或多个虚拟墙投影到从车辆的传感器检测到的一个或多个障碍物，其中所述一个或多个虚拟墙中的每个虚拟墙与排斥力相关联；
对于处在距所述一个或多个虚拟墙中的一个虚拟墙的阈值距离内并且在确定与所述一个或多个虚拟墙中的所述虚拟墙碰撞的轨迹处的车辆：
从所述一个或多个虚拟墙中的所述虚拟墙对于车辆的排斥力导出横向力和纵向力；
从所述横向力确定车辆的转向控制；
从所述纵向力确定车辆的减速控制；以及
基于所述转向控制和所述减速控制来接合车辆的控制；
其中所述处理器用于从所述横向力确定车辆的转向控制包括利用来自所述横向力的转向控制来跟踪车辆的一个或多个弯曲路径；
车辆的减速力在所述一个或多个弯曲路径中的每个弯曲路径的接合处连续变化，用于在横向变化期间抑制车辆运动；
其中，将车辆的排斥力减小作为朝向所述一个或多个虚拟墙中的所述虚拟墙的分量的速度分量V_Y；在车辆的控制结束时，所述车辆的减速力为零，所述横向力的值与来自所述一个或多个虚拟墙中的所述虚拟墙的、恒定的绝对力F相同，并且按照以下等式来计算对所述一个或多个虚拟墙中的一个虚拟墙的控制阈值位置D：
D＝(V_Y)^2/(2F/m)
其中m是车辆的质量。
6.根据权利要求5所述的车载计算机，其中所述一个或多个弯曲路径包括抛物线路径和次摆线路径中的至少一个。
7.根据权利要求5所述的车载计算机，其中所述一个或多个弯曲路径包括至少两个弯曲路径，所述至少两个弯曲路径中的每个弯曲路径是线对称抛物线路径和线对称次摆线路径中的至少一个，其中所述至少两个弯曲路径彼此相切。
8.根据权利要求5所述的车载计算机，其中所述处理器用于基于车辆速度、排斥力和距离偏移，将所述一个或多个虚拟墙投影到从车辆的传感器检测到的一个或多个障碍物。
9.一种车辆，包括：
多个传感器；和
处理器，配置为：
将一个或多个虚拟墙投影到从所述多个传感器检测到的一个或多个障碍物，其中所述一个或多个虚拟墙中的每个虚拟墙与排斥力相关联；
对于处在距所述一个或多个虚拟墙中的一个虚拟墙的阈值距离内并且在确定与所述一个或多个虚拟墙中的所述虚拟墙碰撞的轨迹处的车辆：
从所述一个或多个虚拟墙中的所述虚拟墙对于车辆的排斥力导出横向力和纵向力；
从所述横向力确定车辆的转向控制；
从所述纵向力确定车辆的减速控制；以及
基于所述转向控制和所述减速控制来接合车辆的控制；
其中所述处理器用于从所述横向力确定车辆的转向控制包括利用来自所述横向力的转向控制来跟踪车辆的一个或多个弯曲路径；
车辆的减速力在所述一个或多个弯曲路径中的每个弯曲路径的接合处连续变化，用于在横向变化期间抑制车辆运动；
其中，将车辆的排斥力减小作为朝向所述一个或多个虚拟墙中的所述虚拟墙的分量的速度分量V_Y；在车辆的控制结束时，所述车辆的减速力为零，所述横向力的值与来自所述一个或多个虚拟墙中的所述虚拟墙的、恒定的绝对力F相同，并且按照以下等式来计算对所述一个或多个虚拟墙中的一个虚拟墙的控制阈值位置D：
D＝(V_Y)^2/(2F/m)
其中m是车辆的质量。
10.根据权利要求9所述的车辆，其中所述一个或多个弯曲路径包括抛物线路径和次摆线路径中的至少一个。
11.根据权利要求9所述的车辆，其中所述一个或多个弯曲路径包括至少两个弯曲路径，所述至少两个弯曲路径中的每个弯曲路径是线对称抛物线路径和线对称次摆线路径中的至少一个，其中所述至少两个弯曲路径彼此相切。
12.根据权利要求9所述的车辆，其中所述处理器用于基于车辆速度、排斥力和距离偏移，将所述一个或多个虚拟墙投影到从所述多个传感器检测到的一个或多个障碍物。
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