CN111497840A - 车辆-行人碰撞风险域的计算方法及安全评价系统 - Google Patents

车辆-行人碰撞风险域的计算方法及安全评价系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种车辆‑行人碰撞风险域的计算方法及安全评价系统。所述车辆与行人碰撞风险域的确定方法，包括：探测并输出车辆信息和行人信息。判断行人是否注意到车辆。在行人采取主动避让行为和行人不采取主动避让行为的情况下，分别进一步假设车辆是否采取即时反应动作。根据行人是否采取主动避让行为和车辆是否采取即时反应动作的假设结果，确定车辆与行人的碰撞风险域。本申请中，车辆与行人碰撞风险域的确定方法中，同时考虑到了行人的主动避让能力和车辆的即时反应动作，对于车辆与行人碰撞风险的识别更加充分。本申请中确定有效的碰撞风险域，可以有效提高车辆与行人交互过程中行人的安全性及车辆行驶的舒适性。

Description

车辆-行人碰撞风险域的计算方法及安全评价系统
技术领域
本申请涉及汽车安全技术领域，特别是涉及一种车辆-行人碰撞风险域的计算方法及安全评价系统。
背景技术
随着汽车自动驾驶技术的发展，针对车辆安全的技术越来越成熟，比如目前比较成熟的汽车主动安全技术。目前，存在一种基于汽车主动安全技术构建的自动紧急刹车系统(英文全称Autonomous Emergency Braking，简称AEB系统)。AEB系统主要包括三大模块：控制模块(ECU)，测距模块和制动模块。其中测距模块的核心包括微波雷达、人脸识别技术和视频系统，它可以提供前方道路安全、准确、实时的图像和路况信息。AEB系统可对危险工况进行探测并自动启动紧急制动功能。在AEB系统的行人探测模块中，车辆首先识别到行人，然后默认该行人处于静止或匀速运动状态对行人未来的运动行为进行预测。但实际的工况是，当行人发现车辆并存在危险时，行人会采取主动的后退避让或加速前进的方式躲避车辆。由于目前的AEB系统中没有充分考虑行人的主动避让行为，因此对于车辆与行人的碰撞风险的识别不充分。
发明内容
基于此，有必要针对传统的车辆与行人参与交通运行过程中没有充分考虑行人的主动避让行为，对于车辆与行人的碰撞风险的识别不充分的问题，提供一种车辆-行人碰撞风险域的计算方法及安全评价系统。
本申请提供一种车辆与行人碰撞风险域的确定方法，包括：
探测并输出车辆信息和行人信息；
判断行人是否注意到车辆，若行人注意到车辆，则行人采取主动避让行为，若行人没有注意到车辆，则行人正常行走；
在行人采取主动避让行为和行人不采取主动避让行为的情况下，分别进一步假设车辆是否采取即时反应动作；
根据行人是否采取主动避让行为的判断结果和车辆是否采取即时反应动作的假设结果，确定车辆与行人的碰撞风险域。
本申请提供一种车辆与行人碰撞风险的评价方法，包括：
探测并输出车辆信息和行人信息；
判断行人是否注意到车辆，若行人注意到车辆，则行人采取主动避让行为，若行人没有注意到车辆，则行人正常行走；
在行人采取主动避让行为和行人不采取主动避让行为的情况下，分别确定车辆与行人的碰撞风险域；
判断行人是否在所述碰撞风险域的范围内；
根据行人是否在所述碰撞风险域的范围内的判断结果，评价车辆与行人的碰撞风险。
本申请提供一种车辆与行人碰撞风险的评价系统，包括：
探测模块，用于探测车辆信息和行人信息；
分析判断模块，与所述探测模块连接，用于判断行人是否注意到车辆，若行人注意到车辆，则行人采取主动避让行为，若行人没有注意到车辆，则行人正常行走；
运算模块，与所述分析判断模块连接，用于在行人采取主动避让行为和行人不采取主动避让行为的情况下，分别确定车辆与行人的碰撞风险域；以及
评价模块，与所述运算模块连接，用于根据行人是否在所述碰撞风险域的范围内，来评价车辆与行人的碰撞风险。
本申请中提供一种车辆-行人碰撞风险域的计算方法及安全评价系统。所述车辆与行人碰撞风险域的确定方法，包括：探测并输出车辆信息和行人信息。判断行人是否注意到车辆。若行人注意到车辆，则行人采取主动避让行为，若行人没有注意到车辆，则行人正常行走。在行人采取主动避让行为和行人不采取主动避让行为的情况下，分别进一步假设车辆是否采取即时反应动作。根据行人是否采取主动避让行为和车辆是否采取即时反应动作的假设结果，确定车辆与行人的碰撞风险域。本申请中，车辆与行人碰撞风险域的确定方法中，同时考虑到了行人的主动避让能力和车辆的即时反应动作，对于车辆与行人碰撞风险的识别更加充分。本申请中确定有效的碰撞风险域，可以有效提高车辆与行人交互过程中行人的安全性及车辆行驶的舒适性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一个实施例中提供的车辆与行人在道路交通中某一运行状态的示意图；
图2为本申请一个实施例中提供的车辆与行人碰撞风险域的确定方法步骤流程图；
图3为本申请一个实施例中提供的车辆与行人碰撞风险域的确定方法的生成流程示意图；
图4为本申请一个实施例中提供的行人急停后退避让碰撞危险过程中的运动学特征图；
图5为本申请一个实施例中提供的行人前进加速避让碰撞危险过程中的运动学特征图；
图6为本申请一个实施例中提供的行人后退避让的TTC边界和行人前进避让的TTC边界以及车辆与行人的碰撞不可避免区域的示意图；
图7为本申请一个实施例中提供的给定工况下，车辆与行人碰撞风险域示意图；
图8为本申请一个实施例中提供的车辆与行人碰撞风险的评价方法示意图；
图9为本申请一个实施例中提供的车辆与行人碰撞风险的评价系统示意图。
附图标号说明：
车辆与行人碰撞风险的评价系统 100
探测模块 10
分析判断模块 20
运算模块 30
评价模块 40
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
本申请涉及汽车安全领域，提出了一种基于车辆和行人的主动避让能力，识别车辆-行人交互过程中碰撞风险域的确定方法，该方法根据车辆行驶状态和行人的运动状态，实时计算并判断行人是否处于车辆行驶的危险区域，预测车辆-行人的碰撞风险。相对于传统的碰撞估计/评价方法，可以获取更精确的计算车辆-行人交互的碰撞风险域，为自动驾驶车辆的风险判定、决策行为提供依据。
车辆和行人作为道路交通参与者，在道路使用过程中两者会发生交互和冲突，受车辆和行人运动过程中惯性影响，在危险工况出现的时候，其运动状态不能在瞬间被控制以避免碰撞。因此，在一定的人车交互的时间和空间范围内，车辆与行人直接的碰撞是无法避免的，存在碰撞风险的车辆-行人相对位置的区域，定义为车辆-行人碰撞风险域。如图1所示，图1中的潜在碰撞区域可以被定义为车辆-行人碰撞风险域。在理解本申请时还需要了解另一个概念，碰撞发生时间(time to collision，简称TTC)。TTC是一个被广泛应用于车辆碰撞风险评估方面的参数，通常指车辆距离碰撞发生的时间，由车辆与危险处的相对距离与当前车速的比值获得。具体在如图1所示的车辆与行人交互场景下计算得出。其中，车辆到达潜在碰撞区域的时间为TTCv，计算过程TTCv＝D1/vv，其中vv为车辆横向运动速度。行人避免碰撞所需的最短时间为TTCp，计算过程TTCp＝D2/vp，其中vp为行人纵向(垂直于车辆行驶方向)运动速度。
设定车辆安装有车载感知系统。车载感知系统包括多种传感器，比如通常包括：视觉感知模块、毫米波雷达、超声波雷达、360°环视系统等。多源传感器的协同作用识别道路车道线、行人车辆等障碍物，为安全驾驶保驾护航。先进的车载感知系统可以在一定范围内识别行人信息，包括行人速度、位置、视野方向等，为车辆的碰撞风险判断及控制决策提供信息支撑。
本申请考虑到在交通运行过程中，行人的避让能力。行人避让能力指行人在发现危险时所采取的主动避让能力。根据交通事故调查及试验结果表明，行人遇到危险时其避让能力能够降低危险事故发生的风险。因此下述本申请中基于发明人进行的试验结果，对行人在避让过程中的速度进行了量化，定义为行人的避让能力。
请参阅图2，图2为本申请提供一种车辆与行人碰撞风险域的确定方法。
所述车辆与行人碰撞风险域的确定方法，包括：
S100，探测并输出车辆信息和行人信息。所述车辆信息包括：车辆位置、车辆速度、车辆方向、车辆最大制动减速度和车辆最大侧向加速度。所述行人信息包括：行人位置、行人速度、行人方向和行人视线方向。所述车辆信息和所述行人信息均可由车载感知系统获得。
S200，判断行人是否注意到车辆。本步骤中，行人避让能力的激活取决于行人视野的方向，若行人视野的方向为关注到驶来的车辆，即确认行人避让能力被激活。若行人的视野方向未关注到驶来的车辆，则认为行人的避让能力没有被激活，行人继续保持正常的运动行为。若行人注意到车辆，则行人采取主动避让行为。若行人没有注意到车辆，则行人正常行走。在一个实施例中，行人采取的主动避让行为包括：急停后退避让或者加速前进避让。当然基于本申请的核心设计思路还可以将更多的行人避让行为设计到本方案中，以确定更加精确的碰撞风险域。
S300，在行人采取主动避让行为和行人不采取主动避让行为的情况下，分别进一步假设车辆是否采取即时反应动作。本步骤中，车辆采取的即时反应动作包括但不限于正常行驶、紧急制动和紧急转向。比如车辆采取的即时反应动作还可以包括借助道路上的其他设施进行减速制动。
S400，根据行人是否采取主动避让行为和车辆是否采取即时反应动作的假设结果，确定车辆与行人的碰撞风险域。本步骤中，在行人是否采用主动避让行为及车辆是否采取即时反应动作的情况下，车辆与行人的碰撞风险域是不同的。可以理解，在行人采用主动避让行为同时车辆采取即时反应动作的情况下，车辆与行人的碰撞风险域会更小。
本实施例中，首先采用车载探测系统探测车辆信息和行人信息。进一步判断行人是否采取主动避让行为以及车辆是否采取即时反应动作。在不同的情况下分别计算车辆与行人的碰撞风险域。本实施例中，车辆与行人碰撞风险域的确定方法，同时考虑到了行人的主动避让能力和车辆的即时反应动作，对于车辆与行人碰撞风险的识别更加充分。本申请中，在不同的情况下确定有效的碰撞风险域，可以有效提高车辆与行人交互过程中行人的安全性及车辆行驶的舒适性。通过判断行人是否注意到车辆，可以对行人面对危险工况时的有效避让行为进行分类和量化。另外，本实施例基于行人主动避让行为识别车辆-行人交互过程中的碰撞风险域对自动驾驶车辆的安全性提升具有重要的意义。
在一个实施例中所述车辆与行人碰撞风险域的确定方法中，所述行人采取主动避让行为包括：急停后退避让或者加速前进避让。
所述S400，根据行人是否采取主动避让行为和车辆是否采取即时反应动作的假设结果，确定车辆与行人的碰撞风险域的步骤包括：
S410，在行人采取主动避让行为的情况下，计算车辆与行人分别到达潜在碰撞点的时间安全边界，所述时间安全边界即为TTC安全包络线。S420，在所述TTC安全包络线的基础上，进一步确定车辆与行人的碰撞风险域。
本实施例中，确定的是未考虑车辆的避让能力，在行人主动避让的情况下，得出车辆与行人碰撞的TTC安全包络线。本申请中，如果有需要还可以确定在考虑车辆的避让能力，并且在行人主动避让的情况下，得出车辆与行人碰撞的TTC安全包络线。
在一个实施例中，确定车辆与行人碰撞风险的TTC安全包络线的步骤，包括：
S411，确定车辆探测距离范围。本步骤中，车辆探测距离范围可以通过车载探测系统进行探测获取。
S412，根据行人急停后退避让速度、行人加速前进避让速度和车辆宽度计算行人安全避让车辆所需的最短距离。本步骤中，分为两种情况进行运算。根据行人急停后退避让速度和车辆宽度计算行人安全避让车辆所需的最短距离，为第一距离。在根据行人加速前进避让速度和车辆宽度计算行人安全避让车辆所需的最短距离，为第二距离。
S413，根据行人初始速度和行人安全避让车辆所需的最短距离计算行人碰撞时间的安全边界。根据行人初始速度，结合上述S412中计算的得出的所述第一距离和所述第二距离，分别计算行人碰撞时间的第一安全边界和第二安全边界。所述第一安全边界和所述第二安全边界为碰撞时间的安全边界。
S414，根据车辆碰撞时间和行人碰撞时间的安全边界，计算车辆与行人碰撞风险的TTC安全包络线。本步骤中，根据所述第一安全边界、所述第二安全边界和车辆行人碰撞时间范围，确定车辆与行人碰撞风险的TTC安全包络线。
本实施例中，给出了在不考虑车辆的避让能力时，确定或者计算行人主动避让能力下的TTC安全包络范围的具体步骤。当然，还可以在考虑车辆的避让能力时，确定或者计算行人主动避让能力下的TTC安全包络范围的具体步骤。
请参阅图3，提供了车辆-行人碰撞风险域的生成流程。图3中得出的碰撞风险域受车辆和行人两者的反应行为的影响。确定碰撞风险域的整体方法如图3所示，车辆自带的感知探测系统对车辆信息和行人信息进行探测。通过判断行人是否注意到车辆来确定行人避让能力的激活与否。行人避让能力的激活可以取决于行人视野的方向，若行人的视野方向为关注到驶来的车辆，即确认行人避让能力被激活。若行人的视野方向未关注到驶来的车辆，则认为行人的避让能力没有被激活，行人为继续保持正常的运动行为。根据目前的行人交通行为研究发现，行人面对危险时的有效避让行为为及时的后退避让或加速前进避让，因此本申请的发明人基于准真实交通场景下的行人志愿者试验，测得了行人面对危险工况采取避让行为下的行人急停后退避让速度(vpb)和行人前进加速避让速度(vpf)。具体的试验数据请参阅图4和图5，图4为行人急停后退避让碰撞危险过程中的运动学特征图，t＝0时刻表示行人开始避让的时刻。图5为行人前进加速避让碰撞危险过程中的运动学特征图，t＝0时刻表示行人开始避让的时刻。
在一个实施例中，所述步骤S411-S414中，可以采用以下公式(1)至公式(7)计算车辆与行人碰撞风险的TTC安全包络线：
Figure BDA0002469525970000091
{0≤TTCvd≤TTCvr} (2)
Figure BDA0002469525970000101
Figure BDA0002469525970000102
TTCpb-ne(TTCvd)＝Dpb-ne(TTCvd)/vpw (5)
TTCpf-fe(TTCvd)＝Dpf-fe(TTCvd)/vpw (6)
[TTCvd，TTCpf-fe]≤TTCdangerous-area≤[TTCvd，TTCpb-ne] (7)
上述公式中出现的ne，是near-end的缩写，表示车辆靠近行人的一侧，叫近端。上述公式中出现的fe，是far-end的缩写，表示车辆远离行人的一侧，叫远端。Dvr代表车辆探测到的最远距离；vv代表车辆的行驶速度；TTCvr代表当前车速下车辆到达最远探测处的时间；TTCvd代表车辆到达潜在碰撞的时间，TTCvd为一个变量；vpb代表行人急停后退的避让速度；vpf代表行人前进加速的避让速度；Dpb-ne代表在行人急停后退避让时，行人安全避让车辆时所需要到达车辆近端的最短距离；TTCpf-fe代表在行人前进加速避让时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆远端的最短距离；Lvw代表车辆宽度；vpw代表行人开始避让前的初始速度；TTCpb-ne代表在行人急停后退避让时，行人安全避让车辆所需的最短时间；TTCpf-ne代表在行人前进加速避让时，行人安全避让车辆所需的最短时间；TTCdangerous-area代表车辆与行人碰撞风险的TTC安全包络线。
在考虑行人和车辆在险态工况下，其主动避让措施的是否触发来计算在实际交通环境中车辆与行人的相对安全距离。由于车辆与行人之间为动态的交互过程，车辆与行人的碰撞风险取决于车辆和行人当时的行驶速度、行驶方向、相对位置等信息。因此，本节为简要说明车辆-行人二维碰撞风险域的生成方法，以某一已知的人车交互工况作为示例，计算该工况下的车辆-行人二维碰撞风险域。假设该工况为：车辆的行驶速度vv＝60km/h，车辆探测到的行人在车辆的右前方，步行速度为vpd＝1m/s，车辆和行人的运动方向垂直，车辆的最大制动减速度为avx-max＝-7m/s2，最大侧向加速度为avy-max＝-6.5m/s2，车辆的宽度Lvw＝2m。车辆传感器探测最远距离范围为Dvr＝100m，则该车辆探测的TTC范围为TTCvr＝6s，上述公式(2)可以表达为：{TTCvd：0≤TTCvd≤6s}。
本实施例中，参照上述公式(1)至公式(7)计算得出车辆与行人碰撞风险的TTC安全包络线，如图6所示。图6中通过行人后退避让的TTC边界和行人前进避让的TTC边界示出了车辆与行人的危险不可避免区域(如图6的阴影部分所示)。
在一个实施例中，所述S400，根据行人是否采取主动避让行为和车辆是否采取即时反应动作的假设结果，确定车辆与行人的碰撞风险域的步骤包括：
第一、在行人不采取主动避让行为同时车辆不采取即时反应动作的情况下，确定第一风险域。
在一个实施例中，在行人不采取主动避让行为，车辆不采取即时反应动作的情况下，根据以下公式(11)至公式(13)确定第一碰撞风险域：[Dv-1，Dp-1-fe]≤第一碰撞风险域≤[Dv-1，Dp-1-ne]；
Figure BDA0002469525970000111
Figure BDA0002469525970000112
Figure BDA0002469525970000113
其中，vv代表车辆当前的行驶速度；TTCvd代表车辆到达潜在碰撞点的时间；vpd代表实际运动场景中车辆探测到的行人当前的运动速度；Dv-1代表在TTCvd范围内，车辆在行驶方向的第一行驶范围；Lvw代表车辆宽度；Dp-1-ne代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆近端的第一最短距离；Dp-1-fe代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆远端的第二最短距离。
第二、在行人不采取主动避让行为同时车辆采取紧急制动的情况下，确定第二风险域。
在一个实施例中，在行人不采取主动避让行为，车辆采取紧急制动的情况下，根据以下公式(14)至公式(16)确定第二碰撞风险域：[Dv-2，Dp-2-fe]≤第二碰撞风险域≤[Dv-2，Dp-2-ne]；
Figure BDA0002469525970000121
Figure BDA0002469525970000122
Figure BDA0002469525970000123
其中，vv代表车辆当前的行驶速度；TTCvd代表车辆到达潜在碰撞点的时间；vpd代表实际运动场景中车辆探测到的行人当前的运动速度；avx-max代表车辆最大制动减速度；Dv-2代表在TTCvd范围内，车辆在行驶方向的第二行驶范围；Lvw代表车辆宽度；Dp-2-ne代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆近端的第三最短距离；Dp-2-fe代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆远端的第四最短距离。
第三、在行人采取主动避让行为同时车辆不采取即时反应动作的情况下，确定第三风险域。
在一个实施例中，在行人采取主动避让行为，车辆不采取即时反应动作的情况下，根据以下公式(17)至公式(19)确定第三碰撞风险域：[Dv-3，Dp-3-BA-ne]≤第三碰撞风险域≤[Dv-3，Dp-3-FA-fe]；
Figure BDA0002469525970000124
Figure BDA0002469525970000125
Figure BDA0002469525970000131
其中，vv代表车辆当前的行驶速度；TTCvd代表车辆到达潜在碰撞点的时间；vpd代表实际运动场景中车辆探测到的行人当前的运动速度；TTCpb-ne代表在行人急停后退避让时，行人安全避让车辆所需的最短时间；TTCpf-ne代表在行人前进加速避让时，行人安全避让车辆所需的最短时间；Lvw代表车辆宽度；Dv-3代表在TTCvd范围内，车辆在行驶方向的第三行驶范围；Cp-3-ne代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆近端的第五最短距离；Dp-3-fe代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆远端的第六最短距离。
第四、在行人采取主动避让行为同时车辆采取紧急制动的情况下，确定第四风险域。
在一个实施例中，在行人采取主动避让行为，车辆采取紧急制动的情况下，根据以下公式(20)至公式(22)确定第四碰撞风险域：[Dv-4，Dp-4-ne]≤第四碰撞风险域≤[Dv-4，Dp-4-fe]；
Figure BDA0002469525970000132
Figure BDA0002469525970000133
Figure BDA0002469525970000134
其中，vv代表车辆当前的行驶速度；TTCvd代表车辆到达潜在碰撞点的时间；vpd代表实际运动场景中车辆探测到的行人当前的运动速度；avx-max代表车辆最大制动减速度；TTCpb-ne代表在行人急停后退避让时，行人安全避让车辆所需的最短时间；TTCpf-ne代表在行人前进加速避让时，行人安全避让车辆所需的最短时间；Lvw代表车辆宽度；Dv-4代表在TTCvd范围内，车辆在行驶方向的第四行驶范围；Dp-4-ne代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆近端的第七最短距离；Dp-4-fe代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆远端的第八最短距离。
在一个实施例中，在探测并输出车辆信息和行人信息的步骤之后，还包括：在车辆紧急制动以及车辆紧急转向的情况下，确定第五风险域。
在一个实施例中，当考虑车辆的避让能力时，所述车辆即时反应动作包括车辆正常行驶和车辆紧急制动(车辆紧急制动包括直行紧急制动和紧急转弯)。可以根据车辆当前行驶速度和车辆最大制动减速度，确定车辆的制动距离。或者可以根据所述车辆当前行驶速度和车辆最大侧向加速度，确定车辆的最小转弯半径。
具体的，车辆制动减速度是指车辆在行驶中迅速降低行驶速度直至停车的能力。车辆的最大制动减速度取决于车辆轮带与地面之间的摩擦系数，在实际工况中，地面与轮胎的摩擦系数通常为0.6至0.8，即车辆的制动减速度通常为6m/s2至8m/s2。
车辆最大侧向加速度即汽车横向加速度，指的是与汽车行驶方向垂直的方向的加速度，在车辆进行转弯行驶时产生的离心力所带来的加速度。也就是车被“甩飞”的趋势。这个加速度越大车子理论上就容易被“甩”离行驶路径。因此，车辆在行驶过程中的极限转向性能却决于车辆的最大侧向加速度。
在一个实施例中，参考公式(8)至公式(10)考虑车辆的避让能力，车辆的避让能力具体指车辆在行驶状态下的制动能力和转向能力，车辆的制动能力即制动距离(Dvb)取决于车辆当前的行驶速度(vv)和最大制动减速度(avx-max)。
Dvb＝(vv)2/2avx-max (8)
vv代表车辆当前的行驶速度；avx-max代表车辆最大制动减速度。
车辆的转向能力指当前行驶速度下保持车辆稳定性的最小转弯半径(Rvd-min)，取决于车辆当前的行驶速度(vv)和最大侧向加速度(avy-max)：
Rv-min＝vv/wv (9)
wv＝vv/avy-max，(Rvd-min≥Rv-min) (10)
wv代表车辆横摆角速度，Rv-min代表车辆最小转弯半径(属于车辆参数，小于或等于当前行驶速度下保持车辆稳定性的最小转弯半径Rvd-min)。
本实施例中，考虑了车辆的避让能力，在所述车辆即时反应动作包括车辆正常行驶和车辆紧急制动。而车辆紧急制动有可以包括直行情况下的紧急制动和转弯时的紧急制动。本实施例中，将车辆的避让能力考虑进来，使得车辆与行人的碰撞风险域的确定可以更准确。
在一个实施例中，在车辆紧急制动和车辆紧急转弯的情况下，根据以下公式(23)至公式(28)确定车辆与行人的第五碰撞风险域；[Dv-5，Dv1-5-fe]≤第五碰撞风险域≤[Dv-5，Dv1-5-ne]；
vvb(TTCvd)＝vv+avx-max×TTCvd (24)
Rvb(TTCvd)＝(vvb)2/avy-max (25)
Figure BDA0002469525970000152
Figure BDA0002469525970000153
Figure BDA0002469525970000154
其中，vv代表车辆的行驶速度；vvb代表制动过程中车辆的速度；avx-max代表车辆最大制动减速度；avy-max代表车辆最大侧向加速度；TTCvd代表车辆到达潜在碰撞点的时间；Avs代表车辆转向过程中的累计转向角度；Dv-5代表在TTCvd范围内，车辆在行驶方向的第五行驶范围；Dp-5-ne代表行人以vv的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆近端的第九最短距离；Dp-5-fe代表行人以vv的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆远端的第十最短距离。
本实施例中，在计算所述第五风险域的过程中，本申请还明确了转向对风险降低的有效性。其中，车辆对危险工况通常采取制动行为，不能判断其制动和转向碰撞的风险。本实施例中，考虑了车辆即时反应动作(直行情况下的紧急制动和转弯时的紧急制动)，将车辆的避让能力考虑进来，使得车辆与行人的碰撞风险域的确定可以更准确。
请参阅图7，图7中示出了车辆与行人碰撞风险域示意图。图7中车辆当前的运行工况为：车辆的行驶速度vv＝60km/h，车辆探测到的行人在车辆的右前方，步行速度为vpd＝1m/s，车辆和行人的运动方向垂直，车辆的最大制动减速度为avx-max＝-7m/s2，最大侧向加速度为avy-max＝-6.5m/s2，车辆的宽度Lvw＝2m。车辆传感器探测最远距离范围为Dvr＝100m，则该车辆探测的TTC范围为TTCvr＝6s。在结合上述实施例中得出的所述第一碰撞风险域、所述第二碰撞风险域、所述第三碰撞风险域、所述第四碰撞风险域和所述第五碰撞风险域之后，可以对车辆给出碰撞风险更小的、更加正确合理的执行策略。
图7中的碰撞风险域1为上述实施例中计算得出的所述第一碰撞风险域。图7中的碰撞风险域2为上述实施例中计算得出的所述第二碰撞风险域。图7中的碰撞风险域3为上述实施例中计算得出的所述第三碰撞风险域。图7中的碰撞风险域4为上述实施例中计算得出的所述第四碰撞风险域。图7中的碰撞风险域5为上述实施例中计算得出的所述第五碰撞风险域。比如，按照图7中示意的碰撞风险域，可以对车辆给出如下的执行策略。1、对位于碰撞风险域1减去碰撞风险域2、碰撞风险域3所剩区域内的行人，车辆可通过主动避让(制动或转向)或发出警报提醒行人注意车辆并主动避让来避免碰撞发生。2、对位于碰撞风险域2减去碰撞风险域3、碰撞风险域4所剩区域内的行人，车辆可通过主动避让(转向)或发出警报提醒行人注意车辆并主动避让来避免碰撞发生。3、对位于碰撞风险域3减去碰撞风险域4所剩区域内的行人，行人的主动避让行为已经不能有效避免碰撞发生，车辆只能通过主动避让(制动或转向)来避免碰撞发生。4、对位于碰撞风险域4减去碰撞风险域5所剩区域内的行人，行人的主动避让行为已经不能有效避免碰撞发生，并且车辆若只采取制动行为依然不能避免碰撞，车辆只能通过主动紧急转向来避免碰撞发生。5、对位于碰撞风险域4与碰撞风险域5交汇区域内的行人，车辆采取任何措施都不能避免碰撞。
在本申请上述记载中，对行人面对危险工况时的有效避让行为进行了分类和量化。并且，本申请综合考虑人-车的避让能力对风险区域进行划分。本申请的基于行人主动避让行为识别车辆-行人交互过程中确定的碰撞风险域对自动驾驶车辆的安全性提升具有重要的意义。
在一个具体的实施例中，本申请的应用场景为具有主动探测能力的车辆上。该车辆可以检测自身车辆的信息包括：车辆的速度、制动减速度、侧向加速度等信息。同时该车辆可以识别探测范围内的行人，并探测行人的位置、速度、移动方向及视野方向。上述车辆获得的信息作为输入，以车辆和行人的在危险态工况下的避让能力作为计算参数，可在车辆行驶过程中实时计算车辆与行人交互过程中的存在的碰撞风险。
在一个实施例中，本申请还提供一种车辆与行人碰撞风险域的确定系统。所述车辆与行人碰撞风险域的确定系统包括：探测模块、第一分析判断模块、第二分析判断模块和运算模块。
探测模块，用于探测并输出车辆信息和行人信息。
第一分析判断模块，用于判断行人是否注意到车辆。若行人注意到车辆，则行人采取主动避让行为，若行人没有注意到车辆，则行人正常行走。
第二分析判断模块，用于在行人采取主动避让行为和行人不采取主动避让行为的情况下，分别进一步假设车辆是否采取即时反应动作。
运算模块，用于根据行人是否采取主动避让行为和车辆是否采取即时反应动作的假设结果，确定车辆与行人的碰撞风险域。
本实施例中，车辆与行人碰撞风险域的确定系统，同时考虑到了行人的主动避让能力和车辆的即时反应动作，对于车辆与行人碰撞风险的识别更加充分。本申请中，在不同的情况下确定有效的碰撞风险域，可以有效提高车辆与行人交互过程中行人的安全性及车辆行驶的舒适性。通过判断行人是否注意到车辆，可以对行人面对危险工况时的有效避让行为进行分类和量化。另外，本实施例基于行人主动避让行为识别车辆-行人交互过程中的碰撞风险域对自动驾驶车辆的安全性提升具有重要的意义。
请参阅图8，本申请提供一种车辆与行人碰撞风险的评价方法，包括：
S10，探测并输出车辆信息和行人信息。所述车辆信息包括：车辆位置、车辆速度、车辆方向、车辆最大制动减速度和车辆最大侧向加速度；所述行人信息包括：行人位置、行人速度、行人方向和行人视线方向。
S20，判断行人是否注意到车辆，若行人注意到车辆，则行人采取主动避让行为，若行人没有注意到车辆，则行人正常行走。
S30，在行人采取主动避让行为和行人不采取主动避让行为的情况下，分别确定车辆与行人的碰撞风险域。在一个实施例中，行人采取的主动避让行为包括：急停后退避让或者加速前进避让。当然基于本申请的核心设计思路还可以将更多的行人避让行为设计到本方案中，以确定更加精确的碰撞风险域。
S40，判断行人是否在所述碰撞风险域的范围内。这里根据当前探测到的行人所在位置、车辆所在位置以及确定的所述碰撞风险域范围来进行判断。
S50，根据行人是否在所述碰撞风险域的范围内的判断结果，评价车辆与行人的碰撞风险。若行人不在所述碰撞风险域的范围内，则车辆与行人的碰撞风险较低。若行人在所述碰撞风险域的范围内，则车辆与行人的碰撞风险较高。具体的，碰撞风险的概率可以结合上述实施例中得出的五种不同的碰撞风险域进行确定。比如，所述第五风险域的碰撞风险的概率最大，因为当行人处于所述第五碰撞风险域中时，无论车辆采取任何措施都不能避免碰撞。
在一个实施例中，在所述车辆与行人碰撞风险的评价方法中，在行人采取主动避让行为和行人不采取主动避让行为的情况下，分别确定车辆与行人的碰撞风险域的步骤，还包括：
假设车辆是否采取即时反应动作，所述车辆即时反应动作包括车辆正常行驶和车辆紧急制动。其中，车辆紧急制动又包括：直行紧急制动和紧急转弯。
结合行人是否采取主动避让行为和车辆是否采取即时反应动作，确定车辆与行人的碰撞风险域。
本实施例中，确定所述碰撞风险域的具体方法可以参考上述车辆与行人碰撞风险域的确定方法中的步骤进行确定，在此不再赘述。
本申请提供的所述车辆与行人碰撞风险的评价方法，明确了行人在危险工况下的主动避让能力，生成的车辆-行人碰撞风险域考虑了行人位置、速度、主动避让能力等因素的耦合影响，对车辆-行人碰撞风险的识别更加充分。
本申请提供的所述车辆与行人碰撞风险的评价方法，综合考虑车辆的制动和转向能力以及行人的避让能力，提出了基于行人主动避让能力的，多工况下的车辆-行人碰撞风险域生成方法。对于提高智能车辆对行人风险的识别具有重要意义，可以有效提高车辆-行人交互过程中行人的安全性及车辆行驶的舒适性。
请参阅图9，本申请还提供一种车辆与行人碰撞风险的评价系统100，包括：探测模块10、分析判断模块20、运算模块30和评价模块40。
所述探测模块10用于探测车辆信息和行人信息。
所述分析判断模块20与所述探测模块10连接。所述分析判断模块20用于判断行人是否注意到车辆。若行人注意到车辆，则行人采取主动避让行为，若行人没有注意到车辆，则行人正常行走。
所述运算模块30与所述分析判断模块20连接。所述运算模块30用于在行人采取主动避让行为和行人不采取主动避让行为的情况下，分别确定车辆与行人的碰撞风险域。
所述评价模块40与所述运算模块30连接。所述评价模块40用于根据行人是否在所述碰撞风险域的范围内，来评价车辆与行人的碰撞风险。
本实施例中，上述模块可以依托计算机程序实现，模块的具体硬件结构并不做具体的限定，能实现上述功能即可。本实施例中提供的所述车辆与行人碰撞风险的评价系统100，可以执行所述车辆与行人碰撞风险的评价方法中的所有步骤。所述车辆与行人碰撞风险的评价系统100也综合考虑车辆的制动和转向能力以及行人的避让能力，提出了基于行人主动避让能力的，多工况下的车辆-行人碰撞风险域生成方法。对于提高智能车辆对行人风险的识别具有重要意义，可以有效提高车辆-行人交互过程中行人的安全性及车辆行驶的舒适性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种车辆与行人碰撞风险域的确定方法，其特征在于，包括：
探测并输出车辆信息和行人信息；
判断行人是否注意到车辆，若行人注意到车辆，则行人采取主动避让行为，若行人没有注意到车辆，则行人正常行走；
在行人采取主动避让行为和行人不采取主动避让行为的情况下，分别进一步假设车辆是否采取即时反应动作；
根据行人是否采取主动避让行为的判断结果和车辆是否采取即时反应动作的假设结果，确定车辆与行人的碰撞风险域。
2.根据权利要求1所述的车辆与行人碰撞风险域的确定方法，其特征在于，
所述行人采取主动避让行为包括：急停后退避让或者加速前进避让；
所述根据行人是否采取主动避让行为的判断结果和车辆是否采取即时反应动作的假设结果，确定车辆与行人的碰撞风险域的步骤包括：
在行人采取主动避让行为的情况下，确定车辆与行人碰撞风险的TTC安全包络线；
在所述TTC安全包络线的基础上，进一步确定车辆与行人的碰撞风险域；
其中，确定车辆与行人碰撞风险的TTC安全包络线的步骤，包括：
确定车辆探测距离范围；
根据行人急停后退避让速度、行人加速前进避让速度和车辆宽度计算行人安全避让车辆所需的最短距离；
根据行人初始速度和行人安全避让车辆所需的最短距离计算行人避让碰撞所需的时间，即行人避免碰撞所需最短时间；
根据车辆到达潜在碰撞点的时间和行人避免碰撞所需的最短时间，计算车辆与行人分别到达潜在碰撞点的时间安全边界，所述时间安全边界即为TTC安全包络线。
3.根据权利要求2所述的车辆与行人碰撞风险域的确定方法，其特征在于，根据行人是否采取主动避让行为和车辆是否采取即时反应动作的假设结果，确定车辆与行人的碰撞风险域的步骤包括：
在行人不采取主动避让行为同时车辆不采取即时反应动作的情况下，确定第一风险域；
在行人不采取主动避让行为同时车辆采取紧急制动的情况下，确定第二风险域；
在行人采取主动避让行为同时车辆不采取即时反应动作的情况下，确定第三风险域；以及
在行人采取主动避让行为同时车辆采取紧急制动的情况下，确定第四风险域。
4.根据权利要求3所述的车辆与行人碰撞风险域的确定方法，其特征在于，在探测并输出车辆信息和行人信息的步骤之后，还包括：
在车辆紧急制动以及车辆紧急转向的情况下，确定第五风险域。
5.根据权利要求4所述的车辆与行人碰撞风险域的确定方法，其特征在于，采用以下公式计算车辆与行人碰撞风险的TTC安全包络线：
Figure FDA0002469525960000021
{0≤TTCvd≤TTCvr}
Figure FDA0002469525960000022
Figure FDA0002469525960000023
TTCpb-ne(TTCvd)＝Dpb-ne(TTCvd)/vpw
TTCpf-fe(TTCvd)＝Dpf-fe(TTCvd)/vpw
[TTCvd，TTCpf-fe]≤TTCdangerous-area≤[TTCvd，TTCpb-ne]
Dvr代表车辆探测到的最远距离；vv代表车辆的行驶速度；TTCvr代表当前车速下车辆到达最远探测处的时间；TTCvd代表车辆到达潜在碰撞的时间，TTCvd是一个变量；vpb代表行人急停后退的避让速度；vpf代表行人前进加速的避让速度；Dpb-ne代表在行人急停后退避让时，行人安全避让车辆时所需要到达车辆近端的最短距离；TTCpf-fe代表在行人前进加速避让时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆远端的最短距离；Lvw代表车辆宽度；vpw代表行人开始避让前的初始速度；TTCpb-ne代表在行人急停后退避让时，行人安全避让车辆所需的最短时间；TTCpf-ne代表在行人前进加速避让时，行人安全避让车辆所需的最短时间；TTCdangerous-area代表车辆与行人碰撞风险的TTC安全包络线。
6.根据权利要求5所述的车辆与行人碰撞风险域的确定方法，其特征在于，在行人不采取主动避让行为，车辆不采取即时反应动作的情况下，根据以下公式确定第一碰撞风险域：[Dv-1，Dp-1-fe]≤第一碰撞风险域≤[Dv-1，Dp-1-ne]；
Figure FDA0002469525960000031
Figure FDA0002469525960000032
Figure FDA0002469525960000033
其中，vv代表车辆当前的行驶速度；TTCvd代表车辆到达潜在碰撞点的时间；vpd代表实际运动场景中车辆探测到的行人当前的运动速度；Dv-1代表在TTCvd范围内，车辆在行驶方向的第一行驶范围；Lvw代表车辆宽度；Dp-1-ne代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆近端的第一最短距离；Dp-1-fe代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆远端的第二最短距离。
7.根据权利要求5所述的车辆与行人碰撞风险域的确定方法，其特征在于，在行人不采取主动避让行为，车辆采取紧急制动的情况下，根据以下公式确定第二碰撞风险域：[Dv-2，Dp-2-fe]≤第二碰撞风险域≤[Dv-2，Dp-2-ne]；
Figure FDA0002469525960000041
Figure FDA0002469525960000042
Figure FDA0002469525960000043
其中，vv代表车辆当前的行驶速度；TTCvd代表车辆到达潜在碰撞点的时间；vpd代表实际运动场景中车辆探测到的行人当前的运动速度；avx-max代表车辆最大制动减速度；Dv-2代表在TTCvd范围内，车辆在行驶方向的第二行驶范围；Lvw代表车辆宽度；Dp-2-ne代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆近端的第三最短距离；Dp-2-fe代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆远端的第四最短距离。
8.根据权利要求5所述的车辆与行人碰撞风险域的确定方法，其特征在于，在行人采取主动避让行为，车辆不采取即时反应动作的情况下，根据以下公式确定第三碰撞风险域：[Dv-3，Dp-3-BA-ne]≤第三碰撞风险域≤[Dv-3，Dp-3-FA-fe]；
Figure FDA0002469525960000044
Figure FDA0002469525960000045
Figure FDA0002469525960000046
其中，vv代表车辆当前的行驶速度；TTCvd代表车辆到达潜在碰撞点的时间；vpd代表实际运动场景中车辆探测到的行人当前的运动速度；TTCpb-ne代表在行人急停后退避让时，行人安全避让车辆所需的最短时间；TTCpf-ne代表在行人前进加速避让时，行人安全避让车辆所需的最短时间；Lvw代表车辆宽度；Dv-3代表在TTCvd范围内，车辆在行驶方向的第三行驶范围；Dp-3-ne代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆近端的第五最短距离；Dp-3-fe代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆远端的第六最短距离。
9.根据权利要求3所述的车辆与行人碰撞风险域的确定方法，其特征在于，在行人采取主动避让行为，车辆采取紧急制动的情况下，根据以下公式确定第四碰撞风险域：[Dv-4，Dp-4-ne]≤第四碰撞风险域≤[Dv-4，Dp-4-fe]；
Figure FDA0002469525960000051
Figure FDA0002469525960000052
Figure FDA0002469525960000053
其中，vv代表车辆当前的行驶速度；TTCvd代表车辆到达潜在碰撞点的时间；vpd代表实际运动场景中车辆探测到的行人当前的运动速度；avx-max代表车辆最大制动减速度；TTCpb-ne代表在行人急停后退避让时，行人安全避让车辆所需的最短时间；TTCpf-ne代表在行人前进加速避让时，行人安全避让车辆所需的最短时间；Lvw代表车辆宽度；Dv-4代表在TTCvd范围内，车辆在行驶方向的第四行驶范围；Dp-4-ne代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆近端的第七最短距离；Dp-4-fe代表行人以vpd的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆远端的第八最短距离。
10.根据权利要求3所述的车辆与行人碰撞风险域的确定方法，其特征在于，在车辆紧急制动和车辆紧急转弯的情况下，根据以下公式确定车辆与行人的第五碰撞风险域；[Dv-5，Dvl-5-fe]≤第五碰撞风险域≤[DV-5，Dvl-5-ne]；
Figure FDA0002469525960000054
vvb(TTCvd)＝vv+avx-max×TTCvd
Rvb(TTCvd)＝(vvb(TTCvd))2/avy-max
Figure FDA0002469525960000061
Figure FDA0002469525960000062
Figure FDA0002469525960000063
其中，vv代表车辆的行驶速度；vvb代表制动过程中车辆的速度；avx-max代表车辆最大制动减速度；avy-max代表车辆最大侧向加速度；TTCvd代表车辆到达潜在碰撞点的时间；Avs代表车辆转向过程中的累计转向角度；Dv-5代表在TTCvd范围内，车辆在行驶方向的第五行驶范围；Dp-5-ne代表行人以vv的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆近端的第九最短距离；Dp-5-fe代表行人以vv的速度运动时，行人安全避让车辆时所需要距离车辆远端的第十最短距离。
11.一种车辆与行人碰撞风险的评价方法，其特征在于，包括：
探测并输出车辆信息和行人信息；
判断行人是否注意到车辆，若行人注意到车辆，则行人采取主动避让行为，若行人没有注意到车辆，则行人正常行走；
在行人采取主动避让行为和行人不采取主动避让行为的情况下，分别确定车辆与行人的碰撞风险域；
判断行人是否在所述碰撞风险域的范围内；
根据行人是否在所述碰撞风险域的范围内的判断结果，评价车辆与行人的碰撞风险。
12.根据权利要求11所述的车辆与行人碰撞风险的评价方法，其特征在于，在行人采取主动避让行为和行人不采取主动避让行为的情况下，分别确定车辆与行人的碰撞风险域的步骤，还包括：
假设车辆是否采取即时反应动作；
结合行人是否采取主动避让行为和车辆是否采取即时反应动作，确定车辆与行人的碰撞风险域。
13.一种车辆与行人碰撞风险的评价系统，其特征在于，包括：
探测模块，用于探测车辆信息和行人信息；
分析判断模块，与所述探测模块连接，用于判断行人是否注意到车辆，若行人注意到车辆，则行人采取主动避让行为，若行人没有注意到车辆，则行人正常行走；
运算模块，与所述分析判断模块连接，用于在行人采取主动避让行为和行人不采取主动避让行为的情况下，分别确定车辆与行人的碰撞风险域；以及
评价模块，与所述运算模块连接，用于根据行人是否在所述碰撞风险域的范围内，来评价车辆与行人的碰撞风险。
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