CN106985816A - 驾驶员辅助系统和用于防撞的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于防撞的驾驶员辅助系统，其具有‑用于检测在车辆(1)的预计轨迹(14)上的障碍物(3)的环境传感器(8)；‑用于寻找第一绕行轨迹(15)和用于寻找第二绕行轨迹(19)的计算单元(12)，在第一绕行轨迹(15)上可以无碰撞地绕过障碍物(3)行驶，第二绕行轨迹(19)从预计轨迹(14)在将来的时刻(18)分支并且在第二绕行轨迹(19)上可以无碰撞地绕过障碍物(3)行驶；‑转向控制系统(22)，其可以通过计算单元(12)控制，用于使车辆(1)沿绕行轨迹(15、19)之一转向，其中，计算单元(12)被设置用于，仅在寻找第二绕行轨迹(19)失败时才控制转向控制系统(22)并且使车辆(1)沿第一绕行轨迹(15)转向。

Description

驾驶员辅助系统和用于防撞的方法
技术领域
本发明涉及一种在机动车中用于防撞的驾驶员辅助系统以及一种可以借助这种驾驶员辅助系统实施的方法。
背景技术
专利文献EP2141057A1公开了一种用于防撞的驾驶员辅助系统。这种传统的驾驶员辅助系统被设计不仅用于干预车辆的转向控制系统并且使车辆转向绕过识别到障碍物，而且也用于仅向车辆驾驶员指示存在的碰撞危险并让其进行可能需要的绕行。
当使用已知的系统用于避免碰撞危险时，重要的是尽可能早地进行警告，以便给予驾驶员采取有针对性反应的机会。但是警告越早，其不合理的可能性就越高，并且驾驶员习惯于不重视驾驶员辅助系统的警告的可能性就越高。
当驾驶员辅助系统不仅仅限于发出警告，而是就此干预转向控制系统时，那么可以认为只要驾驶员辅助系统有一次以不合理的方式干预转向控制系统，驾驶员就会不再使用这种辅助系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种驾驶员辅助系统和用于其运行的方法，其中，在有危险时驾驶员辅助系统仍然可以干预转向控制系统，但是在近乎安全时的不必要的干预可以被避免。
所述技术问题通过按照本发明的设计方案的驾驶员辅助系统解决，其具有：
-用于检测在车辆的预计轨迹上的障碍物的环境传感器，该车辆通常是其中安装有驾驶员辅助系统的车辆；
-用于寻找第一绕行轨迹和用于寻找第二绕行轨迹的计算单元，在第一绕行轨迹上可以无碰撞地绕过障碍物行驶，第二绕行轨迹从预计轨迹在将来的时刻分支并且在第二绕行轨迹上可以无碰撞地绕过障碍物行驶；
-转向控制系统，其可以通过计算单元控制，用于使车辆沿绕行轨迹之一转向，
其中，计算单元被设置用于，仅在寻找第二绕行轨迹失败时才控制转向控制系统并且使车辆沿第一绕行轨迹转向。
以这种方式保证只有在障碍物是如此的近，使得尽管还存在第一绕行轨迹但在之后的时刻却不再存在第二绕行轨迹时按照本发明的驾驶员辅助系统才干预转向控制系统。因此在尽可能最晚的时刻才干预转向控制系统，就是说在此时刻可以很确信地做出即将发生碰撞的推测，但是在此时刻驾驶员(若其觉察到障碍物和尝试绕过障碍物时)必须已经早就偏离于预计轨迹。按照本发明的驾驶员辅助系统只有在驾驶员自己不再能做出反应时才做出反应。只要障碍物本身被正确检测，就排除了驾驶员可以事后认为计算单元干预转向控制系统是不必要的情况。
在此对转向控制系统的定义做普遍理解，即机动车驾驶员不仅通过将可转向车轮的轮距角设置为预期的轨迹引导其车辆，而且在必要时也加速或者减速车辆，转向控制系统应该可以在控制车辆的可转向车轮之外还可以控制发动机和/或制动器，以便在绕行轨迹上引导车辆。尤其地，在绕行轨迹期间车辆的减速通常是必要的，使得车辆在行驶绕行轨迹后可以被保持在其行驶轨迹上。
可以以不同的方法确定预计轨迹。因为在将来的较短的时间段(根据车辆速度的不同通常为几秒钟或者仅几分之一秒)内总是必然到达预计轨迹，所以预计轨迹的预测可以有很高的准确度。
在最简单的情况中，预计轨迹的确定可以以车辆的当前的运动的纯粹的外插法(Extrapolation或称为外推法)为基础。还能想到的是，在确定时考虑位于车辆前的车道并且为其检测配设环境传感器。在此，可以是与也被用于检测障碍物相同的环境传感器。
通常总是存在无限多的备选绕行轨迹，计算单元可以从其中分别选择最合适的作为第一和第二绕行轨迹。为了保证这种备选绕行轨迹可以真正被车辆行驶而不违反运动学法则，计算单元应被有针对性地设置，以便仅在整个备选绕行轨迹上不超过加速度的最大值时才将备选绕行轨迹考虑为第一或者第二绕行轨迹。该最大值应被选择得足够低，以便使车辆的车轮不会在车道上打滑。
备选绕行轨迹应该满足的另外的边界条件是，在预计轨迹和备选绕行轨迹之间的侧向位移不超过预定的最大值，以便能保证备选绕行轨迹可以在可用的车道宽度上行驶。
在备选绕行轨迹的端点，车辆的横向于行驶方向的速度还应该足够小，以便保证车辆在备选绕行轨迹之后不在车道上滑出。就是说，在直车道情况下，在备选绕行轨迹的终端不仅沿车辆横向的速度应该是零，而且沿车辆横向的加速度也应该是零。
将来到达所述将来时刻(第二绕行轨迹在该时刻从预计轨迹分支出去)所用的时间应当至少与计算单元用于找到第二绕行轨迹所需的时间一样长，以便在当前的和将来时刻之间能执行所述方法的所有步骤并且在所说得将来的时刻可以开始所述方法的新的迭代。
在最简单的情况中，计算单元可以被设置为从车辆已经行驶过的轨迹外插或外推得到预计轨迹，例如，方法是在已驶过的轨迹的纵向坐标和横向坐标上拟合多项式并且计算其在将来时刻的值。但是外插的时间间隔越长，这种外插的可靠性会很快下降，不过对于在此所述的几秒钟或者几分之一秒的外插时间来说可以得到满意的准确度。
根据改进设计方案，在确定预计轨迹时也可以考虑上文提及的由环境传感器检测的车道路线或者由公知的导航系统根据存储在其中的地图资料预测的车道路线。
计算单元可以被设置用于在内部将绕行轨迹表示为多项式，该多项式的自变量是时间，函数值是尤其沿车辆的纵向和横向的位置坐标。
在选择该多项式时，可以以简单的方式考虑车辆在目前的时刻的运动状态，方法是将车辆在绕行轨迹的开始处的位置、速度和加速度分别设为该多项式的最低阶的系数。
理想地，计算单元应当可以总是能在较短的时间段内重复所述方法，使得在所述方法的已有迭代中确定的第二绕行轨迹可以在下一次迭代中被用作第一绕行轨迹并且不必重新计算。仅在车辆的运动偏离预计轨迹很大的特殊情况中或者出现其他意外事件时，这会导致所述第二绕行轨迹不再可用。若在这种情况中寻找第一绕行轨迹失败，则计算单元可以在紧急刹车的范围内使车辆减速。
根据本发明的另外的设计方案所述技术问题通过一种用于防撞的方法解决，其具有步骤：
a)估算车辆的预计轨迹；
b)检测在预计轨迹上的障碍物；
c)寻找第一绕行轨迹，在第一绕行轨迹上可以无碰撞地绕过障碍物行驶；
d)寻找第二绕行轨迹，第二绕行轨迹在将来的时刻从预计轨迹分支并且在第二绕行轨迹上可以同样无碰撞地绕过障碍物行驶；和
e)在寻找第二绕行轨迹失败时沿第一绕行轨迹使车辆转向。
在实际中循环重复步骤a)至步骤d)，以便分别临时更新预计轨迹和可能的以其为基础的第二绕行轨迹。当在此在将来的时刻已计算了第二绕行轨迹的车辆还位于预计轨迹并且在此时刻执行所述方法的第二次迭代时，则在第一次迭代中得到的第二绕行轨迹在第二次迭代中被用作第一绕行轨迹，以便不必为其计算重新耗费计算性能。
本发明的内容还包括具有程序编码器件的计算机程序产品，其使计算机可以作为在驾驶员辅助系统中的计算单元如上所述地工作或者执行上述方法，本发明的内容还包括计算机可读的数据载体，在该数据载体上记录了使计算机可以以这种方式工作的程序指令。
本发明的内容还包括用于防撞的装置，其具有：
a)用于估算车辆的预计轨迹的器件；
b)用于检测在预计轨迹上的障碍物的器件；
c)用于寻找第一绕行轨迹的器件，在第一绕行轨迹上可以无碰撞地绕过障碍物行驶；
d)用于寻找第二绕行轨迹的器件，第二绕行轨迹在将来的时刻从预计轨迹分支并且在第二绕行轨迹上可以无碰撞地绕过障碍物行驶；和
e)用于在寻找第二绕行轨迹失败时沿第一绕行轨迹使车辆转向的器件。
附图说明
本发明的其它特征和优点由下面参照附图对实施例的说明中得出。附图中：
图1示出其中可以使用驾驶员辅助系统的典型的交通情况；
图2示出驾驶员辅助系统的方框图；
图3示出驾驶员辅助系统的工作方法的流程图。
具体实施方式
图1示出机动车1，其装备有按照本发明的驾驶员辅助系统并且在双向车道道路2上行驶。停在道边的车辆挡住机动车1行驶的车道4的一部分并且成为机动车1必须绕过的障碍物3，以便避免碰撞。
另外的车辆5在道路2的相向车道上行驶。机动车1为了绕行障碍物3沿相向车道6绕行时不许由此引发与车辆5的碰撞。
图2示出机动车1装备的驾驶员辅助系统7的方框图。环境传感器8隶属驾驶员辅助系统7，在此为摄像机，其指向位于机动车1之前的道路2，以便既检测道路的走向也检测在道路2上可能会有的障碍物3例如停着的车辆。备选地也可以配设雷达传感器用于障碍物检测。
为了改善借助摄像机8检测道路走向的可靠性，可以配设已知的导航系统9，其提供关于现在行驶的道路2的走向的数据。
方向盘传感器10可以用作检测由驾驶员在机动车1的方向盘上设置的角度和用作估算由此导致的机动车1的路径走向；作为补充地可以配设加速度传感器11，以便检测在车辆纵向和横向上的加速度，机动车1在其路径上承受该加速度。
计算单元12、通常为微型电脑，与传感器8、10、11和导航系统9连接。在此微型电脑上运行的第一应用程序13用于确定预计轨迹，在预定轨迹上机动车1从其在图1中示出的当前位置继续运动。在此，轨迹指的是在多维空间中的曲线，其坐标在此至少包括两个空间坐标x和y以及时间坐标。预计轨迹的确定基于方向盘传感器10和加速度传感器11为机动车1至今的轨迹所提供的数据，必要时还考虑道路2的走向，其可以从导航系统9和/或摄像机8的数据中得出。当机动车1刚刚在道路2上一直向前运动并且道路2的接下来已知的走向指示道路2的继续直线式的走向，则应用程序13在图3的流程图的步骤S1中将在图1中以14标示的直线式轨迹确定为预计轨迹。
通常，预计轨迹可以以分别对于沿车辆纵向的x坐标和沿车辆横向的y坐标的两个多项式的形式表示：
x(t)＝b0+b1t+b2t2+b3t3+b4t4+b5t5
y(t)＝c0+c1t+c2t2+c3t3+c4t4+c5t5
其中，初始位置(b0,c0)可以设为零而不限制普遍性，(b1,c1)和(b2,c2)分别说明在现在的时刻t＝0时机动车1的速度和加速度，其余系数可以通过在借助传感器8、10、11确定的在处于过去的时刻的机动车位置或者机动车速度的多项式拟合确定。
以此预计轨迹14和环境传感器8的数据为基础，应用程序13检查是否存在机动车1行驶预计轨迹14时可能会与其碰撞的障碍物(步骤S2)。碰撞危险被否定时，所述方法返回原点并且在预设的等待时间Δt后再次开始预计轨迹的确定S1。
在图1所示的交通状况中，在车辆位于点16时，在步骤S2中识别到存在与停着的车辆的碰撞危险。在此情况中，所述方法分支到步骤S3，以便计算第一绕行轨迹15。为该计算可以在计算单元12中配设另外的应用程序20。第一绕行轨迹15从预计轨迹14分离的点17应该在将来足够的远，以便在机动车1到达点17之前还能处理所述方法的下文中还有说明的步骤。
存在有任意多个轨迹，在这些轨迹上机动车1都能绕过停着的车辆3，不过其并不是都有必要适合作为绕行轨迹。被考虑的仅仅是这些绕行轨迹，其始终与至今行驶的轨迹相接，就是说，对于其同样有(b0,c0)＝0和(b1,c1)或者(b2,c2)分别相应于在当前时刻t＝0机动车1的速度和加速度。
无论如何作为不适合而不被考虑的轨迹中，由沿车辆纵向的加速度分量和沿车辆横向的加速度分量合成的加速度的数值大于机动车1的车轮还没有开始打滑的最大加速度，就是说对该轨迹在至少一个点上有：
不被考虑的轨迹还有，机动车1在该轨迹的终端没有回到其车道4上和/或在轨迹中机动车1沿车辆横向的速度dy/dt与道路2的接下来的走向不匹配，就是说其中在该轨迹的终端机动车1以不为零的速度靠近车道4的边缘部。
若在步骤S3中被证实，不存在满足这些要求的轨迹，于是就不再能防止碰撞，计算单元12只是还能实施(S4)全制动，以便减小碰撞的后果。相反地若在步骤S3中找到满足这些条件的第一绕行轨迹15，则在步骤S4中确定在步骤S1中确定的预计轨迹14上的另外的点，该点离机动车当前地点16比这样的点17更远，在点17上第一绕行轨迹15从预计轨迹14分离。优选地，这样选择点18，使得从所述方法在点16的开始至达到点18的时间是Δt。
以点18开始再次寻找绕行轨迹19(S6)。为了适合作为第二绕行轨迹，备选绕行轨迹必须满足与步骤S3的第一绕行轨迹一样的边界条件。若存在这样的第二绕行轨迹19，那就还不存在直接的碰撞危险，计算单元12可以允许经过时间段Δt，接着以步骤S1重新开始所述方法。
相反地，在步骤S6中表示的是若不存在这样的第二绕行轨迹19，则在步骤S3中确定的第一绕行轨迹15显然就是绕行障碍物3的最后的可能。在此情况中调用计算单元12的另外的应用程序21，以便干预机动车的转向控制系统22(图1中示意性地用伺服缸表示)，开始使机动车1沿第一绕行轨迹15转向(S7)。
为了能在沿第一绕行轨迹15转向期间继续注意机动车1周围的变化、例如迎面来的车辆5，在步骤S8中立即将第一绕行轨迹15取代至今的预计轨迹14，所述方法跳回至步骤S2，以便检查，在此第一绕行轨迹15上也不存在碰撞危险。一旦机动车5保持其沿对面车道6的直线式路径，就有足够的地方使机动车1在车辆3和车辆5之间经过，使得在步骤S2中碰撞危险被否定，机动车1可以继续沿绕行轨迹15行进。若机动车5向道路2的中部偏航，使得机动车不再能穿过车辆3、5之间，则在步骤S3中就必须再次寻找绕行轨迹。
要清楚的是，以上详细的说明和附图尽管展示了本发明确定的示例性的设计，但它们仅被考虑用于说明并且不应该被限制地视为本发明的范围。只要不脱离下面的权利要求和其等效范围，所述设计的各种各样的变型是可能的。尤其地，本说明和附图也基于未在权利要求中提及的实施例的特征。这些特征也可以有不同于此处特别公布的组合。多个这样的特征在相同的句子中或者以另外的上下文关联方式相互被提及，这样的事实因此不能正确地表明它们只能以特殊公开的组合出现；而是基本上认为多个这样的特征中也可以去掉几个或者被改变，只要其不使本发明的功能受到影响。
附图标记列表
1 机动车
2 道路
3 障碍物
4 车道
5 车辆
6 对面车道
7 驾驶员辅助系统
8 环境传感器
9 导航系统
10 方向盘传感器
11 加速度传感器
12 计算单元
13 应用程序
14 预计轨迹
15 第一绕行轨迹
16 点
17 点
18 点
19 第二绕行轨迹
20 应用程序
21 应用程序
22 控制元件

Claims (15)

1.一种用于防撞的驾驶员辅助系统，其具有
-用于检测在车辆(1)的预计轨迹(14)上的障碍物(3)的环境传感器(8)；
-用于寻找第一绕行轨迹(15)和用于寻找第二绕行轨迹(19)的计算单元(12)，在第一绕行轨迹(15)上可以无碰撞地绕过障碍物(3)行驶，第二绕行轨迹(19)在将来的时刻(18)从预计轨迹(14)分支并且在第二绕行轨迹(19)上可以无碰撞地绕过障碍物(3)行驶；
-转向控制系统(22)，其可以通过计算单元(12)控制，用于使车辆(1)沿绕行轨迹(15、19)之一转向，
其中，计算单元(12)被设置用于，仅在寻找第二绕行轨迹(19)失败时才控制转向控制系统(22)并且使车辆(1)沿第一绕行轨迹(15)转向。
2.按照权利要求1所述的驾驶员辅助系统，其中，转向控制系统另外可以在行驶第一绕行轨迹(15)时减速和/或加速车辆。
3.按照权利要求1或2所述的驾驶员辅助系统，其还具有用于检测位于车辆(1)前方的车道(2)的环境传感器(8)。
4.按照上述权利要求之一所述的驾驶员辅助系统，其中，计算单元(12)被设置用于，仅在所有备选绕行轨迹上不超过加速度的最大值时才将备选绕行轨迹考虑为第一或者第二绕行轨迹(15、19)。
5.按照上述权利要求之一所述的驾驶员辅助系统，其中，计算单元(12)被设置用于，仅在预计轨迹(14)和备选绕行轨迹之间的侧向位移不超过预定的最大值时才将备选绕行轨迹考虑为第一或者第二绕行轨迹(15、19)。
6.按照上述权利要求之一所述的驾驶员辅助系统，其中，在将来到达所述将来的时刻(18)所用的时间应当至少与计算单元(12)用于找到第二绕行轨迹(19)所需的时间一样长。
7.按照上述权利要求之一所述的驾驶员辅助系统，其中，在将来到达所述将来的时刻(18)的所用的时间(t)被预设为固定的。
8.按照上述权利要求之一所述的驾驶员辅助系统，其中，计算单元(12)被设置为从车辆已经行驶过的轨迹外推得到预计轨迹(14)。
9.按照上述权利要求之一所述的驾驶员辅助系统，其中，计算单元(12)被设置为将绕行轨迹(15、19)表示为多项式，所述多项式的自变量是时间，函数值是位置坐标。
10.按照权利要求8所述的驾驶员辅助系统，其特征在于，计算单元(12)被设置为，通过这种多项式寻找绕行轨迹(15、19)，所述多项式的最低阶的系数分别是车辆(1)在绕行轨迹(15、19)的开始处(17、18)的位置、速度和加速度。
11.按照上述权利要求之一所述的驾驶员辅助系统，其特征在于，计算单元(12)被设置为，在寻找第一绕行轨迹失败(15)时使车辆(1)减速。
12.一种用于防撞的方法，其具有步骤：
a)估算车辆(1)的预计轨迹(14)；
b)检测在预计轨迹(14)上的障碍物(3)；
c)寻找第一绕行轨迹(15)，在第一绕行轨迹(15)上可以无碰撞地绕过障碍物(3)行驶；
d)寻找第二绕行轨迹(19)，第二绕行轨迹(19)在将来的时刻(18)从预计轨迹(14)分支并且在第二绕行轨迹(19)上可以无碰撞地绕过障碍物(3)行驶；和
e)在寻找第二绕行轨迹(19)失败时沿第一绕行轨迹(15)使车辆转向。
13.按照权利要求12所述的方法，其中，循环重复步骤a)至步骤d)，当在将来的时刻车辆(1)还位于预计轨迹(14)上时，则在第一次迭代中得到的第二绕行轨迹(19)在第二次迭代中被用作第一绕行轨迹。
14.一种计算机程序产品，其具有程序编码器件，其使计算机可以作为计算单元(12)在按照权利要求1至11之一所述的驾驶员辅助系统中工作或者执行按照权利要求12或者13的方法。
15.一种计算机可读的数据载体，在所述数据载体上记录了程序指令，该程序指令使计算机可以作为计算单元(12)在按照权利要求1至11之一所述的驾驶员辅助系统中工作或者执行按照权利要求12或者13的方法。
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