CN108025768A - 在机动车中用于自主行驶的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在机动车中用于自主行驶的方法和装置。本发明涉及一种在机动车(50)中用于自主行驶的方法，该方法包括以下步骤：通过至少一个传感机构(2)对在机动车(50)的周围环境(9)中的另外的机动车进行感测，通过至少一个传感机构(2)对车道(30,31)进行感测和识别，通过控制器(3)将所感测的另外的机动车(51,52)配属给所识别的车道(30,31)，通过超车辅助设备(4)对另外的机动车(51)的超车意图(21)进行识别和评估，以及，只要识别出超车意图(21)：通过预测设备(5)计算可能的车道变换(20)的总效用(84)，通过控制器(3)对机动车(50)的行驶行为进行匹配，其中，当所计算的总效用(84)达到或超过预设的总效用阈值(87)时，执行可能的车道变换(20)，并且其中，当所计算的总效用(84)没有超过预设的总效用阈值(87)时，不执行可能的车道变换(20)。此外，本发明涉及一种从属的装置(1)。

Description

在机动车中用于自主行驶的方法和装置
技术领域
本发明涉及在机动车中用于自主行驶(automatisierten Fahren)的方法和装置。
背景技术
现代的机动车具有大量辅助系统，所述辅助系统在驾驶车辆的情形中支持驾驶员。在此，越来越多地使用半自动(semi-autonom)和自动系统，该半自动和自动系统准许对机动车进行半自主或全自主的控制。
在开发针对带有右行规定(或左行规定)的高速公路或类似于高速公路的道路上的道路交通的自主的车辆时经常出现以下情况，在所述情况中，自主的车辆在左方的(或右方的)车道上行驶。由于自主的车辆必须维持适用的速度限制，时常出现以下场景，在所述场景中，车辆从后方靠近并且想要行驶得比自主的车辆更快。
为了避免阻碍该跟随的车辆，自主的车辆必须决定，是让出还是不让出车道。附加地，当没有其它的车辆在其后方非常紧密地紧跟行驶(auffahren)、推挤(drängeln)、或通过超车闪光(Lichthupe)或喇叭信号来告知其要超过自主的车辆的意愿的印象时，能够改善自主的车辆中的乘客的舒适性。
由文件DE 10 2006 043 149 A1已知针对机动车的用于在进行车道变换时支持驾驶员的带有轨迹计算单元(Trajektorienberechnungseinheit)的横向和纵向驾驶辅助，其中，轨迹计算单元在车道变换意愿的情况下以及在识别出用于无危险地拐入到目标车道上的足够的间隙时由周围环境传感机构的数据获取车道变换轨迹。轨迹计算单元计算这种车道变换轨迹，使得最小化涉及车道变换的后方的车辆的阻碍。接着，指令机构取决于所获取的车道变换轨迹将横向驾驶指令输出到横向驾驶调节系统处，并且将加速指令输出到与间距有关的速度调节系统处。
由文件DE 10 2013 003 219 A1已知通过跟随车辆(Folgefahrzeug)的超车意图(Überholabsicht)的自动的显示。公开了用于当在至少两车道的道路的超车道(Überholspur)上行驶时支持机动车的驾驶员的方法和驾驶员辅助系统，该两车道的道路沿机动车的行驶方向具有普通车道(Normalspur)和至少与此相邻的超车道，其中，然后自动地给在超车道上在该机动车前方行驶的车辆显示机动车的超车意图。根据该方法，当存在以下条件时，那么自动地显示超车意图：机动车在间距调节速度控制器(Abstandsregeltempomat)的使用下跟随超车道上的车辆，当该车辆变换到普通车道上时，该机动车在超车道上能够超过在前方行驶的车辆，其中，该车辆从超车道到普通车道上的变换是可行的，该机动车具有要超过在前方行驶的车辆的可识别的意图，并且在没有可识别的超车意图的情况下或在没有可识别的超车道上的避让意图的情况下，在前方行驶的车辆行驶得比预设的时间T0更长。
发明内容
本发明基于以下技术任务，即创造在机动车中用于自主行驶的方法和装置，在其中，改善的自主的车道变换是可行的。
根据本发明，该技术任务通过带有专利权利要求1的特征的方法以及带有专利权利要求9的特征的装置来解决。本发明的有利的设计方案由从属权利要求得出。
为此，提供一种在机动车中用于自主行驶的方法供使用，该方法包括以下步骤：通过至少一个传感机构对在机动车的周围环境中的另外的机动车进行感测，通过至少一个传感机构对车道进行感测和识别，通过控制器将所感测的另外的机动车配属给所识别的车道，通过超车辅助设备对另外的机动车的超车意图进行识别和评估，以及，只要识别出超车意图：通过预测设备计算可能的车道变换的总效用(Gesamtnutzen)；通过控制器对机动车的行驶行为进行匹配，其中，当所计算的总效用达到或超过预设的总效用阈值时，执行可能的车道变换，并且其中，当所计算的总效用没有超过预设的总效用阈值时，不执行可能的车道变换。
此外，创造一种在机动车中用于自主行驶的装置，该装置包括：用于感测在机动车的周围环境中的另外的机动车以及用于感测和识别车道的至少一个传感机构；控制器；超车辅助设备；其中，超车辅助设备包括预测设备，并且其中，控制器如此构造，使得将另外的机动车配属给所识别的车道，并且其中，超车辅助设备如此构造，使得对后方的另外的机动车的超车意图进行识别和评估，并且，只要识别出超车意图，预测设备就如此构造，使得计算可能的车道变换的总效用，以及控制器通过控制机动车的至少一个致动机构来对机动车的行驶行为进行匹配，其中，当所计算的总效用达到或超过预设的总效用阈值时，控制器执行车道变换，并且其中，当所计算的总效用没有超过预设的总效用阈值时，控制器不执行车道变换。
本发明的基本构思在于，对后方的机动车在一机动车的当前的车道上的超车意图进行识别并且在当前情况的整体前后关系下对其进行评估。根据通过到目标车道上的可能的车道变换的当前的车道的让出总体上被评估为有利的还是不评估为有利的，来促使或不促使可能的车道变换。
优点是后方的机动车不太受阻碍，由此可改善总交通通量(Gesamtverkehrsfluss)。在道路和高速公路上出现较少的冲突，其中，下降的冲突水平不仅对于机动车的乘客而且对于后方的机动车的乘客又导致较少的压力及由此更多的舒适性。此外，改善的总交通通量使环境平衡(Umweltbilanz)增值，因为机动车不太必须时常进行制动和加速。
在一实施方式中设置成，在计算总效用之前通过时间预设检验设备执行对时间预设的检验。该时间预设例如用于，防止在自最后实施的车道变换以来过去了小于时间预设的持续时间的情况下发生重新的车道变换。
此外，在一实施方式中设置成，通过时间预设检验设备对用于可能的车道变换的时间预设进行检验包括以下步骤：对自最后完成的车道变换以来的持续时间进行检验；只要自最后完成的车道变换以来的持续时间低于阈值，就拒绝进行可能的车道变换。以该方式能够实现一类防颤动机制(Flatterschutz)，从而防止发生持久的车道变换。这样的防颤动机制例如防止机动车因为其在其中看到优势而变换到目标车道上的狭窄的间隙中，并且接着立刻又因为其识别出后方的机动车的超车意图而让出目标车道。由此，抑制了持续的车道变换。
在另一实施方式中设置成，通过超车辅助设备对超车意图进行识别和评估包括以下步骤：检验，另外的机动车是否在后方处于和机动车相同的车道上，并且，只要这是这种情况：计算后方的机动车与机动车之间的时间间隔；检验，是否存在以下相邻的车道，在该车道上后方的机动车能够并允许超过机动车；并且只要相邻的车道不存在或不允许被行驶：检验，对于所述后方的机动车所计算的时间间隔是否小于预设的时间间隔阈值；计算超车意图的紧迫度(Dringlichkeit)作为时间间隔和时间间隔阈值的函数。优点是借助于所计算的紧迫度可对该机动车与后方的机动车之间的当前的交通情况进行非常良好的估计和评估。
在此，紧迫度能够例如利用以下公式来计算：
紧迫度=1–0.5*(最大(时间间隔，最小时间间隔)-最小时间间隔)/(时间间隔阈值-最小时间间隔)，
其中，最小时间间隔(ZeitlückeMin)这一变量是标准化常数，该标准化常数负责使紧迫度最大能够为1。
在此，时间间隔能够例如如下来计算：
时间间隔=间距(后方的机动车，机动车)/(速度(后方的机动车)-速度(机动车))
在此，该时间间隔阈值优选地为0.6秒。
在一实施方式中设置成，通过预测设备计算可能的车道变换的总效用包括以下步骤：计算可能的车道变换的当前的效用贡献，计算可能的车道变换的长时间效用贡献，其中，总效用作为当前的效用贡献和长时间效用贡献的函数来计算。通过考虑当前的效用贡献来考虑短时间的效用，与此相对，通过长时间效用贡献将长期的效用贡献一同引进到评估中。由此，对于可能的车道变换不仅能够考虑当前的交通情况而且能够考虑长期的效果，从而总体上实现最佳的结果。
为此，在一实施方式中设置成，在计算当前的效用贡献时，考虑与目标车道上的可能的前方的机动车的碰撞时间，其中，当碰撞时间大于或等于预设的碰撞时间阈值时，当前的效用贡献提高，并且其中，当碰撞时间小于预设的碰撞时间阈值时，当前的效用贡献减小。以该方式例如考虑了，在到目标车道上的可能的车道变换的情形中为了防止与前方的机动车发生碰撞如有可能机动车的制动以及接着的加速是必要的。
在此，在另一实施方式中设置成，预设的碰撞时间阈值取决于超车意图的所计算的紧迫度。这实现了，使碰撞时间阈值灵活地与当前的交通情况相匹配。如果例如后方的机动车强烈地推挤，从而使得所识别的超车意图的紧迫度被评估为高，则与当后方的机动车的超车意图的紧迫度较低时相比，更可能考虑变换到目标车道上的较小的间隙中的车道变换。由此，总是能够以适度的方式对当前的交通情况做出反应。
另一实施方式设置成，在计算长时间效用贡献时考虑可能的车道变换之后的通量速度的变化，其中，当通量速度在可能的车道变换之后减小时，长时间效用贡献减小，并且其中，当通量速度在可能的车道变换之后提高时，长时间效用贡献提高。在此，优点是，除了当前的交通情况以外也考虑到了可能的车道变换的长期的起作用的效果。如果例如目标车道上的通量速度是较低的，则这可能对当前由机动车所完成的行驶的总行驶时间产生作用，从而能够出现机动车的乘客的时间损失和舒适性损失。
附图说明
在下面根据优选的实施例参考附图更详细地阐释本发明。在此：
图1示出在机动车中用于机动车的自主行驶的带有超车辅助设备的装置的实施方式的示意性图示；
图2a示出在正的总效用情况下的车道变换的示意性图示；
图2b示出在正的总效用情况下的车道变换的示意性图示；
图2c示出以下情况的示意性图示，在该情况中不执行车道变换；
图3示出用于计算车道变换的总效用的示意性流程图；
图4示出用于评估后方的机动车的超车意图的紧迫度的示意性流程图。
具体实施方式
在图1中示出在机动车50中用于机动车50的自主行驶的示意性的装置1。装置1包括传感机构2、控制器3和超车辅助设备4，该传感机构用于感测在机动车的周围环境中的另外的机动车以及用于感测和识别车道。在此，超车辅助设备4包括预测设备5和时间预设检验设备6。此外，装置1包括接口7，经由该接口能够控制机动车50的至少一个致动机构8。
至少一个传感机构2感测机动车50的周围环境并且识别在周围环境中的另外的机动车。在此，例如不仅感测后方的而且感测前侧的周围环境。至少一个传感机构2同样识别当前被行驶的道路的行车道(Fahrstreifen)。控制器3将所识别的另外的机动车配属给所识别的车道。例如假设，存在有当前的车道(机动车正好处于该当前的车道上)和在当前的车道右方的目标车道。
如果后方的另外的机动车期望超过该机动车，那么该另外的机动车从后方靠近当前的车道上的机动车。然后，超车辅助设备4对后方的机动车的超车意图进行识别并且对该超车意图进行评估。
为此，该超车辅助设备首先计算后方的机动车与机动车50之间的时间间隔81。后方的机动车与机动车50之间的间距以及后方的机动车与机动车50之间的相对速度被引进到时间间隔81中。
接着，超车辅助设备4检验，是否存在以下超车道，在该超车道上后方的机动车能够超过机动车，并且该超车道是否也允许通过后方的机动车用于进行超车。如果不存在超车道或该超车道不允许被使用，那么通过超车辅助设备4来检验，时间间隔81是否小于时间间隔阈值82。
对此，超车辅助设备4计算后方的机动车的超车意图的紧迫度80。一般地，后方的机动车越快地靠近机动车50并且该后方的机动车推挤得越强烈，该超车意图在此被评估成越紧迫。
时间预设检验设备6在下一个方法步骤中检验，是否存在时间预设83。这样的时间预设83例如能够是先前的完成的车道变换之后的最小持续时间，其中，该最小持续时间应维持直到能够进行另外的车道变换。这样的待维持的最小持续时间能够例如为7秒。如果最小持续时间已经到期，则过渡到下一个方法步骤。
接着，预测设备5计算可能的车道变换的总效用84。为此，首先计算可能的车道变换的当前的效用贡献85。在计算当前的效用贡献85时考虑与目标车道上的可能的前方的机动车的碰撞时间88，其中，当碰撞时间88大于或等于预设的碰撞时间阈值89时，当前的效用贡献85提高，并且其中，当碰撞时间88小于预设的碰撞时间阈值89时，当前的效用贡献85减小。在此，预设的碰撞时间阈值89取决于后方的机动车的超车意图的所计算的紧迫度80。由此，在后方的机动车正推挤的情况下，碰撞时间阈值89能够下降，从而机动车也接受目标车道上的、例如在依次行驶的载重汽车之间的较小间隙，以便可使后方的机动车通过。如果后方的机动车与此相对仅仅稍微推挤，那么取决于超车意图的紧迫度80对碰撞时间阈值89进行匹配以用于接受目标车道上的不同地确定尺寸的间隙。
此外，除了当前的效用贡献85以外，由预测设备5也计算用于总效用84的长时间效用贡献86。在此，例如考虑可能的车道变换之后的目标车道上的通量速度的变化，其中，当可能的车道变换之后的通量速度减小时，长时间效用贡献86减小，并且其中，当通量速度在可能的车道变换之后提高时，长时间效用贡献86提高。目标车道上的通量速度的变化必然地也引起机动车50的速度的变化。该速度的变化作用到以下持续时间上，机动车50需要该持续时间以用于走完(zurücklegen)总路程。如果通量速度的变化是大的，例如当进行从带有130km/h的通量速度的当前的车道到带有仅仅80km/h的通量速度的由紧密地依次行驶的载重汽车所行驶的目标车道上的可能的车道变换时，那么对用于走完总路程的持续时间的影响能够是显著的。
如果预测设备5已计算用于可能的车道变换的总效用84，那么控制器3接着决定，是执行还是不执行可能的车道变换。为此，控制器3比较总效用84与总效用阈值87。如果所计算的总效用84达到或超过总效用阈值87，则执行可能的车道变换，并且有利于后方的机动车地让出当前的车道。控制器3然后通过以下方式执行车道变换，即，该控制器将相应的控制信号例如经由接口7输出到机动车50的至少一个致动机构8处。如果所计算的总效用84处于总效用阈值87下方，则不执行可能的车道变换。
图2a至2c示出道路25上的三个可能的情况以用于阐释本方法。在此，图中相同的参考标记也表示相同的对象。在图2a中，机动车50和后方的机动车51处于带有当前的车道30和目标车道31的两车道的道路25上。后方的机动车51以比机动车50的速度更高的速度从后方靠近机动车50。根据本发明的装置感测机动车50的周围环境9、识别超车意图并且实施根据本发明的方法。此处，所计算的总效用超过总效用阈值，从而执行从当前的车道30到目标车道31上的可能的车道变换20。在该示例中，可能的车道变换20是有利的，因为机动车50能够没有问题地从当前的车道30变换到目标车道31上，因为目标车道31是空着的。
在图2b中示出和在图2a中相同的情况，然而现在前方的机动车52在目标车道31上处于机动车50前方。此处，在识别出后方的机动车51的超车意图21之后也计算总效用。此处，所计算的总效用同样超过总效用阈值并且执行可能的车道变换20。在该示例中，尽管在目标车道上有前方的机动车52，可能的车道变换20始终仍是有利的，因为在前方的机动车52后方的间隙22是足够大的，并且由此碰撞时间保持在碰撞时间阈值上方。
在图2c中，图2b中所示出的情况发生修改。目标车道上的前方的机动车52现在近得多地处于机动车50前方，从而在可能的车道变换20之后对于机动车50可供使用的间隙22小得非常多。此处，碰撞时间低于碰撞时间阈值。作为结果，所计算的总效用不超过总效用阈值，从而不执行可能的车道变换20并且机动车50保留在当前的车道30上。
图3示出用于计算可能的车道变换的总效用的示意性流程图。在第一方法步骤101中，通过传感机构对在该机动车的周围环境中的另外的机动车进行识别。同样，由传感机构对车道进行识别102。然后，控制器将所识别的另外的机动车配属给所识别的车道103。在下一个步骤104中，通过超车辅助设备对后方的另外的机动车的超车意图进行识别并且通过对紧迫度的计算来进行评估。然后，在下一个方法步骤105中，时间预设检验设备检验，是否必须维持时间预设。在最后的方法步骤106中，预测设备计算用于让出当前的车道的可能的车道变换的总效用。接着，能够重复该方法。
在图4中示出用于计算后方的机动车的超车意图的紧迫度的示意性流程图。在此，由超车辅助设备执行计算。在第一方法步骤201中检验，在当前的车道上后方的另外的机动车是否处于一机动车后方。如果这不是这种情况，则不进一步进行任何步骤。然而，步骤201能够重复地实施。如果识别出当前的车道上的后方的机动车，则计算该机动车与后方的机动车之间的时间间隔。为此，例如后方的机动车与该机动车之间的间距被除以这两个机动车之间的相对速度。接着检验203，是否存在以下另外的车道，该另外的车道能够或允许被后方的机动车用于进行超车。如果这是这种情况，那么该方法首先在没有另外的步骤的情况下结束。如果不存在另外的能够或允许使用的车道，则在下一个步骤204中检验，时间间隔是否处于时间间隔阈值下方。如果这不是这种情况，那么不执行另外的步骤。如果时间间隔然而小于时间间隔阈值，则对超车意图的紧迫度进行计算205。最终206，对于紧迫度所计算的值由超车辅助设备输出并且例如传输到控制器处以用于进行进一步处理。
附图标记列表
1 装置
2 传感机构
3 控制器
4 超车辅助设备
5 预测设备
6 时间预设检验设备
7 接口
8 致动机构
9 周围环境
20 车道变换
21 超车意图
22 间隙
25 道路
30 当前的车道
31 目标车道
50 机动车
51 后方的机动车
52 前方的机动车
80 紧迫度
81 时间间隔
82 时间间隔阈值
83 时间预设
84 总效用
85 当前的效用贡献
86 长时间效用贡献
87 总效用阈值
88 碰撞时间
89 碰撞时间阈值
101-106 用于计算总效用的方法步骤
201-206 用于计算紧迫度的方法步骤。

Claims (10)

1.一种在机动车(50)中用于自主行驶的方法，包括以下步骤：
通过至少一个传感机构(2)对在所述机动车(50)的周围环境(9)中的另外的机动车进行感测，
通过所述至少一个传感机构(2)对车道(30,31)进行感测和识别，
通过控制器(3)将所感测的另外的机动车(51,52)配属给所识别的车道(30,31)，
通过超车辅助设备(4)对另外的机动车(51)的超车意图(21)进行识别和评估，以及，
只要识别出超车意图(21)：
通过预测设备(5)计算可能的车道变换(20)的总效用(84)，
通过所述控制器(3)对所述机动车(50)的行驶行为进行匹配，其中，当所计算的总效用(84)达到或超过预设的总效用阈值(87)时，执行所述可能的车道变换(20)，
并且其中，当所计算的总效用(84)没有超过所述预设的总效用阈值(87)时，不执行所述可能的车道变换(20)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在计算所述总效用(84)之前通过时间预设检验设备(6)执行对时间预设(83)的检验。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述时间预设检验设备(6)对用于所述可能的车道变换(20)的时间预设(83)进行检验包括以下步骤：
对自最后完成的车道变换以来的持续时间进行检验，
只要所述自最后完成的车道变换以来的持续时间低于阈值，就拒绝所述可能的车道变换(20)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述超车辅助设备(4)对所述超车意图(20)进行识别和评估包括以下步骤：
检验，所述另外的机动车(51)是否在后方处于和所述机动车(50)相同的车道上，并且，只要这是这种情况：
计算所述后方的机动车(51)与所述机动车(50)之间的时间间隔(81)，
检验，是否存在相邻的车道，在所述车道上所述后方的机动车(51)能够并允许超过所述机动车(50)，
并且只要相邻的车道不存在或不允许被行驶：
检验，对于所述后方的机动车(51)所计算的时间间隔(81)是否小于预设的时间间隔阈值(82)，
计算所述超车意图(20)的紧迫度(80)作为所述时间间隔(81)和所述时间间隔阈值(82)的函数。
5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述预测设备(5)计算所述可能的车道变换(20)的总效用(84)包括以下步骤：
计算所述可能的车道变换(20)的当前的效用贡献(85)，计算所述可能的车道变换(20)的长时间效用贡献(86)，其中，所述总效用(84)作为所述当前的效用贡献(85)和所述长时间效用贡献(86)的函数来计算。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在计算所述当前的效用贡献(85)时，考虑与目标车道(31)上的可能的前方的机动车(52)的碰撞时间(88)，其中，当所述碰撞时间(88)大于或等于预设的碰撞时间阈值(89)时，所述当前的效用贡献(85)提高，并且其中，当所述碰撞时间(88)小于预设的碰撞时间阈值(89)时，所述当前的效用贡献(85)减小。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设的碰撞时间阈值(88)取决于所述超车意图的所计算的紧迫度(80)。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，在计算所述长时间效用贡献(86)时考虑可能的车道变换(20)之后的通量速度的变化，其中，当所述通量速度在所述可能的车道变换(20)之后减小时，所述长时间效用贡献(86)减小，并且其中，当所述通量速度在所述可能的车道变换(20)之后提高时，所述长时间效用贡献(86)提高。
9.一种机动车(50)中用于自主行驶的装置，所述装置包括：
至少一个传感机构(2)，其用于感测在所述机动车(50)的周围环境(9)中的另外的机动车(51,52)以及用于感测和识别车道(30,31)，
控制器(3)，
超车辅助设备(4)，
其中，所述超车辅助设备(4)包括预测设备(5)，并且其中，所述控制器(3)如此构造，使得将另外的机动车(51,52)配属给所识别的车道(30,31)，并且其中，所述超车辅助设备(4)如此构造，使得对后方的另外的机动车(51)的超车意图(21)进行识别和评估，并且，只要识别出超车意图(21)，所述预测设备(5)就如此构造，使得计算可能的车道变换(20)的总效用(84)，以及
所述控制器(3)通过控制所述机动车(50)的至少一个致动机构(8)来对所述机动车(50)的行驶行为进行匹配，其中，当所计算的总效用(84)达到或超过预设的总效用阈值(87)时，所述控制器(3)执行车道变换(20)，
并且其中，当所计算的总效用(84)没有超过所述预设的总效用阈值(87)时，所述控制器(3)不执行所述车道变换(20)。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述超车辅助设备(4)包括时间预设检验设备(6)，所述时间预设检验设备如此构造，即对用于所述可能的车道变换(20)的时间预设进行检验。
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