CN101522505A - 用于自动控制机动车的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于自动控制机动车(48)的方法，其中，为了提供机动车(48)避开障碍物(78)的避开轨迹(80)考虑有关至少一个可由机动车(48)自由行驶的表面的信息。

Description

用于自动控制机动车的方法
本发明涉及用于自动控制机动车的一种方法和一种装置以及一种计算机程序和一种计算机程序产品。
背景技术
在开发新的机动车中的一个目标是不断改进安全性。如果说这在过去基本上是通过被动措施如例如安全带，碰撞伸缩区或气囊实现的话，那么最新的改进属于主动安全性的范围。例如ABS(防抱死制动系统)防止在完全制动下车轮被抱死和由此保证随时具有可转向性。ESP(电子稳定程序控制系统)使得机动车即使在行驶动态的极限范围中也保持稳定。借助于ASR(加速防滑系统)避免车轮打滑。为了实现安全性的进一步提升，极力试图通过探测周围环境的传感器机构提前识别出一定的危险的行驶情况和进行相应的预防反应。
长期以来从信息学和机器人学中已知用于机器人的环境探测系统的传感器信号处理方法。在此情况下传感器的探测区域被划分成预定数量的区。对每个区确定一个概率值作为在各区中存在障碍的度量。这种方法已知称为占据网格(Occupancy Grids)或信任网格(Belief Grids)或证据网格(Evidence Grids)。
进来在原装部件制造商(OEM)或它们的研究伙伴和研究机构那里这种方法或这种方法的变型也被应用于汽车的司机辅助系统领域中。
在文献DE102004007553A1描述了一种用于汽车的探测装置和安全系统。其中建议，通过将每个区的概率与预定的概率阈值比较来推断汽车环境区域中是否存在障碍。如果该区的概率大于预定的概率阈值，那么就推断出在该区中存在障碍。
在文献WO03/006291A1中描述了一种用于触发和执行机动车减速的方法。其中规定，在危险状况的情况下自动地实施制动干预或转向干预或两者的组合，以便避免碰撞或者减轻可能的碰撞后果。这是在考虑传感器探测的物体下实施的。
在文献EP1387183A1中对此补充地提出了一种用于识别不可避开的碰撞即将发生的方法。借助于参与的物体可以达到的可能的停留点可以对区域进行描述和相互相对地观察，从而由一个物体的停留点的一个区域的消失可以推断出即将发生的碰撞是不可避免的。
由文献DE102004045606A1已知一种由于影响汽车的行驶轨道的方法。此时主要应该将汽车引导到某个先前计算的轨道上，从而可以重复地实施某种操作。在此情况下将碰撞试验的实施尤其称作为应用领域，但是它也应该用于两个交通参与者的协调行驶，以便不发生确定要造成的碰撞而是确切地避免该碰撞。需要的信息此时通过与线路相关联的或不相关联的传输机构来自于外部的协调机构或其它参与的机动车。此处需要的信息不是通过相应的特殊的环境传感器机构和相应的状况了解而是直接地由交通参与者提供。
在文献EP970875A中描述了一种用于汽车的转向系统。利用该转向系统通过合适的转向干预应该避免在装配了该转向系统的机动车和障碍之间的碰撞。转向系统包括调节和控制装置，借此在机动车运行时调节和控制理论转向角和实际转向角。
在文献JP2000302057A中描述了一种用于机动车的方法，该方法在存在障碍的情况下评估各种解决策略，由此可以导致制动干预和/或转向干预。
在文献DE10231556A1公开了用于预测物体运动轨迹的一种方法和一种装置。在此仅仅考虑了将机动车引导到行驶动态极限上的制动轨迹和避开轨迹。通过环境传感器机构识别参与的物体的运动和预测出它们的轨迹。依据这些预测的物体轨迹然后可以计算出尽可能最佳降级的系统干预。
在文献EP1251060A2中公开了一种用于机动车控制的方法，该方法一旦识别出仅仅制动反应不再足以避免碰撞时协助司机避开。为此在识别出避免碰撞的避开操作情况下机动车的转向特性被改变。这主要是通过控制后轮转向机构和通过施加制动力矩实现的。
本发明的公开
在按照本发明的用于自动控制机动车的方法中，为了提供机动车避开障碍物的避开轨迹，考虑了至少一个可以由机动车行驶的表面的信息。
可以规定，机动车为了避开障碍物被这样地控制，使得用于机动车的避开绕行操纵的避开轨迹通过被识别为可自由行驶的表面延伸。由此机动车沿着一条没有障碍物的线路进行控制和尤其是转向，其中机动车通过合适的转向以及制动或加速操纵被这样地控制而避免与障碍物碰撞。
在本方法的一个实施形式中，对由机动车驶出的轨迹循环地进行预测或预言。在此基础上，仅仅当机动车在当前的和由此循环地预测的轨迹下驶向被识别的障碍物并且被识别为可自由行驶的避免可被行驶时候才实施该方法。作为实施该方法的另外的条件可以检查控制机动车的人是否能够通过合适的控制指令自主地避开障碍物，该选择方案可以例如在考虑人的反应时间尤其是所谓的震惊时刻(Schrecksekunde)下实现。此外可以设想在此情况下考虑，在尤其是何种数量范围上由人执行这种控制指令，例如转向指令。
在本方法的一个实施例中，用于识别在机动车的环境中的障碍物的数据和用于识别在该环境中的可自由行驶的表面的数据被共同地处理，和需要时被融合，和由此可以确定适合于避开的可自由行驶的表面。此外对环境实施基于单元格网格的分割。这意味着机动车的环境被划分成由单元格构成的网格，从而针对每个单元格可以说明该单元格是否被物体或障碍物占据或者是自由的。有多个相关联的自由的单元格则可以组成一个可自由行驶的表面。
此外可以规定，用于识别障碍物的数据由机动车的至少一个第一传感器提供，该传感器一般地是雷达传感器，视频传感器或激光雷达传感器，和用于识别可自由行驶的表面的数据由机动车的至少一个第二传感器提供，该传感器一般地是视频传感器或激光雷达传感器。
本发明此外涉及一种用于自动控制机动车的装置。该装置计成用于考虑有关至少一个可由机动车自由行驶的表面的信息，以提供机动车在避开障碍物的避开轨迹。
利用该装置，尤其是该装置的模块，如例如传感器或用于处理传感器数据和提供避开轨迹的处理模块，可以实施按照本发明的方法的至少各单个的或全部的步骤。该装置也可以具有控制模块或加载模块或与这种加载模块共同作用，其中这种加载模块用于在考虑避开轨迹情况下自动地控制机动车，以及转向或制动或加速，使得机动车能够实施避开操纵以提供避开轨迹。
如果将按照本发明的带有程序代码工具的计算机程序在计算机上或者在相应的计算单元上，尤其是在按照本发明的装置中执行时，该计算机程序适用于实施按照本发明的方法的所有步骤。
本发明此外涉及一种带有程序代码工具的计算机程序产品，程序代码工具存储在计算机可读的数据载体中，用于当该计算机程序在计算机上或者在相应的计算单元上，尤其是在按照本发明的装置中执行时，实施按照本发明的方法的所有步骤。
通过本发明实现了一种汽车安全系统和/或辅助系统，用于在考虑障碍物信息和可行驶性信息下通过避开障碍物避免事故。在装置中使用的探测汽车环境的传感器除了能够探测物体，即被占据的和因此机动车不能够通过的区域以外还能够直接地探测到自由表面，即在自由的区域中的可行驶的表面。
相对于至今已知的通过避开避免事故的方法，本方法的优点在于，对机动车驾驶的避开干预仅仅当避开轨迹在一个被识别为可行驶的表面上可驶出情况下才发生。由此大大地降低了错误干预的风险。只有当预测的、机动车各当前的轨迹处于碰撞线路上，亦即通过环境探测被识别为被占据的区域被接近并且再没有其它可选择的避免与障碍物碰撞和司机还能够在正常的舒适的控制指令或转向干预下驶出的轨迹时，避开操纵才发生。此外规定，一条可选择的避开轨迹是可以驶出的，即该避开轨迹延伸通过自由的表面，亦即通过由环境探测被识别为可行驶的区域延伸，由此可以避免发生碰撞。
在本发明的一个实施例中可以使用基于单元格网格的方法来处理传感器原始数据。此外可以将多个传感器的数据融合应用于主动的机动车安全系统。本发明也可以包括一种对用于雷达定位的雷达频谱的处理，其中实施雷达内部的传感器信号处理，以处理用于雷达定位的雷达频谱。在本发明的范围内可以提供在司机辅助系统中产生用于舒适和安全功能的不同的目标假设，这些目标假设以基于单元格网格的环境模拟为基础。其中依据对各种司机辅助系统的目标假设的不同要求确定多个不同的功能特定的阈值。
在本发明的另一个实施例中，对司机辅助系统和尤其是预测性安全系统的基于单元格网格的环境模拟的目标识别和/或特征识别和自由表面识别的数据使用共同的处理和融合。此时机动车的环境可以被分割成各单个的单元格。此时的一个结果是对司机辅助系统和尤其是对预测性安全系统的环境描述，这种环境描述反映出区域的可行驶性的概率(或然率)，区域的不可行驶性的概率和剩留有的不确定性。对可行驶的和不可行驶的表面的集中的处理和描述，尤其是在避开障碍物上，为辅助系统和尤其是为安全系统提供好处。
一种远距离雷达传感器(LRR)适合作为用于该装置和由此用于司机辅助系统和安全系统的所述用于环境探测的至少一个第一传感器，尤其是雷达传感器。该传感器测量发射出去的波被发射器反射回来的功率。因此该传感器探测尤其是反射性良好的金属物体如机动车但也探测例如对于机动车驾驶一般不相关的泄水沟盖或金属覆层的食品包装。但是该传感器不能够探测物体在空间上的延伸范围，也不能够探测自由的表面。
该装置可以具有视频传感器用作至少一个第一和/或第二传感器，该视频传感器与摄像机一起探测机动车环境和将拍摄的图象通过相应的信号处理进行分析评估。对于机动车控制来说尤其感兴趣的运动学参数即距离和速度此时是被间接地测量的。视频传感器很好地适合于测量几何形状的物体如行车道标识，它们一般都依循已知的模型。尤其是对于在汽车中应用的出于费用和操作方面的原因特别有利的单象管图像测试方法，利用明确的先验知识，例如通过使用图形识别，可以实现直接的三维测量。未知的物体由此被间接地测量。正是由于识别光学图形的可能性使得视频传感器具有特别大的潜力。由此在一定的把握下也能够将道路表面例如通过特定的纹理构造识别为自由表面。此外在探测物体或障碍物时可以通过直接的光学测量法在一定的把握下推断出直到该物体的路段没有被占据和由此该路段是自由的。
激光雷达传感器也可以设置用作该装置的至少一个第一和/或第二传感器。激光雷达传感器直接地通过测量反射的波的运动时间来测定至反射的物体的距离。由于波长位于红外线区域中，因此探测有效范围与环境条件有一定的依赖关系。此外探测有效范围还与要探测的目标的反射特性相关。具有固定射线的激光雷达传感器可以成本较低地实现，扫描式激光雷达传感器(激光扫描器)能够至少水平地达到高的分辨率和大的测量角。与视频传感器一样，在探测物体时可以通过直接的关系测量法以一定的把握推断出直到该物体的路段没有被占据和由此该路段是自由的。
司机辅助系统的范围中，通过自适应巡航控制系统(ACC)实现一种舒适功能。此外通过系统家族中的预测安全系统(PSS)可以实施安全功能。在舒适系统下对机动车导向仅仅发生相对很少的干预，而在安全系统下则通过最大的减速进行干预直至进行全自动的紧急制动。通过本发明可以在舒适功能和安全功能下满足环境探测的物体假设的不同的要求。通过本发明可以执行尤其是对在安全系统下的误触发率的很高的要求和由此也对用于这种安全系统的环境探测的信号处理的很高的要求。
目前的司机辅助系统和安全系统一般地是基于雷达传感器。但是雷达传感器只能够探测物体而不能够探测自由的表面。为实现本发明而设置的至少一个第二传感器也能够明确地探测自由的表面。与本发明不同，在由现有技术中已知的文献中，没有任何文献考虑在对机动车驾驶进行干预时的自由表面信息。
在本发明中明确地考虑了有关自由的可行驶的区域的信息。对机动车控制的避开干预仅在为避开操纵提供了避开轨迹的时候才发生。此外可以实现比在只是采用制动的系统的情况下大得多的使用范围。相对于由现有技术中已知的用于通过避开来避免事故的方法，本方法的优点是，通过以下措施大大地降低了误干预的危险，即对机动车导向的避开干预，通常是对转向的干预，仅仅在避开轨迹可以在一个被识别为可行驶的表面上驶出时才发生。
在实施例中，仅仅当机动车的预测的轨迹位于一个碰撞路线上，亦即已经在很大程度上接近一个通过环境探测被识别为被占据的区域并且再没有其它可选择的避免与障碍物碰撞和司机还能够在正常的舒适的转向干预下驶出的轨迹时，该避开操纵才发生。由此得到一个可选择地驶出的轨迹，通过该轨迹可以由此表面碰撞，即该轨迹通过一个自由表面延伸，即通过一个经环境探测被识别为可行驶的区域延伸。
在按照本发明的装置中，用于环境探测的至少一个第一传感器能够在其给定的探测区域中探测出被占据的亦即不可以行驶的区域或范围和理想地也以此为基础给出该区域被占据的概率。这例如可以是一种物体识别传感器(例如雷达，视频或激光雷达)。此外这可以是一种已经存在的传感器(例如LRR2)，该传感器通过所谓的物体列表或通过方位列表抽象出对环境的描述。此外用于环境探测的至少一个第二传感器能够在它的给定的探测区域内探测自由表面，即没有被占据的亦即可以行驶的区域和在此基础上也能够给出该区域是自由的概率。它不是必需是一种分开的传感器系统。为此例如可以考虑使用一种视频传感器或激光传感器。此外，环境探测也可以通过一种传感器提供，该传感器通过在视频传感器中运行的用于自由表面探测的算法实现。在例如通过使用的传感器的传感器模型计算的概率属性中考虑一些相互关系，这些相互关系例如是由此形成的，即虽然分开运行的算法等使用相同的硬件进行图象探测和因此使用与该算法相同的图象进行物体识别。此外也可以设想一种传感器，该传感器按照它的测量原理从占据性信息中导出自由表面信息。
为了进行环境模拟和/或传感器数据融合，传感器可以将它们关于障碍物和自由表面的数据直接地发送给该装置的用于计算避开轨迹的模块，例如处理模块，和用于触发或控制避开操纵的模块，例如控制模块或加载模块。
备选地和/或附加地，传感器数据可以通过一个中央模块进行传感器数据融合，这可以在由物体识别和/或特征识别和自由表面识别构成的数据的一种共同的处理和融合的框架中通过针对司机辅助系统和尤其是针对预测性安全系统的基于单元格网格的环境模拟来实施。一个结果是针对司机辅助系统和尤其是针对预测性安全系统的环境描述，该环境描述反映出区域的可行驶性的概率，区域的不可行驶性的概率和剩留的不确定性。对于辅助系统，相关的或通过环境传感器机构探测的机动车环境的区域可以被划分成预定数量的单元格。针对每个这种单元格计算一个属性并且存储起来，使得概率Pi(被占据的)＝Pi(b)确定出第i个单元格被一个与机动车导向相关的物体占据和由此是不可行驶的。此外计算一个属性并且存储起来，使得概率Pi(自由的)＝Pi(f)确定出第i个单元格没有被一个与机动车导向相关的物体占据和由此是可行驶的。
为此将循环地预测轨迹，当司机驾驶机动车时，该机动车将驶出该轨迹。为此例如使用运动学参数，如速度，加速度，转向角，驶偏速率，驶偏加速度等等的已知的机动车内部数据。
如果在本发明的一个实施形式中该预测的轨迹处于一个具有被识别的障碍物的碰撞线路上，则计算，是否具有可以由司机以正常的控制指令或转向干预(例如aquer，max＝4m/s2)驶出的避免与障碍物碰撞的轨迹。如果没有可以以正常的转向干预驶出的轨迹，则计算，是否具有一个通过物理上最大可能的转向干预可以行驶的轨迹，该轨迹延伸通过一个由环境探测识别为可行驶的区域。如果是这种情况，那么避开操纵就在该轨迹上被触发。
本发明的其它优点和设计方案在说明书和附图中给出。
应该理解前面所述的和下面要说明的特征不仅可以在各已说明的组合中，而且其它的组合中或单独地使用，而没有离开本发明的范围。
本发明依据附图中的实施形式示意地示出并且在以下参见附图进行详细描述。
图1举例示出了制动操纵和避开操纵之间的关系的图。
图示2示出了按照本发明的方法的第一实施形式的图。
图3示出了按照本发明的方法的第二实施形式的图，其中包括传感器数据融合。
图4示出了按照本发明的装置的一个实施形式的示意图。
本发明的实施方式
这些附图被相互关联地和交叉地进行描述，相同的附图标记表示相同的部件。
在图1所示的第一图示2中，对应于沿着图示2的水平定向的轴6的相对速度将机动车和障碍物之间的距离沿着垂直定向的轴4进行标注。在该第一图示2中此处用虚线示出的第一直线8表征一种状态，按照这种状态可以实现一种最后的舒适的避开可能性。此处用点划线示出的第二直线10表征一种状态，按照这种状态可以实现一种最后的避开可能性。一种最后的制动可能性通过曲线12表征。由此在该图示的通过用于距离的垂直定向的轴4，第一直线8和曲线12限制的第一区域14中可以实现一种制动或避开。在通过曲线12以及第一直线8和第二直线10限制的第二区域16中可以实现一种高动态的避开。在第一图示2的通过第二直线10，曲线12以及用于相对速度的水平定向的轴6限制的第三区域18中不能够避免碰撞，但是在第三区域18内可以减轻事故后果。
在图1所示的第二图示20中，对应于沿着水平定向的轴24的相对速度，沿着垂直定向的轴22标注直到机动车和障碍物之间碰撞的时间。在该第二图示20中，虚线表示的第一直线26表征一种针对最后的舒适的避开可能性的状态。点划线表示的第二直线28，它也平行于水平定向的轴24，表征一种针对最后的避开可能性的状态。一种最后的制动可能性由通过原点的第三直线30限制。在该第二图示20的第一区域32可以通过制动避免事故。在通过水平定向的轴24，第二直线28以及第三直线30限制的第二区域34中，虽然不能够避免碰撞，但是可以减小事故后果。在通过三个直线26，28，30限制的第三区域36中可以实现高动态的避开。在通过第一直线26，第三直线30以及垂直定向的轴22限制的第四区域38中，可以制动或避开。
图1由此示出了在制动操纵和避开操纵之间的最迟可能的动作时间点的原则性比较。显然仅仅采用制动干预只能够在低的相对速度下避免事故。在较高的相对速度下通过制动干预只能够实现减轻事故的严重性。此外依据图1可以看到，直线在较高的相对速度下完全可以通过高动态的避开来避免事故。
图2示出了按照本发明的方法的第一实施形式的一个图示或方框图。此时在障碍物探测40中通过至少一个第一传感器进行障碍物的探测。与该障碍物探测40同时地，在自由表面探测42中通过至少一个第二传感器进行自由表面的探测。分别在障碍物探测40以及自由表面探测42中提供的传感器数据被输送给一个共同的处理44。在该共同的处理44中计算出机动车的至少一个避开轨迹和根据避开轨迹的实现触发机动车的一种避开操纵。根据在该处理44中提供的结果，实施对机动车的执行机构的控制46，从而在考虑可自由行驶的表表面下实施避开操纵。
在图3所示的按照本发明的方法的第二实施形式的图示中，对图2所示的图示附加地在一个中间步骤中加入在障碍物探测40中由至少一个第一传感器提供的那些传感器数据以及在自由表面探测42中由至少一个第二传感器提供的那些传感器数据的传感器数据融合48。在该处理44之后，提供的信息被输送给控制46，如已经依据图2说明的那样。
图4示出了机动车48的示意图，该机动车具有按照本发明的装置50示意示出的实施形式。该按照本发明的装置50的实施形式包括第一传感器52，第二传感器54以及处理模块56。
该图示也示意地示出了机动车48的环境58。该环境58划分成单元格60，62，64，66，68，70，72，74，76。此时规定在单元格68，70，74，76中有一个障碍物78。在本实施形式中其它的单元格60，62，64，66和72中是自由的。
为了识别环境58，规定利用第一传感器52识别障碍物。利用第二传感器54识别自由的单元格60，62，64，66，72，由这些单元格在此组成一个自由表面。由第一传感器52提供的用于识别障碍物78的数据，以及由第二传感器54提供的用于识别自由的单元格62，64，66，72的数据用处理模块56共同地处理和就此方表面在本实施形式中也被融合。由此在该提供的数据基础上通过处理模块56提供由自由的单元格60，62，64，66，72构成的可自由行驶的表面的避开轨迹80，其可以由机动车48行驶而不会与障碍物78碰撞。
此外，通过装置50的加载模块82，通过控制机动车48的执行机构，引入机动车的避开操纵。此时加载模块82通过合适的控制指令例如转向以及制动或加速指令这样地控制机动车48，使机动车48在进行行驶中跟随避开轨迹80以避开障碍物78，从而避免与障碍物78碰撞。

Claims (11)

1.用于自动控制机动车(48)的方法，其中，为了提供机动车(48)避开障碍物(78)的避开轨迹(80)考虑有关至少一个可由机动车(48)自由行驶的表面的信息。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，为了避开障碍物(78)这样地控制机动车(48)，使得机动车(48)的避开轨迹(80)通过被识别为可自由行驶的表面延伸。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，循环地预测由机动车(48)驶出的轨迹。
4.按照权利要求3所述的方法，该方法仅当机动车(48)在预测的轨迹下驶向被识别的障碍物(78)和被识别为可自由行驶的表面可以被驶出的时候才被实施。
5.按照前述权利要求中之一所述的方法，其中，检查控制机动车(48)的人是否能够通过合适的控制指令避开障碍物(78)。
6.按照前述权利要求中之一所述的方法，其中，用于识别在机动车(48)的环境(58)中的障碍物(78)的数据和用于识别在该环境(58)中的可自由行驶的表面的数据被共同地处理，和由此确定适合于避开的可自由行驶的表面。
7.按照权利要求6所述的方法，其中，用于识别障碍物(78)的数据由机动车(48)的至少一个第一传感器(52)提供和用于识别可自由行驶的表面的数据由机动车(54)的至少一个第二传感器提供。
8.按照权利要求6或7所述的方法，其中，实施该环境(58)的基于单元格网格的分割。
9.用于自动控制机动车(48)的装置，该装置设计成用于考虑有关至少一个可由机动车(48)自由行驶的表面的信息，以提供机动车(48)避开障碍物(78)的避开轨迹(80)。
10.计算机程序，其带有程序编码工具，该计算机程序当在计算机上或在相应的计算单元上，尤其是在按照权利要求9所述的装置(50)中执行时用于实施按照权利要求1至8中之一所述方法的所有步骤。
11.计算机程序产品，其带有存储在计算机可读的数据载体上的程序编码工具，该计算机程序当在计算机上或在相应的计算单元上，尤其是在按照权利要求9所述的装置(50)中执行时用于实施按照权利要求1至8中之一所述方法的所有步骤。
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