CN104648402A - 用于支持机动车的车道转换或者超车策略的方法和驾驶员辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于支持机动车的车道转换和/或超车策略的方法和驾驶员辅助装置，其中所述机动车具有用于检测参与行驶情况的机动车的路线信息的机构（220），并且其中尤其规定，确定（210）用于可能的车道转换或可能的超车策略的额定轨迹以及机动车的用于实现额定轨迹的至少一个调整变量；对于额定轨迹和至少一个调整变量来说确定（215）成本函数；并且最小化（225）所述成本函数，以便获得关于成本优化的轨迹。

Description

用于支持机动车的车道转换或者超车策略的方法和驾驶员辅助装置

技术领域

本发明涉及一种按照相应的独立权利要求的前序部分所述的用于支持机动车的车道转换和/或超车策略的方法和驾驶员辅助装置。此外本发明还涉及一种计算机程序，当在运算装置或控制装置上运行所述计算机程序时，执行按照本发明的方法的所有步骤；本发明还涉及一种具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码存储在可由机器读取的载体上，当该程序在运算装置或控制装置上执行时，实施按照本发明的方法。

背景技术

在机动车技术的范围中车道转换辅助系统以及避让系统是已知的，其中，如果车辆位于在相邻车道上或者快速地接近，警告机动车的驾驶员，从而安全的超车策略是不可能的。该系统借助于向后朝向的雷达传感装置或视频系统监测后方的交通。在这样的位于相邻车道上的车辆的情况下实现对驾驶员的报警信号或者甚至干预到车辆的转向系统和/或制动系统（例如单侧的制动干预），以便阻止车辆驶出到相邻车道上。

在所述避让系统中，在识别到接近第二车辆的情况下通过车辆的主动驶出或避让阻止碰撞事故。

除此之外，所谓的“自适应巡航控制”（ACC）系统是已知的，借助于该系统机动车的纵导向通过预定适合的驱动和延迟扭矩被自动化。在识别到行驶在前面的车辆时使得车辆速度匹配于行驶在前面的车辆，否则调节由驾驶员预定的额定速度。

此外有文献EP 2 169 649 A1得知一种用于提供用于实施机动车的超车策略的建议的方法，其中设定，跟随第一车辆的第二车辆从后面沿着一个路线在车道上接近第一车辆。在对于第二车辆的超车情况的评估中使用第一车辆的路线信息，该路线信息告知第一车辆的继续行驶。由超车策略建议，如果由路线信息得知第一车辆同时离开该路线。

在文献EP 2 169 649 A1中描述的方法也包括一种行驶情况，其中第二车辆具有比第一车辆更高的速度，从而基于两个车辆的不同速度对于第二车辆提供超车。假如基于第一车辆的路线信息可以期望，该第一车辆对于第二车辆以比较小的速度在前面行驶下一时间，那么给第二车辆的驾驶员推荐，实施超车过程。相应地由超车策略给第二车辆的驾驶员建议，加入行驶在前面的第一车辆同时离开车道。

在通常的道路交通中，不仅在具有直接迎面车流的沿行驶方向单车道的道路上而且在没有直接迎面车流的两车道或多车道高速公路或快速道路上再者经常产生的是，行驶在前面的缓慢的车辆可能通过后面的车辆超车，然而错过了安全地转换到超车车道上。这通常需要超车车辆的制动和在实现超车策略之后实现的再加速，由此提高了燃料或能量消耗（后者例如在电动车辆的情况下）。

发明内容

作为本发明基本构思在于，如此通过下述车辆（本车辆）实施一个行驶在前面的车辆的车道转换或超车过程，使得尽可能阻止超车车辆的制动。通过参与相应的行驶情况的车辆也就是直接行驶在前面和后面的车辆的距离确定以及通过参与的车辆的运动的评估或预测，给驾驶员推荐或建议或自动实施或阻止关于参与的车辆的距离和速度最优的超车过程。

最优超车策略的确定基于确定的最优轨迹实现，该最优轨迹不仅包括相应的额定轨迹而且也包括机动车用于实现该额定轨迹的相应的调整变量。轨迹的确定沿本车辆的纵向或行驶方向实现，并且不仅对于本车道而且对于至少一个相邻的车道或相邻车道。基于确定的最优轨迹实现了成本函数的计算以及成本函数的紧接着或同时的最小化。用于该优化过程的时间窗优选足够大，以便在实现车道转换或超车策略之后又可以实现静止的速度。

在最优轨迹的确定中特别是考虑附加条件的满足，其中附加条件优选涉及用于机动车的行驶运行的安全限制和/或舒适限制。

在一个优选设计方案中，基于如所述优化的轨迹沿纵向不仅对于本车道而且对于相邻车道附加地确定不仅沿车道的纵向而且横向对于假设的车道的最优的轨迹，其中考虑如果必要涉及多个车轮的所述附加条件。

借助于自身已知的雷达和/或视频传感装置可以检测或确定参与交通情况的车辆的对于判断氮气交通情况必要的路线信息。备选或附加地可以设定，使用导航系统存在的数据例如车辆的当前位置，包括车道数量的另外的道路走向、上坡和下坡以及交叉口、车道坡度、转弯半径、交通标志、速度限制或诸如此类作为所述的路线信息。在数据或通信技术联网的车辆的情况下可以确定或使用目标组的行驶性能或分析和如果必要学习当前驾驶员的行驶性能。

通过按照本发明的方法或驾驶员辅助装置可以有效阻止不必要的制动过程和加速过程，从而可以更节能或更节约燃料地实施车道转换或超车策略。通过确定用于车道转换的最优时刻整个超车过程也在驾驶技术上更安全。

本发明可以在每种类型的道路运行的机动车包括轿车、货车或载货车、摩托车或诸如此类中以在此所述的优点得以应用。

本发明的其他优点和设计方案由说明书和附图得出。

需要说明的是，上述的和以下还将进一步阐明的特征不仅能够以相应给出的组合的形式使用而且也能够以其他组合的形式或者单独地使用，而不会脱离本发明的保护范围。

附图说明

图1示出了对于本发明来说典型的交通状况或者说行驶状况的示意性的俯视图；

图2示出了按照本发明的方法的第一实施例；

图3示出了按照本发明的方法的第二实施例。

具体实施方式

在图1中示出的行驶情况涉及双车道道路，其包括本车道100和相邻车道105（沿相同的行驶方向）。在本行驶道100上描绘了本车辆（“Ego”）110，其中第一外部车辆（“OE”）115对于本车辆110行驶在前面。在相邻车道105上描绘了两个另外的外部车辆（“ON1”、“ON2”）120、125，其中外部车辆120对于本车辆110行驶在前面并外部合理125在本车辆110之后。在本车辆110上附加地描绘了在此应用的x、y坐标系统，其中x轴沿车道或行驶方向设置，而y轴垂直于车道或行驶方向设置。

以下根据两个实施例所述的方法基于不仅沿纵向（x方向）而且沿横向（y方向）用于车道转换的最优轨迹的组合的确定或规划。首先确定沿纵向的额定轨迹x(t)以及车辆或发动机的相应调整变量u(t)，借助于它们可以实现运动方程x(t)。典型的调整变量可以是发动机扭矩（不仅在内燃机中而且在电机中）、选择的挡位、或者离合器状态。但是作为调整变量也考虑以下变量，例如摩擦制动器的总扭矩或车轮扭矩、起动机扭矩/发电机扭矩、转向角、转向扭矩、方向盘振动、以及在电动机动车的情况下传动系中的电机的驱动扭矩和/或回收扭矩。方程组x(t)、u(t)在此如此计算，是的成本函数J变得最小。成本函数J在时间段0 < t < tj上计算，其中tj如此大地选择，使得在实现本车辆的车道转换或超车策略的结尾存在具有恒定速度的行驶的稳定状态。

在轨迹规划中考虑取决于至少另一参与行驶情况的外部车辆的限制或附加条件，对于该外部车辆必须遵循确定的行驶安全限制和/或行驶舒适限制。这些限制典型地与至少两个考虑的车辆的速度和/或与在至少两个考虑的车辆之间的速度差成正比，也就是说按照以下关系：

             （1）

       （2）

其中在此和以下应用的系数a和b是可通过经验确定的常数。

基于沿纵向最优的轨迹规划计算对于组合的规划问题沿纵向和横向对于车道转换的最优解决方案，其中通常考虑多个外部车辆（也就是说还有位于在相邻车道上的车辆）。

在图1中示出的交通情况下，对于每个对象沿纵向以及纵向速度的距离是已知的。这些距离可以借助于所述的传感装置检测。对于对象（“OE”）115这是变量和。而且在这些对象之间的横向距离是已知的，例如在本车辆110与外部车辆115之间的距离。

按照本发明的方法的在图2中示出的第一实施例又两个子路线200、205组合，也就是第一路线200，用于仅仅考虑在本行车道100上的交通状况或者说行驶状况确定最优路径；以及下面的第二路线205，用于附加地考虑在相邻车道105上的行驶情况确定最优轨迹。

按照第一路线200，首先确定210关于在本车道100上的纵向导向的尽可能最优轨迹、。这在考虑通过传感器技术（雷达传感器或诸如此类）或通过视频技术检测的数据220的情况下发生。所述数据220在本实施例中特别是包括位置、速度、以及垂直于行驶在前面的外部车辆115的行驶方向的位置。直至到达静止状态的相关时间间隔在此为。在以下步骤215中基于计算的轨迹210和通过传感器技术或视频技术检测的数据220计算所述的成本函数。

在第二路线205的第一步骤230中，又首先确定关于纵向导线亦即在此关于相邻车道105尽可能最优的轨迹、。这在考虑另外的通过传感器技术或视频技术检测的数据240发生，特别是由参与行驶情况的在相邻车道105上的外来车辆亦即在此外部车辆120、125所涉及。所述数据240在本实施例中特别是包括位置、，速度、，以及垂直于外部车辆120、125的行驶方向的位置、。装置到达静止状态的相关时间间隔在此是。

在步骤232中检测，是否对于在步骤230中确定的轨迹满足涉及行驶安全和/或行驶舒适的所述附加条件。假如这不是这样的情况，那么跳转到步骤400（参见图3）。在以下步骤235中基于轨迹230和通过传感器技术或视频技术检测的数据240计算所述成本函数。在步骤245中又检测是否如此计算的成本函数小于。假如不是这样的情况，那么同样跳转到步骤400。否则继续该路线，如在图3中所示。

在图3中所示的整个路线基于两个在图2中示出的子路线200、205或者连接到这两个子路线，也就是在本实施例中作为另外的子路线265。子路线265因此涉及所述附加条件的处理。应该注意的是，在图2和3中示出的整个路线分为子路线200、205、265仅仅是示例性的并且整个路线也可以以其他方式划分或组合。

在子路线265的第一步骤270中实现了确定或评估对于本车辆110的车道转换需要的持续时间。该评估可以通过不同方式实现。如此计算可以根据在车道转换时的平均横向加速度和用于车道转换的横向距离基于以下关系（3）实现：

            （3）

其中又可以由车道宽度和外部车辆“OE”115关于本车辆“EGO”110的相对位置计算。在此再者可以考虑与行驶在前面的车辆“OE”115的舒适距离。备选地可以由目标组的行驶性能（例如在车辆的数据或通信技术联网的情况下）确定持续时间，或者通过学习当前驾驶员的驾驶性能，其方法是例如分析处理车道标记和/或转向运动。

紧接着步骤270检测275是否满足用于轨迹、的所述附加条件，因为车道转换不允许损害关于行驶在前面的车辆“OE”115的安全限制和舒适限制，只要车道转换没有结束。在该检测中在本实施例中基于以下三个关系或条件（4）至（6）：

            （4）

     （5）

                       （6）

如果没有满足这些条件，那么规划延迟的车道转换（步骤280）。否则在步骤290中继续路线的执行。

在步骤280中规划有两个部分组成的轨迹。第一轨迹部分尽可能最优地位于在时间间隔中并且关于外部车辆“OE”115规划。基于该轨迹部分的终端状态将第二部分确定为关于外部车辆“ON1”尽可能最优的轨迹。重新计算的轨迹代替过去的轨迹、。

在步骤285中检测，是否在步骤280中可以确定关于OE和ON的有效的轨迹。如果是，那么继续以步骤290执行。如果不是，那么车道转换是不可能的（步骤400）。

在步骤290中，附加地检测关于后方的交通、亦即在按照图1的本情景中关于在相邻车道105上随后的外部车辆“ON2”125附加条件的满足。在此可以通过自身的延迟共同地考虑外部车辆125的合作反应。

对于外部车辆“ON2”125计算轨迹，对于该轨迹满足以下三个条件（7）至（9）：

           （7）

     （8）

                       （9）

如果满足条件（7）-（9），那么车道转换原则上是可能或允许的，其中选择作为最优的纵向轨迹（步骤410）。

在步骤295中确定由两个部分组成的轨迹。在第一部分中对于时间间隔规划关于车辆ON2的尽可能最优的轨迹，从而在时本车辆的速度等于车辆ON2的速度。第二部分尽可能最优地关于车辆ON1确定并且具有第一轨迹部分的终端状态作为初始值。重新计算的轨迹代替过去的轨迹、。

在步骤297中检测，是否在步骤295中计算的轨迹满足附加条件。如果满足这些条件，那么跳转到步骤410，否则跳转到步骤400。在步骤400中不建议驾驶员车道转换。

在步骤410中除了计算所谓的成本函数和之外还实现计算最后的成本函数。结束的成本函数实现了分别不同的路段、的最后的校正以及对于保留在本车道100和对于车道转换到相邻车道105需要的最后速度。最后成本函数的第一项涉及本车辆“Ego”110以目前（也就是恒定的）速度的行驶的继续。不同的最终速度通过第二项的加法考虑，该第二项考虑对于建议的超车过程需要的速度与参考或设置速度的偏差并且例如与速度平方差成正比。

在以下步骤415中，实现了基于总体上最小的成本可能的轨迹的比较，亦即考虑最后的成本函数。如果过去的轨迹、对于车道转换更有利，那么选择该轨迹并且跳转到步骤420。否则跳转回到步骤400，其中不推荐车道转换或建议车道转换。在步骤420中给驾驶员建议车道转换。

在驾驶员的所述建议或显示（超车或车道转换可能或不可能）可以通过仪表板的存在的显示机构实现如果必要视觉地和/或触觉地或者借助于单独的显示机构（例如LCD显示器或平视式显示器）实现。在此可以显示参与交通事件的车辆的位置和/或计算的轨迹包括车道，和/或给出时间间隔，在该时间间隔内安全并且不制动地超车行驶在前面的车辆是可能的。在显示的（例如通过图像阐明）选择的活推荐的轨迹的情况下也可以显示具有与之结合的（附加的）成本的备选轨迹。

所述的对驾驶员的建议也可以包含用于在本车道上制动或加速的建议，以便实现对于超车策略需要的相对于行驶在前面的外部车辆的相对速度。

在本混合动力车辆的情况下可以预测性地在存储管理中考虑对于给驾驶员建议的超车策略必要的电动的和/或内燃机的驱动功率。

所述方法可以或者以控制程序的形式在存在的用于控制内燃机的控制装置中实现或者以相应的控制单元的形式实现。

Claims (13)

1.用于支持机动车的车道转换和/或超车策略的方法，其中所述机动车具有用于检测参与行驶情况的机动车的路线信息的机构（220），其特征在于，确定（210）用于可能的车道转换或者可能的超车策略的额定轨迹以及机动车的用于实现额定轨迹的至少一个调整变量，从而对于额定轨迹和至少一个调整变量确定（215）成本函数，并且使得所述成本函数最小化（225），以便获得关于成本优化的轨迹。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于本车道和至少一个相邻车道来说沿车道的纵向确定额定轨迹，以及对于假设的车道转换来说沿车道的纵向和横向确定额定轨迹。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如此大地选择用于确定额定轨迹的时间窗，从而在实现车道转换或者超车策略之后又能够实现机动车的静止速度。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过计算沿车辆纵向的至少一个轨迹确定用于车道转换的额定轨迹。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述额定轨迹由至少两个部分组成，其中确定关于在相同的车道上行驶在前面的机动车的第一额定轨迹部分作为第一部分，并且从所述第一额定轨迹部分的最终状态出发，确定关于位于在相邻车道上的机动车的第二额定轨迹部分作为至少第二部分。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在确定额定轨迹时考虑附加条件，所述附加条件涉及用于机动车的行驶运行的安全限制和/或舒适限制。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述附加条件涉及至少一个参与行驶情况的机动车并且通过至少两辆机动车的速度和/或通过在至少两辆机动车之间的速度差来确定。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，作为附加条件至少存在以下两种关系：

             （1）

       （2）

其中，脚标“Obj”表示至少一个参与行驶情况的机动车并且系数a和b是可通过经验确定的常数。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，存在有发动机扭矩和/或所选择的挡位和/或离合器状态和/或摩擦制动器的总扭矩或车轮扭矩和/或起动机扭矩/发电机扭矩和/或转向角和/或转向扭矩和/或方向盘振动作为机动车的至少一个调整变量，以及在电驱动车辆中存在有传动系中电机的驱动扭矩和/或回收扭矩作为机动车的至少一个调整变量。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，路线信息是通过间距雷达和/或视频传感装置检测到的数据、导航系统的数据或涉及目标组和/或当前驾驶员的行驶性能的数据。

11.用于支持机动车的车道转换和/或超车策略的驾驶员辅助装置，其中所述机动车具有用于检测参与行驶情况的机动车的路线信息的机构（220），其特征在于运算或控制机构，所述运行或控制机构用于确定可能的车道转换或可能的超车策略用的额定轨迹以及机动车的至少一个实现额定轨迹用的调整变量，并且所述运行或控制机构用于确定额定轨迹和至少一个调整变量用的成本函数并且用于最小化所述成本函数，以便获得关于成本优化的轨迹。

12.计算机程序，当在运算装置或控制装置上执行所述计算机程序时，实施按照权利要求1至10中任一项所述的方法的所有步骤。

13.具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码存储在可由机器读取的载体上，以便当所述程序在运算装置或控制装置上执行时实施按照权利要求1至10中任一项所述的方法。