CN109311482B - 用于确定未来路径点处的安全速度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于确定在沿着路段运动的车辆的未来路径点(s*)处的安全速度(v*)的方法。在这个步骤中，确定至少一个表征这个路段的路段走向的路段信息(尤其是弯道曲率κ)。此外，还提供车辆的当前路径点(s)和/或未来路径点(s*)处的摩擦系数(μ)的第一概率分布(Pges)。随后，从至少一个路段信息(κ)和第一概率分布(Pges)中获知未来路径点(s*)处的车速(v)的第二概率分布(Pv)。从第二概率分布(Pv)中通过统计分析来确定安全速度(v*)。

Description

用于确定未来路径点处的安全速度的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定正在行驶的车辆的未来路径点处的安全速度的方法和装置。只要没有明确指出，最大摩擦系数和摩擦系数这两个概念在下文中是同义的。
背景技术
一般而言，驾驶员有责任评估道路情况，驾驶员必须使其驾驶方式适应道路情况。像ESC(Electronic Stability Control电子稳定控制器)/TCS(Traction Control System牵引控制系统)或者ABS(Antiblockiersystem防抱死系统)这些车辆调节系统都会帮助驾驶员将车辆稳定在限制范围内，从而能够在极端情况下更轻松地完成其驾驶任务。这些车辆调节系统的作用主要依赖于在当前路径点处可提供的最大摩擦力μ(也被称为最大的力传递系数(Kraftschlussbeiwert))。轮胎、地面和中间媒介之间的配合对此至关重要。相比在干燥的行驶轨道上提供的摩擦系数，潮湿、雪和冰都会显著地降低轮胎和行驶轨道之间提供的摩擦系数。摩擦系数突然变化，例如因为环境条件发生变化，就可能导致不稳定的驾驶情况，从而增加事故风险。特别危险的是，当车辆的驾驶员因为错误地评估了可提供的摩擦系数而以过快的速度行驶到弯道处。
迄今为止，为了确定安全的弯道速度，仅借助地图数据来考虑道路的路段走向。此外都是以最大摩擦系数是恒定的(经常μ＝1)为出发点。在理想的情况下，在计算中还会额外地加入一个反映当前车辆特性的车辆模型。此外，在知道最大摩擦系数的情况下，车辆有可能在弯道之前就已经减速到了能够毫无问题地驶过的速度。
发明内容
本发明的任务是：说明一种能够确定沿着具有已知的路段走向的路段运动的车辆的未来路径点处的安全速度的方法。本发明的另一个任务是：提供一种相应的装置。
所述任务通过如下描述的方法和装置解决。有利的构造方案也将在下文中进行描述。
提出了一种用于确定沿着具有已知的路段走向的路段运动的车辆的未来路径点处的安全速度的方法，其包括以下步骤：提供至少一个表征这个路段的路段走向的路段信息；提供车辆的当前路径点和/或未来路径点处的最大摩擦系数的第一概率分布；从至少一个路段信息和第一概率分布中获知这个未来路径点处的车速的第二概率分布；并且从第二概率分布中确定出安全速度。
根据本发明的方法是基于以下考虑，不仅考虑位于车辆前方的路段走向，而且还考虑有可能会发生变化的环境条件，这些环境条件有可能显著地限制能够传递到轮胎上的最大力。由此为起点构成了在车辆的当前路径点和/或车辆的未来路径点处存在的最大摩擦系数的连续的或者离散的概率分布。
该方法可以探测到对于当前环境条件来说，车辆是否运动过快。如果速度过快就可以从中推导出在到达未来路径点之前需要采取行动，并且例如以信息、警告或者自动化的行驶干涉(车辆减速等等)的形式输出。在车辆正在自动化行驶时，例如在使用一种或者多种驾驶辅助系统的情况下，可以使用安全速度来计算行驶策略，例如为此要限定优化空间，在这个优化空间内寻找绝对不会超过未来路径点处的安全速度的速度轨迹。
优选地，从第二概率分布中通过统计分析来确定安全速度。
优选地，在未来路径点处的安全速度通过选择第二概率分布的q分位数来确定。正如对于专业技术人员公知的那样，分位数就是在统计学中的定位测量。q分位数就等于在第二概率分布上从所选择的安全速度直至无尽的积分。这意味着，车辆能够稳定地经过这个未来路径点的实际速度有所选择的q分位数×100％的概率会大于或者等于安全速度。这个未来路径点处的安全速度可以通过方程式
Figure GDA0003204198300000031
来获知。在方程式(1)中，v*代表安全速度，P(v)代表第二概率分布，qs代表所选择的q分位数。在这里，q分位数qs是预先设定的，并且在使用方程式(1)的情况下获知安全速度v*。
作为替选，为了确定安全速度可以使用第二概率分布的p分位数，也就是说，从0直至安全速度v*的积分。那么对于选择的p分位数ps成立的是
Figure GDA0003204198300000032
作为至少一个路段信息，可以借用车辆的在未来路径点处的和/或未来路径点之前的弯道曲率。在知道弯道曲率的情况下，可以借助方程式
Figure GDA0003204198300000033
完成获知第二概率分布的步骤。在公式中，ax是车辆纵向加速度，κ是弯道曲率，s是路程，g是重力常数，vx是车辆沿其纵轴方向的速度(车辆纵向速度)，μ是摩擦系数。给出的方程式(2)假定为，车辆能够简单地视为质点。当然为了确定第二概率分布也可以使用复杂的车辆模型。
根据一种构造方案，获知所述第二概率分布的步骤在如下假设下进行，即：所述车辆是具有给定的车辆重量的质点。
根据另一种构造方案，获知第二概率分布的步骤是在以下假设下完成的，即，车辆在不加速的情况下驶过这个路段、尤其是未来路径点。因此可以忽略方程式(2)中的项
Figure GDA0003204198300000041
从而能够将相关路径点s处的摩擦系数μ的概率分布简单地换算成车速vx的概率分布。
尤其是选择依赖于车辆类型、底盘类型或者所选择的行驶模式的值作为q分位数。q分位数表征处理安全速度的系统。根据车辆类型、例如是赛车、强调舒适的贵宾车、越野车等等，可以选择不同的安全速度。如果车辆具有车辆辅助系统(利用其可以将底盘设置成不同的模式)，那么就可以例如也为不同的模式分别确定出考虑到车辆的行驶特性的q分位数。此外，也可以选择依赖于车辆类型、底盘类型或者行驶模式的对于所述车辆来说固定的值作为p分位数。
q分位数最好如下地选择，即，使得从中得出的、所选择的安全速度小于未来所选择的路径点处的真实的安全速度。由此能偶确保，不会在这个未来路径点处出现对于车辆有危险的情况。此外，也可以选择p分位数，使得从中得出的、选定的安全速度小于所述未来路径点处的真实的安全速度。
根据另一种符合目的的构造方案，提出了一种用于确定沿着具有已知的路段走向的路段运动的车辆的未来路径点处的安全速度的装置。装置包括第一机构，用于从至少一个表征该路段的路段走向的路段信息和车辆的当前路径点和/或未来路径点处的最大摩擦系数的第一概率分布中获知未来路径点处的车速的第二概率分布；以及包括第二机构，用于从第二概率分布中获知安全速度。第一概率分布可以通过车辆的计算单元来获知，并且提供用于进一步的处理以确定安全速度。
根据本发明的装置具有与上文中结合根据本发明的方法所描述的相同优点。
根据本发明的装置可以包含更多用于执行上述方法的机构。
附图说明
下面借助附图中的一个实施例更详尽地描述本发明。图中示出：
图1示出根据本发明的方法流程的示意图；并且
图2示出用于确定车辆的未来路径点处的安全速度的方式的示意图。
具体实施方式
图1用流程图示出了根据本发明的、用于确定车辆在未来路径点s*处的安全速度v*的方法的简要流程。这个未来路径点s*例如是沿着(已知的)路段运动的车辆以车辆纵向方向朝其行驶的弯道。尤其是可以将这个弯道的顶点视为未来路径点s*。作为替选，未来路径点s*也可以以恒定的距离位于车辆前方(前瞻视野)。关于位于车辆前方的路段和车辆前方的下一个弯道处的数据可以通过车辆的计算单元从导航系统的地图数据中获知。在步骤S1中提供一个或者多个表征路段的路段走向的路段信息。那些表征路段的路段走向的路段信息尤其是包含未来路径点s*处的弯道曲率κ。此外还可以将车辆的这个未来路径点s*的前方和/或后方的弯道曲率视为路段信息进行处理。
在第二个步骤S2中，完成提供车辆的当前路径点s和/或未来路径点s*处的最大摩擦系数μ的第一概率分布Pges。所提供的概率分布Pges(μ)可以以离散的或者连续的形式存在。以何种方式获知这样的概率分布不是该方法的主题。
一般而言，最大摩擦系数可以通过直接的或者间接的方法获知。通过直接的方法获知最大摩擦系数以效果为基础，并且可以划分为直接主动的和直接被动的方法。在直接主动的方法中，通过刹车和/或转向对车辆的行驶动态进行主动干涉。在直接被动的方法中，不会对车辆的行驶动态进行主动干涉。作为代替，在为了到达预设的导航目标而对车辆进行的行驶操作过程中，仅观察摩擦系数对轮胎运行面、车辆和诸如此类的影响。为了测量摩擦系数的影响并且能够从中足够可靠地推算出最大摩擦系数，向轮胎传递大的力是重要前提。
在间接的、基于原因的方法中，是借助那些能够在物理意义上影响最大摩擦系数的参数来确定最大摩擦系数。这例如可以是轮胎轮廓、轮胎的橡胶含量、轮胎的温度、轮胎气压、路面、路面的温度、路面的特性(例如有雪或有水)等等。
对车辆的某个未来路径点处的摩擦系数的评估例如可以用包含以下步骤的方法来说明：从第一数量的、为车辆的当前路径点获知或者已经获知的并且表征车辆的当前路径点处的最大摩擦系数的参数中，在利用贝叶斯网络的情况下，对车辆的当前路径点处的最大摩擦系数的第一概率分布进行预测。进一步地，从第二数量的、有关未来路径点的信息中评估出车辆的未来路径点处的最大摩擦系数的第二概率分布。最后从所述第一和第二概率分布中获知最终得到的、组合以后的概率分布。为了能够评估车辆前方的未来路径点处的摩擦系数分布，根据这种示例性的做法，不仅对车辆下方的(也就是当前路径点处的)而且还对车辆前方的、影响可提供的最大摩擦系数的变量进行处理。通过所描述地利用许多可提供的、车辆下方和前方的信息，对未来路径点处的摩擦系数分布的预测质量非常高。
原则上，在该方法的框架内也可以采用其他的做法，以提供车辆的当前路径点和/或未来路径点处的最大摩擦系数的概率分布。
通过这种分析关系、路段信息、和尤其是弯道曲率κ，可以将未来路径点s*处的当前概率分布Pges(μ)换算成概率分布Pv(v)，其中，v是车辆的车速。获知过程在图1所示的图表中作为步骤S3完成。
作为后续的步骤S4，从现在获知的、路径点s*处的速度Pv(v)的概率分布中，完成从这个概率分布中确定安全速度v*的工作。这种做法参照图2进行描述。
图2的上半部分示出了与最大摩擦系数μ相关的、连续的概率分布Pges(μ)。该图表例如示出了在车辆的当前路径点和/或未来路径点s*处的概率分布Pges(μ)。概率分布Pges(μ)例如可以通过组合位于当前路径点和未来路径点s*之间的相应路径点处的多个概率分布形成。它被认为是给定的。
从概率分布Pges(μ)到未来路径点s*处的速度的概率分布Pv(v)的换算例如借助符合方程式(2)的微分方程式完成。在这个公式中，vx表示车辆沿其纵轴方向的速度(车辆纵向速度)，ax表示车辆沿其纵轴方向的加速度(车辆纵向加速度)、κ表示弯道曲率、s表示路程、g表示重力常数并且μ是摩擦系数。在处理方程式(2)时，为了简单起见车辆被视为质点。然而也可以采用另一种车辆模型。弯道曲率κ从上面提到的、相关路径点的地图数据中得出，在当前情况下是从所选择的未来路径点s*中得出。此外，为了简单起见，假设车辆是在不加速的情况下驶过观察的路径点s*，因此方程式(2)中没有项
Figure GDA0003204198300000071
由此可以为不同的摩擦系数根据在图2上方示出的概率分布获知相应的、速度的概率分布。示例性地，在图2下方示出的概率分布Pv(v)依据车速v得出。
对未来路径点s*(也被称为预测点)处的安全速度v*的确定是通过选择在速度v时获知的概率分布Pv(v)的q分位数qs实现的。在图2中，q分位数用qs表示，其中，qs表示安全参数。
qs根据方程式(1)等于在概率分布Pv上从安全速度v*直至无尽的积分。这意味着，能够稳定地经过未来路径点s*的实际速度有qs×100％的概率大于或者等于所选择的速度v*。所选择的qs越大，速度选择越安全。
为了获知安全速度，在此针对车辆类型(例如赛车、贵宾车或者越野车)并且/或者依据车辆中存在的底盘(赛车底盘、舒适车底盘或者通过模式选择而可选择的底盘匹配)为qs预设特定的值。q分位数的选择在此针对车辆的车辆类型和/或底盘/行驶模式固定地进行。从预设的q分位数qs和方程式(1)中就可以计算出安全速度v*。当然，所选择的安全速度v*在此不等于实际上不知道的、真实的安全速度。然而安全速度v*的选择可以通过合适地选择q分位数实现，即，让其有极大的概率小于真实的安全速度。
借助现有的、针对未来路径点s*的安全速度v*，就可以推导出行动策略。如果确定了，车辆在路径点s*处的实际速度大于获知的安全速度v*，或者仅略微低于安全速度v*，那么从中就可以推导出行动必要性。该行动必要性可以是给驾驶员信息或警报，或者，当存在驾驶辅助系统时，还包括自动地进行车辆减速。在车辆自动化行驶时，安全速度v*可以被用于限定优化空间，在该优化空间内确定出合适的速度轨迹。
该方法基于以下考虑，即，在存在关于未来路径点的力传递信息(Kraftschlussinformationen)的情况下，借助计算出的、路径点处的安全速度和速度预测，基于驾驶员的当前摩擦系数利用性，在考虑到路段信息的情况下，事先确定路径点处的行驶情况的危急程度。从中可以推导出所提及的行动建议，像是例如预先协调底盘系统、为车辆减速或者向驾驶员发出警报。
附图标记列表
s 当前路径点
s* 未来路径点
κ 弯道曲率
Pges(μ) 第一概率分布
Pv(v) 第二概率分布
μ 摩擦系数
qs q分位数
vx 车辆纵向速度
ax 车辆纵向加速度

Claims (14)

1.用于确定沿着路段运动的车辆的未来路径点(s*)处的安全速度(v*)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供表征所述路段的路段走向的至少一个路段信息；
-提供所述车辆的当前路径点(s)和/或未来路径点(s*)处的最大摩擦系数(μ)的第一概率分布(Pges)；
-从所述至少一个路段信息和所述第一概率分布(Pges)中获知所述未来路径点(s*)处的车速(v)的第二概率分布(Pv)；
-从所述第二概率分布(Pv)中确定所述安全速度(v*)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述第二概率分布(Pv)中通过统计分析来确定所述安全速度(v*)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过选择所述第二概率分布(Pv)的q分位数来确定所述未来路径点(s*)处的安全速度(v*)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过选择所述第二概率分布(Pv)的p分位数来确定所述未来路径点(s*)处的安全速度(v*)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将在所述车辆的未来路径点(s*)处和/或之前的弯道曲率(κ)作为所述至少一个路段信息来处理。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，获知所述第二概率分布(Pv)的步骤依据
Figure FDA0003204198290000011
来进行，其中，ax是车辆纵向加速度，κ是弯道曲率，s是路程，g是重力常数，vx是车辆纵向速度，μ是摩擦系数。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，获知所述第二概率分布(Pv)的步骤在如下假设下进行，即：所述车辆是具有给定的车辆重量的质点。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，获知所述第二概率分布(Pv)的步骤在如下假设下进行，即：所述车辆在不加速的情况下驶过所述路段。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述路段是所述未来路径点(s*)。
10.根据权利要求3所述的方法，其中，选择依赖于车辆类型、底盘类型或者行驶模式的对于所述车辆来说固定的值作为q分位数。
11.根据权利要求4所述的方法，其中，选择依赖于车辆类型、底盘类型或者行驶模式的对于所述车辆来说固定的值作为p分位数。
12.根据权利要求3所述的方法，其中，选择q分位数，使得从中得出的、选定的安全速度(v*)小于所述未来路径点(s*)处的真实的安全速度。
13.根据权利要求4所述的方法，其中，选择p分位数，使得从中得出的、选定的安全速度(v*)小于所述未来路径点(s*)处的真实的安全速度。
14.用于确定沿着路段运动的车辆的未来路径点(s*)处的安全速度的装置，所述装置包括：
-第一机构，用于从至少一个表征所述路段的路段走向的路段信息和在所述车辆的当前路径点(s)和/或未来路径点(s*)处的最大摩擦系数(μ)的第一概率分布(Pges)中获知所述未来路径点(s*)处的车速(v)的第二概率分布(Pv)；
-第二机构，用于从所述第二概率分布(Pv)中获知所述安全速度(v*)。
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