一种碰撞时间计算方法、装置、设备和存储介质与流程

1.本技术涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种碰撞时间计算方法、装置、设备和存储介质。


背景技术：

2.碰撞时间(time-to-collision，ttc)是车辆行驶安全评估中的常用指标，现有的碰撞时间计算方法为两车距离除以两车相对速度，也可以考虑两车的加速度，这种计算方法在碰撞时间较小的时候能够给出比较准确的预估，但当碰撞时间较大时，这种计算方式仅考虑车辆的当前状态，没有考虑到车辆未来可能的行为变化，导致计算得到的碰撞时间与实际情况误差较大。


技术实现要素：

3.本技术提供了一种碰撞时间计算方法、装置、设备和存储介质，用于改善现有技术没有考虑到车辆未来可能的行为变化，导致计算得到的碰撞时间与实际情况误差较大的技术问题。
4.有鉴于此，本技术第一方面提供了一种碰撞时间计算方法，包括：
5.基于主车当前的状态信息，在满足车辆动力学限制的条件下计算主车在未来时刻的可能状态，所述状态信息包括轮廓坐标、速度和加速度；
6.根据目标车辆当前的状态信息计算所述目标车辆在未来时刻的轮廓坐标，所述目标车辆为主车周围预置范围内的车辆；
7.根据主车在未来时刻的可能状态下的轮廓坐标以及对应时刻的所述目标车辆的轮廓坐标判断主车和所述目标车辆是否发生碰撞；
8.若判断到主车和所述目标车辆在未来目标时刻发生碰撞，则根据发生碰撞的所述未来目标时刻获取碰撞时间。
9.可选的，所述基于主车当前的状态信息，在满足车辆动力学限制的条件下计算主车在未来时刻的可能状态，包括：
10.获取满足车辆动力学限制中的加加速度限制和加速度限制条件下的主车在未来时刻的可能加速度；
11.根据主车当前的速度、加速度以及主车在未来时刻的可能加速度计算主车在未来时刻的可能速度和可能位移，其中，主车在未来时刻的可能速度满足所述车辆动力学限制中的速度限制条件；
12.根据主车当前的轮廓坐标和主车在未来时刻的可能位移计算主车在未来时刻的可能轮廓坐标；
13.根据主车在未来时刻的可能加速度、可能速度和可能轮廓坐标生成主车在未来时刻的可能状态。
14.可选的，所述根据目标车辆当前的状态信息计算所述目标车辆在未来时刻的轮廓
坐标，包括：
15.根据目标车辆当前的速度和加速度计算所述目标车辆在未来时刻的位移；
16.根据所述目标车辆当前的轮廓坐标和所述目标车辆在未来时刻的位移计算所述目标车辆在未来时刻的轮廓坐标。
17.可选的，所述根据主车在未来时刻的可能状态下的轮廓坐标以及对应时刻的所述目标车辆的轮廓坐标判断主车和所述目标车辆是否发生碰撞，包括：
18.对于各未来时刻，通过宽度优先搜索方法搜索主车从未来时刻的前一时刻的所有可能状态可达到的可能状态，并根据主车在未来时刻的可能状态下的轮廓坐标以及对应时刻的所述目标车辆的轮廓坐标判断主车和所述目标车辆的车辆轮廓是否相交，若是，则判定主车和所述目标车辆在该未来时刻发生碰撞，若否，则判定主车和所述目标车辆在该未来时刻未发生碰撞。
19.可选的，所述方法还包括：
20.若判断到主车和所述目标车辆在未来目标时刻发生碰撞，则不再对主车在所述未来目标时刻的未来时刻的可能状态进行搜索。
21.可选的，所述根据发生碰撞的所述未来目标时刻获取碰撞时间，包括：
22.计算主车在所述未来目标时刻发生碰撞的可能状态的个数与主车在所述未来目标时刻的可能状态的总个数的比值，得到碰撞状态比例；
23.选取所述碰撞状态比例大于预置安全阈值的所述未来目标时刻中的最小时刻作为碰撞时间。
24.本技术第二方面提供了一种碰撞时间计算装置，包括：
25.第一计算单元，用于基于主车当前的状态信息，在满足车辆动力学限制的条件下搜索主车在未来时刻的可能状态，所述状态信息包括轮廓坐标、速度和加速度；
26.第二计算单元，用于根据目标车辆当前的状态信息计算所述目标车辆在未来时刻的轮廓坐标，所述目标车辆为主车周围预置范围内的车辆；
27.判断单元，用于根据主车在未来时刻的可能状态下的轮廓坐标以及对应时刻的所述目标车辆的轮廓坐标判断主车和所述目标车辆是否发生碰撞；
28.获取单元，用于若判断到主车和所述目标车辆在未来目标时刻发生碰撞，则根据发生碰撞的所述未来目标时刻获取碰撞时间。
29.可选的，所述第一计算单元，具体用于：
30.获取满足车辆动力学限制中的加加速度限制和加速度限制条件下的主车在未来时刻的可能加速度；
31.根据主车当前的速度、加速度以及主车在未来时刻的可能加速度计算主车在未来时刻的可能速度和可能位移，其中，主车在未来时刻的可能速度满足所述车辆动力学限制中的速度限制条件；
32.根据主车当前的轮廓坐标和主车在未来时刻的可能位移计算主车在未来时刻的可能轮廓坐标；
33.根据主车在未来时刻的可能加速度、可能速度和可能轮廓坐标生成主车在未来时刻的可能状态。
34.本技术第三方面提供了一种碰撞时间计算设备，所述设备包括处理器以及存储
器；
35.所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
36.所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面任一种所述的碰撞时间计算方法。
37.本技术第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码被处理器执行时实现第一方面任一种所述的碰撞时间计算方法。
38.从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：
39.本技术提供了一种碰撞时间计算方法，包括：基于主车当前的状态信息，在满足车辆动力学限制的条件下计算主车在未来时刻的可能状态，状态信息包括轮廓坐标、速度和加速度；根据目标车辆当前的状态信息计算目标车辆在未来时刻的轮廓坐标，目标车辆为主车周围预置范围内的车辆；根据主车在未来时刻的可能状态下的轮廓坐标以及对应时刻的目标车辆的轮廓坐标判断主车和目标车辆是否发生碰撞；若判断到主车和目标车辆在未来目标时刻发生碰撞，则根据发生碰撞的未来目标时刻获取碰撞时间。
40.本技术中，根据主车当前的状态信息预估主车在未来时刻的可能状态，并通过车辆动力学限制条件来限制主车在未来时刻的可行行为，从而可以获取主车在未来时刻更准确的可能状态，根据主车周围预置范围内的目标车辆当前的状态信息预估目标车辆在未来时刻的轮廓坐标，通过根据主车在未来时刻的可能状态下的轮廓坐标以及对应时刻的目标车辆的轮廓坐标判断主车和目标车辆是否发生碰撞，从而获取碰撞时间，本技术在计算碰撞时间时考虑了车辆在未来时刻的可行行为，有助于提高碰撞时间计算结果的真实性，改善了现有技术没有考虑到车辆未来可能的行为变化，导致计算得到的碰撞时间与实际情况误差较大的技术问题。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
42.图1为本技术实施例提供的一种碰撞时间计算方法的一个流程示意图；
43.图2为本技术实施例提供的一种碰撞时间计算装置的一个结构示意图。
具体实施方式
44.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
45.为了便于理解，请参阅图1，本技术实施例提供了一种碰撞时间计算方法，包括：
46.步骤101、基于主车当前的状态信息，在满足车辆动力学限制的条件下计算主车在未来时刻的可能状态，状态信息包括轮廓坐标、速度和加速度。
47.本技术实施例中在计算碰撞时间时，需要先获取主车当前的状态信息以及车辆动力学限制，状态信息包括主车在世界坐标系下的轮廓坐标countor、速度v和加速度acc，本技术实施例中车辆的轮廓形状采用矩形进行表示，因此，主车的轮廓坐标可以为矩形的四个角点坐标，即可以表示为countor＝{p1,p2,p3,p4}，其中，p1＝(x1,y1)，p2＝(x2,y2)，p3＝(x3,y3)，p4＝(x4,y4)。车辆动力学限制包括速度限制(v
min
,v
max
)，加速度限制(a
min
,a
max
)，加加速度限制(j
min
,j
max
)，其中，v
min
、v
max
分别为速度的下限、上限；a
min
、a
max
分别为加速度的下限、上限；j
min
、j
max
分别为加加速度的下限、上限。
48.获取满足车辆动力学限制中的加加速度限制和加速度限制条件下的主车在未来时刻的可能加速度；根据主车当前的速度、加速度以及主车在未来时刻的可能加速度计算主车在未来时刻的可能速度和可能位移，其中，主车在未来时刻的可能速度满足车辆动力学限制中的速度限制条件；根据主车当前的轮廓坐标和主车在未来时刻的可能位移计算主车在未来时刻的可能轮廓坐标；根据主车在未来时刻的可能加速度、可能速度和可能轮廓坐标生成主车在未来时刻的可能状态。本技术通过考虑车辆动力学限制条件来限制主车在未来时刻的可行行为，从而可以获取主车在未来时刻更准确的可能状态
49.主车在ti时刻的状态可以表示为(ti,vi,acci,contouri)，根据车辆动力学限制中加加速度限制和加速度限制条件下的主车在未来时刻的可能加速度，假设获取到主车在下一时刻t
i 1
的加速度为acc
i 1
，则主车的下一状态为(t
i 1
,v
i 1
,acc
i 1
,contour
i 1
)，其中，速度、加速度满足以下条件：
[0050]vi 1
＝vi (acci acc
i 1
)*dt/2，v
min
《v
i 1
《v
max
；
[0051]amin
《acc
i 1
《a
max
；
[0052]jmin
《abs(acc
i 1
－acci)/dt《j
max
，
[0053]
式中，abs()为取绝对值函数；dt＝t
i 1
－ti，为时间间隔。contour
i 1
中各点的坐标为contouri中对应各点的坐标加上从ti到t
i 1
的位移计算得到，具体可以参考后续目标车辆在未来时刻的轮廓坐标的计算过程，位移的计算过程属于现有技术，在此不再对其进行赘述。
[0054]
步骤102、根据目标车辆当前的状态信息计算目标车辆在未来时刻的轮廓坐标，目标车辆为主车周围预置范围内的车辆。
[0055]
在主车周围预置范围内确定与主车有交互的目标车辆，获取目标车辆当前的状态信息，包括主车在世界坐标系下的轮廓坐标countor＝{p
o1
,p
o2
,p
o3
,p
o4
}、速度vo和加速度acco，其中，p
o1
＝(x
o1
,y
o1
)，p
o2
＝(x
o2
,y
o2
)，p
o3
＝(x
o3
,y
o3
)，p
o4
＝(x
o4
,y
o4
)。
[0056]
根据目标车辆当前t0的速度和加速度计算目标车辆在未来时刻的位移，目标车辆在未来时刻ti的位移为si＝voti accot
i2
/2；根据目标车辆当前的轮廓坐标和目标车辆在未来时刻的位移计算目标车辆在未来时刻的轮廓坐标，目标车辆在未来时刻ti的轮廓坐标为countor＝{p
i1
,p
i2
,p
i3
,p
i4
}，其中，p
i1
＝(x
o1
si,y
o1
si)，p
i2
＝(x
o2
si,y
o2
si)，p
i3
＝(x
o3
si,y
o3
si)，p
i4
＝(x
o4
si,y
o4
si)。
[0057]
步骤103、根据主车在未来时刻的可能状态下的轮廓坐标以及对应时刻的目标车辆的轮廓坐标判断主车和目标车辆是否发生碰撞。
[0058]
对于各未来时刻，可以通过宽度优先搜索方法搜索主车从未来时刻的前一时刻的所有可能状态可达到的可能状态，并根据主车在未来时刻的可能状态下的轮廓坐标以及对
应时刻的目标车辆的轮廓坐标判断主车和目标车辆的车辆轮廓是否相交，若是，则判定主车和目标车辆在该未来时刻发生碰撞，若否，则判定主车和目标车辆在该未来时刻未发生碰撞。
[0059]
可以采用宽度优先搜索的方式，对未来时刻ti，搜索从所有t
i-1
时刻的可能状态可到达的状态，再判断该状态的主车的车辆轮廓与对应时刻的目标车辆的车辆轮廓是否相交。可以根据主车的轮廓坐标和目标车辆的轮廓坐标确定主车的车辆轮廓区域和目标车辆的车辆轮廓区域，通过比较主车的车辆轮廓区域和目标车辆的车辆轮廓区域是否相交来判断主车和目标车辆是否发生碰撞，若判断到主车的车辆轮廓和目标车辆的车辆轮廓在某个未来时刻ti相交，则判定主车和目标车辆在该未来时刻ti发生碰撞，该未来时刻ti即为主车和目标车辆发生碰撞的未来目标时刻；若判断到主车的车辆轮廓和目标车辆的车辆轮廓在未来时刻ti不相交，则判定主车和目标车辆在该未来时刻ti未发生碰撞，即主车在未来时刻ti处于安全状态。
[0060]
进一步，若判断到主车和目标车辆在未来目标时刻ti发生碰撞，则可以不再对主车在未来目标时刻ti的未来时刻(t
i 1
,t
i 2
...)的可能状态进行搜索，只需要在计算未来时刻的碰撞状态比例的时候，将未来目标时刻ti的状态的所有未来状态都算进不安全部分即可，即将未来目标时刻ti的状态的所有未来状态都作为会发生碰撞的状态。
[0061]
步骤104、若判断到主车和目标车辆在未来目标时刻发生碰撞，则根据发生碰撞的未来目标时刻获取碰撞时间。
[0062]
若判断到主车和目标车辆在未来目标时刻ti发生碰撞，则计算主车在未来目标时刻ti发生碰撞的可能状态的个数n与主车在未来目标时刻ti的可能状态的总个数m的比值n/m，得到碰撞状态比例p
col
(ti)＝n/m，即碰撞状态比例p
col
(ti)为未来时刻ti主车发生碰撞的状态个数与该时刻ti的总状态个数的比值。
[0063]
当判断到主车与目标车辆在多个未来时刻会发生碰撞，则相应的计算得到多个碰撞状态比例，选取碰撞状态比例大于预置安全阈值c
thres
的未来目标时刻中的最小时刻作为碰撞时间，即选择将第一个大于预置安全阈值c
thres
的碰撞状态比例对应的时刻作为碰撞时间。假设，判断到主车与目标车辆在未来时刻ti、t
i 1
、t
i 2
会发生碰撞，则相应计算得到的碰撞状态比例包括p
col
(ti)、p
col
(t
i 1
)、p
col
(t
i 2
)；若p
col
(ti)、p
col
(t
i 1
)、p
col
(t
i 2
)均大于预置安全阈值c
thres
，则从未来时刻ti、t
i 1
、t
i 2
中选择最小的时刻作为碰撞时间，即ttc＝ti；若p
col
(ti)《c
thres
，p
col
(t
i 1
)》c
thres
，p
col
(t
i 2
)》c
thres
，则从未来时刻t
i 1
、t
i 2
中选择最小的时刻作为碰撞时间，即ttc＝t
i 1
。本技术实施例中计算碰撞时间时，考虑了车辆未来时刻的可行行为，可以有效避免现有技术仅基于车辆当前状态计算碰撞时间所存在的误差大的问题。
[0064]
本技术实施例中的预置安全阈值c
thres
为预设的冗余安全界限，其满足0≤c
thres
≤1。可以通过调整预置安全阈值c
thres
的大小，获取不同安全程度下的主车的碰撞时间，从而可以获取主车在不同安全程度下的安全情况。
[0065]
对于复杂路况，可能有多辆目标车辆与主车有交互，此时可以生成所有目标车辆在未来时刻的轮廓坐标，以获取目标车辆的未来轨迹，以用于未来时刻的碰撞检测。
[0066]
本技术实施例中，根据主车当前的状态信息预估主车在未来时刻的可能状态，并通过车辆动力学限制条件来限制主车在未来时刻的可行行为，从而可以获取主车在未来时刻更准确的可能状态，根据主车周围预置范围内的目标车辆当前的状态信息预估目标车辆
在未来时刻的轮廓坐标，通过根据主车在未来时刻的可能状态下的轮廓坐标以及对应时刻的目标车辆的轮廓坐标判断主车和目标车辆是否发生碰撞，从而获取碰撞时间，本技术在计算碰撞时间时考虑了车辆在未来时刻的可行行为，有助于提高碰撞时间计算结果的真实性，改善了现有技术没有考虑到车辆未来可能的行为变化，导致计算得到的碰撞时间与实际情况误差较大的技术问题。
[0067]
以上为本技术提供的一种碰撞时间计算方法的一个实施例，以下为本技术提供的一种碰撞时间计算装置的一个实施例。
[0068]
请参考图2，本技术实施例提供的一种碰撞时间计算装置，包括：
[0069]
第一计算单元，用于基于主车当前的状态信息，在满足车辆动力学限制的条件下搜索主车在未来时刻的可能状态，状态信息包括轮廓坐标、速度和加速度；
[0070]
第二计算单元，用于根据目标车辆当前的状态信息计算目标车辆在未来时刻的轮廓坐标，目标车辆为主车周围预置范围内的车辆；
[0071]
判断单元，用于根据主车在未来时刻的可能状态下的轮廓坐标以及对应时刻的目标车辆的轮廓坐标判断主车和目标车辆是否发生碰撞；
[0072]
获取单元，用于若判断到主车和目标车辆在未来目标时刻发生碰撞，则根据发生碰撞的未来目标时刻获取碰撞时间。
[0073]
作为进一步地改进，第一计算单元，具体用于：
[0074]
获取满足车辆动力学限制中的加加速度限制和加速度限制条件下的主车在未来时刻的可能加速度；
[0075]
根据主车当前的速度、加速度以及主车在未来时刻的可能加速度计算主车在未来时刻的可能速度和可能位移，其中，主车在未来时刻的可能速度满足车辆动力学限制中的速度限制条件；
[0076]
根据主车当前的轮廓坐标和主车在未来时刻的可能位移计算主车在未来时刻的可能轮廓坐标；
[0077]
根据主车在未来时刻的可能加速度、可能速度和可能轮廓坐标生成主车在未来时刻的可能状态。
[0078]
作为进一步地改进，第二计算单元，具体用于：
[0079]
根据目标车辆当前的速度和加速度计算目标车辆在未来时刻的位移；
[0080]
根据目标车辆当前的轮廓坐标和目标车辆在未来时刻的位移计算目标车辆在未来时刻的轮廓坐标。
[0081]
本技术实施例中，根据主车当前的状态信息预估主车在未来时刻的可能状态，并通过车辆动力学限制条件来限制主车在未来时刻的可行行为，从而可以获取主车在未来时刻更准确的可能状态，根据主车周围预置范围内的目标车辆当前的状态信息预估目标车辆在未来时刻的轮廓坐标，通过根据主车在未来时刻的可能状态下的轮廓坐标以及对应时刻的目标车辆的轮廓坐标判断主车和目标车辆是否发生碰撞，从而获取碰撞时间，本技术在计算碰撞时间时考虑了车辆在未来时刻的可行行为，有助于提高碰撞时间计算结果的真实性，改善了现有技术没有考虑到车辆未来可能的行为变化，导致计算得到的碰撞时间与实际情况误差较大的技术问题。
[0082]
本技术实施例还提供了一种碰撞时间计算设备，设备包括处理器以及存储器；
memory，英文缩写：rom)、随机存取存储器(英文全称：randomaccess memory，英文缩写：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0093]
以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，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技术各实施例技术方案的精神和范围。