CN117429420B - 无人驾驶车辆的防撞方法、电子设备、服务器及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无人驾驶车辆的防撞方法、电子设备、服务器及介质，包括以下步骤：根据车辆目标轨迹路线生成轨迹线安全区；根据车辆的位置和行驶方向修正轨迹线安全区；通过判断自车轨迹线安全区与除自车之外的车辆是否重合，预测车辆之间是否存在碰撞风险。本发明有益效果：相较于传统的计算无人驾驶车辆的实时安全区而言，本申请通过根据车辆目标轨迹路线生成轨迹线安全区，考虑了车辆的实际目标轨迹路线和周围环境，相较于实时安全区在弯曲路线段具有更好的预测范围，使得安全区更加贴合实际情况。
Description
技术领域
本发明属于无人驾驶防撞技术领域，尤其是涉及一种无人驾驶车辆的防撞方法、电子设备、服务器及介质。
背景技术
安全是无人矿卡在运输过程中需要考虑的重要因素，在露天矿山场景中既有无人驾驶矿车，又存在有人驾驶车辆时，既要保证无人矿车跟除自车之外的车辆不能发生碰撞，也要尽量减少无人矿车不必要的碰撞误检停车，因此如何准确的、安全的检测车辆碰撞是保证无人驾驶安全行驶、高效作业的考虑方向。
当前无人驾驶车辆的防撞方法主要为以下两种方式：第一，专利CN116312049A提到了基于无人驾驶车辆规划的轨迹线，利用车辆尺寸、偏差等参数计算出沿着目标轨迹的环绕车辆的包络边框，通过检测当前车辆包络跟除自车之外的车辆的安全包络是否发生空间上重合，进而产生告警或者停车，计算无人驾驶车辆的实时安全区域，通过判断不同车辆的安全区域是否重合来判定是否存在碰撞风险，这种防撞方法中，安全区域的设置与无人驾驶车辆的目标轨迹路线无关，安全区域的长度较短无法准确提前预测碰撞风险；第二，将除自车以外的所有车辆作为障碍物，这样的汽车缺少路径规划经常导致堵车问题出现。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种无人驾驶车辆的防撞方法、电子设备、服务器及介质，以期解决上述部分技术问题中的至少之一。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明第一方面提供了一种无人驾驶车辆的防撞方法，包括以下步骤：
根据车辆目标轨迹路线生成轨迹线安全区；
根据车辆的位置和行驶方向修正轨迹线安全区；
通过判断自车轨迹线安全区与除自车之外的车辆是否重合，预测车辆之间是否存在碰撞风险。
进一步的，根据车辆目标轨迹路线生成轨迹线安全区的具体步骤如下：
目标轨迹路线向两侧延伸宽度La成为轨迹线安全区的宽度；
所述延伸宽度La的计算公式如下：
La=Ca/2+Cmin；
其中，La为目标轨迹路线向两侧延伸宽度，Ca为自车宽度，Cmin为会车时两车之间的最小间距。
进一步的，根据车辆目标轨迹路线生成轨迹线安全区还包括以下步骤：
以自车尾部为起点沿目标轨迹路线向行驶方向延伸成为轨迹线安全区的长度；
根据自车长度、制动停车距离、距离前车的安全距离计算轨迹线安全区的长度，计算公式如下：
Lc=Ll+Ld+Le；
其中，Lc为轨迹线安全区的长度，Ll为自车长度，Ld为制动停车距离，Le为距离前车的安全距离。
进一步的，根据车辆目标轨迹路线生成轨迹线安全区还包括以下步骤：
将目标轨迹路线中弯曲路线段对应轨迹线安全区划分为多个轨迹线子安全区；
轨迹线子安全区为矩形，轨迹线子安全区的中心线与弯曲路线段相切；
轨迹线子安全区的宽度与轨迹线安全区的宽度相同；
轨迹线子安全区的长度与弯曲路线段的曲率呈反比关系，曲率越大则轨迹线子安全区的长度越短。
进一步的，根据车辆的位置和行驶方向修正轨迹线安全区的具体步骤如下：
检测车辆位置跟目标轨迹线的横向偏差；
如果横向偏差大于第一阈值时，轨迹线安全区移动横向偏差的距离。
进一步的，根据车辆的位置和行驶方向修正轨迹线安全区还包括以下步骤：
检测车辆航向跟目标轨迹线的航向偏差角度θ；
如果航向偏差角度大于第二阈值时，轨迹线安全区转动航向偏差角度；
目标轨迹线的坐标技术公式为：
x1=(x11-x0)*cosθ-(y11-y0)sinθ+x0；
y1=(x11-x0)*sinθ-(y11-y0)cosθ+y0；
其中，(x1，y1)旋转后的位置坐标，(x11，y11)为目标轨迹线上点，(x0，y0)为距离车辆位置最近的目标轨迹线点。
进一步的，通过判断自车轨迹线安全区与除自车之外的车辆是否重合，预测车辆之间是否存在碰撞风险包括以下步骤：
如果自车轨迹线安全区与除自车之外的车辆重合，则判定存在碰撞风险，对自车进行告警、降速或停车；
如果自车轨迹线安全区与除自车之外的车辆不重合，则判定不存在碰撞风险。
本发明第二方面提供了一种电子设备，包括处理器以及与处理器
通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，所述处理器用于执行上述第一方面所述的方法。
本发明第三方面提供了一种服务器，包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如第一方面所述的方法。
本发明第四方面提供了一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法。
相对于现有技术，本发明所述的一种无人驾驶车辆的防撞方法具有以下有益效果：
（1）本发明所述的一种无人驾驶车辆的防撞方法，相较于传统的计算无人驾驶车辆的实时安全区而言，本申请通过根据车辆目标轨迹路线生成轨迹线安全区，考虑了车辆的实际目标轨迹路线和周围环境，相较于实时安全区在弯曲路线段具有更好的预测范围，使得安全区更加贴合实际情况。
（2）本发明所述的一种无人驾驶车辆的防撞方法，将目标轨迹路线中的弯曲路线段划分为多个子安全区，根据曲率的大小调整子安全区的长度，更加精确地预测碰撞风险。
（3）本发明所述的一种无人驾驶车辆的防撞方法，通过检测车辆位置和航向偏差，在实时行驶过程中修正轨迹线安全区，以适应不同的行驶情况，这种实时修正能够更好地适应车辆的实际状态变化，能实时包住无人驾驶车辆，保证车辆安全的同时，也不会导致车辆误停车，提高防撞效果。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的防撞方法流程示意图；
图2为本发明实施例所述的迹线安全区移动横向偏差的距离示意图；
图3为本发明实施例所述的轨迹线安全区转动航向偏差角度示意图；
图4为本发明实施例所述的轨迹线子安全区设置示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
如图1至图4所示，一种无人驾驶车辆的防撞方法，包括以下步骤：
S1、根据车辆目标轨迹路线生成轨迹线安全区；
S2、根据车辆的位置和行驶方向修正轨迹线安全区；
S3、通过判断自车轨迹线安全区与除自车之外的车辆是否重合，预测车辆之间是否存在碰撞风险。
在一些实施例中目标轨迹线为无人驾驶车辆即将要行驶的规划路线。
在另一些实施例中如果是无人驾驶车辆的绕障场景，目标轨迹线则为规划的绕障路线。
S1、根据车辆目标轨迹路线生成轨迹线安全区的具体步骤如下：
S11、目标轨迹线向两侧延伸宽度La成为轨迹线安全区的宽度；
所述延伸宽度La的计算公式如下：
La=Ca/2+Cmin；
其中，La为目标轨迹路线向两侧延伸宽度，Ca为自车宽度，Cmin为会车时两车之间的最小间距。
Cmin的设置与车辆的运行工况有关，根据车辆型号、行驶场景进行调整，在一些实施例中Cmin与车辆宽度成正比，在另一些实施例中与行驶路面的颠簸程度成正比。
S12、以自车尾部为起点沿目标轨迹路线向行驶方向延伸成为轨迹线安全区的长度；
根据自车长度、制动停车距离、距离前车的安全距离计算轨迹线安全区的长度，计算公式如下：
Lc=Ll+Ld+Le；
其中，Lc为轨迹线安全区的长度，Ll为自车长度，Ld为制动停车距离，Le为距离前车的安全距离。
制动停车距离Ld的计算公式如下：
Ld=v2/(2×Φ×g)；
其中，Φ为摩擦系数，g为制动减速加速度；
距离前车的安全距离Le的设置存在以下条件：
距离前车的安全距离是指跟前车保持的安全距离；
在一些实施例中，根据不同的工作区域，距离前车的安全距离设置不同在装载区、卸载区等作业区域内的安全距离小于在正常道路上行驶的安全距离；
在另一些实施例中，在不同的行驶工况下安全距离设置不同，上下坡行驶工况的安全距离大于水平路段的安全距离；
在另一些实施例中，与地面摩擦力相关，摩擦力越小的安全距离越大，例如在雨雪天气下加大安全距离。
S13、将目标轨迹路线中弯曲路线段对应轨迹线安全区划分为多个轨迹线子安全区；
轨迹线子安全区为矩形，轨迹线子安全区的中心线与弯曲路线段相切；
轨迹线子安全区的宽度与轨迹线安全区的宽度相同；
轨迹线子安全区的长度与弯曲路线段的曲率呈反比关系，曲率越大则轨迹线子安全区的长度越短。
如图4所示，右侧箭头线为自车目标轨迹路线，右侧虚线框为自车轨迹线子安全区，左侧箭头线为除自车之外的车辆的目标轨迹路线，左侧方框为除自车之外的车辆。
车辆在转向行驶时，车辆无法处于被轨迹线安全区包含在内，通过设置分段的轨迹线子安全区，可以保证车辆实时处于轨迹线安全区，进一步保证了车辆在弯曲路线段行驶的安全性。
在一些实施例中安全区的长度的设置范围为1-15m。
S2、根据车辆的位置和行驶方向修正轨迹线安全区的具体步骤如下：
S21、检测车辆位置跟目标轨迹线的横向偏差；
如果横向偏差大于第一阈值时，轨迹线安全区移动横向偏差的距离。
第一阈值的取值范围为0.5-1m。
如图2所示，图2中上方水平箭头为修正轨迹线安全区，上方虚线方框为原来目标轨迹路线生成轨迹线安全区，下方条状为修正后的轨迹线安全区，横向偏差为wa。
S22、检测车辆航向跟目标轨迹线的航向偏差角度θ；
如果航向偏差角度大于第二阈值时，轨迹线安全区转动航向偏差角度；
目标轨迹线的坐标技术公式为：
x1=(x11-x0)*cosθ-(y11-y0)sinθ+x0；
y1=(x11-x0)*sinθ-(y11-y0)cosθ+y0；
其中，(x1，y1)旋转后的位置坐标，(x11，y11)为目标轨迹线上点，(x0，y0)为距离车辆位置最近的目标轨迹线点。
如图3所示，具体的旋转过程，计算车辆航向与目标轨迹线的交叉点，以交叉点A为圆心，转动轨迹线安全区航向偏差角度θ。转动后的坐标信息如上所示。
第二阈值的取值范围为1-5°。
如图3所示，右侧虚线框为原来目标轨迹路线生成轨迹线安全区，左侧条状为修正后的轨迹线安全区。
在一些实施例中通过IMU（惯性测量单元）测量无人驾驶车辆的加速度和角速度，通过积分加速度计的输出值，可以得到车辆在空间中的位置变化。同时，通过陀螺仪测量的角速度可以得到车辆的航向角变化。将这些数据进行处理和计算，就可以得到车辆的行驶角度，即车辆相对于目标轨迹路线的旋转角度。
在一些实施例中通过GPS可以提供车辆的位置信息，通过多颗卫星的信号测量车辆的经纬度坐标，利用GPS接收器和相关算法，可以计算车辆的位置偏差，即车辆当前位置与目标轨迹路线之间的差异。
在另一些实施例中，视觉传感器如摄像头可以捕捉道路和环境的图像，并通过图像处理和计算机视觉算法来提取车辆的位置和车辆航向信息，通过车辆航向和目标轨迹路线计算航向偏差角度。
S3、通过判断自车轨迹线安全区与除自车之外的车辆是否重合，预测车辆之间是否存在碰撞风险包括以下步骤：
如果自车轨迹线安全区与除自车之外的车辆重合，则判定存在碰撞风险，对自车进行告警、降速或停车；
如果自车轨迹线安全区与除自车之外的车辆不重合，则判定不存在碰撞风险。
相较于传统的计算无人驾驶车辆的实时安全区而言，本申请通过根据车辆目标轨迹路线生成轨迹线安全区，考虑了车辆的实际目标轨迹路线和周围环境，相较于实时安全区在弯曲路线段具有更好的预测范围，使得安全区更加贴合实际情况。同时，将目标轨迹路线中的弯曲路线段划分为多个子安全区，根据曲率的大小调整子安全区的长度，更加精确地预测碰撞风险。
通过检测车辆位置和航向偏差，在实时行驶过程中修正轨迹线安全区，以适应不同的行驶情况。这种实时修正能够更好地适应车辆的实际状态变化，能实时包住无人驾驶车辆，保证车辆安全的同时，也不会导致车辆误停车，提高防撞效果。
实施例二
一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，所述处理器用于执行上述实施例一所述的方法。
实施例三
一种服务器，包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如实施例一所述的方法。
实施例四
一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例一所述的方法。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种无人驾驶车辆的防撞方法，其特征在于：包括以下步骤：
根据车辆目标轨迹路线生成轨迹线安全区；
根据车辆的位置和行驶方向修正轨迹线安全区；
通过判断自车轨迹线安全区与除自车之外的车辆是否重合，预测车辆之间是否存在碰撞风险；
根据车辆目标轨迹路线生成轨迹线安全区的具体步骤如下：
目标轨迹路线向两侧延伸宽度La成为轨迹线安全区的宽度；
所述延伸宽度La的计算公式如下：
La=Ca/2+Cmin；
其中，La为目标轨迹路线向两侧延伸宽度，Ca为自车宽度，Cmin为会车时两车之间的最小间距；
根据车辆目标轨迹路线生成轨迹线安全区还包括以下步骤：
以自车尾部为起点沿目标轨迹路线向行驶方向延伸成为轨迹线安全区的长度；
根据自车长度、制动停车距离、距离前车的安全距离计算轨迹线安全区的长度，计算公式如下：
Lc=Ll+Ld+Le；
其中，Lc为轨迹线安全区的长度，Ll为自车长度，Ld为制动停车距离，Le为距离前车的安全距离；
根据车辆目标轨迹路线生成轨迹线安全区还包括以下步骤：
将目标轨迹路线中弯曲路线段对应轨迹线安全区划分为多个轨迹线子安全区；
轨迹线子安全区为矩形，轨迹线子安全区的中心线与弯曲路线段相切；
轨迹线子安全区的宽度与轨迹线安全区的宽度相同；
轨迹线子安全区的长度与弯曲路线段的曲率呈反比关系，曲率越大则轨迹线子安全区的长度越短。
2.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆的防撞方法，其特征在于：
根据车辆的位置和行驶方向修正轨迹线安全区的具体步骤如下：
检测车辆位置跟目标轨迹线的横向偏差；
如果横向偏差大于第一阈值时，轨迹线安全区移动横向偏差的距离。
3.根据权利要求2所述的无人驾驶车辆的防撞方法，其特征在于：
根据车辆的位置和行驶方向修正轨迹线安全区还包括以下步骤：
检测车辆航向跟目标轨迹线的航向偏差角度θ；
如果航向偏差角度大于第二阈值时，轨迹线安全区转动航向偏差角度；
目标轨迹线的坐标技术公式为：
x1=(x11-x0)*cosθ-(y11-y0)sinθ+x0；
y1=(x11-x0)*sinθ-(y11-y0)cosθ+y0；
其中，(x1，y1)旋转后的位置坐标，(x11，y11)为目标轨迹线上点，(x0，y0)为距离车辆位置最近的目标轨迹线点。
4.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆的防撞方法，其特征在于：通过判断自车轨迹线安全区与除自车之外的车辆是否重合，预测车辆之间是否存在碰撞风险包括以下步骤：
如果自车轨迹线安全区与除自车之外的车辆重合，则判定存在碰撞风险，对自车进行告警、降速或停车；
如果自车轨迹线安全区与除自车之外的车辆不重合，则判定不存在碰撞风险。
5.一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，其特征在于：所述处理器用于执行上述权利要求1-4任一所述的无人驾驶车辆的防撞方法。
6.一种服务器，其特征在于：包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如权利要求1-4任一所述的无人驾驶车辆的防撞方法。
7.一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述的无人驾驶车辆的防撞方法。
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