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申请/专利权人：西北机电工程研究所

摘要：本发明公开了一种基于凸多边形顶点嵌入的车辆轨迹防碰撞检测方法，为了确保自动驾驶或辅助驾驶领域在轨迹规划上的安全性，需要对规划轨迹进行防碰撞检测，同时希望方法贴合问题、过程简单但计算精确、运算量较低，所提出的基于凸多边形顶点嵌入的车辆轨迹防碰撞检测方法包括了信息输入过程、动态障碍物轨迹预测过程、选择基于距离的轨迹检测区间过程、计算本车与障碍物顶点连线之间的笛卡尔坐标系角度过程和碰撞结果判断过程。本发明适用于自动驾驶或辅助驾驶的规划轨迹的防碰撞检测，方法贴合实际问题，实现过程简单、计算精确、理论运算量较低。

主权项：1.一种基于凸多边形顶点嵌入的车辆轨迹防碰撞检测方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：第一步，输入规划轨迹的横纵向坐标、航向和对应的时间信息；第二步，基于定车速和定航向条件对动态障碍物进行轨迹预测，其具体表达式为 其中，xdt表示t时刻下的动态障碍物X轴方向坐标；xdt0表示动态障碍物X轴方向起始坐标；ydt表示t时刻下的动态障碍物Y轴方向坐标；ydt0表示动态障碍物Y轴方向起始坐标；xd表示动态障碍物速度；t表示时间；t0表示起始时间；φd表示动态障碍物航向角；sin和cos分别代表正弦函数和余弦函数；第三步，分别计算规划轨迹与动态障碍物和静态障碍物的距离选择规划轨迹检测区间：为了减少运算量，首先将规划轨迹与包裹动态障碍物的拟合凸多边形中心点进行距离判断，当两者距离小于一定阈值时才进行碰撞检测；这一步处理相比于全轨迹点计算过程，将从原理上减小算法的运算时间；其表达式为： 其中，dpdt表示规划轨迹点与动态障碍物预测轨迹点的距离；xpt表示t时刻下的规划轨迹点X轴方向坐标；ypt表示t时刻下的规划轨迹点Y轴方向坐标；t_d表示动态障碍物防碰撞检测时间区间；dthr_d表示动态障碍物防碰撞距离阈值；同理，可以得到静态障碍物检测时间区间的表达式： 其中，dpst表示规划轨迹点与静态障碍物预测轨迹点的距离；xs表示静态障碍物X轴方向坐标；ys表示静态障碍物Y轴方向坐标；t_s表示静态障碍物防碰撞检测时间区间；dthr_s表示静态障碍物防碰撞距离阈值；第四步，计算本车在规划轨迹点上的凸多边形顶点与障碍物凸多边形顶点位置：将本车拟合为长为l、宽为h的长方形ABCD，动态障碍物拟合为长为ld、宽为hd的长方形EFGH，静态障碍物拟合为长为ls、宽为hs的长方形IJKL；则本车在动态检测t_d时间内的顶点A、B、C、D的坐标为 其中，xAt_d、xBt_d、xCt_d和xDt_d表示t_d时间内本车拟合的长方形四个顶点X方向坐标；yAt_d、yBt_d、yCt_d和yDt_d表示t_d时间内本车拟合的长方形四个顶点Y方向坐标；xpt_d和ypt_d分别表示t_d时间内规划轨迹点XY方向坐标；φt_d表示t_d时间内规划轨迹点的航向角；同理可得本车在静态检测t_s时间内的顶点A、B、C、D的坐标为: 其中，xAt_s、xBt_s、xCt_s和xDt_s表示t_s时间内本车拟合的长方形四个顶点X方向坐标；yAt_s、yBt_s、yCt_s和yDt_s表示t_s时间内本车拟合的长方形四个顶点Y方向坐标；xpt_s和ypt_s分别表示t_s时间内规划轨迹点XY方向坐标；φt_s表示t_s时间内规划轨迹点的航向角；在动态检测t_d时间内的动态障碍物顶点E、F、G、H的坐标为 其中，xEt_d、xFt_d、xGt_d和xHt_d表示t_d时间内动态障碍物拟合的长方形四个顶点X方向坐标；yEt_d、yFt_d、yGt_d和yHt_d表示t_d时间内动态障碍物拟合的长方形四个顶点Y方向坐标；xdt_d和ydt_d分别表示t_d时间内动态障碍物XY方向坐标；φdt_d表示t_d时间动态障碍物的航向角；静态障碍物顶点I、J、K、L的坐标为 其中，xI、xJ、xK和xL表示静态障碍物拟合的长方形四个顶点X方向坐标；yI、yJ、yK和yL表示静态障碍物拟合的长方形四个顶点Y方向坐标；xs和ys分别表示静态障碍物XY方向坐标；φs表示静态障碍物的航向角；第五步，分别计算检测时间内本车四个顶点与障碍物顶点连线形成的笛卡尔坐标系角度：以本车顶点A与动态障碍物顶点E连线形成的笛卡尔坐标系角度计算过程为例，如下： 其中，θAEt_d表示t_d时间内本车顶点A与动态障碍物顶点E连线形成的笛卡尔坐标系角度；arctan表示反正切函数；同理可得本车四个顶点A、B、C、D与动态障碍物顶点E、F、G、H和静态障碍物顶点I、J、K、L的连线形成的笛卡尔坐标系角度；第六步，通过判断本车任意顶点A、B、C、D与障碍物形成的角度最大值和最小值差值是否小于180°的结果作为碰撞检测结果输出：以本车顶点A与动态障碍物顶点E连线形成的笛卡尔坐标系角度计算过程为例，如下：θmax_min_At_d＝max[θAEt_d,θAFt_d,θAGt_d,θAHt_d]-min[θAEt_d,θAFt_d,θAGt_d,θAHt_d]其中，θAFt_d、θAGt_d和θAHt_d表示t_d时间内本车顶点A与动态障碍物顶点F、G、H连线形成的笛卡尔坐标系角度；θmax_min_At_d表示t_d时间内本车顶点A与动态障碍物EFGH四个顶点连线形成的笛卡尔坐标系角度最大值和最小值的差值；max[]为取最大值函数；min[]为取最小值函数；同理可得本车四个顶点A、B、C、D与动态障碍物四个顶点E、F、G、H连线形成的笛卡尔坐标系角度最大值和最小值的差值θmax_min_it_d；i为本车顶点A、B、C、D；同理可得本车四个顶点A、B、C、D与静态障碍物四个顶点I、J、K、L的连线形成的笛卡尔坐标系角度最大值和最小值的差值θmax_min_it_s；对所有计算得到的角度最大值和最小值的差值判断是否小于180°，如果全部小于180°，则表明未发生碰撞，防碰撞检测通过；反之，发生碰撞，防碰撞检测不通过；第七步，结束。

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