CN108877212A - 用于建立车辆的环境模型的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于建立自我车辆(2)的环境模型的方法，具有以下步骤：a)经由通信接口(6)从外部车辆(4)接收(S3)数据组，其中数据组至少包括外部车辆(4)的绝对位置信息；b)根据自我车辆(2)的绝对位置信息计算(S8)外部车辆(4)的相对位置；c)借助空间分辨的环境传感器(7、8)测取在车辆的周围环境中的对象的相对位置；和d)根据所计算的相对位置与由环境传感器所测取的对象的位置一致，使对象中的一个与外部车辆(4)等同(S9)。

Description

用于建立车辆的环境模型的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于建立车辆，以下称为自我车辆(Ego-Fahrzeug)，的环境模型的方法和装置，借助向自我车辆的驾驶员输出合适的提示信号e或者由自主的自动装置介入车辆的运动，可以减小自我车辆在不久的将来与其环境的对象碰撞的可能性。
背景技术
EP 1 865 479 A1公开了一种方法，其中，自我车辆从外部车辆接收关于其自身位置的信息以及关于由后者测取的、表示潜在障碍物的对象的信息，使得，当外部车辆或者由后者所测取的障碍物至少部分地处于对于自我车辆的乘客不可见的环境部分时，通过这些对象补充其自身的环境模型。关于外部车辆可以提供的对象的位置的信息的精度受到外部车辆对于其自身位置的确定精度的限制，以及受到对象位置相对于自身位置的测量精度的限制。外部车辆的测量误差因此可能导致误判从外部车辆或者从其测取的障碍物发出的危险。由此，当由于外部车辆的测量误差而低估了通过外部车辆或者通过由其测取的对象造成的危险时，尤其可能造成责任问题。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是，实现一种用于建立环境模型的方法，其中这种误判的可能性是最小的。
该技术问题根据本发明的实施方式通过具有如下步骤的方法来解决：
a)经由通信接口从外部车辆接收数据组，其中数据组至少包括外部车辆的绝对位置信息；
b)根据自我车辆的绝对位置信息计算外部车辆的相对位置；
c)借助空间分辨的环境传感器测取在车辆的周围环境中的对象的相对位置；和
d)根据所计算的相对位置与由环境传感器所测取的对象位置一致，使对象中的一个与外部车辆等同。
一方面，通过等同避免了相同的外部车辆在环境模型中被多次(一次基于其自身传输的数据组，一次基于环境传感器的输出)表示。由此可以首先避免，通过外部车辆本身造成的危险由于由其传输的数据组中的错误的位置信息而被错误估计
为了简化对通过外部车辆造成的可能的危险的评估，从那里接收到的数据组除了位置信息之外，还应包含关于外部车辆的速度和/或路线的数据。这些数据可以在自我车辆侧为了计算外部车辆的当前的和/或将来的相对位置而被考虑。
在确定外部车辆的当前位置时，对外部车辆的路线和速度的了解，对于补偿计算的时间点与测取了位置数据的时间点之间的时间差是特别有用的。然而，根据相同的关于路线和速度的数据还可以推算出外部车辆的将来的停留地点，这对于估计外部车辆与自我车辆之间的碰撞的风险是有价值的。
特别地，根据外部车辆的将来的相对位置可以决定，向驾驶员输出提示碰撞风险的警告信号和/或自主地介入到自我车辆的运动中以减小碰撞风险。
根据在步骤b)中所计算的外部车辆的相对位置可以评估痕迹，根据该痕迹描绘外部车辆在环境传感器的信号中的存在。通过检查环境传感器的信号中是否存在痕迹，在较早的时间点识别出外部车辆是可能的。特别地，如果根据接收的数据组确定在自我车辆的周围环境中存在外部车辆，则可以较低地设置预测的和找到的相对痕迹之间的相似程度，该相似程度必须达到能够根据该痕迹确定外部车辆的停留位置，从而可以在比在环境传感器信号的“无偏差”分析的情况下更早的时间点找到外部车辆的位置。
在步骤c)中测取的对象的位置可以从自我车辆经由通信接口传播到其它车辆，从而为后者提供在必要时根据该位置为其环境模型扩展一个或其它不能直接可见的对象的可能性。
同样的，反之，在步骤a)中接收的数据组可以包括在外部车辆的周围环境中测取的对象的位置。然后，根据由自我车辆的环境传感器确定的外部车辆的位置和由外部车辆自身确定的位置之间的偏差可以改善该对象相对于自我车辆的位置的计算精度。
在此还可以使用从接收的数据组中获得的对象处于自我车辆的周围环境中的知识，从而在由环境传感器提供的数据中有针对性地寻找这种对象的痕迹，并且相比于没有事先知道对象存在的“无偏差”分析的情况，更早地识别对象。
特别地，由外部车辆提供的关于对象位置的说明可以首先基于自我车辆的已知位置换算为关于自我车辆的第二手的相对位置中，虽然其不足以可靠地基于此向驾驶员输出警告信号或者介入自我车辆的运动，但是其可以用于简化或者加速分析环境传感器的输出信号，并且基于该输出信号确定第一手的相对位置，该相对位置足以可靠地保证警告或者介入自我车辆的运动是正确的。
合适地，在步骤a)中接收的数据组还应包括分类信息，该分类信息将在外部车辆的周围环境中测取的每个对象归入预定的对象类别。根据对象类别的所属类别可以准确预测对象在环境传感器的输出信号中的痕迹并且搜索图像中的预计的图像部分，例如由照相机提供的图像中的描绘对象的图像部分。
对象类别也可以用于估计对象相对于自我车辆的将来的相对位置(并且因此估计通过该对象造成的危险的可能性)。
当然，在分析环境传感器的输出信号时，自我车辆的处理器本身可以将测取的对象归入对象类别，并且因此分类外部车辆尚未测取的对象，或者如果需要的话校正由外部车辆实施的关联。
特别是可以在两个或多个如下的对象的组之间进行区分：
-能够或者不能够经由通信接口进行通信的对象：对于前者，根据由对象本身提供的数据来对将来的位置进行预测是可能的，而后者不可以。
-机动车辆或非机动车辆、行人、动物或者不动的对象：该类别的对象关于可达到的速度、突然加速的能力或者改变路线的能力进行区分，这在估计将来的相对位置时需要被考虑。
此外，本发明的主题还涉及具有无线电接口、环境传感器和处理器的装置，处理器被设计为，特别是被编程为，用于实施上面描述的方法。
该装置的处理器特别是包括：
a)用于经由通信接口从外部车辆接收数据组的部件，其中数据组至少包括外部车辆的绝对位置信息；
b)用于根据自我车辆的绝对位置信息计算外部车辆的相对位置的部件；
c)用于借助空间分辨的环境传感器测取在车辆的周围环境中的对象的相对位置的部件，和
d)用于根据所计算的相对位置与由环境传感器测取的对象的位置一致而使对象中的一个与外部车辆等同的部件。
用于计算外部车辆的相对位置的部件可以被设计为，从接收到的数据组中得到的关于外部车辆的速度和/或路线的数据被考虑用于计算当前和/或将来的相对位置。
此外，还可以设置根据外部车辆的将来的相对位置来输出警告信号和/或实施自主地介入自我车辆的运动的部件。
用于测取对象的相对位置的部件可以被设计为，根据所计算的相对位置来预测外部车辆在环境传感器的信号中的痕迹，以及检查信号中是否存在痕迹。
通信接口可以被设计为，用于，特别是向其它车辆，传播由用于测取相对位置的部件所测取的对象的位置。
反之，用于测取相对位置的部件可以被设计为，将经由通信接口接收的、在外部车辆的周围环境中测取的对象的位置换算为关于自我车辆的第二手的相对位置，并且在测取相对位置时与环境传感器的数据相关联。
特别地，用于测取相对位置的部件可以使用来自所接收的数据组的分类信息，以预测对象在环境传感器的信号中的痕迹，以及检查信号中是否存在痕迹，或者估计对象的将来的相对位置。
该技术问题根据本发明另外的实施方式通过具有程序代码装置的计算机程序产品来解决，其使得计算机能够实施上面描述的方法，或者在上面提及的装置中作为处理器工作，以及通过在其上记录有程序指令的计算机可读取的数据载体来解决，其使得计算机能够如上所述地工作。
附图说明
本发明的其它特征和优点参考所附的附图由下面对实施例的描述给出。附图中：
图1示出了可应用本发明的交通情况；和
图2示出了根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了道路1和在道路1上沿相同方向移动的车辆2、3、4的示意性俯视图。三辆车的最前面的一辆，下面称为自我车辆2，具有车载计算机5和无线电接口6，该无线电接口6允许车载计算机5与其它车辆的车载计算机、在此例如与后面的外部车辆4的车载计算机通信，以及允许根据导航卫星信号、例如GPS信号计算自我车辆2的位置。此外，自我车辆2还具有不同的环境传感器，在此是雷达传感器7和照相机8。无线电接口6的作用半径大于雷达传感器7和照相机8的作用半径，即，当外部车辆4接近自我车辆2时，并且在外部车辆4足够靠近使得雷达传感器7或者照相机8能够测取之前，车载计算机就能够经由无线电接口6彼此通信。无线电接口6的作用半径r6通常为大约300m，而雷达传感器7的作用半径r7可以为150m，以及照相机6的作用半径r8可以为大约100m。
外部车辆4周期性地发射数据包，该数据包包含针对外部车辆特定的标识、时间戳、以及关于外部车辆4在由时间戳规定的时间点的位置(以经度和维度表达)的说明、关于外部车辆4的速度和路线的说明。
在有利的条件下，当前民用的GPS系统能够确定的位置的精度为1.5m。因此，自我车辆根据接收到的数据包和由其车载计算机5确定的自身位置不能够区分外部车辆4是否在与自我车辆2相同的行驶车道上行驶。为了在外部车辆4在另一行驶车道上靠近并且预计超车的情况下，向自我车辆2的驾驶员警告外部车辆4，并且避免自我车辆2变道到超车车道上，则必须动用环境传感器7、8。
环境传感器7、8的数据提供关于对象在自我车辆2环境中的不同信息。在图1所示的情况下，交通灯9和在那里等待的行人10处于作用半径r8内。交通灯9和行人10由车载计算机5以其本身已知的方式通过图像处理而识别出，并且以分别包含所识别的对象的坐标和组归属的数据组的形式导入到由车载计算机建立的环境模型中。
外部车辆3太远而不能被照相机8测取，但是在雷达传感器7的作用半径r7内。雷达传感器7提供关于外部车辆3的距离和从自我车辆4出发能够发现的方向的信息，即，关于车辆3的坐标，以及关于其速度的信息。通过与经由照相机测取的对象的坐标比较可以确定，由雷达传感器7测取的对象和由照相机8测取的对象是否一致，并且其数据在环境模型中是否必须组合成一个数据组；或者其是否是分别得到自身数据组的不同的对象。在此观察的情况中，外部车辆3获得自身的数据组。在该数据组中还注明了所测取的外部车辆3的速度。根据速度，外部车辆3针对车载计算机5可以被识别为机动车；在数据组中注明该组归属。
外部车辆4对于照相机8或对于雷达传感器7都是不可识别的；因此，外部车辆4在环境模型中的数据组基于由外部车辆4自身传输的数据；该数据提供了关于其标识、其组归属、坐标和速度的信息。
图2示出了根据流程图通过车载计算机5对与外部车辆4有关的数据进行处理。车载计算机5以规律重复的时间接收环境传感器7、8的数据(步骤S1)，并且对其进行处理(S2)，以在必要时向驾驶员警告危险或者阻止危险的操纵，并且将在此获得的其环境的模型经由无线电接口6传播到其它车辆。此外，步骤S2中的处理包括搜索由环境传感器7、8提供的数据的模型，该模型对于可能处于自我车辆的周围环境中的对象的特定的组是特有的。因此，例如车载计算机5根据雷达传感器7的数据识别接近的外部车辆，在这些数据中必须给出预定的最小尺寸的空间角度，为此雷达测量具有负的速度，在照相机8的数据中必须给出具有预定的最小尺寸的车辆轮廓。在处理期间或者在处理和下一次的数据记录之间的等待时间期间，数据包可以在任意一个时间点经由无线电接口6到达。
如果在步骤S3中确定数据包已经到达，则在步骤S4中，车载计算机5首先检查所接收的包的标识符是否与环境模型中的数据组的标识符一致。如果不一致，则创建(S5)新的数据组以将接收到的数据存储在其中，否则用接收到的数据更新(S6)现有的数据组。
在步骤S5或S6中输入到数据组中的外部车辆4的位置通常并不恰好是由外部车辆本身传输的位置xGPS，而是校正后的位置。
xt0＝xGPS+vΔt
其中，v表示在数据包中通过速度绝对值和路线规定的速度向量，Δt表示数据包的时间戳中给出的时间与通过环境传感器7、8进行的最近的数据记录的时间之间的差：
Δt＝t0-ttimestamp
在数据组中记下的位置xt0对应于推测外部车辆4在最近的数据记录的时间点t0所处的位置。
如果外部车辆4到自我车辆2的距离r超过环境传感器7、8的作用半径r7、r8，则数据包的处理可以在此结束并且该方法返回(S7)到输出点
否则，车载计算机5检查环境传感器7、8的数据以寻找外部车辆4的痕迹(S8)。由于外部车辆4在步骤S2中的分析中还未被识别出，该痕迹明显还不足以在仅以环境传感器7、8的数据为依据的处理中超过证明阈值。因此，在步骤S8中对这些痕迹的搜索被限制在由环境传感器7、8监视的空间角度的部分，该部分从自我车辆2出发位于外部车辆4的推测位置xt0的方向上。在该有限的部分内，证明阈值相比于步骤S2的处理被降低，即，在雷达传感器的数据中的具有符合外部车辆4的速度v的相对速度的较小的空间角度，或者在照相机8的图像数据中的较小的或不完整的轮廓，足以识别外部车辆4。这有效地对应于用于通过发送数据包来通知其接近的外部车辆的、环境传感器7、8的作用半径超过r7或r8的选择性的扩大。
在步骤S8中检查的部分的尺寸被确定为，在考虑位置数据的不准确性的条件下，外部车辆4的痕迹必须可靠地在该部分中被找到。该不准确性因接收条件而异；根据接收到的卫星信号来估计不准确性的方法是已知的，并且可以在本发明的范围内使用，以相比于在好的条件下，在差的接收条件下更大地选择检查部分的尺寸。
为了使传感器数据的噪声被错误地识别为对象的概率最小，证明阈值在大的检查部分中，相比于小的检查部分可以设置得更高。
如果在搜索S8中找到了外部车辆4的痕迹，则在步骤S9中为其数据组补充从自我车辆出发可见的方向。该方向可以通过车辆2、4的位置之间的矢量差或者通过路线角度来规定。因此，在下一次重复步骤S1、S2时关于该方向的获得的数据可以立即与自我车辆4的数据组相关联，并且避免了提供两个与相同的外部车辆4有关的数据组。
为了准备在时间点t1重复步骤S1、S2，通过估计所涉及的对象在时间点t1的可能的位置，在步骤S10中更新针对环境模型的各个对象的数据组：
xt1＝xt0+v(t1-t0),
在诸如外部车辆4的发送数据包的对象的情况下，速度矢量v从包含在数据包中的信息中导出，在诸如外部车辆3、自行车、行人10等的其它交通参与者的情况下，速度矢量v从借助环境传感器7、8连续测量其位置导出。
此外，根据各个对象的组归属确定所估计的位置xt1的模糊程度该模糊程度取决于对象加速的能力或者延迟的能力，并且针对诸如外部车辆3、4的机动对象要高于针对诸如行人10的非机动对象。对于诸如交通灯9的不动的对象，模糊程度为0。基于该模糊程度，分别确定来自环境传感器的数据的角度部分，其中，随后在步骤S2中搜索对于所涉及的对象特有的模型。因此，用于识别各个对象的计算开销和识别错误的概率可以最小。环境传感器7、8与无线电接口6的相互作用因此允许长时间持续地监视并可靠地识别接近的车辆以及可靠地预测其进一步的运动，从而如果外部车辆4实际上准备开始超车，则可以高度确定地识别这一点并且警告驾驶员或者必要时可以由车载计算机自主地禁止驾驶员尝试变换车道。
此外，不同车辆之间的无线电传输还允许，给在自我车辆中建立的环境模型补充本身既不参与无线电通信、也不处于环境传感器7、8的测取范围中的对象。因此，图1示出了在交通灯9处汇入的岔路11，在该岔路11的边缘停放了车辆12，并且在此阻挡了车道的一部分。通过自我车辆4的环境传感器7、8直接测取该车辆12被阻断视线的建筑物13阻止。在岔路11上行驶另一辆车14，其一方面如上面所描述地建立环境模型并且经由无线电传播。停放的车辆12和交通灯9属于该车辆14的环境。因此，除了已经提到的关于车辆12的身份、位置和速度的说明，由车辆14传播的数据包还包含关于车辆12和交通灯9的位置的说明。
当自我车辆2接收到车辆12的数据包，这根据上面描述的方法首先导致通过描述车辆12和其运动的数据组来补充自我车辆2的环境模型。车载计算机5在此所计算的、车辆12相对于自我车辆2的位置，基于两辆车2、12的GPS位置确定并且因此累积他们的误差。但是，根据本发明的扩展可以减小该误差，通过车载计算机检查从车辆12的数据包获得的每个数据组，看其是否涉及已经在自身环境模型中记下的对象。这种检查可以基于对象的位置和组归属。在此，在这里所考虑的情况中示出了，自我车辆2的环境模型到目前为止虽然既不包含车辆12也不包含停放的车辆14，但是，两个环境模型包含在与GPS测量的精度范围内一致的绝对位置处的不动的对象，即交通灯9。交通灯9相对于自我车辆2的相对位置(在附图中标记为矢量r9)在自我车辆2的环境模型中被记下，其相对于车辆12的相对位置r9'包含在所接收的数据包中。两个矢量的差r12说明了车辆12相对于自我车辆2的位置，而不受GPS定位误差的影响，并且可以将由车辆12相对于自身位置确定的车辆14的位置精确地换算为相对于自我车辆2的位置。因此，车载计算机5通过比较涉及岔路11的位置的、从车辆导航系统获得的数据能够识别，车辆14使车道变窄，并且向自我车辆2的驾驶员(特别是当他通过设定转向灯表明他进入岔路11的意图时)指明车道变窄。
应该理解的是，上面的详细描述和附图虽然示出了本发明的某些示例性实施方式，但是其仅用于说明而不应被解释为限制本发明的范围。在不脱离本发明的范围的情况下，所描述的实施方式的各种改变是可能的。特别的，该描述和附图还示出了本发明未提及的实施例的特征。此外，这些特征还可以出现在与在此特别公开的组合不同的组合中。在相同的句子或不同类型的文本语境中将多个这样的特征一起提及的事实不能证明他们只能在特别公开的组合中出现的结论是合理的；取而代之，原则上假设，只要本发明的功能性不出现问题，就可以从多个这种特征中去掉或改变单个特征。
附图标记列表
1 道路
2 自我车辆
3 外部车辆
4 外部车辆
5 车载计算机
6 无线电接口
7 雷达传感器
8 照相机
9 交通灯
10 行人
11 岔路
12 车辆
13 建筑物
14 车辆
15

Claims (14)

1.一种用于建立自我车辆(2)的环境模型的方法，具有以下步骤：
a)经由通信接口(6)从外部车辆(4)接收(S3)数据组，其中，所述数据组至少包括所述外部车辆(4)的绝对位置信息；
b)结合自我车辆(2)的绝对位置信息，计算(S8)所述外部车辆(4)的相对位置；
c)借助空间分辨的环境传感器(7、8)测取在车辆的周围环境中的对象的相对位置；和
d)根据所计算的相对位置与由环境传感器测取的对象的位置一致，使对象中的一个与所述外部车辆(4)等同(S9)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据组还包含关于外部车辆(4)的速度和/或路线的数据，并且这些数据被考虑(S5、S6)用于计算外部车辆(4)的相对位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据外部车辆(4)的将来的相对位置决定，输出警告信号和/或自主地介入自我车辆的运动。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据在步骤b)中计算的相对位置，预测外部车辆(4)在环境传感器(7、8)的信号中的痕迹，并且检查(S8)信号中是否存在痕迹。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中测取的对象的位置经由通信接口(6)传播(S2)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤a)中接收的数据组包括在外部车辆(12)的周围环境中测取的对象(9，14)的位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在外部车辆的周围环境中测取的对象的位置被换算为关于自我车辆的第二手的相对位置，并且当在步骤c)中测取相对位置时一起考虑。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在步骤a)中接收的数据组还包括分类信息，所述分类信息将在外部车辆的周围环境中测取的每个对象(3，4，9，10，14)归入预定的对象类别。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，根据对象(3，4，9，10，14)的对象类别预测对象(3，4，9，10，14)在环境传感器(7，8)的信号中的痕迹，并且检查信号中是否存在该痕迹。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，根据对象的对象类别估计(S10)该对象的将来的相对位置。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，在两个或多个如下的对象的组之间区分对象类别：
-能够或者不能够经由通信接口进行通信的对象；
-机动车辆或非机动车辆、行人、动物或者不动的对象。
12.一种具有无线电接口(6)、环境传感器(7、8)和处理器的装置，所述处理器被设计为，特别是被编程为，用于实施上述权利要求中任一项所述的方法。
13.一种计算机程序产品，具有程序代码装置，其使得计算机(5)能够实施权利要求1至11中任一项所述的方法或者在根据权利要求12所述的装置中作为处理器工作。
14.一种计算机可读取的数据载体，在其上记录有程序指令，其使得计算机(5)能够实施权利要求1至11中任一项所述的方法或者在根据权利要求12所述的装置中作为处理器工作。
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