CN107000746A - 用于车辆路径预测的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于预测车辆的未来路径的方法，该方法包括以下步骤：对车辆的速度、方向以及偏航率进行感测；对车辆的转向角进行感测；对车辆附近的行驶车道或车辆沿着其行驶的行驶车道进行感测；针对当前时间之后的第一时间段，计算第一路径预测，第一路径预测包括基于所感测的速度、方向以及偏航率来预测的轨迹；针对第二时间段，计算第二路径预测，第二时间段中的至少一些晚于第一时间段，这里假定由于转向角的变化而引起的转向动作会对车辆生效；针对第三时间段，计算第三路径预测，第三时间段中的至少一些晚于第二时间段，这里假定车辆的驾驶员将对车辆的轨迹进行控制以试图至少大体上遵循行驶车道；以及针对第一时间段、第二时间段以及第三时间段制定组合预测路径，其中，第一路径预测、第二路径预测以及第三路径预测均对组合预测路径有贡献。

Description

用于车辆路径预测的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于对车辆在行驶过程中的路径进行预测的系统及方法。

背景技术

许多现代车辆包括安全系统，该安全系统目的在于在发生危险事件(诸如，碰撞或者车辆偏离道路)之前被激活。然而，强烈不期望在非必要情况下激活车辆安全系统，因为这有可能令驾驶员烦恼并且分散注意力，并且例如在不正确地发射车厢内的气囊的情况下，甚至可能导致危险和伤害。

为了激活这种类型的抢占式(preemptive)安全系统，重要的是能够准确地确定车辆的未来路径。对车辆的未来路径的预测将使得车辆的处理器能够确定通常是否有可能发生危险情况。

US2006/0085131公开了一种路径估算系统，其中，处理器基于不同的准则生成潜在未来路径，并且为这些不同的路径分配置信度等级。基于这些潜在路径中的一些或全部的加权组合来计算最终的预测路径。

发明内容

本发明的目的是提供关于这种类型路径估算系统的一种改进的路径预测系统及方法。

因此，本发明的一方面提供了一种用于预测车辆的未来路径的方法，该方法包括以下步骤：对车辆的速度、方向以及偏航率进行感测；对车辆的转向角进行感测；对车辆附近的行驶车道或车辆沿着其行驶的行驶车道进行感测；针对当前时间之后的第一时间段，计算第一路径预测，所述第一路径预测包括基于所感测的速度、方向以及偏航率来预测的轨迹；针对第二时间段，计算第二路径预测，所述第二时间段中的至少一些晚于所述第一时间段，这里假定由于转向角的变化而引起的转向动作会对车辆生效；针对第三时间段，计算第三路径预测，所述第三时间段中的至少一些晚于所述第二时间段，这里假定车辆的驾驶员将对车辆的轨迹进行控制以试图至少大体上遵循所述行驶车道；以及针对所述第一时间段、所述第二时间段以及所述第三时间段制定组合预测路径，其中，所述第一路径预测、所述第二路径预测以及所述第三路径预测均对所述组合预测路径有贡献。

有利地，所述第一路径预测、所述第二路径预测以及所述第三路径预测分别以第一贡献权重、第二贡献权重以及第三贡献权重贡献于所述组合预测路径，所述第一贡献权重、所述第二贡献权重以及所述第三贡献权重随着所述组合预测路径的时间变化。

优选地，在制定组合路径预测时，所述第一路径预测仅用于所述第一时间段，和/或，其中，在制定组合路径预测时，所述第二路径预测仅用于所述第二时间段，和/或，其中，在制定组合路径预测时，所述第三路径预测仅用于所述第三时间段。

便利地，所述第一路径预测包括车辆

a)继续沿着当前所感测的方向，或者

b)以所感测的偏航率、相对于所感测的方向继续转弯，或者

c)以按照所感测的偏航率的变化率继续变化的偏航率、相对于所感测的方向继续转弯，以及

a)继续以当前所感测的速度，或者

b)以所感测的加速率/减速率、相对于所感测的速度继续加速/减速，或者

c)以按照所感测的加速度变化率/减速度变化率继续变化加速度/减速度、相对于所感测的速度继续加速/减速。

有利地，所述第二时间段被计算成在与车辆的转向延迟(steering lag)相对应的时段之后开始，和/或，其中，所述第三时间段被计算成在与驾驶员的反应时间相对应的第一时段和与车辆的延迟相对应的第二时段的和之后开始。

优选地，对于所述第一时间段、所述第二时间段或所述第三时间段内的至少一个时刻而言，路径预测是基于所述第一路径预测、所述第二路径预测以及所述第三路径预测中的两个或更多个的组合来做出的。

便利地，在第一过渡时段内，组合路径预测基于第一路径预测和第二路径预测根据第一路径预测和第二路径预测各自的贡献权重的组合。

有利地，在第二过渡时段内，组合路径预测基于第二路径预测和第三路径预测根据所述第二路径预测和第三路径预测各自的贡献权重的组合。

优选地，在第三过渡时段内，组合路径预测基于第一路径预测、第二路径预测以及第三路径预测根据第一路径预测、第二路径预测以及第三路径预测各自的贡献权重的组合。

便利地，如果适用的话，在第一过渡时段、第二过渡时段或第三过渡时段期间，各个路径预测的贡献权重随时间变化。

有利地，所述方法还包括以下步骤：如果基于组合预测路径确定车辆将或有可能遇到遇到危险情况，则激活一个或多个车辆安全系统。

优选地，所述方法还包括以下步骤：对车辆附近的、可能与该车辆碰撞的一个或多个对象进行检测。

便利地，所述方法还包括以下步骤：识别关于行驶车道的正常行驶方向。

本发明的另一方面提供了一种计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，该计算机程序代码被适用于在所述程序在计算机上运行时执行上述任一方法中的所有步骤。

本发明的另一方面提供了一种根据上述内容的计算机程序，所述计算机程序体现在计算机可读介质上。

附图说明

为了更容易地理解本发明，现在将参考附图通过示例的方式对本发明的实施例进行描述，在附图中：

图1示出了在道路上沿着根据本发明的实施例所预测的未来路径行驶的车辆；

图2示出了根据本发明的实施例的用于对预测路径的分量进行加权的方案；

图3至图7示出了在道路上沿着根据本发明的实施例所预测的未来路径行驶的车辆的其他示例；以及

图8至图10示出了根据本发明的实施例的用于对预测路径的分量进行加权的其他方案。

具体实施方式

首先参考图1，其示出了正在沿着道路2行驶过程中的车辆1。

车辆1具有处理器(该处理器可以包括单个处理单元或多个连接的处理单元)，并且还配备有多个车辆传感器。

车辆传感器包括用于确定车辆1的当前速度的速度传感器。该传感器可以包括被适用于感测车辆1的一个或多个车轮的旋转速率的传感器。可替代地或另外地，速度传感器可以包括诸如GPS系统之类的定位系统，该定位系统更直接地测量车辆1的行驶速率。

车辆传感器还包括用于确定车辆的当前行驶方向的方向传感器。该方向传感器包括用于确定相对于磁性北/南的行驶方向的罗盘，和/或可以包括诸如GPS系统之类的定位系统，该定位系统更直接地测量车辆的行驶速率。

车辆传感器还包括用于检测车辆的当前转向角的转向角传感器。该转向角传感器包括用于确定车辆的方向盘所设置的角度的一个或多个传感器，并且可以替代地或另外地包括用于确定车辆的、涉及转向的车轮(通常为前轮)相对于车辆的纵向轴线所设置的角度的传感器。

所述车辆传感器还包括偏航率传感器。本领域技术人员应当理解的是，车辆1的偏航速率是车辆1围绕垂直地穿过车辆1的重心的轴线转动的速率。本领域技术人员应当理解的是，偏航率传感器包括用于测量由于车辆1围绕偏航轴的旋转而产生的加速度的惯性传感器。

除了上述内容之外，车辆1包括用于检测车辆1的附近的行驶车道的车道检测装置。如本领域所已知的，车道检测装置可以包括被设置成捕获车辆1周围的区域的图像的一个或多个照相机。这些照相机可以向前、向后指向车辆1的侧边，或者上述项的任意组合。可以对来自照相机的图像进行分析以确定指示行驶车道的边界的特征。例如，可以对道路2的两边3、4处的印刷线进行检测，以确定行驶表面的左边界和右边界。如果印刷线不存在，或者已经被侵蚀或者(例如，通过雪或叶子的覆盖)在视觉上被遮挡，则可以对其他线索进行检测以确定行驶表面的边界。例如，如果道路的两边均有上升的路缘和/或人行道，则行驶表面可能低于周围地形。可替代地，路面可能高于周围地形。可替代地或另外地，路面可以具有不同于周围地形的颜色和/或反射性。技术人员应当理解如何对来自于被设置在车辆周围的照相机的图像进行分析以确定行驶表面的边界。

除此之外，可以对用于指示路面内、行驶车道之间的边界的一条或多条线5进行检查。再次，这些线5可以包括印刷线，但是也可能存在诸如屏障或中央保留区之类的其他结构性特征。

在图1所示的示例中，道路2具有沿着其中央印刷的虚线印刷线5，该虚线印刷线5用于指示在左测道路上的行驶车道6与道路2的右侧上的接近的车道(oncoming lane)/超车道7之间的边界。

代替(或者除了)普通照相机，车道检测装置可以使用诸如红外传感器或雷达或激光雷达装置之类的其他传感器。

车辆1还配备有一个或多个安全装置，所述安全装置是可逆或不可逆的。可逆安全系统的示例包括电动安全带预紧器以及在一个或多个安全座椅中的支撑装置。不可逆安全装置的示例包括可充气气囊和烟火安全带预紧器。

车辆1还可以配备有主动制动装置和/或转向装置，所述主动制动装置和/或转向装置可操作成：如果确定对制动和/或者转向功能进行的控制可以避免或最小化危险情况所引起的危害，则对制动和/或转向功能采取控制。

车辆的处理器包括路径预测模块，该路径预测模块从一些或全部车辆传感器接收信号并且利用这些传感器来确定车辆1的可能的未来路径。

在一个优选实施例中，路径预测模块确定车辆的未来轨迹的第一阶段、第二阶段以及第三阶段。

在这样做时，假定如下情况：在第一阶段期间，车辆1将以其当前速度在路径上继续，或者车辆1将以其当前加速度在路径上继续，以及车辆1将以当前偏航率继续，或者车辆1将以偏航率的当前变化率继续。如果车辆1以恒定的速度直线行驶，则线性加速度和当前偏航率为零，并且因此实际上，在第一阶段期间，车辆1将以当前速度和方向继续。如果偏航率恒定且不为零，则可以确定的是，在第一阶段期间，车辆1将以当前偏航率相对于其当前方向顺时针或逆时针旋转。如果车辆正在加速/减速，和/或如果偏航率的变化率不为零，则在一些实施例中，这将被忽略，并且(为了简单起见)可以假定：在第一阶段期间，车辆将以当前速度和当前偏航率继续行驶。然而，在其他实施例中，可以假定：在轨迹的第一阶段期间，当前线性加速率(或者当前线性加速度的变化率)和/或当前偏航率的变化率将继续。

在图1中，附图标记8指示示出第一阶段期间的预测轨迹的线。

第一阶段可以认为是车辆1在短期内不可避免的轨迹，该不可避免的轨迹是通过偏航率、转向角、上述项的衍生物、偏航率和转向角的融合的测量值或者本领域技术人员所公知的类似技术来进行预测的。如果车辆1的驾驶员将转向变化、转向动作应用或者已经应用至会改变该轨迹的车辆，这个转向动作将不会立即生效。

本领域技术人员应当理解的是，驾驶员对转向动作的应用与对车辆的方向产生相应的效果之间存在延迟。然而，通常，车辆的前进方向应当与时刻T＝T_现在-T_延迟的转向角度成正比例。此外，车辆的转向角与车辆的实际偏航率之间的关系随着车辆速度、阿克曼角度的转向比、路面上的轮胎滑动以及一系列动态因素(例如，在较高速度的情况下，存在较大的向心加速度，因此一旦轮胎摩擦被克服就会产生更多的轮胎滑动)的变化而变化。

因此，对所期望的第一阶段所持续的时间长度进行相应地设置，并且在本发明的优选实施例中，所预测的第一阶段发生的时间长度取决于驾驶员所应用的转向动作的变化与转向的变化对车辆的轨迹的改变产生效果之间的延迟，这取决于车辆制造商的车辆转向设计。然而，这个时间通常小于1秒。

在优选的实施例中，第一阶段持续2秒或更短时间，在更优选的实施例中，第一阶段持续1秒钟或更短时间，以及在其他实施例中，第一阶段持续0.5秒或更短时间。

另外，在优选实施例中，第一阶段持续至少0.1秒，在其他实施例中，第一阶段持续至少0.2秒。

路径预测模块还计算车辆的轨迹的第二阶段。在该第二阶段期间，基于驾驶员所应用的当前转向动作来预测车辆1的路径。在该阶段期间，基于转向角对路径进行预测。基于转向角(即，由驾驶员应用的转向动作)的预测可能受到一系列转向因素(诸如，转向角的变化率，车辆1的速度，转向比(即，方向盘转动的角度与车辆1的车轮转动的角度之间的比率)、路面上的轮胎滑动、转向间隙、转弯设计和其他动态因素)的影响。在本发明的实施例中，计算轨迹的第二阶段的过程中可以考虑这些因素中的一些或全部，并且本领域的技术人员应当理解的是，包括哪些因素取决于所需要的处理级别以及每个因素有可能对预测轨迹所产生的影响的大小。在仅使用转向角的变化的简单情况(例如，现在的转向角与时刻T＝T_现在-T_延迟的转向角进行比较)下，在该阶段期间所预测的车辆1的方向的变化率是恒定的。

在一些实施例中，第二阶段期间车辆1的轨迹基于车辆1的当前转向动作与车辆的当前偏航率的组合来进行计算。例如，车辆1的当前偏航率被设置为初始偏航率，并且对车辆1的转向动作对该偏航率产生影响的方式进行计算。

在一些实施例中，在预测第二阶段期间车辆1的轨迹的过程中，考虑了偏航率的当前变化率。具体地，可以假定，偏航率的当前变化率在初始时刻与转向动作对第二阶段期间的轨迹的造成影响的时刻之间将继续。

在图1所示的示例中，附图标记9所指示的箭头示出了在第二阶段期间车辆1的预测轨迹。

所预测的第二阶段所持续的时间开始于第一(不可避免的)阶段的运动之后，即，在转向动作花时间影响车辆的运动/轨迹之后。然而，如下文更加详细地讨论的那样，第二阶段优选地持续一段时间(在这段时间内，驾驶员不会或大体上不会对周围的环境作出反应)，并且持续另一段时间(在这段时间内，驾驶员的任何反应将不会有时间影响车辆的轨迹)。

路径预测模块还预测车辆1的轨迹的第三阶段。在该第三阶段期间，假定驾驶员将采取行动来尝试且遵循适当的行驶车道，其中，该适当的行驶车道优选地为与所预测的在轨迹的第二阶段结束之后车辆1所在位置最靠近的车道，或者该适当的行驶车道优选地为与通过第一预测阶段和第二预测阶段的组合所估计的与车辆1的轨迹的最紧密相关联的车道。因此，在该第三阶段期间，预测车辆1将不会继续简单地遵守物理定律，而是预期驾驶员将采取积极动作来对车辆1进行控制，以使得车辆1尽最大可能地遵循适当的行驶车道，如图1和图3至图7所示。

在计算第三阶段期间所期望的轨迹时，处理器将试图对转向操作进行建模，该转向操作被驾驶员执行以遵循行驶车道。如果车辆1以受控方式沿着行驶车道行驶，则这可能涉及简单地转动方向盘使得车辆1继续沿着行驶车道行驶。如果车辆1行驶过快从而无法以受控方式转弯且遵循行驶车道，则路径预测模块将预测驾驶员会采取某些动作来遵循车道，即使该动作没有成功。

在另一示例中，如果车辆1预期已经离开或部分地离开遵循第二阶段的行驶车道，则路径预测模块将预测：驾驶员会试图操作车辆1使得其回到适当的行驶车道，并且在车辆到达行驶车道时，驾驶员使车辆1沿着遵循适当的行驶车道的方向转弯，如图1和图3至图7所示。

在本发明的优选实施例中，第三阶段被确定为在以下情况下开始：当驾驶员已经响应于车辆的周围环境执行了转向动作，并且当该转向动作(鉴于转向延迟)已经有时间对车辆的轨迹产生效果。

驾驶员的反应时间难以预测，并且取决于多种因素。此外，如果从初始时刻T₀开始，对预测路径进行估算，则可能的情况是：驾驶员(在T₀时刻)已经处于对T₀时刻不久之前所发生的事件或激励的反应过程中。在本发明的优选实施例中，所假定的反应时刻被用于确定第三阶段的起点。

例如，已经发现典型的关于转向的反应时间(在McGehee、Mazzae和Baldwin所研究的Validation of a Driving Simulator Study on a Test Track(在碰撞回避研究中的驾驶员反应时间：测试轨迹驾驶模拟器研究的验证))大约为1.67秒。如果将典型的关于转向的反应时间与所估算的转向延迟时间相加，则所得到的总时间可以用作第三阶段的起点的估值。如果假定转向延迟为0.5秒，则总时间大约为2.17秒。在单独的研究(Triggers和Harris所研究的Reaction Time of Drivers to Road Stimuli(驾驶员对道路刺激的反应时间))中，发现了车辆的偏差在意外事件之后介于1秒至2秒之间的时间开始(并且因此该时间包括反应时间和转向延迟时间二者)，然而作者发现，当道路环境发生变化时，应该允许至少3s使得驾驶员执行转向回避响应。

在优选实施例中，预测第三阶段在计算时刻T₀的大约1秒至4秒之后开始，或者更优选地在计算时刻T₀的大约1秒至3秒之后开始。在更优选实施例中，预测第三阶段在计算时刻T₀的大约1.5秒至2.5秒之后开始。在一些实例中，预测第三阶段在计算时刻T₀的大约2秒或者大约2.17秒之后开始。

第三阶段直到第二阶段开始之后才开始。在上文所讨论的实施例中，其中，第一阶段在相对较长的时间段(例如，2秒钟)之后结束，这对应于车辆具有相对较长的转向延迟的情况，并且在这些情况下，第二阶段也将在相对较长时间(例如，朝向上文所给出的范围的上端的时间)之后结束。

在第三阶段中，可以预期的是，驾驶员将试图与适当的行驶车道的中央或中央附近对准，其中，该对准以与车辆1的前文所述的转向因素成比例的速率(诸如，车辆1的速度)来执行。由于车辆的最大安全转向率(turning rate)有限并且取决于车辆的速度，期待驾驶员采取的对准动作将具有最大值。

图2是示出了使用三个预测阶段来计算车辆1的合成的、总体预测路径所采用的方式的示意图。

从最接近的时刻(immediate time)T₀开始，期望车辆1遵循第一阶段(即，不可避免的轨迹)直到第一时刻T₁为止。在该第一时刻T₁之后，期望车辆1遵循第二阶段轨迹(即，遵循当前转向动作)直到第二时刻T₂为止。

在该第二时刻T₂之后，期待车辆1遵循第三预测路径，其中，驾驶员试图遵循行驶车道。

图2中的图示的左边示出了每个阶段的权重。在该实施例中，在每个时间段期间，第一轨迹、第二轨迹或第三轨迹被完全加权(即，权重为1或100％)因此，在从最接近的时刻T₀到第一时刻T₁的时间段期间，第一阶段轨迹被赋予了权重100％。在第一时刻T₁与第二时刻T₂的之间的时间段期间，第二预测阶段被赋予了权重100％。最后，在第二时刻T₂之后，第三预测阶段被赋予了权重100％。

返回至图1，在图1所示的时刻处，车辆沿着道路2行进，该道路2在车辆1的附近大体上是直的，然而车辆的前方是急剧的右侧弯道11。尽管驾驶员已经注意到，右侧弯道正在接近并且已经开始应用转向以沿顺时针方向旋转车辆1，但是车辆通常还是沿着道路2的行驶车道6直线行进。

可以看出，在车辆的轨迹的第一预测阶段8，车辆1按照沿着行驶车道6的大体直线继续行进。虽然驾驶员已经开始向车辆应用转向，但是可以确定的是，该转向在轨迹的第一阶段8期间将不会生效。

在该轨迹的第二阶段9中，对驾驶员的当前转向动作的效果进行计算，并且发现这会导致车辆1绕着偏航轴顺时针旋转，并且因此向右转动。

在轨迹的第三阶段10中，可以预期的是，驾驶员将采取行动来遵循行驶车道6，并且因此使得方向盘更剧烈地向右转，从而使得车辆1遵循行驶车道6。

相比之下，如果假定车辆的不可避免的运动会持续较长的一段时间，则箭头12示出了车辆1的预测轨迹。可以看出，该轨迹12离开道路2，因为这预测了车辆1没有进行剧烈地转弯以在右侧弯道11期间维持在行驶车道中。

没有理由确定车辆11将不会安全地越过弯道11，并且该预测路径12不是车辆可能的未来轨迹的良好或可靠的指示。

另一条线13示出了在确定车辆1的当前转向动作会持续较长时间段的情况下的预测轨迹。可以看出，当车辆持续穿过右侧弯道11时，转向动作不足以使车辆1停留在行驶车道6中，并且车辆1再次离开道路2到达左侧。然而，假定驾驶员完全清醒并且对车辆1进行控制，则没有理由怀疑驾驶员不会采取行动来围绕弯道11安全地驾驶车辆1，并且该轨迹13也不是车辆1的可能的未来的轨迹的良好或可靠的指示。

如果车辆的处理器预测车辆将遵循其他两个轨迹12、13中的一个，则处理器可以很好地确定车辆1有可能涉及危险事件，例如，“离开道路”事件。

处理器因此可以激活一个或多个安全机制，诸如，车辆的预紧器或结合的主动制动装置和/或转向装置。然而，在这种情况下，可以看出，这些措施是不必要的，并且可能会使驾驶员烦恼或惊慌。

转向图3，示出了道路2上再次涉及右侧弯道11的另一场景。

在这个场景中，车辆1已经移动到超车道7，以便超越另一车辆14，该车辆14在常规行驶车道6中并且在该车辆1的前方，并且相对于车辆1而言行驶更缓慢。车辆1以相对高的速度朝向弯道行进，并且接近车辆14。

根据本发明的实施例，预测车辆1的未来路径涉及不可避免的第一阶段8、第二阶段9以及第三阶段10，在第一阶段9期间驾驶员的当前转向动作生效，在第三阶段9期间驾驶员试图遵循行驶车道。

在图3所示的时刻，驾驶员相对和缓地向右转。

如图3所示，通过使用该方法，在驾驶员采取纠正措施，并且将操作车辆使得其回到道路2，然后沿着行驶车道6驾驶之前，路径预测模块将预测运动的第一阶段8和第二阶段9导致车辆向前行驶到常规行驶车道6中、横穿行驶车道6并且离开道路2左侧。

重要的是，路径预测模块预测：在运动的第一阶段8和第二阶段9(即，在驾驶员采取校正措施之前)期间，车辆1预测路径将与另一车辆14的位置相交。应当理解的是，在确定车辆1的所预测的未来路径是否与另一车辆的位置相交时，可以考虑另一车辆的当前速度、加速度以及方向来确定所述另一车辆的可能的未来位置。

在图3所示的示例中，处理器可以确定纠正措施和/或安全装置的激活是适当的，以便于要么试图且避免与另一车辆14发生碰撞，或者将在碰撞发生时，对车辆乘客所造成的伤害的危险最小化。

相比之下，图3上示出了另一条线15，其示出了如果仅考虑当前转向动作的情况下所预测的轨迹。

示出了另一条线16，其指示了在处理器仅考虑驾驶员试图遵循行驶线的情况下所预测的轨迹，即，不考虑以下情况：在发生这种情况之前，存在由车辆的当前速度、轨迹、偏航率以及转向动作决定的运动阶段。

应当理解的是，道路的、被认为是行驶车道的车道可以根据车辆被驱动的方式而变化。具体地，在如图1和图3所示的双车道道路的情况下，默认的行驶车道可以假设为“前进”车道，即，在车辆正在具有车辆右侧行驶的规定的国家行驶的情况下的左侧车道。

如果确定车辆参与超车操作，则处理器可以假定：目前，行驶车道(即，驾驶员被期待的尝试遵循的车道)是接近的车道/超车道7，并相应地调整未来轨迹。

用于确定车辆1是否参与超车操作的系统及方法在本领域中是已知的，并且在此将不再详细讨论。

现在参考图4，示出了另一场景，其中，所述车辆1已经再次移动到接近的车道/超车道7中，以便超越在常规行驶车道6中行驶的、更缓慢的另一车辆14。

再次，车辆1接近道路2中的右侧弯道11。

在该场景中，车辆1进一步远离另一车辆14，并且并不像前述场景(即，图3所示的场景)那样快速行驶。根据本发明的实施例，车辆1的路径预测模块计算车辆将遵循包括以下项的路径：第一阶段8(如上文所讨论的，不可避免的运动)、第二阶段9(基于当前转向动作)以及第三阶段10(其中，驾驶员试图遵循行驶车道)。

在该实施例中，预测轨迹的第一阶段8和第二阶段9保持在接近的车道/超车道7内，并且，在第三阶段10中，假定驾驶员会尝试将车辆保持在该车道7中。注意，出于第三阶段110的目的，因为车道7更好地与第一阶段8和第二阶段9所计算的路径相关联，所以驾驶员被期望的尝试且遵循的车道是接近的车道/超车道7，而不是常规行驶车道6。路径预测模块因此将确定车辆1将通过超车操作安全地继续。

图4中还示出了另一条线17，其示出了在假设车辆的不可避免的运动会持续较长时间段的情况下车辆1的预测路径。可以看出，该路径17与另一车辆14的位置相交，并且基于此预测车辆1将与另一车辆14碰撞。然而，应当理解的是，这将是不可靠的预测。

此外，示出了线18，其基于以下预测：基于当前转向动作的运动的第二阶段将持续较长时长。可以看出，在此基础上，车辆1将不会急剧转弯以足以保持在接近的车道/超车道7中，并且将漂移到常规行驶车道6。

然而，没有理由期望驾驶员不纠正车辆1的路线以遵循接近的车道/超车道，因此也是不可靠的预测。

转向至图5，示出了另一场景，其中，车辆1沿着常规行驶车道6行驶，并且在常规行驶车道6中的较慢移动的另一车辆14在其前方。车辆1的驾驶员开始向右转向方向盘。道路描述了车辆1前方的相对和缓的右侧弯道19。

根据本发明的实施例，车辆1的路径预测模块20预测了车辆1的未来路径，该未来路径包括第一阶段8，其中，车辆沿着常规行驶车道6大体向前行进。在预测轨迹的第二阶段9中，当车辆1的驾驶员所应用的关于当前转向的动作生效时，车辆1开始向右转。轨迹的第二阶段将车辆带入接近的车道/超车道7。

在预测轨迹的第三阶段10中，可以预期的是，当确定车辆1有可能参与超车操作时，驾驶员试图遵循接近的车道/超车道7。

可以看出，预测路径中的三个阶段8、9、10所形成的合成路径示出了关于车辆1的未来运动的可能的且合理的场景。

相比之下，示出了另一箭头20，该箭头20仅基于当前轨迹预测了车辆1的未来运动，并且可以看出的是，该路径20与另一车辆14的位置相交，因此表示以下预测：车辆1将与另一车辆14的后部碰撞。

另一条线21示出了在仅假设驾驶员将车辆1保持在常规行驶车道6中的情况下的预测路径。再次，该路径与另一车辆14的位置相交，并且有效地预测车辆1将与另一车辆14碰撞。

另一箭头22基于以下预测被示出：车辆1的当前转向动作将在较长的时间段内持续生效。可以看出，该路径22预测车辆1将向右转并且随后不会纠正该路线，从而导致以下预测：车辆将离开道路2的右侧。没有理由假设驾驶员将以这种方式继续操作车辆1，然而，还可以看出，该路径22不是车辆1的未来路径的可靠预测。

参考图6，再次示出车辆1沿着道路2的行驶车道6行进，并且在车辆1的前方，道路2描述了相对剧烈的右侧弯道11。另一车辆14在车辆1的前方沿着常规行驶车道6行驶。分支道路23在车辆1的前方并且向左边远离道路2延伸。驾驶员在图6所示的时刻刚开始使车辆1左侧转弯。

根据本发明的一个实施例，车辆被预测遵循包括第一阶段8的路径，在该第一阶段中，车辆1的不可避免当前运动会继续。在车辆的预测轨迹的第二阶段9中，驾驶员所采取的左侧转弯生效，并且车辆向左转弯，从而加入分支道路23。

在预测路径的第三路径10中，驾驶员于是对车辆1的路线进行随后的纠正，以将车辆保持在分支道路23的常规行驶车道6内。

可以看出，这是图6所示的情况下对车辆1的未来路径的可能且合理的近似。

图6上示出了另一条线24，其指示了仅基于所检测的当前速度和偏航速率的车辆1的预测轨迹。可以看出，该路径24与另一车辆14的位置相交，因此表示以下预测：车辆1与另一车辆14碰撞。图6上示出了另一条线25，其指示在确定车辆1的驾驶员试图将车辆维持在道路1的行驶车道6中的情况下的预测路径。再次，路径25与另一车辆14的位置相交。

示出了另一条线26，这条线26指示了在预测车辆1的当前转向动作持续更长时间的情况下的车辆的预测路径。可以看出，遵循该路径，车辆1并不转弯进入分支道路23，而是随后转向过度并且离开分支道路23的左侧。因此，这些可替代路径24、25、26并不代表车辆的未来位置的可靠预测。

参考图7，示出了另一场景。车辆1再次沿着道路2行进，而在车辆1的前方是相对剧烈的右侧弯道11。

另一正常车辆14在车辆1的前方沿着道路2的常规行驶车道6行驶。车辆1以相对高的速度行驶，并且比另一车辆14行驶要快。

路边对象27(诸如，杆或树)位于道路2左侧。在图7所示的时刻，驾驶员已经开始对车辆1进行相对剧烈的转弯，以使得车辆1向左转(即，逆时针方向)。

在引起这种场景的一组可能的情况下，驾驶员1可能仅认识到车辆1相对于另一车辆14而言行驶相当快，并且本能地将车辆转弯以采取回避动作。

与前述实施例一样，路径预测模块预测车辆1将遵循包括第一阶段8的未来路径，在第一阶段8期间，车辆1的当前运动会继续。预测路径还包括第二阶段9，在第二阶段9期间，驾驶员的当前转向动作生效。

可以看出，轨道的第二阶段9与路边对象27相交，因此表示以下预测：车辆1将于路边对象27碰撞。

路径预测模块还预测第三阶段10，在第三阶段10期间，车辆的驾驶员试图将车辆1返回至常规行驶车道6并且沿着车道6继续。本领域技术人员应当理解的是，然而，预测的实际效果是：车辆1在第二阶段9期间或之后与路边对象27碰撞，并且车辆1可能因此突然停止，并且不会继续进行预测的第三阶段10。

基于该预测，车辆1的处理器可以采取主动制动和/或转向措施，以避免与路边对象27碰撞。可替代地或另外地，可以激活一个或多个安全特征(诸如，安全带预紧器和气囊)，以便于将由于所预测的与路边对象27撞击而引起的可能的伤害最小化。

图7中还包括另一条线28，这条线28是仅基于车辆的当前运动。可以看出，该线28确实预测车辆1与另一车辆14碰撞，但是无法预测车辆1将左转并且与路边对象27碰撞。这种差异很重要，因为相对于与沿着相同方向(并且因此以相对较低的速度)行进的车辆的后部碰撞而言，与静止的狭窄的特征(诸如，树或杆)碰撞可能明显地更危险，并且这表示比较宽阔的并且包括溃缩区的障碍物。因此，这条线28容易低估情况的严重性。

图7中的另一条线29指示在假定驾驶员将简单地跟随道路2的车道6中的常规驾驶员的情况下的预测路径。再次，该路径预测车辆1将与另一车辆14碰撞，但是无法预测车辆1将与路边对象27碰撞。

根据上文给出的示例，可以看出，与用于计算车辆的可能的未来路径的其他潜在方法相比，本发明的实施例提供了实际且可靠的近似未来车辆轨迹。

可以设想的是，在优选实施例中，可以对车辆的可能未来路径进行定期地(例如，在车辆的处理单元的每个周期期间，其可以为大约50毫秒，但是可替代地，可以为例如每秒或每十分之一秒)预测。在任何时候，如果所预测的未来轨迹指示车辆1的一个或多个安全系统必须被激活，则基于所计算的未来轨迹来激活一个或多个适当的安全系统。

在一些实施例中，如果预计车预测在轨迹的第二阶段或第三阶段期间遭遇危险，则仅激活可逆约束系统(诸如，电动安全带预紧器)。这是因为与轨迹的第二预测阶段和第三预测阶段相关联的确定性水平小于与第一阶段相关联的确定性水平。相比之下，如果预测路径指示车辆在轨迹的第一阶段期间可能遇到危险情况，则可以激活不可逆的约束系统(诸如，气囊或烟火安全带预紧器)。

类似地，如果预测轨迹指示车辆在轨迹的第二阶段或第三阶段期间将遇到危险情况，则可以向驾驶员提供一个或多个警告(例如，如本领域所已知的，采用视觉、听觉或触觉警告)，但是不会激活主动制动装置或转向装置。然而，如果预测车辆在轨迹的第一阶段期间遇到危险情况，则触发主动制动装置和/或转向装置。

如上文所讨论的那样，并且参考图2，在本发明的一些实施例中，预测轨迹涉及关于第一时间段所计算的不可避免的运动，对该不可避免的运动赋予权重100％，并且轨迹的第二阶段(紧随着第一阶段并且与第一阶段相邻)涉及基于当前转向动作的所计算的运动，对轨迹的这一部分再次赋予权重100％。

参考图8，示出了可替代实施例。时间线表示随着时间的推移对轨迹的各个预测阶段所赋予的权重。在图6所示的图示的左侧，初始时刻是表示为T₀、作出预测的时刻。

将第一时间段期间(从初始时刻T₀到第一时刻T₁)的轨迹确定为如上文所讨论的车辆的所计算的不可避免的运动，并且对其赋予权重100％。

在第一时刻T₁与第二时刻T₂之间，预测路径是所预测的不可避免的运动与基于驾驶员的当前转向动作的所计算的运动的叠加或组合。在第一时刻T₁与第二时刻T₂之间时间内，第一轨迹的基于可避免运动的权重逐渐减小，并且轨迹的基于当前转向动作的权重相应地增大。在图8所示的实施例中，在第一时刻与第二时刻之间，根据不可避免的运动的权重线性地从100％减小到0％，根据基于当前转向动作所计算的运动的权重线性地从0％增大至100％。因此，可以看出，对于第一时刻T₁与第二时刻T₂之间时间，预测轨迹是基于不可避免的运动所计算的轨迹与基于当前转向动作所计算的轨迹的加权叠加，对这两个贡献轨迹阶段的权重随时间而变化。

在可替代实施例中，两个分量的权重可以按照不同的方式变化，而不是简单地线性地改变，并且本领域技术人员应当理解如何实现这一点。应当理解的是，可以对这些权重进行调整或调解以与特定车辆制造商模型的运动特征相匹配，并且对于本领域的技术人员来说可理解的是，这些曲线并不一定必须是线性的。

从第一时刻T₂到第二时刻T₃，所计算的轨迹被确定为基于当前转向动作所计算的运动，对该轨迹赋予权重100％。

因此，可以看出，在图8所示的示例中，当所预测的轨迹从第一阶段改变至第二阶段时，所计算的轨迹可以包括两个所计算的轨迹彼此重叠的重叠区域，而不是图2中所示的布置(arrangement)，在图2中，预测轨迹从第一阶段突然切换至第二阶段。

参考图9，示出了从第一阶段延伸到第三阶段的时间线，包括第一阶段与第二阶段之间的过渡区，以及第二阶段与第三阶段之间的类似过渡区。

特别地，对于从初始时刻T₀到第一时刻T₁的第一时间段，所计算的轨迹仅包括基于车辆的不可避免的运动的所计算的运动。然后在第一时刻T₁与第二时刻T₂之间，第一阶段与第二阶段之间出现加权过渡区。之后是在第二时刻T₂与第三时刻T₃之间的时间段，其中，所计算的轨迹仅基于第二阶段，即基于当前转向动作的计算轨迹。此后，在第三时刻T₃与第四时刻T₄之间，出现过渡阶段，该过渡阶段是基于当前转向动作的预测轨迹与基于驾驶员将试图遵循驾驶车道的假设的预测轨迹的叠加。

在该过渡区之后，从第四时刻T₄到至少第五时刻T₅，轨迹完全基于轨迹的第三阶段，基于采取行动遵循行驶车道的驾驶员。

最后参考图10，示出了用于对各种预测轨迹进行加权以构成车辆的总体预测路径的另一方案。

再次，在从初始时刻T₀到第一时刻T₁的第一时间段内，预测轨迹完全基于第一预测阶段。

在第一时刻T₁与第二时刻T₂之间，第一阶段的贡献线性地减小，并且第二阶段的贡献线性地增大。

在第二时刻T₂处，在第一阶段的贡献达到零之前，引入第三阶段的贡献，该贡献线性地增大。

在第三时刻T₃处，第一阶段、第二阶段以及第三阶段都对总体路径有贡献。在这个阶段，第二阶段具有最大的权重(在本实施例中，权重大约为50％)，第一轨迹和第三轨迹各自都具有较小的权重，在这个实施例中，第一轨迹和第三轨迹的权重为25％。

第二阶段的贡献在第三时刻T₃达到最大值。在第三时刻T₃后，第二阶段的贡献开始线性地减小。在第四时刻T₄处，第一阶段的贡献达到零，预测轨迹是第二阶段(其贡献线性地减小)和第三阶段(其贡献线性地增大)的加权组合。

在第五时刻T₅处，第二阶段的贡献达到零，预测轨迹完全基于第三阶段。其至少持续到第六时刻T₆为止。

本领域的技术人员将认识到，如图8、图9和图10所示的加权轨迹将为车辆产生更平滑的总体预测路径。以这种方式计算的预测路径也可能更为实际，在现实世界场景中，车辆不太可能在第一时间段内进行可避免的运动，然后立即停止，车辆的运动被基于当前转向动作的运动所代替。然而图2所示的布置因此表示一种鲁棒且简单的方法(以及在某些情况下可能是优选的方法，例如因为它使所需的处理能力/时间最小化)，如图8、图9和图10所示的实施例有可能代表更接近现实的车辆的预测未来路径。

本领域技术人员应当理解的是，本发明的实施例提供了对车辆的可能的未来路径的有用且准确的近似，其将允许触发适当的安全系统以保护车辆乘客(以及潜在的其他人，例如行人)，但是使得车辆安全系统意外或不恰当的激活的风险最小化。

当在本说明书和权利要求书中使用时，术语“包括(comprises)”和“包括(comprising)”及其变体意味着包括指定的特征、步骤或整件。这些术语不被解释为排除其他特征、步骤或组件的存在。

在适当的情况下，前面的描述，或者附图，或者附图中所公开的、以其具体形式或者根据用于所公开的功能的装置，或者用于获得所公开的结果的方法或过程所表达的特征可以单独地或者按照这样的特征的任意组合被利用来以所述特征的各种形式实现本发明。

在权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (15)

1.一种用于预测车辆的未来路径的方法，所示方法包括以下步骤：

对所述车辆的速度、方向以及偏航率进行感测；

对所述车辆的转向角进行感测；对所述车辆附近的行驶车道或者所述车辆沿着其行驶的行驶车道进行感测；

针对当前时刻之后的第一时间段，计算第一路径预测，所述第一路径预测包括基于所感测的速度、方向以及偏航率所预测的轨迹；

针对第二时间段，计算第二路径预测，所述第二时间段的至少一些晚于所述第一时间段，这里假定由于所述转向角的变化引起的转向动作对所述车辆生效；

针对第三时间段，计算第三路径预测，所述第三时间段中的至少一些晚于所述第二时间段，这里假定所述车辆的驾驶员将对所述车辆的所述轨迹进行控制以至少大体上遵循所述行驶车道；以及

针对所述第一时间段、所述第二时间段以及所述第三时间段制定组合预测路径，其中，所述第一路径预测、第二路径预测以及第三路径预测均对所述组合预测路径有贡献。

2.根据权利要求1所述方法，其中，所述第一路径预测、所述第二路径预测以及所述第三路径预测分别以第一贡献权重、第二贡献权重以及第三贡献权重贡献于所述组合预测路径，所述第一贡献权重、所述第二贡献权重以及所述第三贡献权重随着所述组合预测路径的时间变化。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在制定所述组合路径预测时，所述第一路径预测仅用于所述第一时间段，和/或，其中，在制定所述组合路径预测时，所述第二路径预测仅用于所述第二时间段，和/或，其中，在制定所述组合路径预测时，所述第三路径预测仅用于所述第三时间段。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述第一路径预测包括所述车辆

d)继续沿着当前所感测的方向，或者

e)以所感测的偏航率、相对于所感测的方向继续转弯，或者

f)以按照所感测的偏航率的变化率继续变化的偏航率、相对于所感测的方向继续转弯，

以及

d)继续以当前所感测的速度，或者

e)以所感测的加速率/减速率、相对于所感测的速度继续加速/减速，或者

f)以按照所感测的加速度变化率/减速度变化率继续变化加速度/减速度、相对于所感测的速度继续加速/减速。

5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述第二时间段被计算成在与所述车辆的转向延迟相对应的时段之后开始，和/或，其中，所述第三时间段被计算成在与所述驾驶员的反应时间相对应的第一时段和与所述车辆的延迟相对应的第二时段的和之后开始。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，对于所述第一时间段、所述第二时间段或所述第三时间段内的至少一个时刻而言，路径预测是基于所述第一路径预测、所述第二路径预测以及所述第三路径预测中的两个或更多个的组合来做出的。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，在第一过渡时段内，所述组合路径预测基于所述第一路径预测和所述第二路径预测根据所述第一路径预测和所述第二路径预测各自的贡献权重的组合。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其中，在第二过渡时段内，所述组合路径预测基于所述第二路径预测和所述第三路径预测根据所述第二路径预测和所述第三路径预测各自的贡献权重的组合。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，在第三过渡时段内，所述组合路径预测基于所述第一路径预测、所述第二路径预测以及所述第三路径预测根据所述第一路径预测、所述第二路径预测以及所述第三路径预测各自的贡献权重的组合。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，如果适用的话，在所述第一过渡时段、所述第二过渡时段或所述第三过渡时段期间，各个路径预测的贡献权重随时间变化。

11.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括以下步骤：如果基于所述组合预测路径确定所述车辆将或有可能遇到遇到危险情况，则激活一个或多个车辆安全系统。

12.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括以下步骤，对所述车辆附近的、可能与所述车辆碰撞的一个或多个对象进行检测。

13.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括以下步骤：识别关于所述行驶车道的正常行驶方向。

14.一种计算机程序，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码被适用于当所述程序在计算机上运行时执行任一前述权利要求中的全部步骤。

15.根据权利要求14所述的计算机程序，所述计算机程序体现在计算机可读介质上。