CN112693454B - 自适应轨迹生成方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种自适应轨迹生成方法及系统，该方法适用于车辆，由车用计算机来实施，并包含：(A)根据当前时间点的相关于所述车辆的车辆信息、车辆位置及至少一笔相关于所述车辆相距预定距离范围内的至少一个障碍物的障碍物信息，判定是否满足第一特定条件；(B)当判定出不满足所述第一特定条件时，根据所述当前时间点的所述车辆信息、该至少一笔障碍物信息、所述车辆位置、路况信息，及所述车流速度，判定是否满足第二特定条件；(C)当判定出满足所述第二特定条件时，根据所述当前时间点的所述车辆信息、该至少一笔障碍物信息、所述车辆位置，及所述路况信息更新当前轨迹路径，以及时闪避障碍物。

Description

自适应轨迹生成方法及系统
技术领域
本发明涉及一种轨迹生成方法，特别是涉及一种自适应轨迹生成方法及系统。
背景技术
自动驾驶技术主要包括环境感知技术、导航定位技术、路径规划技术，以及决策控制技术等四个部分，其中路径规划是自动驾驶技术中十分关键的组成部分，其任务就是在具有障碍物的环境内按照一定的评价标准，寻找一条从起始状态包括位置和姿态到达目标状态的无碰撞路径，即根据车辆的行驶车速以及环境状况等讯息，规划出一条可以使自动驾驶车辆安全平稳行驶的路径。
然而，现有的自动驾驶汽车在规划行驶轨迹后，无法临时更改行驶轨迹，因此行车中途若道路环境改变而有危险时，自动驾驶汽车通常采取刹车，无法适时的做出闪避障碍物的动作，表示现有的自动驾驶汽车在原始行进轨迹受到外部环境影响变得不安全，无法及时脱离危险区域而有安全上的疑虑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能因应周遭环境的改变自动更改适当的路径的自适应轨迹生成方法。
本发明的自适应轨迹生成方法，适用于车辆，所述车辆设置有系统，所述系统包括车辆感测装置、障碍物感测装置、导航装置、车流感测装置，及电连接所述车辆感测装置、所述障碍物感测装置、所述导航装置及所述车流感测装置的车用计算机，所述车辆感测装置用于持续侦测所述车辆后产生相关于所述车辆的车辆信息，所述车辆信息包括所述车辆的车辆速度及车辆加速度，所述障碍物感测装置用于持续感测与所述车辆相距预定距离范围内的至少一个障碍物，以产生对应于该至少一个障碍物的至少一笔障碍物信息，每笔障碍物信息包括所对应的障碍物的障碍物位置、障碍物移动速度，及障碍物加速度，所述导航装置存储有相关于所述车辆所行驶的路线的地图，所述地图包括每一条道路所对应的车道数，所述导航装置用于持续定位所述车辆的车辆位置，并用于产生路况信息，所述路况信息包括最高限速及车道宽，所述车流感测装置用于感测车辆行驶车道的多个同向车道的车流速度，所述车用计算机存储当前轨迹路径，所述方法由所述车用计算机来实施，并包含步骤(A)、步骤(B)，及步骤(C)。
所述步骤(A)中，所述车用计算机根据当前时间点的所述车辆信息、所述车辆位置及该至少一笔障碍物信息，判定是否满足第一特定条件。
所述步骤(B)中，当所述车用计算机判定出不满足所述第一特定条件时，所述车用计算机根据所述当前时间点的所述车辆信息、该至少一笔障碍物信息、所述车辆位置、所述路况信息，及所述车流速度，判定是否满足第二特定条件。
所述步骤(C)中，当所述车用计算机判定出满足所述第二特定条件时，所述车用计算机根据所述当前时间点的所述车辆信息、该至少一笔障碍物信息、所述车辆位置，及所述路况信息更新所述当前轨迹路径。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成方法，每一笔障碍物信息还包括所对应的障碍物与所述车辆的相对纵向距离、相对纵向速度，及相对纵向加速度，在步骤(A)前还包含以下子步骤：
(D)根据当前时间点的该至少一个障碍物中在所述车辆行驶车道上位于所述车辆的前方的前方障碍物所对应的障碍物信息的所述相对纵向距离、所述相对纵向速度，及所述相对纵向加速度，获得所述前方障碍物与所述车辆距离发生碰撞的碰撞时间，根据所述碰撞时间及在前一时间点所获得的前一碰撞时间，获得碰撞时间变化率，根据所述当前时间点的所述车辆位置及所述前方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物位置，获得碰撞距离，根据所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆速度及所述前方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物速度获得刹车距离阈值，根据所述当前车时间点的所述车辆信息的所述车辆速度获得所述车辆将所述车辆速度降至零的刹车时间；
在步骤(A)中是根据所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率、所述碰撞距离、所述刹车距离阈值，及所述刹车时间判定是否满足所述第一特定条件。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成方法，在步骤(A)中，所述第一特定条件为所述碰撞距离小于等于所述刹车距离阈值且所述碰撞时间小于等于所述刹车时间且所述碰撞时间变化率小于零。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成方法，所述车辆信息还包括车辆航向角，在步骤(C)中还根据所述碰撞距离、所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率，及所述刹车距离阈值更新所述当前轨迹路径，步骤(C)包括以下子步骤：
(C-1)根据所述当前时间点的该至少一笔障碍物信息的障碍物位置，判定该至少一个障碍物中是否有所述前方障碍物；
(C-2)当判定出该至少一个障碍物中有所述前方障碍物时，根据所述当前时间点的该至少一笔障碍物信息的障碍物位置，判定该至少一个障碍物中是否有在所述车辆行驶车道的相邻车道位于所述车辆侧后方的至少一个后方障碍物；
(C-3)当判定出该至少一个障碍物中有该至少一个后方障碍物时，根据该当前时间点的所述车辆位置，及在所述车辆行驶车道的相邻车道位于所述车辆侧后方的至少一个后方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物位置，获得至少一个到达本车位置距离；
(C-4)根据所述当前时间点的所述碰撞距离、该至少一个后方障碍物所对应的障碍物信息的障碍物移动速度、该至少一个到达本车位置距离、所述车辆信息的所述车辆速度，及所述路况信息的所述车道宽，获得在所述车辆前方的至少一个安全区域；
(C-5)根据所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率、所述碰撞距离，及所述刹车距离阈值，从该至少一个安全区域中决定目标安全区域；
(C-6)获得位于所述目标安全区域中的路径终点；及
(C-7)根据所述路径终点、所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆航向角与所述车辆速度、该至少一笔障碍物信息的该至少一个障碍物位置、该至少一个障碍物移动速度、与该至少一个障碍物加速度、所述车辆位置，及所述路况信息的所述车道宽产生待更新轨迹路径，以更新所述当前轨迹路径。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成方法，在步骤(C-4)中，先根据所述当前时间点的所述前方障碍物所对应的障碍物信息的障碍物当前位置、所述车辆位置、所述车辆信息的所述车辆速度，及所述路况信息的所述车道宽获得包含所述前方障碍物的危险区域，再根据所述危险区域获得位于所述车辆行驶车道且不包含所述危险区域的本车道安全区域，并对于每一个后方障碍物，根据所述后方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物位置判定是否满足第三特定条件，当不满足所述第三特定条件时，获得位于所述后方障碍物的相邻车道安全区域。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成方法，在步骤(C-4)中，所述第三特定条件为：
Figure BDA0002244160110000041
其中，vro为所述后方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物速度，L＝1.5×所述碰撞距离-5，且所述预定距离范围≥L，tmin为安全距离/vro，Vmin为所述车辆的未来最低车速，
Figure BDA0002244160110000042
alast=|所述当前时间点的车辆加速度-0.3·g|，g为重力加速度，vhost为所述车辆速度。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成方法，在步骤(C-5)中，根据所述当前时间点的所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率、所述碰撞距离，及所述刹车距离阈值，判定是否满足第四特定条件，当满足所述第四特定条件时，所述目标安全区域为在所述车辆行驶车道的安全区域；当判定出不满足所述第四特定条件时，所述目标安全区域为所述车辆行驶车道的其中相邻车道的安全区域。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成方法，在步骤(C-5)中，所述第四特定条件为所述碰撞距离与所述刹车距离阈值差大于等于零且所述碰撞时间减2大于等于零且所述碰撞时间变化率大于等于零。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成方法，在步骤(C)中，所述第二特定条件为所述当前时间点的所述路况信息的所述最高限速与所述车辆信息的所述车辆速度差大于第一预定值且所述车辆行驶车道的相邻车道的其中一者的车流速度与所述最高限速相差小于第二预定值内且所述碰撞时间变化率小于零。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成方法，在步骤(C)前还包含以下步骤：
(F)根据所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆速度、所述当前时间点的所述车辆位置，及所述当前轨迹路径，判定所述当前时间点的所述车辆位置与所述当前轨迹路径的终点距离是否小于临界值；及
(G)当判定出所述当前时间点的所述车辆位置与所述当前轨迹路径的终点距离小于所述临界值时，进行步骤(C)。
本发明的另一目的在于提供一种能因应周遭环境的改变自动更改适当的路径的自适应轨迹生成系统。
本发明的自适应轨迹生成系统，适用于车辆，包含车辆感测装置、障碍物感测装置、导航装置、车流感测装置，及车用计算机。
所述车辆感测装置用于持续侦测所述车辆后产生相关于所述车辆的车辆信息，所述车辆信息包括所述车辆的车辆速度及车辆加速度。
所述障碍物感测装置用于持续感测与所述车辆相距预定距离范围内的至少一个障碍物，以产生对应于该至少一个障碍物的至少一笔障碍物信息，每笔障碍物信息包括所对应的障碍物的障碍物位置、障碍物移动速度，及障碍物加速度。
所述导航装置存储有相关于所述车辆所行驶的路线的地图，所述地图包括每一条道路所对应的车道数，所述导航装置用于持续定位所述车辆的车辆位置，并用于产生路况信息，所述路况信息包括最高限速及车道宽。
所述车流感测装置用于感测车辆行驶车道的多个同向车道的车流速度。
所述车用计算机电连接所述车辆感测装置、所述障碍物感测装置、所述车流感测装置，及所述导航装置，并存储当前轨迹路径。
其中，所述车用计算机根据当前时间点的所述车辆信息、所述车辆位置及该至少一笔障碍物信息，判定是否满足第一特定条件，当所述车用计算机判定出不满足所述第一特定条件时，所述车用计算机根据所述当前时间点的所述车辆信息、该至少一笔障碍物信息、所述车辆位置、所述路况信息，及所述车流速度，判定是否满足第二特定条件，当所述车用计算机判定出满足所述第二特定条件时，所述车用计算机根据所述当前时间点的所述车辆信息、该至少一笔障碍物信息、所述车辆位置，及所述路况信息更新所述当前轨迹路径。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成系统，每一笔障碍物信息还包括所对应的障碍物与所述车辆的相对纵向距离、相对纵向速度，及相对纵向加速度，所述车用计算机还根据当前时间点的该至少一个障碍物中在所述车辆行驶车道上位于所述车辆的前方的前方障碍物所对应的障碍物信息的所述相对纵向距离、所述相对纵向速度，及所述相对纵向加速度，获得所述前方障碍物与所述车辆距离发生碰撞的碰撞时间，再根据所述碰撞时间及在前一时间点所获得的前一碰撞时间，获得碰撞时间变化率，再根据所述当前时间点的所述车辆位置及所述前方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物位置，获得碰撞距离，再根据所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆速度及所述前方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物速度获得刹车距离阈值，并根据所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆速度获得所述车辆将所述车辆速度降至零的刹车时间，且所述车用计算机是根据所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率、所述碰撞距离、所述刹车距离阈值，及所述刹车时间判定是否满足所述第一特定条件。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成系统，所述第一特定条件为所述碰撞距离小于等于所述刹车距离阈值且所述碰撞时间小于等于所述刹车时间且所述碰撞时间变化率小于零。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成系统，所述车辆信息还包括车辆航向角，所述车用计算机还根据所述碰撞距离、所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率，及所述刹车距离阈值更新所述当前轨迹路径，并根据所述当前时间点的该至少一笔障碍物信息的障碍物位置，判定该至少一个障碍物中是否有所述前方障碍物，当所述车用计算机判定出该至少一个障碍物中有所述前方障碍物时，所述车用计算机根据所述当前时间点的该至少一笔障碍物信息的障碍物位置，判定该至少一个障碍物中是否有在所述车辆行驶车道的相邻车道位于所述车辆侧后方的至少一个后方障碍物，当所述车用计算机判定出该至少一个障碍物中有该至少一个后方障碍物时，所述车用计算机根据所述当前时间点的所述车辆位置，及在所述车辆行驶车道的相邻车道位于所述车辆后方的至少一个侧后方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物位置，获得至少一个到达本车位置距离，且根据所述当前时间点的所述碰撞距离、该至少一个后方障碍物所对应的障碍物信息的障碍物移动速度、该至少一个到达本车位置距离、所述车辆信息的所述车辆速度，及所述路况信息的所述车道宽，获得在所述车辆前方的至少一个安全区域，并根据所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率、所述碰撞距离，及所述刹车距离阈值，从该至少一个安全区域中决定目标安全区域，再获得位于所述目标安全区域中的路径终点，最后根据所述路径终点、所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆航向角与所述车辆速度、该至少一笔障碍物信息的该至少一个障碍物位置、该至少一个障碍物移动速度、与该至少一个障碍物加速度、所述车辆位置，及所述路况信息的所述车道宽产生待更新轨迹路径，以更新所述当前轨迹路径。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成系统，所述车用计算机先根据所述当前时间点的所述前方障碍物所对应的障碍物信息的障碍物当前位置、所述车辆位置、所述车辆信息的所述车辆速度，及所述路况信息的所述车道宽获得包含所述前方障碍物的危险区域，再根据所述危险区域获得位于所述车辆行驶车道且不包含所述危险区域的本车道安全区域，并对于每一个后方障碍物，所述车用计算机根据所述后方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物位置判定是否满足第三特定条件，当不满足所述第三特定条件时，获得位于所述后方障碍物的相邻车道安全区域。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成系统，所述第三特定条件为：
Figure BDA0002244160110000071
其中，vro为所述后方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物速度，L＝1.5×所述碰撞距离-5，且所述预定距离范围≥L，tmin为安全距离/vro，Vmin为所述车辆的未来最低车速，
Figure BDA0002244160110000081
alast＝|所述当前时间点的车辆加速度-0.3·g|，g为重力加速度，vhost为所述车辆速度。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成系统，所述车用计算机根据所述当前时间点的所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率、所述碰撞距离，及所述刹车距离阈值，判定是否满足第四特定条件，当满足所述第四特定条件时，所述车用计算机决定在所述车辆行驶车道的安全区域为所述目标安全区域；当判定出不满足所述第四特定条件时，所述车用计算机决定在所述车辆行驶车道的其中相邻车道的安全区域为所述目标安全区域。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成系统，所述第四特定条件为所述碰撞距离与所述刹车距离阈值差大于等于零且所述碰撞时间减2大于等于零且所述碰撞时间变化率大于等于零。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成系统，所述第二特定条件为所述当前时间点的所述路况信息的所述最高限速与所述车辆信息的所述车辆速度差大于第一预定值且所述路况信息的所述车辆行驶车道的相邻车道的其中一者的车流速度与所述最高限速相差小于第二预定值内且所述碰撞时间变化率小于零。
较佳地，本发明的自适应轨迹生成系统，所述车用计算机根据所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆速度、所述当前时间点的所述车辆位置，及所述当前轨迹路径，判定所述当前时间点的所述车辆位置与所述当前轨迹路径的终点距离是否小于临界值，并当所述车用计算机判定出所述当前时间点的所述车辆位置与所述当前轨迹路径的终点距离小于所述临界值时，所述车用计算机根据所述当前时间点的所述车辆信息、该至少一笔障碍物信息、所述车辆位置，及所述路况信息更新所述当前轨迹路径。
本发明的有益效果在于：当所述车用计算机判定出不满足所述第一特定条件且满足所述第二特定条件时，以判定出道路环境改变而有安全疑虑时，所述车用计算机更新所述当前轨迹路径，以及时闪避障碍物。
附图说明
本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：
图1是一方块图，说明本发明自适应轨迹生成系统的一实施例；
图2是一流程图，说明本发明自适应轨迹生成方法的一实施例；
图3是一流程图，辅助说明图2步骤26的子步骤；
图4是一示意图，说明一车辆前方的安全区域；及
图5是一示意图，说明该车辆前方的安全区域。
具体实施方式
参阅图1，说明本发自适应轨迹生成系统的一实施例，该自适应轨迹生成系统1设置于一车辆(图未示)，该自适应轨迹生成系统1包括一车辆感测装置11、一障碍物感测装置12、一导航装置13、一车流感测装置15、一路面摩擦力估测装置16，及一车用计算机14。
该车辆感测装置11用于持续侦测该车辆后产生一相关于该车辆的车辆信息，该车辆信息包括该车辆的一车辆速度、一车辆加速度，及一车辆航向角。要特别注意的是，在本实施例中，该车辆感测装置11例如包括一陀螺仪(Gyroscope)、一里程计(Odometer)、一车速计(Speed Meter)，及一惯性测量单元(Inertial measurement unit,IMU)。
该障碍物感测装置12用于持续感测与该车辆相距一预定距离范围Dmax内的至少一个障碍物，以产生对应于该至少一个障碍物的至少一笔障碍物信息，每笔障碍物信息包括所对应的障碍物与该车辆的一相对纵向距离、一相对纵向速度，及一相对纵向加速度，与所对应的障碍物的一障碍物位置、一障碍物移动速度、一障碍物加速度，及一障碍物长度。要特别注意的是，在本实施例中，该障碍物感测装置12例如包括一光学雷达(LiDAR)、一超声波雷达(Supersonic Wave Radar)、一毫米波雷达(Millimeter Wave Radar)及一摄影机。
该导航装置13存储有一相关于该车辆所行驶的路线的地图，该地图包括每一条道路所对应的车道数，用于持续定位该车辆的一车辆位置，并用于产生一路况信息，该路况信息包括一最高限速，及一车道宽。要特别注意的是，在本实施例中，该导航装置13例如包括一全球定位系统(Global Positioning System,GPS)。
该车流感测装置15用于感测该车辆行驶车道的多个同向车道的车流速度。
该路面摩擦力估测装置16用于感测该车辆所在道路的一路面摩擦力。
该车用计算机14电连接该车辆感测装置11、该障碍物感测装置12、该导航装置13、该车流感测装置15，及该路面摩擦力估测装置16，该车用计算机14存储一初始轨迹路径。
参阅图1与图2，说明本发明自适应轨迹生成系统1如何执行本发明自适应轨迹生成方法的一实施例，以下详细说明该实施例所包含的步骤。
在步骤20中，该车用计算机14判定该障碍物感测装置12的该预定距离范围Dmax内是否存在一障碍物，当该车用计算机14判定出该障碍物感测装置12的该预定距离范围Dmax内存在一障碍物时，流程进行步骤21及步骤25；当该车用计算机14判定出该障碍物感测装置12的该预定距离范围Dmax内不存在一障碍物时，则流程进行步骤25。
在步骤21中，该车用计算机14获得一碰撞时间(Time to crash,TTC)、一碰撞时间变化率(Time to crash rate of change,
Figure BDA0002244160110000101
)、一碰撞距离(Distance to crash,DTC)、一刹车距离(Distance to brake,DTB)阈值，及一刹车时间(Time to brake,TTB)。
值得注意的是，该车用计算机14是根据当前时间点的该至少一个障碍物中位于该车辆行驶车道上且在该车辆的前方的一前方障碍物所对应的障碍物信息的该相对纵向距离、该相对纵向速度，及该相对纵向加速度获得该碰撞时间。该车用计算机14是根据该碰撞时间及在该前一时间点所获得的前一碰撞时间，获得该碰撞时间变化率。该车用计算机14是根据该当前时间点的该车辆位置及该前方障碍物所对应的障碍物信息的该障碍物位置，获得该碰撞距离。该车用计算机14是根据该当前时间点的该车辆信息的该车辆速度及该前方障碍物所对应的障碍物信息的该障碍物速度获得该刹车距离阈值，在本实施例中，该刹车距离阈值以下式表示
Figure BDA0002244160110000111
其中，vhost为该车辆速度(m/s)，vobstacle为该前方障碍物的该障碍物速度(m/s)，Tr为一预设刹车反应时间(s)，μ为该路面摩擦力，g为重力加速度(9.8m/s2)，dmin为一预设刹车后最小安全距离(m)。该车用计算机14是根据该当前时间点的该车辆信息的该车辆速度获得该车辆将该车辆速度降至零的该刹车时间。
在步骤22中，该车用计算机14根据该碰撞距离、该刹车距离阈值、该碰撞时间、该刹车时间，及该碰撞时间变化率，判定是否满足一第一特定条件。当该车用计算机14判定出满足该第一特定条件时，流程进行步骤23；当该车用计算机14判定出不满足该第一特定条件时，则流程进行步骤24。要特别注意的是，在本实施例中，该第一特定条件例如为该碰撞距离小于等于该刹车距离阈值且该碰撞时间小于等于该刹车时间且该碰撞时间变化率小于零。
在步骤23中，该车用计算机14进行自动紧急刹车(Autonomous EmergencyBraking,AEB)算法，以控制该车辆紧急刹车。
在步骤24中，该车用计算机14根据该当前时间点的该路况信息的该最高限速、该车辆信息的该车辆速度、该路况信息的该车辆行驶车道的相邻车道的车流速度，及该碰撞时间变化率，判定是否满足一第二特定条件。当该车用计算机14判定出满足该第二特定条件时，流程进行步骤26；当该车用计算机14判定出不满足该第二特定条件时，则重复步骤21。要特别注意的是，在本实施例中，该第二特定条件例如为该当前时间点的该路况信息的该最高限速与该车辆信息的该车辆速度差大于一第一预定值且该路况信息的该车辆行驶车道的其中一相邻车道的车流速度与该最高限速相差小于一第二预定值内且该碰撞时间变化率小于零，该第一预定值例如为每小时20千米(km/hr)，该第二预定值例如为每小时5千米(km/hr)。
在步骤25中，该车用计算机14根据该当前时间点的该车辆信息的该车辆速度、该当前时间点的该车辆位置及该当前轨迹路径，判定该当前时间点的该车辆位置与该当前轨迹路径的终点距离是否小于一临界值。当该车用计算机14判定出该当前时间点的该车辆位置与该当前轨迹路径的终点距离小于该临界值，流程进行步骤26；而当该车用计算机14判定出该当前时间点的该车辆位置与该当前轨迹路径的终点距离不小于该临界值时，重复进行步骤25。值得注意的是，该临界值例如为[(vhost/3.6)×2]米，其中vhost为该车辆速度(m/s)，2为一预定的时间参数(s)。
要特别注意的是，在本实施例中，当该车用计算机14判定出该障碍物感测装置12的该预定距离范围Dmax内存在一障碍物时，步骤21～24与步骤25为分别独立进行，但不以此为限。
在步骤26中，该车用计算机14根据该当前时间点的该车辆信息、该至少一笔障碍物信息、该车辆位置、该路况信息、该碰撞距离、该碰撞时间、该碰撞时间变化率，及该刹车距离阈值更新该当前轨迹路径。
搭配参阅图3，步骤26包括子步骤261～269，以下说明步骤26所包括的子步骤。
在步骤261中，该车用计算机14根据该当前时间点的该至少一笔障碍物信息的障碍物位置，判定该至少一个障碍物中是否有在该车辆行驶车道上位于该车辆前方的障碍物。当该车用计算机14判定出该至少一个障碍物中没有在该车辆行驶车道上位于该车辆前方的障碍物时，流程进行步骤262；而当该车用计算机14判定出该至少一个障碍物中有在该车辆行驶车道上位于该车辆前方的障碍物时，则流程进行步骤263。
在步骤262中，该车用计算机14获得一路径终点。值得注意的是，在本实施例中，该路径终点例如在该车辆行驶车道上位于该车辆的前方一最大估算距离Lmax的位置，其中Dmax≥Lmax，该最大估算距离Lmax例如为[(vhost/2)×Timesystem]米，中vhost为该车辆速度(m/s)，Timesystem为一时间参数，其范围例如为[4，6]秒。
在步骤263中，该车用计算机14根据该当前时间点的该至少一笔障碍物信息的障碍物位置，判定该至少一个障碍物中是否有在该车辆行驶车道的相邻车道上位于该车辆侧后方的至少一个后方障碍物。当该车用计算机14判定出该至少一个障碍物中没有任何后方障碍物时，流程进行步骤264；而当该车用计算机14判定出该至少一个障碍物中有该至少一个后方障碍物时，则流程进行步骤265。
在步骤264中，该车用计算机14根据该当前时间点的该碰撞距离、该车辆信息的该车辆速度，及该路况信息的该车道宽，获得多个在该车辆前方的安全区域。
要特别注意的是，在本实施中，该车用计算机14先根据该当前时间点的该碰撞距离、该车辆信息的该车辆速度，及该路况信息的该车道宽获得一包含该前方障碍物的危险区域，再根据该危险区域获得一位于该车辆行驶车道且不包含该危险区域的本车道安全区域，以及位于该车辆行驶车道的相邻车道的一左车道安全区域与一右车道安全区域，举例来说，参阅图4，若该车辆的中心位置为(0,0)，该前方障碍物的中心位置为(xf0,yf0)，该危险区域为矩形，其长宽分别为2l与2w，l为该前方障碍物的障碍物长度，且该车道宽为2w，则该本车道安全区域(x,y)∈[0,xf0-l]×[-w,w]，该左车道安全区域(x,y)∈[0,1.5(DTC)-5]×[w,3w]，该右车道安全区域(x,y)∈[0,1.5(DTC)-5]×[-w,-3w]。
在步骤265中，该车用计算机14根据该当前时间点的该车辆位置，及该至少一个后方障碍物所对应的障碍物信息的该障碍物位置，获得至少一个到达本车位置距离(Distance to host,DTH)。
在步骤266中，该车用计算机14根据该当前时间点的该碰撞距离、该至少一个后方障碍物所对应的障碍物信息的障碍物移动速度、该至少一到达本车位置距离、该车辆信息的该车辆速度，及该路况信息的该车道宽，获得至少一个在该车辆前方的安全区域。
要特别注意的是，在本实施中，该车用计算机14先根据该当前时间点的该前方障碍物所对应的障碍物信息的障碍物当前位置、该车辆位置、该车辆信息的该车辆速度，及该路况信息的该车道宽获得一包含该前方障碍物的前方危险区域，再根据该危险区域获得一位于本车道且不包含该危险区域的本车道安全区域，并对于每一后方障碍物，根据该后方障碍物所对应的障碍物信息的该障碍物位置判定是否满足一第三特定条件，该第三特定条件如下式
Figure BDA0002244160110000141
其中，vro为该后方障碍物所对应的障碍物信息的该障碍物速度，L＝1.5×DTC-5，且Lmax≥L，tmin为安全距离/vro，该安全距离例如为该后方障碍物的障碍物速度(km/hr)除以2的距离(m)，若vro为每小时80千米时，则安全距离为40米，Vmin为该车辆的一未来最低车速，
Figure BDA0002244160110000142
其中alast＝|所述当前时间点的车辆加速度-0.3·g|，g为重力加速度(9.8m/s2)，vhost为该车辆速度(m/s)，当满足该第三特定条件则该后方障碍物所在车道为危险区域；当不满足该第三特定条件则获得一位于该后方障碍物的相邻车道安全区域。举例来说，搭配参阅图5，若该车辆的中心位置为(0,0)，该前方障碍物的中心位置为(xf0,yf0)，有一位于左车道的后方障碍物，该后方障碍物的中心位置为(xr0,yr0)，且对于该后方障碍物，该车用计算机14判定出满足该第三特定条件，该前方危险区域为矩形，其长宽分别为2l与2w，且该车道宽为2w，则该本车道安全区域(x,y)∈[0,xf0-l]×[-w,w]，该左车道为危险区域，故该左车道安全区域(x,y)∈φ，该右车道安全区域(x,y)∈[0,1.5(DTC)-5]×[-w,-3w]。
在步骤267中，该车用计算机14根据该碰撞时间、该碰撞时间变化率、该碰撞距离，及该刹车距离阈值，从步骤264的所述安全区域或步骤266的该至少一个安全区域中决定一目标安全区域。
要特别注意的是，该车用计算机14根据该碰撞时间、该碰撞时间变化率、该碰撞距离，及该刹车距离阈值，判定是否满足一第四特定条件，当满足该第四特定条件时，该车用计算机14决定在该车辆行驶车道的安全区域为该目标安全区域；当该车用计算机14判定出不满足该第四特定条件时，该车用计算机14则决定在该车辆行驶车道的其中一相邻车道的安全区域为该目标安全区域，详细而言，该第四特定条件例如为该碰撞距离与该刹车距离阈值差大于等于零且该碰撞时间减2大于等于零且该碰撞时间变化率大于等于零，当该车用计算机14判定出不满足该第四特定条件时，该车用计算机14依序根据该碰撞距离与该刹车距离阈值差的值、该碰撞时间减2的值，以及该碰撞时间变化率的值从在该车辆行驶车道的相邻车道的安全区域决定该目标安全区域，数值较大者为优先。
在步骤268中，该车用计算机14获得一位于该目标安全区域中的路径终点。
在步骤269中，该车用计算机14根据步骤262或步骤268获得的该路径终点、该当前时间点的该车辆信息的该车辆航向角与该车辆速度、该至少一笔障碍物信息的该至少一障碍物位置、该至少一障碍物移动速度、与该至少一障碍物加速度、该车辆位置，及该路况信息的该车道宽产生一待更新轨迹路径，以更新该当前轨迹路径。由于本发明的特征并不在于熟知此技艺者所已知的产生该待更新轨迹路径的方法，详细作法载记于Wenda Xu,Junqing Wei,John M.Dolan,Huijing Zhao and Hongbin Zha“A Real-Time MotionPlanner with Trajectory Optimization for Autonomous Vehicles”,IEEEInternational Conference on Robotics and Automation RiverCentre,pp.2061-2067,2012中，为了简洁，故在此省略了他们的细节。
综上所述，本发明自适应轨迹生成方法及系统，当该车用计算机14判定出不满足该第一特定条件且满足该第二特定条件时，该车用计算机14更新该当前轨迹路径，以在判定出道路环境改变而有安全疑虑时，及时闪避障碍物，且当该车用计算机14判定出该当前时间点的该车辆位置与该当前轨迹路径的终点距离小于该临界值时，该车用计算机14更新该当前轨迹路径，以在该车辆将要行驶到该当前轨迹路径前及时更新该当前轨迹路径，故确实能达成本发明的目的。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (20)

1.一种自适应轨迹生成方法，适用于车辆，所述车辆设置有系统，所述系统包括车辆感测装置、障碍物感测装置、导航装置、车流感测装置，及电连接所述车辆感测装置、所述障碍物感测装置、所述导航装置及所述车流感测装置的车用计算机，所述车辆感测装置用于持续侦测所述车辆后产生相关于所述车辆的车辆信息，所述车辆信息包括所述车辆的车辆速度及车辆加速度，所述障碍物感测装置用于持续感测与所述车辆相距预定距离范围内的至少一个障碍物，以产生对应于该至少一个障碍物的至少一笔障碍物信息，每笔障碍物信息包括所对应的障碍物的障碍物位置、障碍物移动速度，及障碍物加速度，所述导航装置存储有相关于所述车辆所行驶的路线的地图，所述地图包括每一条道路所对应的车道数，所述导航装置用于持续定位所述车辆的车辆位置，并用于产生路况信息，所述路况信息包括最高限速及车道宽，所述车流感测装置用于感测车辆行驶车道的多个同向车道的车流速度，所述车用计算机存储当前轨迹路径，所述方法由所述车用计算机来实施，其特征在于：并包含以下步骤：
(A)根据当前时间点的所述车辆信息、所述车辆位置及该至少一笔障碍物信息，判定是否满足第一特定条件；
(B)当判定出不满足所述第一特定条件时，根据所述当前时间点的所述车辆信息、该至少一笔障碍物信息、所述车辆位置、所述路况信息，及所述车流速度，判定是否满足第二特定条件；及
(C)当判定出满足所述第二特定条件时，根据所述当前时间点的所述车辆信息、该至少一笔障碍物信息、所述车辆位置，及所述路况信息更新所述当前轨迹路径。
2.根据权利要求1所述的自适应轨迹生成方法，其特征在于：每一笔障碍物信息还包括所对应的障碍物与所述车辆的相对纵向距离、相对纵向速度，及相对纵向加速度，在步骤(A)前还包含以下子步骤：
(D)根据当前时间点的该至少一个障碍物中在所述车辆行驶车道上位于所述车辆的前方的前方障碍物所对应的障碍物信息的所述相对纵向距离、所述相对纵向速度，及所述相对纵向加速度，获得所述前方障碍物与所述车辆距离发生碰撞的碰撞时间，根据所述碰撞时间及在前一时间点所获得的前一碰撞时间，获得碰撞时间变化率，根据所述当前时间点的所述车辆位置及所述前方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物位置，获得碰撞距离，根据所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆速度及所述前方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物速度获得刹车距离阈值，根据所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆速度获得所述车辆将所述车辆速度降至零的刹车时间；
在步骤(A)中是根据所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率、所述碰撞距离、所述刹车距离阈值，及所述刹车时间判定是否满足所述第一特定条件。
3.根据权利要求2所述的自适应轨迹生成方法，其特征在于：在步骤(A)中，所述第一特定条件为所述碰撞距离小于等于所述刹车距离阈值且所述碰撞时间小于等于所述刹车时间且所述碰撞时间变化率小于零。
4.根据权利要求2所述的自适应轨迹生成方法，其特征在于：所述车辆信息还包括车辆航向角，在步骤(C)中还根据所述碰撞距离、所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率，及所述刹车距离阈值更新所述当前轨迹路径，步骤(C)包括以下子步骤：
(C-1)根据所述当前时间点的该至少一笔障碍物信息的障碍物位置，判定该至少一个障碍物中是否有所述前方障碍物；
(C-2)当判定出该至少一个障碍物中有所述前方障碍物时，根据所述当前时间点的该至少一笔障碍物信息的障碍物位置，判定该至少一个障碍物中是否有在所述车辆行驶车道的相邻车道位于所述车辆侧后方的至少一个后方障碍物；
(C-3)当判定出该至少一个障碍物中有该至少一个后方障碍物时，根据该当前时间点的所述车辆位置，及在所述车辆行驶车道的相邻车道位于所述车辆侧后方的至少一个后方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物位置，获得至少一个到达本车位置距离；
(C-4)根据所述当前时间点的所述碰撞距离、该至少一个后方障碍物所对应的障碍物信息的障碍物移动速度、该至少一个到达本车位置距离、所述车辆信息的所述车辆速度，及所述路况信息的所述车道宽，获得在所述车辆前方的至少一个安全区域；
(C-5)根据所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率、所述碰撞距离，及所述刹车距离阈值，从该至少一个安全区域中决定目标安全区域；
(C-6)获得位于所述目标安全区域中的路径终点；及
(C-7)根据所述路径终点、所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆航向角与所述车辆速度、该至少一笔障碍物信息的该至少一个障碍物位置、该至少一个障碍物移动速度、与该至少一个障碍物加速度、所述车辆位置，及所述路况信息的所述车道宽产生待更新轨迹路径，以更新所述当前轨迹路径。
5.根据权利要求4所述的自适应轨迹生成方法，其特征在于：在步骤(C-4)中，先根据所述当前时间点的所述前方障碍物所对应的障碍物信息的障碍物当前位置、所述车辆位置、所述车辆信息的所述车辆速度，及所述路况信息的所述车道宽获得包含所述前方障碍物的危险区域，再根据所述危险区域获得位于所述车辆行驶车道且不包含所述危险区域的本车道安全区域，并对于每一个后方障碍物，根据所述后方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物位置判定是否满足第三特定条件，当不满足所述第三特定条件时，获得位于所述后方障碍物的相邻车道安全区域。
6.根据权利要求5所述的自适应轨迹生成方法，其特征在于：在步骤(C-4)中，所述第三特定条件为：
Figure FDA0003560350540000031
其中，DTH为该至少一个到达本车位置距离，vro为所述后方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物速度，L＝1.5×所述碰撞距离-5，且所述预定距离范围≥L，tmin为安全距离/vro，Vmin为所述车辆的未来最低车速，
Figure FDA0003560350540000032
alast＝|所述当前时间点的车辆加速度-0.3·g|，g为重力加速度，vhost为所述车辆速度。
7.根据权利要求4所述的自适应轨迹生成方法，其特征在于：在步骤(C-5)中，根据所述当前时间点的所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率、所述碰撞距离，及所述刹车距离阈值，判定是否满足第四特定条件，当满足所述第四特定条件时，所述目标安全区域为在所述车辆行驶车道的安全区域；当判定出不满足所述第四特定条件时，所述目标安全区域为所述车辆行驶车道的其中相邻车道的安全区域。
8.根据权利要求7所述的自适应轨迹生成方法，其特征在于：在步骤(C-5)中，所述第四特定条件为所述碰撞距离与所述刹车距离阈值的差大于等于零且所述碰撞时间减2大于等于零且所述碰撞时间变化率大于等于零。
9.根据权利要求2所述的自适应轨迹生成方法，其特征在于：在步骤(C)中，所述第二特定条件为所述当前时间点的所述路况信息的所述最高限速与所述车辆信息的所述车辆速度差大于第一预定值且所述车辆行驶车道的相邻车道的其中一者的车流速度与所述最高限速相差小于第二预定值内且所述碰撞时间变化率小于零。
10.根据权利要求1所述的自适应轨迹生成方法，其特征在于：在步骤(C)前还包含以下步骤：
(F)根据所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆速度、所述当前时间点的所述车辆位置，及所述当前轨迹路径，判定所述当前时间点的所述车辆位置与所述当前轨迹路径的终点距离是否小于临界值；及
(G)当判定出所述当前时间点的所述车辆位置与所述当前轨迹路径的终点距离小于所述临界值时，进行步骤(C)。
11.一种自适应轨迹生成系统，适用于车辆，其特征在于：包含：
车辆感测装置，用于持续侦测所述车辆后产生相关于所述车辆的车辆信息，所述车辆信息包括所述车辆的车辆速度及车辆加速度；
障碍物感测装置，用于持续感测与所述车辆相距预定距离范围内的至少一个障碍物，以产生对应于该至少一个障碍物的至少一笔障碍物信息，每笔障碍物信息包括所对应的障碍物的障碍物位置、障碍物移动速度，及障碍物加速度；
导航装置，存储有相关于所述车辆所行驶的路线的地图，所述地图包括每一条道路所对应的车道数，所述导航装置用于持续定位所述车辆的车辆位置，并用于产生路况信息，所述路况信息包括最高限速及车道宽；及
车流感测装置，用于感测车辆行驶车道的多个同向车道的车流速度；及
车用计算机，电连接所述车辆感测装置、所述障碍物感测装置、所述导航装置，及所述车流感测装置，并存储当前轨迹路径；
其中，所述车用计算机根据当前时间点的所述车辆信息、所述车辆位置及该至少一笔障碍物信息，判定是否满足第一特定条件，当所述车用计算机判定出不满足所述第一特定条件时，所述车用计算机根据所述当前时间点的所述车辆信息、该至少一笔障碍物信息、所述车辆位置、所述路况信息，及所述车流速度，判定是否满足第二特定条件，当所述车用计算机判定出满足所述第二特定条件时，所述车用计算机根据所述当前时间点的所述车辆信息、该至少一笔障碍物信息、所述车辆位置，及所述路况信息更新所述当前轨迹路径。
12.根据权利要求11所述的自适应轨迹生成系统，其特征在于：每一笔障碍物信息还包括所对应的障碍物与所述车辆的相对纵向距离、相对纵向速度，及相对纵向加速度，所述车用计算机还根据当前时间点的该至少一个障碍物中在所述车辆行驶车道上位于所述车辆的前方的前方障碍物所对应的障碍物信息的所述相对纵向距离、所述相对纵向速度，及所述相对纵向加速度，获得所述前方障碍物与所述车辆距离发生碰撞的碰撞时间，再根据所述碰撞时间及在前一时间点所获得的前一碰撞时间，获得碰撞时间变化率，再根据所述当前时间点的所述车辆位置及所述前方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物位置，获得碰撞距离，再根据所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆速度及所述前方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物速度获得刹车距离阈值，并根据所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆速度获得所述车辆将所述车辆速度降至零的刹车时间，且所述车用计算机是根据所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率、所述碰撞距离、所述刹车距离阈值，及所述刹车时间判定是否满足所述第一特定条件。
13.根据权利要求12所述的自适应轨迹生成系统，其特征在于：所述第一特定条件为所述碰撞距离小于等于所述刹车距离阈值且所述碰撞时间小于等于所述刹车时间且所述碰撞时间变化率小于零。
14.根据权利要求12所述的自适应轨迹生成系统，其特征在于：所述车辆信息还包括车辆航向角，所述车用计算机还根据所述碰撞距离、所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率，及所述刹车距离阈值更新所述当前轨迹路径，并根据所述当前时间点的该至少一笔障碍物信息的障碍物位置，判定该至少一个障碍物中是否有所述前方障碍物，当所述车用计算机判定出该至少一个障碍物中有所述前方障碍物时，所述车用计算机根据所述当前时间点的该至少一笔障碍物信息的障碍物位置，判定该至少一个障碍物中是否有在所述车辆行驶车道的相邻车道位于所述车辆侧后方的至少一个后方障碍物，当所述车用计算机判定出该至少一个障碍物中有该至少一个后方障碍物时，所述车用计算机根据所述当前时间点的所述车辆位置，及在所述车辆行驶车道的相邻车道位于所述车辆后方的至少一个侧后方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物位置，获得至少一个到达本车位置距离，且根据所述当前时间点的所述碰撞距离、该至少一个后方障碍物所对应的障碍物信息的障碍物移动速度、该至少一个到达本车位置距离、所述车辆信息的所述车辆速度，及所述路况信息的所述车道宽，获得在所述车辆前方的至少一个安全区域，并根据所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率、所述碰撞距离，及所述刹车距离阈值，从该至少一个安全区域中决定目标安全区域，再获得位于所述目标安全区域中的路径终点，最后根据所述路径终点、所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆航向角与所述车辆速度、该至少一笔障碍物信息的该至少一个障碍物位置、该至少一个障碍物移动速度、与该至少一个障碍物加速度、所述车辆位置，及所述路况信息的所述车道宽产生待更新轨迹路径，以更新所述当前轨迹路径。
15.根据权利要求14所述的自适应轨迹生成系统，其特征在于：所述车用计算机先根据所述当前时间点的所述前方障碍物所对应的障碍物信息的障碍物当前位置、所述车辆位置、所述车辆信息的所述车辆速度，及所述路况信息的所述车道宽获得包含所述前方障碍物的危险区域，再根据所述危险区域获得位于所述车辆行驶车道且不包含所述危险区域的本车道安全区域，并对于每一个后方障碍物，所述车用计算机根据所述后方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物位置判定是否满足第三特定条件，当不满足所述第三特定条件时，获得位于所述后方障碍物的相邻车道安全区域。
16.根据权利要求15所述的自适应轨迹生成系统，其特征在于：所述第三特定条件为：
Figure FDA0003560350540000071
其中，DTH为该至少一个到达本车位置距离，vro为所述后方障碍物所对应的障碍物信息的所述障碍物速度，L＝1.5×所述碰撞距离-5，且所述预定距离范围≥L，tmin为安全距离/vro，Vmin为所述车辆的未来最低车速，
Figure FDA0003560350540000072
alast＝|所述当前时间点的车辆加速度-0.3·g|，g为重力加速度，vhost为所述车辆速度。
17.根据权利要求14所述的自适应轨迹生成系统，其特征在于：所述车用计算机根据所述当前时间点的所述碰撞时间、所述碰撞时间变化率、所述碰撞距离，及所述刹车距离阈值，判定是否满足第四特定条件，当满足所述第四特定条件时，所述车用计算机决定在所述车辆行驶车道的安全区域为所述目标安全区域；当判定出不满足所述第四特定条件时，所述车用计算机决定在所述车辆行驶车道的其中相邻车道的安全区域为所述目标安全区域。
18.根据权利要求17所述的自适应轨迹生成系统，其特征在于：所述第四特定条件为所述碰撞距离与所述刹车距离阈值差大于等于零且所述碰撞时间减2大于等于零且所述碰撞时间变化率大于等于零。
19.根据权利要求12所述的自适应轨迹生成系统，其特征在于：所述第二特定条件为所述当前时间点的所述路况信息的所述最高限速与所述车辆信息的所述车辆速度差大于第一预定值且所述路况信息的所述车辆行驶车道的相邻车道的其中一者的车流速度与所述最高限速相差小于第二预定值内且所述碰撞时间变化率小于零。
20.根据权利要求11所述的自适应轨迹生成系统，其特征在于：所述车用计算机根据所述当前时间点的所述车辆信息的所述车辆速度、所述当前时间点的所述车辆位置，及所述当前轨迹路径，判定所述当前时间点的所述车辆位置与所述当前轨迹路径的终点距离是否小于临界值，并当所述车用计算机判定出所述当前时间点的所述车辆位置与所述当前轨迹路径的终点距离小于所述临界值时，所述车用计算机根据所述当前时间点的所述车辆信息、该至少一笔障碍物信息、所述车辆位置，及所述路况信息更新所述当前轨迹路径。
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