CN104442757A - 机动车安全设备和方法 - Google Patents

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Abstract

此处的实施例涉及一种安全设备(1)和用于控制完全自动化车辆(2)的安全自动行驶(1)的方法。提供检测车辆(2)未来路径上的目标(4)的一个或更多个前视检测系统(3)。控制单元(5)被配置为确定关于所述检测目标(4)的检测置信度。所述控制单元(5)进一步能操作为根据关于所述检测目标(4)存在的低置信度来控制车辆(2)的制动系统(6)以施加预定的有限制动量直至获得关于前方检测目标(4)存在或不存在的高置信度。随后所述控制单元(5)还能操作为如果获得关于前方检测目标(4)存在的高置信度就施加完全制动，并且如果获得关于前方检测目标(4)不存在的高置信度则中断制动。

Description

机动车安全设备和方法
技术领域
此处的实施例涉及用于控制完全自动化车辆(fully automatedvehicle)的自动行驶的安全设备。
此处的实施例涉及用于控制完全自动化车辆的自动行驶的方法。
此处的又一实施例涉及包括用于控制完全自动化车辆的自动行驶的安全设备的机动车。
背景技术
在完全自动化的机动车中，驾驶员不再进行驾驶任务。这增加了对车辆系统特别是车辆传感系统的要求。当今依赖的大多数车辆传感系统的性能随着传感距离增加而降低。因为要求传感系统的传感器检测存在于车辆未来路径上的所有目标同时最小化不可靠或错误检测的数量，这就存在了挑战。
当今的传感器系统具有在短程和中程如小于50m处的良好目标分类能力。这可特别地通过具有不同传感器(例如雷达敏感器和基于摄像机的传感器)之间的融合信息而获得。
然而，从不相关或错误的目标反射例如感应幻影(sensing ghosts)中辨别有危险的目标的能力在更长的范围内显著地降低。
确保带有目标检测器的自动行驶车辆以高速行驶而不与检测目标碰撞或干涉的尝试参见US 6347266所述。
US 6347266描述的车辆根据一种沿提供表示其信息的预定路线行驶的方法控制。通过沿一个方向发送介质并且评估从在该方向上的任意目标反射的介质来检测车辆路径上的目标。
目标检测器接收有关产生和接收的方向介质的接收和发送信息，换句话说，即频率、接收和发送强度等。目标检测器还分析目标检测状态，即是否检测了任何目标、距目标的距离、相对目标的速率等。
发送介质的方向至少基于表示预定路线的信息确定。基于检测到的目标调整当前车速。表示由穿过预定角范围传播的介质限定的实际区域的关键检测区域被确定。
确定发送介质的方向的步骤也基于关键检测区域。调整当前车速的步骤包括确定车辆相对于预定路线的当前位置，并且提供多个预定的车速设定，其中每个预定的车速设定对应于一个制动距离。确定车辆的当前速度和在通过令关键检测区域与预定路线重叠所限定的区域内距车辆当前位置的最远距离。
因此，当前车速被调整为不超过具有等于最远距离的相应制动距离的预定速度设定。根据以上所述的构型，自动行驶车辆能够评估最有效的检测区域。因此，自动行驶车辆能够以高速行驶而不与检测目标碰撞或干涉。
然而，US 6347266描述的车辆因此始终能修正其速度以适于在检测到目标处于最有效检测区域内时能够完成制动动作。
以上所描述类型的已知系统将最小化不可靠的检测，通常一旦目标检测器确信检测到目标则首先完成速度修正。这可能导致自动减速或制动太晚执行并且因此可能很困难。由此，为了确保良好的远程性能，可能依赖更复杂和由此通常还更昂贵的传感器，这就增加了系统成本和复杂性。
发明内容
此处的实施例旨在提供用于控制完全自动化车辆的自动行驶的改进安全设备。
这可通过一种安全设备提供，该安全设备包括：用于检测车辆未来路径上的目标的一个或更多个前视检测系统；被配置为确定关于所述检测目标的检测置信度的控制单元；其中所述控制单元进一步能操作为根据关于所述检测目标存在的低置信度来控制车辆的制动系统以施加预定的有限制动量直至获得关于前方检测目标存在或不存在的高置信度，因此所述控制单元还能操作为如果获得关于前方检测目标存在的高置信度就施加完全制动，并且如果获得关于前方检测目标不存在的高置信度则中断制动。
施加预定的有限制动量直至获得关于前方检测目标存在或不存在的高置信度，这就确保了考虑了所有障碍物并且有利于实现所述设备的成本效率，因为可使用通常已存在于当今车辆中的传感器。
根据第二方面，所述控制单元能操作为根据预定制动型样(predetermined braking profile)施加制动的所述预定的有限制动量，通过预定制动型样避免与检测目标的碰撞同时在所有情况中制动被最小化。
提供预定制动型样藉此避免与检测目标的碰撞同时在所有情况中制动被最小化，这就为车辆乘员提供了乘坐舒适性。
根据第三方面，根据预定制动型样，相对于距检测目标的距离衡量目标检测置信度。
相对于距检测目标的距离衡量的检测置信度还有利于实现所述设备的成本效率，因为使用通常已存在于当今车辆中的传感器进行确定。
根据第四方面，控制单元能操作为通过在车辆乘员舒适度与关于检测目标的检测置信度之间的平衡根据预定制动型样施加预定的有限制动量。
车辆乘员舒适度与检测置信度之间的平衡还有利于实现所述设备的成本效率，同时为车辆乘员提供乘坐舒适性。
根据第五方面，通过设定最优控制问题已经获得预定制动型样。
这样设定最优控制问题是确保保持车辆乘员舒适度的好方法，同时使用通常已存在于当今车辆中的传感器以简单和成本效率的方式避开了检测到的障碍物。
根据第六方面，通过设定最优控制问题已经获得预定制动型样：
J = min u { φ ( x ( T ) ) + ∫ 0 T L ( x , u ) dt }
其中:并且其中0≤u≤umax和umax是最大制动并且f描述了二重积分且L是系统状态和控制系统的加权平方和，其中权重是调节参数。
这样获得预定制动型样是简单和成本效率的，因为数值计算法可用于计算预定制动型样，使得保持安全性的同时也能保持车辆乘员的舒适度，同时能够使用价格合理的传感器。
根据第七方面，所述前视检测系统包括一个或更多个雷达敏感器、激光传感器、激光雷达传感器、超声传感器、红外传感器、图像传感器或其任意组合。
这种检测系统的设置就提供了对目标的可靠检测。
根据第八方面，控制单元被配置为基于来自两个或更多传感器的融合信息确定关于检测目标的检测置信度。
基于来自两个或更多传感器的融合信息确定检测置信度提供了对关于检测目标的检测置信度的简单可靠的高质量确定。
根据第九方面还提供了一种用于控制完全自动化车辆的安全自动行驶的方法，包括如下步骤：使用一个或更多个前视检测系统检测车辆未来路径上的目标；使用控制单元确定关于所述检测目标的检测置信度；一旦确定关于检测目标存在的低置信度则控制车辆的制动系统以施加预定的有限制动量直至获得关于前方检测目标存在或不存在的高置信度，如果获得关于前方检测目标存在的高置信度就使用所述控制单元施加完全制动，并且如果获得关于前方检测目标不存在的高置信度则中断制动。
如上所述用于控制完全自动化车辆安全自动行驶的方法能够确保考虑到所有障碍物并且如果检测目标是真实的则车辆能够制动至完全停止，并且还有利于实现成本效率，因为能够使用通常是已存在于当今车辆中的传感器。
根据第十方面，如此处所述提供了一种包括用于控制完全自动化车辆自动行驶的安全设备的机动车。
如此处所述包括用于控制完全自动化车辆自动行驶的安全设备的机动车在自动行驶期间通过确保获得目标检测的高置信度同时保持平稳和舒适的乘坐经历将为车辆乘员提供改进的安全性和乘坐舒适性。
附图说明
在下文中，将仅参照附图经由示例详述实施例，其中：
图1是根据此处实施例用于控制完全自动化车辆的自动行驶的安全设备的示意图。
图2是根据此处实施例在不确定传感器信息期间的制动模式的示意图。
图3是用于与图2相同情况的制动模式的示意图，其中根据调节参数已经延迟了制动点。
此处实施例的其它目的和特征将根据以下结合附图的详述更为清楚。然而可以理解，附图仅为说明而非对其范围的限定，所述范围应该由所附权利要求所限定。还应当理解，附图不一定是按比例描绘的，并且除非另有陈述，它们仅仅意图概念上的示出此处描述的结构和工序。
具体实施方式
总的来说，此处的实施例涉及如图1所示用于控制完全自动化车辆2的自动行驶的安全设备1。
用于控制完全自动化车辆2的自动行驶的安全设备1包括一个或更多个前视检测系统3，用于检测和测距车辆2未来路径上的目标4。
在此处某些实施例中，前视检测系统3包括一个或更多个无线电检测和测距(RADAR，雷达)传感器、通过辐射(LASER，激光)传感器的受激发射得到的光放大、光检测和测距(LIDAR，激光雷达)传感器、超声传感器、红外传感器、图像传感器或它们的任何组合。
图像传感器可以是视频传感器，例如被设计为电荷耦合装置(CCD)摄像机或互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像机。
安全设备1还包括控制单元5，控制单元5被配置为确定关于检测目标4的检测置信度。控制单元5适宜地包括处理单元(例如计算机处理器)以及用于控制其操作的适宜软件。
在此处某些实施例中，控制单元5被配置为基于来自两个或更多传感器的融合信息确定关于检测目标4的检测置信度，提供了对关于检测目标4的检测置信度的简单可靠的高质量确定。
控制单元5还能操作为在存在检测目标4的低置信度下控制车辆2的制动系统6从而施加预定的有限制动量直至获得关于前方检测目标4存在或不存在的高置信度。
车辆2的制动系统6可为ABS系统，例如带有制动盘7以及与每个前轮9和后轮10相连的附属制动钳(appertaining calipers)8。安全设备1因此与车辆2的制动系统6工作地连接。
当如上所述获得关于前方检测目标4存在或不存在的高置信度时，控制单元5还能操作为如果获得关于前方检测目标4存在的高置信度则施加完全制动。因此通过以受控方式减少与其的间隔，有利于得到关于检测目标4的较好置信度，并且一旦获得关于前方检测目标4存在的高置信度就仅施加完全制动。
因此，根据在较远距离处目标4的低检测置信度，执行车辆2的自动制动，从而通过减少与其的间隔使得传感器系统能够取得目标4的提高的置信度测量值，因此传感系统的性能最大化以得到环境中关于目标4的准确读数。
此外，当如上所述获得关于前方检测目标4存在或不存在的高置信度时，控制单元5还能操作为如果获得关于前方检测目标4不存在的高置信度时则中断制动。因此，在前方检测目标4是错误的检测目标4，即不存在碰撞威胁的情形下，中断制动并且保持完全自动化车辆2的自动行驶而不会引起车辆2乘员的不适或恐慌。
因此，制动开始得比常规防撞系统要早得多，并且在不打扰驾驶员的水平上，目的是容许传感器系统取得对检测目标4的进一步了解。在进一步的了解指出初始检测是错误的情形下，制动被中断。
根据此处的实施例，控制单元5能操作为根据预定制动型样施加预定的有限制动量，藉此避免了与检测目标4的碰撞，同时在所有情况下制动被最小化，为车辆2乘员提供了乘坐舒适性，同时考虑了车辆2的动力、性能和制动能力。预定的制动型样应当具有非常光滑的渐变段以便为车辆2乘员提供良好的乘坐舒适性。
根据预定的制动型样相对于距检测目标4的距离来衡量目标4的检测置信度，例如使得距可能目标4的距离越小，检测置信度变得越高，反之亦然。这样仿制人类驾驶员的行为：人类越接近目标通常将越确信观测目标。相对于距可能目标4的距离衡量检测信息的不确定性以便提高目标4检测的置信度。
根据此处的实施例，控制单元5能操作为通过在车辆2乘员的舒适度与检测目标4的检测置信度之间的平衡根据预定制动型样施加预定的有限制动量。因此有利于实现设备的成本经济性同时为车辆2乘员提供了乘坐舒适性。
在此处的某些实施例中，已经通过设定最优控制问题获得了预定制动型样。特别地，已经通过设定如下最优控制问题获得了预定制动型样：
J = min u { φ ( x ( T ) ) + ∫ 0 T L ( x , u ) dt }
其中:并且其中0≤u≤umax和umax是最大制动并且f表述了二重积分且L是系统状态和控制系统的加权平方和，其中权重是调节参数。
这就提供了可用于计算预定制动型样的数值计算法，因此保持安全性的同时也能保持车辆2乘员的舒适度，同时能够使用价格合理的传感器。
根据本申请，还设想了一种用于控制完全自动化车辆2的安全自动行驶的方法。所述方法包括如下步骤：使用一个或更多个前视检测系统3检测车辆2未来路径上的目标4；使用控制单元5确定关于检测目标4的检测置信度；一旦确定关于检测目标4存在的低置信度，则控制车辆2的制动系统6以施加预定的有限制动量直至获得关于前方检测目标4存在或不存在的高置信度，如果获得关于前方检测目标4存在的高置信度就使用控制单元5施加完全制动，并且如果获得关于前方检测目标4不存在的高置信度则中断制动。
在不确定传感器信息期间的制动模式的示意图如图2所示。可能的障碍物在150m(×1)的距离处检测。如上所述通过设定最优控制问题获得的预定制动型样在大约1.5秒后开始作用。随后可能碰撞的目标4在少于100m的距离处，在该处传感系统具有对是否以高置信度检测目标4(即是否存在目标4)的改进的评估性能。在该处，设备开始增加制动(u)。在大约4秒后获得几乎完全制动，对应于大约25m。典型的传感器系统具有在比25m长的多的距离处以高置信度检测目标4的能力。图3示意性地示出用于与图2相同情况的制动模式，其中根据调节参数已经延迟了制动点。
注意以下问题是很重要的：如上所述通过设定最优控制问题获得的建议制动型样不是传统意义上的防撞算法。在后者中，人们想要延迟制动直至最终力矩，使得驾驶员能够完成超车动作。这通常将导致非常刺耳的制动。正如此处提出的，制动开始的早得多并且处于不妨碍车辆2乘员例如驾驶员的水平，目的是更好地了解前方障碍物。此外，如果有错误检测则简单地中断制动。
根据本申请，还设想了包括此处描述的用于控制完全自动化车辆2的自动行驶的安全设备1的机动车2。
上述实施例可在以下权利要求的范围内变化。
因而，虽然已经示出、描述和指出了此处实施例的主要新颖性特征，要了解本领域技术人员可做出各种省略和置换以及对所示装置的形式、细节及其操作的变化。例如，明确地指出那些元件和/或方法步骤的所有组合是等效的，实际上以实际上相同的方式完成了相同的功能以实现了相同的结果。此外，应当认识到，作为一般的设计选择，与任何此处公开的形式或实施例有关的所示和/或所述的结构和/或元件和/或方法步骤可合并在任何其它公开或描述或提议的形式或实施例中。

Claims (10)

1.一种用于控制完全自动化车辆(2)的自动行驶(1)的安全设备(1)，其特征在于所述安全设备(1)包括：
一个或更多个前视检测系统(3)，用于检测车辆(2)未来路径上的目标(4)；
控制单元(5)，被配置为确定关于检测目标(4)的检测置信度；其中所述控制单元(5)进一步能操作为根据关于所述检测目标(4)存在的低置信度来控制车辆(2)的制动系统(6)以施加预定的有限制动量直至获得关于前方检测目标(4)存在或不存在的高置信度，其中所述控制单元(5)还能操作为如果获得关于前方检测目标(4)存在的高置信度就施加完全制动，并且如果获得关于前方检测目标(4)不存在的高置信度则中断制动。
2.根据权利要求1所述的安全设备(1)，其特征在于所述控制单元(5)能操作为根据预定制动型样施加预定的有限制动量，通过所述预定制动型样避免与检测目标(4)碰撞同时在所有情况中制动被最小化。
3.根据权利要求2所述的安全设备(1)，其特征在于根据预定制动型样，相对于距检测目标(4)的距离衡量目标(4)的检测置信度。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的安全设备(1)，其特征在于所述控制单元(5)能操作为通过平衡车辆(2)乘员的舒适度与关于检测目标(4)的检测置信度来根据预定制动型样施加预定的有限制动量。
5.根据权利要求2-4任意一项所述的安全设备(1)，其特征在于所述预定制动型样通过设定最优控制问题获得。
6.根据权利要求5所述的安全设备(1)，其特征在于所述预定制动型样通过将最优控制问题设定如下而获得：
J = min u { φ ( x ( T ) ) + ∫ 0 T L ( x , u ) dt }
其中:并且其中0≤u≤umax和umax是最大制动并且f表述二重积分且L是系统状态和控制系统的加权平方和，其中权重是调节参数。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的车辆安全设备(1)，其特征在于：所述前视检测系统(3)包括一个或更多个雷达传感器、激光传感器、激光雷达传感器、超声传感器、红外传感器、图像传感器或它们的任何组合。
8.根据权利要求7所述的安全设备(1)，其特征在于所述控制单元(5)被配置为基于来自两个或更多传感器的融合信息确定关于检测目标(4)的检测置信度。
9.一种用于控制完全自动化车辆(2)的安全自动行驶的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
使用一个或更多个前视检测系统(3)检测车辆(2)未来路径上的目标(4)；
使用控制单元(5)确定关于检测目标(4)的检测置信度；
一旦确定关于检测目标(4)存在的低置信度则控制车辆(2)的制动系统(6)以施加预定的有限制动量直至获得关于前方检测目标(4)存在或不存在的高置信度，
如果获得关于前方检测目标(4)存在的高置信度就使用所述控制单元(5)施加完全制动，并且如果获得关于前方检测目标(4)不存在的高置信度则中断制动。
10.一种机动车(2)，其特征在于所述机动车包括根据权利要求1-8任意一项所述用于控制完全自动化车辆(2)的自动行驶的安全设备(1)。
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