CN106458214B - 运行用于自动化地操纵机动车的驾驶员辅助系统的方法以及相应的机动车 - Google Patents

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Abstract

运行用于自动化地操纵机动车的驾驶员辅助系统的方法，具有以下步骤：‑通过机动车的环境传感器探测与机动车的环境有关的环境数据，并且探测与机动车有关的自身数据，‑根据环境数据和自身数据确定多个轨迹，这些轨迹分别描述机动车可能的未来运动，‑通过利用多个评估标准进行评估从所确定的轨迹中选择出设定轨迹，其中评估标准中的至少一个评估标准是探测范围标准，该探测范围标准对在机动车预测地沿相应确定的轨迹运动期间机动车的环境传感器之一或环境传感器的一组的至少一个预测的探测范围作出评估，‑控制车辆系统以使机动车沿设定轨迹运动。

Description

运行用于自动化地操纵机动车的驾驶员辅助系统的方法以及 相应的机动车
技术领域
本发明涉及一种运行用于自动化地操纵机动车的驾驶员辅助系统的方法。
背景技术
用于自动化地、尤其是高度自动化地操纵机动车的方法可分为三个阶段。首先是感知阶段，即获取与未来的行驶操作的规划有关的信息。在第二阶段(行为规划阶段和决定阶段)中，借助该信息实施路线规划或轨迹规划。在第三阶段中进行行为实施，其中控制车辆系统以便实施之前规划的路线或轨迹。
车辆传感系统的传感器具有有限的有效范围和有限的张角。因此可能发生的是，对于路线或轨迹规划可能有关的环境区域在感知阶段中没有被车辆传感系统探测到，因此无法在路线或轨迹规划时被顾及到。
公开文献DE 10 2011 002 911 A1公开了一种用于在行车道中操纵车辆的方法，其中通过自动的转向干预在行车道中操纵车辆。为了就车道保持系统失灵及时向驾驶员发出警报，提出，对与前方路段有关的数据进行分析并由此确定在驶过该路段时是否会超出规定的系统限度。该系统限度可以例如由所使用的系统部件的技术方面的功效得出。因而有可能例如在非常狭窄的弯道处，由于影像传感系统的水平角度探测范围有限，所以无法在探测到道路上的车道标记。如果确定可能超出规定的系统限度，则向驾驶员发出信号，该信号就面临的车道保持系统失灵的情况向驾驶员发出警报并督促其接管方向盘控制。
公开文献DE 10 2012 007 127 A1涉及一种用于为车辆确定运动路线的方法。在该方法中为车辆确定车道边界和多个可能的运动路线。根据距离大小范围从多个可能的运动路线中选出一种运动路线。
公开文献US 2008/0 065 328 A1公开一种用于为车辆避免碰撞的方法。通过机动车的传感器获取到与一组车辆外部的物体有关的数据。这些数据对应包括物体位置和物体速度。针对这些外部物体做出预期的轨迹预测。所预测的预期轨迹可以被用于预测潜在的碰撞和引入控制干预。
发明内容
因而本发明基于的目的是，给出一种运行用于自动化地操纵机动车的驾驶员辅助系统的方法，该方法相比之下在自动化地行驶运行期间对相关环境区域的探测方面作出改进。
该目的根据本发明由上述类型的方法实现，该方法具有以下步骤：
-通过机动车的环境传感器探测与机动车的环境有关的环境数据，并且探测与机动车有关的自身数据，
-根据环境数据和自身数据确定多个轨迹，这些轨迹分别描述机动车可能的未来运动，
-通过根据多个评估标准的分析从所确定的轨迹中选择出设定轨迹，其中评估标准中的至少一个评估标准是探测范围标准，该探测范围标准在机动车预测地沿相应确定的轨迹运动的情况下对机动车的传感器之一或传感器的一组的至少一个预测的探测范围作出评估，
-控制车辆系统以使机动车沿设定轨迹运动。
根据本发明提出，在自动化操纵时在设定轨迹上操纵机动车，该设定轨迹被这样选出：在机动车预测地沿相应确定的轨迹运动的情况下对环境传感器之一或环境传感器的一组的至少一个探测范围加以考虑。除了在确定设定轨迹的范围内通常所采用的评估标准——其例如考虑机动车的行驶动力参数、机动车与其他物体的距离等，这些评估标准分别用于对轨迹之一作出预测——还应额外地考虑传感器或传感器组的预测的探测范围。由此能够如此选择设定轨迹，使得在机动车沿设定轨迹运动的情况下可靠地探测被识别为相关的环境区域。
根据本发明的方法尤其可以用于通过驾驶员辅助系统实施高度自动化或全自动化地操纵机动车的情况。但用于部分自动化地操纵机动车的驾驶员辅助系统也能够有利地使用根据本发明的方法。自动化程度的划分在此参见联邦公路管理局(Bundesanstalt fürStraβenwesen)的著作“Forschung Kompakt 11/2012–Rechtsfolgen zunehmenderFahrzeugautomatisierung(研究合集11/2012–车辆自动化增加的法律后果)”。根据该著作，在全自动化驾驶时，驾驶员辅助系统完全在规定的使用情况下承担横向和纵向操纵。驾驶员在此不必监控该系统。在高度自动化驾驶时，驾驶员辅助系统在特定情况下的确定时段内承担横向和纵向操纵。在此情况下驾驶员也不必监控该系统。在需要时以足够的时间提前量督促驾驶员接管驾驶任务。在部分自动化驾驶中，驾驶员辅助系统在确定的时段内和/或特定的情况下承担横向和纵向操纵。驾驶员必须一直监控系统。
在本发明的方法中可以使用大量传感器，例如摄像机、超声波传感器或雷达传感器作为环境传感器。自身数据可以通过机动车的内部传感器获取。但也可以将由驾驶员辅助系统本身或其它车辆系统所提供的控制参数作为机动车的自身数据加以评估或者从数据库(其尤其包括地图数据)获取自身数据。
单个环境传感器的探测范围例如可以由最大的传感器有效范围和张角限定。为确定机动车沿相应轨迹进行预测运动的情况下的探测范围，可以尤其是利用在固定在环境中的、固定在机动车上的和/或固定在传感器处的坐标系之间的坐标转换功能。传感器本身的探测范围在此可以在为该传感器配属的坐标系中给出。由于在机动车上的取向已知、布置位置已知，所以能够将该探测范围换算到固定在机动车上的坐标系中。固定在机动车上的坐标系可以使按照DIN 70000确定。但对于轨迹规划而言有利的是，取而代之使用环境-传感器-坐标系。环境-传感器-坐标系的x-y-平面可以是由车轮在地面上的支承面所限定。x轴沿车辆纵向向前指向。原点位于支承面中的后轴中心。作为转动角考虑的是机动车的横摆角、俯仰角和侧倾角。在此在轨迹规划时的配置空间可以有利地以环境-传感器-坐标系为参照，所获取的环境数据能够为用于轨迹规划而被转换至环境-传感器-坐标系。
为了例如确定在机动车沿一轨迹运动时一位置是否位于环境传感器的探测范围中，可以首先在当前的环境-传感器-坐标系中描述该待检查的位置。通过坐标转换，例如通过使用相应的旋转矩阵和平移，能够就机动车在位于该轨迹上的一轨迹点处逗留的情况将所述位置的坐标转换至预测的环境-传感器-坐标系。通过二次坐标转换能够将所述位置的坐标随后转换至预测的传感器-坐标系，并且例如通过将点坐标与传感器的张角和传感器的有效范围相比较能够确定该相应的点是否位于传感器的探测范围中。
有利地可以在选择设定轨迹之前确定在机动车的环境中的至少一个相关的环境元素，其中对探测标准作如下评估：该相关的环境元素在相应预测的运动期间以何种程度位于预测的探测范围中。该环境元素可以是相对于机动车环境方面位置固定的环境元素，例如十字路口或交汇处。替代或补充于地还可以将运动的环境元素、例如其他机动车或行人作为相关的环境元素加以考虑。对于考虑运动的相关环境元素的情况，可以为该相应的运动的环境元素预测未来的元素轨迹。对于机动车预测地沿一相应轨迹运动的情况，可以在该情况下分别确定在哪一时间点到达一轨迹点，并且可以根据该元素轨迹和该时间点确定该相关的运动的环境元素的预测的位置。
所确定的用于机动车的未来的、可能的运动的轨迹尤其可以包括对应多个时间上隔开的轨迹点，其中为所确定的轨迹中的每个轨迹的轨迹点中的每个轨迹点确定一点探测范围标准，其中为轨迹点中的每个轨迹点确定一预测的探测范围，并且其中，如果该相应的环境元素至少部分位于该相应的预测的探测范围中，则满足该点探测范围标准。如果满足了点探测范围标准的相应确定的轨迹的轨迹点的比例和/或数目超出或达到了规定的值，则满足了探测范围标准。尤其是如果对于相应确定的轨迹的轨迹点中所有轨迹点都已满足点探测范围标准，则可以满足探测范围标准。
在根据本发明的方法中，尤其可以选择所确定的轨迹中的一条轨迹作为设定轨迹，对于该设定轨迹满足了探测范围标准。为此尤其可以用所谓的旗帜或者对满足探测范围标准的轨迹加以标识，或者对未满足探测范围标准的轨迹加以标识，也就是通过尤其可以具有两种状态的变型的一确定的状态加以标识。在另一种方法中，在确定设定轨迹时只考虑那种为其加以旗帜或未加以旗帜的轨迹。
也可以作为替代方案的是，未满足探测范围标准仅是导致：未满足探测范围标准的相应轨迹与满足了探测范围标准的轨迹相比贬值。尤其是可以根据不同的用于选择设定轨迹的评估标准为轨迹中的每个轨迹确定各一轨迹值，其中将具有最高或最低值的轨迹选择为设定轨迹。在确定相应轨迹的值时，所述探测范围标准可以例如这样被加以考虑：在满足探测范围标准时，为轨迹的值加上相应的一规定的值。当然，还可以将多个评估标准复杂地结合用于设定轨迹的选择。这样例如可以针对相应一个环境传感器或一组环境传感器确定至少两个探测范围标准，并且在选择设定轨迹时可以仅将那些两个探测范围标准都未满足的轨迹排除。
所确定的轨迹可以分别包括多个时间上间隔的轨迹点，其中针对评估标准中的至少一种评估标准对轨迹点中的每个轨迹点利用相应的点评估标准进行评估，以便确定点评估，其中该评估标准是利用与相应确定的轨迹相关的点评估标准进行评估。因而对机动车预测地沿相应确定的轨迹的运动进行时间离散化。对于这些离散的时间点中的每个时间点、即轨迹点都单独应用点评估标准进行评估，以便确定相应的评估标准。
此外，本发明涉及一种机动车，其具有用于自动化地操纵机动车的驾驶员辅助系统，其中该机动车被构造成用于执行根据本发明的方法。
附图说明
本发明的其它优点和细节由下面实施例以及对应附图示出。在此，附图示意性示出：
图1示出根据本发明的方法的实施例的流程图，
图2示出为机动车在根据本发明的方法的实施例中确定的多个轨迹，
图3示出在机动车沿途2中示出的轨迹之一运动时传感器的预测的探测范围，和
图4示出根据本发明的机动车的实施例。
具体实施方式
图1示意性示出运行用于自动化地操纵机动车的驾驶员辅助系统的方法的流程图。在步骤S1中通过机动车的环境传感器确定与机动车环境相关的环境数据，通过机动车的其它传感器、对控制参数进行评估以及对数据库的评估确定与机动车自身相关的自身数据。为了生成机动车的环境的环境模型和为了能够进行轨迹规划，由不同的环境传感器所探测到的环境数据都被转换至一个共同的坐标系，即所谓的环境-传感器-坐标系。该环境-传感器-坐标系用于进一步的轨迹规划。
根据在步骤S1中确定的环境数据和自身数据，在步骤S2中确定多个分别描述机动车的有可能的、将来的运动的轨迹。这类所确定的轨迹2、3、4、5在图2中被示意性示出。由机动车1出发示意性示出了四条所确定的轨迹2、3、4、5，这些轨迹描述机动车未来可能的运动。由于简要性的原因，在此只示出了这四条轨迹2、3、4、5。在典型的行驶状况中会由用于自动化操纵的驾驶员辅助系统确定远远更多的轨迹。轨迹2、3、4、5中的每条都包括时间上隔开的轨迹点6，这些轨迹点描述所述环境-传感器-坐标系的原点7的位置、进而描述机动车1的相应位置。当在步骤S2中确定轨迹2、3、4、5时，除了为轨迹点6中的每个确定该相应轨迹点6在当前环境-传感器-坐标系中的位置外，还确定与机动车1的预测的状态有关的其它信息，尤其是机动车1在相应的轨迹点6处的预测的取向。
在步骤S3中，从在步骤S1中探测到的环境数据中确定在机动车的环境中的至少一个相关的环境元素，其中在此要这样进行机动车的操纵，使得该环境元素保持在机动车的传感器的探测范围内。环境元素可以是在机动车的环境中的固定的点，其例如标记十字路口或行车道终点。但环境元素也可以是运动的环境元素，例如其它机动车或行人。
如果环境元素是运动的环境元件，那么在步骤S3中额外地执行对环境元素的运动预测，其中对在步骤S2中相应确定的轨迹点6的时间点确定该环境元素在当前的环境-传感器-坐标系中的预测位置。
步骤S3的结果是至少一个相关的环境元素在当前的环境-传感器-坐标系中的固定的坐标或在不同的轨迹点6之间变化的坐标。在之后的步骤中，从所确定的轨迹2、3、4、5中选出设定轨迹，从而在机动车沿该设定轨迹运动时相应的坐标位于环境传感器的所预测的探测范围中。
为此，在步骤S4至S12中为轨迹2、3、4、5中的每个轨迹相应地应用探测标准进行评估。步骤S4至S12针对在步骤S2中确定的轨迹2、3、4、5中的每个轨迹独立实施。因此，在步骤S4中首先为每轮执行选择出所确定的轨迹2、3、4、5中的一条轨迹，针对这条轨迹在下面执行步骤S5至S12。
探测范围标准是根据点探测范围标准而确定的，该点探测范围标准是针对相应轨迹2、3、4、5中的轨迹点6中的每个轨迹点在步骤S5至S9中独立确定的。为此，在步骤S5至S9的每轮执行中，在步骤S5中从在步骤S4中所选择出的轨迹2、3、4、5中的轨迹点6中选择出相应一个轨迹点，为这个轨迹点在接下来步骤中确定点探测范围标准。
为了确定，针对所相应选择的轨迹点6，相关环境元素的坐标是否位于传感器的预测的探测范围中，将该相关的环境元素的坐标从当前的环境-传感器-坐标系转换至预测的传感器坐标系。这个接下来参照图3详细描述的转换分两步进行，其中该相关环境元素14的坐标首先从当前的环境-传感器-坐标系转换至预测的环境-传感器-坐标系，随后从预测的环境-传感器-坐标系转换至预测的传感器坐标系。该当前的环境-传感器-坐标系的原点7在机动车1所在的支承面中位于后轴的中心。该环境-传感器-坐标系的x-y-平面由车轮在地面上的支承面限定。该x轴8与行驶方向垂直地延伸，该y轴9在行驶方向上延伸。在图2中所示的轨迹2、3、4、5中的轨迹2被视为在步骤S4中所选择的轨迹。沿该轨迹2示出轨迹点6中的多个轨迹点。针对轨迹点6中的每个轨迹点都已经在步骤S2中的轨迹计算时确定了机动车1的位置和机动车的取向，即横摆角。
对于在步骤S5中所选择出的轨迹点6，相应于预测的车辆位置1’确定出原点为7’的预测的环境-传感器-坐标系。该预测的环境-传感器-坐标系的x轴8’垂直于机动车在轨迹点6处的预测的行驶方向延伸，该预测的环境-传感器-坐标系的y-轴9’的方向在预测的行驶方向上延伸。相关的环境元素14的坐标可以通过坐标转换从当前的环境-传感器-坐标系转换至预测的环境-传感器-坐标系，这是因为无论是原点7的位置和环境-传感器-坐标系的x轴8和y轴9的位置、还是原点7’的位置和预测的环境-传感器-坐标系的x轴8’和y轴9’的位置都是已知的。这类换算例如通过对坐标使用相应的旋转矩阵以及之后再平移即可实现。
之后将相关环境元素14的坐标换算至传感器坐标系，该传感器坐标系的原点位于点10处，并且由x轴11和y轴12限定平面。该预测的传感器坐标系相对于预测的环境-传感器-坐标系的相对位置只取决于传感器在机动车1中的相对位置和取向。
在坐标转换之后，在步骤S7中相关环境元素的坐标都位于预测的传感器坐标系中。因此能够在步骤S7特别简单地确定：相关环境元素14的坐标是否位于传感器的探测范围15内部。对于大多数传感器而言，传感器的探测范围可以通过张角的两个有限的角度αStart’16、αEnde 17并且通过最大的传感器有效范围R 13来说明。相关环境元素14的坐标刚好位于传感器的探测范围内的条件是，一方面符合：
其中x和y是相关环境元素在预测的传感器坐标系中的坐标。另一方面必须符合：
αStart<arctan(y:x)≤αEnde。
如果不满足这两个条件之一，则该相关环境元素14位于探测范围外部并且以步骤S8继续，在步骤18中，由于未满足点探测范围标准，所以通过设置旗帜对在步骤S4中所选择的轨迹2、3、4、5中的在步骤S5中所选择出的轨迹点6加以标识。
如果在步骤S7中这两个条件都被满足，或者在步骤S8中执行了加标识，则在步骤S9中检查：是否在步骤S4中选择出的轨迹2、3、4、5的所有轨迹点6都已经处理完毕。如果不是这样，则以步骤S5继续所述方法，并从在步骤S4中选择的轨迹2、3、4、5中选择出另外的轨迹点6。
如果在步骤S9中确定：一条轨迹2、3、4、5的所有轨迹点6都被处理完毕，则在步骤S10中针对该轨迹2、3、4、5确定：是否满足了探测范围标准。对于一条轨迹2、3、4、5而言，只有当所有的点探测范围标准都得到了满足，也就是说，只有当轨迹点6中没有任何轨迹点在步骤S8中被加以旗帜标识，才满足了探测范围标准。
在一种替代的实施形式中，对于满足探测范围标准而言，下述情况可能就足够了：轨迹点6中的规定比例或规定数目都相应满足了点探测范围标准。
如果未满足所述探测范围标准，则对在步骤S4中选出的轨迹2、3、4、5加以轨迹旗帜标识，以便示出该轨迹2、3、4、5未曾满足探测范围标准。接下来在步骤S12中检查：所有在步骤S2中确定的轨迹2、3、4、5是否都已经被处理完毕。
如果不是这种情况，则该方法以步骤S4中继续，并且从所确定的轨迹2、3、4、5中选出另一轨迹。如果已经对所有所确定的轨迹2、3、4、5都作出了关于是否各自满足探测范围标准的检查，则该方法以步骤S13继续，方式是：根据其它评估标准，将轨迹2、3、4、5中的在步骤S11中未被加以轨迹旗帜的一条轨迹、也就是满足了探测范围标准的一条轨迹，选择作为设定轨迹。在用于自动化地操纵机动车的方法中从多条轨迹2、3、4、5中选出一条轨迹作为所要使用的设定轨迹已经基本由现有技术所公开，在此不加以赘述。
接下来在步骤S14中通过控制用于使机动车沿设定轨迹运动的车辆系统来执行所选择的设定轨迹。
图4示出了机动车1，其被构造用于实施上述方法。该机动车具有用于自动化地操纵机动车1的驾驶员辅助系统18。通过环境传感器19探测与机动车环境相关的环境数据。同时，通过大量未示出的传感器以及利用GPS接收器24连同导航系统20探测机动车的自身数据，该自身数据表述车辆状态、尤其是机动车的位置。
驾驶员辅助系统18对机动车1的自动化地操纵能够通过以下方式实现：驾驶员辅助系统18控制各种车辆系统，尤其是驱动机21、制动器22以及转向系统23，以便使机动车在由驾驶员辅助系统18确定的设定轨迹24上行驶。为此，如所述那样，根据环境数据和自身数据确定多条轨迹，这些轨迹分别描述机动车的可能的未来运动。从所确定的轨迹中选出一条轨迹作为用于操纵机动车的设定轨迹，其中在选择设定轨迹时对环境传感器19的探测范围加以考虑。

Claims (7)

1.运行用于自动化地操纵机动车的驾驶员辅助系统的方法，其特征在于，所述方法具有以下步骤：
-通过机动车的环境传感器探测与机动车的环境有关的环境数据，并且探测与机动车有关的自身数据，
-根据环境数据和自身数据确定多个轨迹，这些轨迹分别描述机动车可能的未来运动，
-通过利用多个评估标准进行评估从所确定的轨迹中选择出设定轨迹，其中评估标准中的至少一个评估标准是探测范围标准，该探测范围标准对在机动车预测地沿相应确定的轨迹运动期间机动车的环境传感器之一的至少一个预测的探测范围或一组环境传感器的至少一个预测的探测范围作出评估，
-控制车辆以使机动车沿设定轨迹运动。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在选择设定轨迹之前确定机动车环境中的至少一个相关的环境元素，其中，如此利用探测标准进行评估：该相关的环境元素在进行相应预测的运动期间以何种程度位于预测的探测范围中。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
所确定的轨迹分别包括多个时间上间隔开的轨迹点，其中为所确定的轨迹中的每条轨迹的轨迹点中的每个轨迹点确定一点探测范围标准，其中为轨迹点中的每个轨迹点确定一预测的探测范围，并且其中，如果该相关的环境元素至少部分位于该相应预测的探测范围中，则满足该点探测范围标准。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
如果相应确定的满足点探测范围标准的轨迹的轨迹点的比例和/或数目超出或达到了规定的值，则满足探测范围标准。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
选择所确定的轨迹中的一条满足探测范围标准的轨迹作为设定轨迹。
6.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
所确定的轨迹分别包括多个时间上间隔开的轨迹点，其中针对评估标准中的至少一种评估标准，对轨迹点中的每个轨迹点利用相应的点评估标准进行评估，以便确定点评估，其中该至少一种评估标准是利用与相应确定的轨迹的轨迹点相关的点评估标准进行评估。
7.一种机动车，该机动车具有用于自动化地操纵机动车的驾驶员辅助系统(18)，
其特征在于，
该机动车(1)被构造成执行根据上述权利要求之一所述的方法。
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