CN109501801B - 计划碰撞避免机动的方法、控制单元、车辆和计算机程序 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计划碰撞避免机动的方法、控制单元、车辆和计算机程序。提案涉及一种可用在协同驾驶或自主驾驶场景下的用于计划碰撞避免机动的方法。该方法包括如下步骤：观察车辆的周围环境；如果存在碰撞的风险，则确定碰撞的风险；开始所涉及的车辆的信息交换阶段。在信息交换阶段期间，所涉及的车辆提交它自己的所确定的驾驶软管至所涉及的车辆。开始估算阶段，其中车辆估算它自己的以及从其它所涉及的车辆接收的驾驶软管。此外，确定所涉及的车辆用来避免碰撞的彼此间安全区域。这可以被提交至所涉及的车辆，用来利用自己的安全要求进行检验。如果不满足安全要求，车辆执行将状态从碰撞避免改变为碰撞最小化并将状态的改变告知其它所涉及的车辆。

Description

计划碰撞避免机动的方法、控制单元、车辆和计算机程序

技术领域

本公开涉及一种用于借助于车对车通信机制计划碰撞避免机动的方法。本公开还涉及对应的控制单元，和装备有该控制单元的车辆以及对应的计算机程序。

背景技术

自主驾驶（有时称作自动驾驶、自动化驾驶或无人驾驶）是在很大程度上自主的车辆、移动机器人和无人驾驶运输系统的移动。存在不同程度的自主驾驶。在该情形下，即使驾驶员仍然存在于车辆中，他可能任务仅在于监控自动驾驶操作，也同样在某些水平下称作自主驾驶。在欧洲，各种运输部门（在德国，涉及联邦道路系统研究所（Bundesanstalt für Straßenwesen））一起工作并且定义以下自主分级。

0级：“仅驾驶员”，驾驶员自己驾驶、转向、给油、刹车等等。

1级：某些辅助系统帮助车辆操作（包括巡航控制系统-自动巡航控制ACC）。

2级：半自动化。其中，由辅助系统进行自动停车、追踪功能、普通纵向引导、加速、减速等等（包括碰撞避免）。

3级：高度自动化。驾驶员不必连续地监控系统。车辆独立地执行功能，诸如触发转弯信号、车道变更和追踪。驾驶员可以转向其它事物，但是如果被要求，要求系统在预警告周期内获得主导权。该自主形式在机动车道上是技术上可行的。立法者正致力于允许3级车辆。已经创建了法律框架。

4级：完全自动化。由系统永久地采用车辆的引导。如果系统不再能够处理任务，可以要求驾驶员获得主导权。

5级：无需驾驶员。除了设定目标和启动系统之外，无需人员干涉。

设想未来的协同驾驶应用，从而显著提高自动驾驶的效率和舒适度。车辆之间协同的增多对通信系统以及在协同车辆之间交换消息的方式提出特殊要求。其中本发明所关注的应用领域从2级向前并且关注碰撞避免的重要方面。这种应用、更特别地是协同碰撞避免对构建协同决定的整体时间提出非常严厉的要求并且要求简单、可靠和高效的解决方案。

在这些系统中，车辆不同阶段的准确的位置确定和车辆周围的精确的观察是同样重要的。特别地，位置确定技术是已知的，所述位置确定技术在确定机动车的估算位置方面考虑了绝对位置数据和测距法位置数据。

在该情形下，绝对位置数据以绝对值、例如以UTM或WG384参考坐标系指出在某一时刻机动车的测得位置。可选地，绝对位置数据还可以提供具有朝向，例如机动车的当前移动方向。位置和朝向的组合通常称作姿态。通常在笛卡尔坐标系中二维地表示位置。

另一方面，测距法位置数据指出机动车的自运动或相对运动，例如以任意定义的参考坐标系或者以所谓的车辆坐标系（“车身框架（body frame）”）来指出机动车的自运动或相对运动。在该情形下，自运动在每个情形下都相对于机动车的之前位置来指出。

协同碰撞避免应用是在协同车辆系统的领域中的关键应用之一。文献中已知有多个方案，这些方案提出了实现消息交换流的方法。

US2013/0325306 A1描述了一种具有分布式滚动时域控制的协同驾驶和碰撞避免系统。在协调车辆中的控制器包括：配置用于从在通信范围内的多个第二协调车辆接收轨迹消息的通信终端，所述轨迹消息包括用于预定的更新间隔的车辆轨迹信息。控制器中的计算机执行以下任务：

任务1：针对下一个计划时域生成标称的“假设轨迹”，该“假设轨迹”可涉及解决优化问题。

任务2：与每个邻居交换（发送和接收）假设轨迹。

任务3：有关冲突检查假设轨迹（自己针对邻居），并且如必要的话解决任何冲突。计算解决冲突的机动涉及解决优化问题。

任务4：解决优化问题来生成下一个实施的机动，如果尚未在任务1或3中完成的话。当初始机动能简单地计算（即在任务1中无需优化）并且这种机动并不导致冲突（在任务3中无需优化）时，要求这一点。

从WO2016/020290 A1已知一种用于自动协同驾驶的系统。该系统包括：用于确定车辆位置的位置确定单元，用于从至少一个周围车辆接收周围数据的接收单元，用于借助于关于本车的信息而计算本车的轨迹的信号处理单元，其中，借助于周围数据，信号处理单元计算本车的轨迹是否与物体或第二车辆的轨迹相交，并且因此车辆（Vx1）是否与该物体和/或该第二车辆碰撞。

对于协同或自主驾驶来说，车辆相互之间的某些消息的交换是非常重要的。包括在消息中的这种信息可以是位置信息、周围环境信息、轨迹信息、报警信息、控制信息等等。

所有这些类型的信息都需要大量的消息交换。此外，为了达成关于机动的协定，需要交换进一步的消息来构建关于协调机动的共同的协同决定。存在来自Kai Franke、MarkGonter、Michael Düring、Karsten Lemmer、Reza Balaghiasefi、Ferit Küçükay的文章，该文章描述了该技术。该文章具有标题“用于协同驾驶领域内CISS/CDAS的参考架构（Areference architecture for CISS/CDAS within the field of cooperativedriving）”，并且公开于2014 International Conference on Connected Vehicles andExpo (ICCVE), 2014年。该文章描述了以下方案：在该情形下，首先一个车辆检测到潜在的碰撞问题并且通过发送对应的消息来触发协同碰撞避免机动计划的开始。在此之后，所选择的或已经同意协同的车辆相互之中交换关于环境的信息。作为下一步，所涉及的车辆基于所交换的信息来计算它们自己的以及其它所涉及的车辆的轨迹。一旦计算出所建议的轨迹，每个车辆就基于它自己的自我喜好来估算每个解决方案并且发送排名和轨迹至其它涉及的伙伴。一旦已经完成了交换过程，每个车辆就比较所有接收到的所建议的轨迹的排名，并且选择具有整体排名最大的一个。做出的选择随后被发送到其它伙伴以使得所有伙伴都理解所选择的自己的轨迹和整体机动。

在DE 10 2015 221 817 A1中描述了所提出的另一想法，该想法假设隐含的信息交换根本不确认所选择的路径。在该情形下，每个车辆都周期性地发送关于环境的信息和从其它伙伴接收到的信息的所计划的轨迹以及替选的所计划的轨迹。在该方案中，每个车辆都假设：一旦其它车辆接收到关于其邻居的所计划的轨迹的信息，则所述其它车辆将对应地采用它们自己的计划以使得所有车辆的机动被优化。

本发明识别出与上述这些方案不同的问题。在文章“A reference architecturefor CISS/CDAS within the field of cooperative driving”中描述的方案的主要挑战在于，该方案需要在易出错的通信网络之上在非常短的时间内在伙伴之间进行大量的消息交换。

其它方案的问题在于，算法假设每个新发送的轨迹更新都最终导致对于给定的协同机动来说全局最佳的方向。实际上，这可导致局部最优或甚至导致下一步在相同级别下的恒定振荡，而并未向全局最优的方向移动。

因此，需要一种用于碰撞避免系统的、避免了上述缺点的改进方案。这对应于本发明所解决的技术问题。

发明内容

该目的是通过根据本发明的方法、根据本发明的计算单元、根据本发明的车辆以及根据本发明的计算机程序来实现的。从属权利要求包括本发明的优点、进一步发展和改进，如下所述。

根据提议的解决方案包括以下步骤，观察车辆的周围环境并且确定碰撞的风险。如果存在碰撞的风险，则针对所涉及的车辆开始信息交换阶段，在那里，从其它车辆收集关于观察的信息。在信息交换阶段期间，所涉及的车辆提交它自己的所谓的驾驶软管（driving hose）至所涉及的车辆，该驾驶软管包括从它自己的观察得到的决策信息。随后开始估算阶段，其中车辆估算它自己的驾驶软管以及从其它所涉及的车辆接收到的驾驶软管，并且确定所涉及的车辆的彼此间安全区域来进行避免碰撞。

在增强的实施例中，将该彼此间安全区域被提交至所涉及的车辆，这些所涉及的车辆执行如下步骤：检查从其它所涉及的车辆接收到的彼此间安全区域是否满足它们自己的安全要求。如果情况并非如此，则该车辆将把它的状态从碰撞避免状态改变为碰撞最小化状态，并且将状态的改变告知其它所涉及的车辆。该提议具有的优点在于，可以大大减少关于所建议的轨迹的信息交换的量。特别地以它们的所有开销要交换的消息远远更少，亦即大大提高了通信系统的整体性能。这无疑是巨大的优点，因为对于道路上的所有交通来说，车对车通信能易于胜过移动通信系统。如果满足了安全要求，则车辆从彼此间安全区域选择优选的轨迹。

因为每个车辆计算彼此间安全区域，车辆实际上选择哪个确切轨迹用于下一个驾驶时刻不再重要，只要该轨迹在安全区域内的话。独特轨迹的交换的主要问题在于，它们是离散的，并且如果一个以任何小数值改变，则它已经是新轨迹并且必须向其它车辆告知该新轨迹。为何根据提议将安全区域考虑为最重要的参数是一个重要方面，，并且真实轨迹的交换是在此之后的选项，其可以被用作额外的特征（有是好的，但是并非必须有）。

换言之，该提议允许对于碰撞避免问题找到通用全局解决方案，其中需要交换最少数目的消息。该优点源自如下事实：将交换驾驶软管，所述驾驶软管包含关于车辆的纵向和横向位置的信息，所述纵向和横向位置随时间以及随车辆到达在所考虑的时隙中的点的概率而变化。因此，在该驾驶软管中包括了全部可能的轨迹，以使其稍微确保了在数据集合中包括了全局最小值，亦即机动具有避免碰撞的最安全的驾驶条件。

总之，所提出的方法包括以下主要优点：

- 该方法提供了找到具有要交换的最少数目的消息的通用全局解决方案。

- 该方案导致适用于所有车辆的解决方案并且与可能发生一些车辆不同意所提出的轨迹并且可能要求重启算法的其它方案相比无需重复阶段。

- 一些其它方案并未要求协同协定，但是假设车辆积极地对驾驶意图做出反应。当车辆由于它们自己的性能而无法积极地（亦即如其它车辆所请求的那样）对请求做出反应时，可能出现这种参考的问题。这对应于局部最优问题，如果从一个车辆的角度将一些驾驶动作视为“良好”的话，但是实际上从所有车辆的全局角度并非最优。在该情形下，第一车辆将不像另一车辆所期待的反应那样做出反应，并且该另一车辆将需要额外时间来对第一车辆的未预期的行为做出反应。由于来自在机动方面涉及的所有车辆的完整信息的缺失，该情形（当所提出的决定陷入局部最优时）可重复多次，而不导致碰撞避免方面的任何进步。在所提出的方案中避免了该问题。

- 还提供简化方式来控制是否成功地进行机动。

如果车辆的驾驶软管以具有随时间以及随车辆按时到达对应点的概率而变化的、关于车辆的纵向和横向位置的信息的4维张量的形式来表示，那么这是有利的。

为了利用计算机执行对驾驶软管的估算，有利的是利用自己的驾驶软管来计算随空间和时间变化的、从其它所涉及的车辆接收到的驾驶软管的相关性。随后，在相关性计算结果中的全局最小值确定了彼此间安全区域位于何处。

对于机动计划来说有利的是，每个车辆都为它自己选择在彼此间安全区域之外的优选的轨迹，并且将该优选的轨迹提交至所涉及的车辆以用于进一步检验。因此，所涉及的车辆可以再次检验在所计划的机动中是否存在碰撞的风险。

如果当提交自己的驾驶软管时应用线性网络编码的技术，那么可以提高信息交换阶段的效率。即使由于易出错信道而无法接收具有驾驶软管的消息，在来自其它所涉及的车辆的提交中也存在当前关于丢失的驾驶软管的信息，使得在估算阶段期间并未完全忽略丢失的驾驶软管。这大大提高了信息交换阶段通信的鲁棒性。

对于线性网络编码来说优选地，自己的驾驶软管将与先前从其它所涉及的车辆接收到的驾驶软管线性地组合并且在提交自己的驾驶软管的消息中也包括针对该线性组合的生成矩阵，以使得接收该消息的站点可以容易地对消息进行解码。

作为示例，随机线性网络编码RLNC的技术可以用于线性网络编码。

分配驾驶软管的信息的高效方式是当所涉及的车辆在信息交换阶段广播驾驶软管时。因此，仅利用一个消息，所有所涉及的车辆就都将得到信息而无需将其多次发送。

特别地，有利的是，在未来时刻在两个车辆之间的最小允许距离和/或两个车辆在未来时刻在相同地点停下的概率都被用作安全要求。

此外，有利的是，检测碰撞的风险的车辆通过将警报消息广播至周围车辆来启动信息交换阶段。

此外有利的是，在车辆中启动用于信息交换阶段的计时器，该计时器检测了碰撞的风险，而且其中警报消息包括关于用于信息交换阶段的计时器的信息。以该方式，所有所涉及的车辆都知晓在由警报车辆关闭信息交换阶段之前他们何时应该反应发送它们自己的驾驶软管。

然后，对于该实现方案有利的是，也启动用于估算阶段的计时器并且当该计时器到期而尚未从所涉及的车辆之一接收到优选的轨迹时，设置车辆的计时器将状态从碰撞避免状态改变为碰撞最小化状态并且将状态的改变告知其它所涉及的车辆。

如果在机动方面所涉及的车辆之一并未在第一计时器的时间间隔内发送任何消息，则该车辆被其它所涉及的车辆作为非协同的来对待。但是在其它车辆之间，仍然可以存在所执行的协同碰撞避免机动。

于是，如果在所有交换的驾驶软管有相关性之后，至少协同车辆之一并未找到满足“安全”准则的全局解决方案，则该车辆将其状态改变为碰撞最小化并且向其它车辆告知这一点。对应的优点对于根据该提议的控制单元以及根据所要求保护的提议的计算机程序来说是明显的。

附图说明

本发明的示例性实施例在附图中图解说明并且在下文参照附图更详细地予以阐述。

在附图中：

图1示出了经由移动无线电设备进行车辆通信的原理；

图2 示出了在观察员车辆的车体框架坐标系中利用距离和速度进行物体检测的原理；

图3示出了在移动的车辆的前方的驾驶软管轮廓的表示；

图4示出了对于具有各种车辆电子部件的车辆通信网络的框图；

图5示出了其前方出现障碍物的观察员车辆的规避机动的计划的表示；

图6示出了驾驶软管的表示的各种其它形式；

图7示出了在超车过程期间典型的危险驾驶情形；

图8示出了通过用于碰撞避免的无线电交换数据集的相关性计算所确定的参与车辆的估算结果；

图9示出了所涉及的车辆的所计划的规避机动；以及

图10示出了用于协同碰撞避免的程序的过程。

具体实施方式

本说明书说明了本公开的原理。因此应该领会，本领域技术人员将能够设计出如下各种装置，尽管并未在本文中明确地描述或呈现，所述各种装置仍体现出本公开的原理。

在本文中列举的所有示例和条件语言都意在为了教导目的而帮助读者理解本公开的原理和由发明人为了促进现有技术而做出贡献的概念，并且将要解释为并不限于这种具体列举的示例和条件。

此外，本文中列举本公开的原理、方面和实施例的所有陈述、以及它们的具体示例都意在包括它们的结构上和功能上的等价形式两者。附加地，有意设计的是，这种等价形式包括当前已知的等价形式以及未来开发的等价形式两者，亦即执行相同功能的所开发的任意元件，而无论结构如何。

因此，例如，本领域技术人员将知晓的是，本文中所展示的图表表示将本公开的原理具体化的示意性电路的概念图。

可以通过使用专用硬件以及能够与合适的软件结合而执行软件的硬件来提供附图中所示的各种元件的功能。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器、或由多个单独处理器来提供，所述多个单独处理器中的一些可以共享。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应解释为仅仅涉及能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括但不限于数字信号处理器（DSP）硬件、用于存储软件的只读存储器（ROM）、随机访问存储器（RAM）以及非易失性存储装置。

也可以包括其它硬件，常规和/或定制的硬件。类似地，附图中所示的任何开关都只是概念性的。可以通过程序逻辑的运算、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互、或者甚至手动地来执行所述开关的功能，如从上下文更具体地理解的那样，实施者可选择特定的技术。

在本发明中，表达为用于执行特殊功能的装置的任何元件都意在包括执行该功能的任意方式，例如包括：a）执行该功能的电路元件的组合或者b）以任意形式的软件，因此所述形式包括固件、微代码等等，与合适的电路组合以用于执行该软件从而执行功能。本公开在于如下事实：由各个所列举的装置所提供的功能以按照本发明的方式组合并且放在一起。因此注意的是，可以提供那些功能的任何装置都等同于本文中所示出的那些装置。

图1示出了利用移动无线电设备的车辆通信的原理。车辆用附图标记30来标记。术语车辆应该理解为对于具有内燃机或电动机的机动车的总称，无论是具有或不具有电动机的自行车，或由体力供电的其它车辆，或者具有一个、两个、四个或更多个车轮的车辆。无论是摩托车、乘用汽车、卡车、公交车、农用车辆或建筑机械。列表并非穷举并且包括其它车辆种类。

然而，车辆通信、特别是车辆直接通信对于该目的来说是必须的。研发了用于车辆通信的各种系统。示例包括基于WLAN的车辆通信，也称作“点对点域（ad-hoc domain）”，以及在移动无线电网络领域中的车辆通信。然而，在基于移动无线电技术的情形下，基站必须将消息从车辆发送至车辆。这是通信发生在所谓的“基础设施域”中的区域。对于未来的移动无线电世代来说，车辆直接通信也是可能的。在LTE中，根据长期演进，该变型被称作LTE-V，在5G倡议的情形下该变型被称作D2D。

图1中的车辆每个都装备有通信模块110，该通信模块110用作在移动无线电网络中通信的发送和接收单元。车辆30这里由于集成的通信模块110而对应于移动无线电网络用户站。来自车辆（上行链路）以及到车辆（下行链路）的所有消息或者经由基站20路由发送，该基站20用作移动无线电单元，或者在直接车辆通信（侧链路（Sidelink））的情形下直接在车辆30之间路由发送。如果车辆30在该移动无线电单元内，则这些车辆30在基站20处登记或注册。如果这些车辆30离开移动单元，则它们被移交至相邻单元（移交）并且因此在基站20处退出登录或注销。基站20也提供到互联网的访问，使得在该移动无线电单元中给车辆30或所有其他移动无线电用户提供互联网数据。为此目的，基站20经由所谓的S1接口连接到EPC 40（演进数据包核心（Evolved Packet Core））。中央计算机50也经由互联网10或另一广域网WAN而可访问。这可以位于交通控制中心中，例如个别车辆30的一些位置数据或轨迹信息可以被报告给该交通控制中心。

这种移动无线电技术是标准化的并且这里参照移动无线电标准的对应规范。作为移动无线电标准的现代示例，参照3GPP倡议和LTE标准（长期演进）。许多相关的ETSI规范当前都可在版本14中获得。提及以下作为示例：ETSI TS 136 213 V13.00（2016-05）；演进通用陆地无线电访问（E-UTRA）；物理层规程（3GPP TS 36.213版本13.0.0 发布13）。

图2示出了由观察前车32的观察员车辆31进行周围环境观察的原理。在驾驶员辅助中用于捕捉周围环境物体的传感器系统基于取决于应用的不同的测量方法。普遍的技术除了别的以外还是对应于无线电检测和测距的雷达（Radar），对应于光检测和测距的激光雷达（Lidar），2D和3D摄像机以及超声传感器。

对于本发明来说，使用传感器系统，该传感器系统允许沿纵向和轴向方向测量距离以及沿纵向和横向方向测量相对速度。

用sx和xy将观察员车辆31与前车32之间的移动确定为测得的相对纵向和横向距离，并且vx和vy被用作测得的相对纵向和横向速度分量，如图2中所示。

图3示出了车辆30并且说明了可如何描述它自己在未来的可能的移动。由在接下来几秒内横越车辆轨迹的驾驶软管来描述预测的自移动。采用不同的灰度值指出车辆将到达驾驶软管内某点的概率。驾驶软管的外部区域30U表示具有车辆将到达这种点的相对低可能性的区域。标注30S的内部区域是其中车辆将以相对高可能性定位的区域。

图4示出了现代机动车的车载网络的典型构造。附图标记151表示发动机控制单元。附图标记152对应于与电子稳定性控制相对应的ESC控制单元，而附图标记153表示传输控制单元。可以在机动车中提供其它控制装置，诸如车辆动态控制单元等等。这种控制单元的联网通常采用CAN总线系统（控制器局域网络）104而发生，所有控制单元都被分配至传动链的类别。因为各种传感器都安装在机动车中并且这些传感器不再仅连接至单独的控制单元，这种传感器数据也经由总线系统104分配到单独的控制装置。机动车中传感器的示例是车轮速度传感器，转向角传感器，加速度传感器，旋转数据传感器，压力传感器，距离传感器，冲击传感器，空气传感器等等。车轮装备的各种传感器都在图4中通过附图标记161、162、163来标注。

然而，现代机动车也可以具有其它部件，诸如摄像机105，例如，作为倒车摄像机或驾驶员监控摄像机，以及作为激光雷达（LIDAR）或雷达（RADAR）装置，用于实现雷达系统或者用于实现距离报警或碰撞报警/避免装置。

也安装在驾驶室区域中的导航系统120通常不同于此。显示在地图上的路线当然也可以显示在驾驶室中的显示器上。其它部件，诸如无需手（hands-free）的系统，可能存在但是未详细示出。附图标记110标注车载单元。该车载单元110对应于通信模块，车辆可以经由该通信模块接收并发送移动数据。通常，这是移动无线电通信模块，例如根据LTE标准的移动无线电通信模块。所有这些装置都分配至信息娱乐区域。这些装置因此经由被设计用于该装置类别的特殊需求的总线系统102而联网。高速CAN总线是可以应用的一个示例。作为另一示例，示出了以太网总线108，该以太网总线仅连接两个部件，即驾驶员辅助控制器171和雷达（RADAR）装置172。以太网总线由于其较高的用于数据传输的带宽而也是对于该通信总线108的一个选项。除了雷达传感器之外或者作为雷达传感器的替换方案，激光雷达传感器或多个摄像机和/或超声传感器都可以应用来进行周围环境观察。在IEEE 802.1Q规范中标准化了适用于车辆通信的特殊需求的以太网总线。超声传感器通常用于短距离观察，例如3至5米。雷达和激光雷达传感器可以用于扫描高达250m或150m的范围并且摄像机覆盖从30至120m的范围。

为了经由通信接口110将车辆相关的传感器数据传输至另一车辆或中央计算机的目的，提供网关140。该网关140被连接到不同的总线系统102、104和108。网关140适用于将其经由以太网总线108接收到的所要转换的数据转换为信息娱乐CAN总线102的传输格式，使得该数据可以被分配到在那里所指定的包中。为了将该数据转发至外界，亦即转发至另一机动车或中央计算机50，车载单元110装备有通信接口，用来接收这些数据包并且依次将它们转换为对应地使用的移动无线电标准的传输格式。如所示出的那样，网关140作为中央装置连接到总线102、104以及108。因此，如果数据将要在不同总线系统之间交换并且如果需要的话，该网关采取所有必需的格式转换。

图5示出了规避机动的计划，其中观察员车辆31由于前车32停止不动或急刹车而计算规避轨迹TJ。在Thomas Mauer博士在Duisburg-Essen大学的题为“Bewertung vonMess- und Prädiktionsunsicherheiten in der zeitlichen Eingriffsentscheidung für automatische Notbrems- und Ausweichsysteme（对在用于自动紧急制动和规避系统的时间干预决策中的测量和预测不安全性的评估）”的论文报告中描述了如何计算这种碰撞避免机动的方式。

图6示出了驾驶软管FS的不同的图示。非常直观的图示是驾驶软管FS的3D表示。该3D表示说明了对于沿横向和纵向方向的每个点来说车辆将在给定时间间隔、通常几秒内到达该点的概率，如上面提到的那样。右上方的图示是其中采用点的强度指出概率的2D图示。

确切地说，3D表示并非完全正确。对于根据本发明的机动计划来说更常见的是，使用驾驶软管的4D表示。一个维度对应于纵向方向，而第二维度对应于横向方向。第三维度对应于时间，而第四维度对应于所谓的自我概率，亦即观察员车辆将在给定时刻到达对应点的概率。根据本发明的碰撞避免系统中的每个协同车辆都将计算这种4D驾驶软管。解释4D驾驶软管的另一方式是将其视作轨迹空间，该轨迹空间包含车辆可以采取的许多种可能的轨迹。

图7示出了针对三个车辆31至32的这种4D驾驶软管的一些2D投影。附图图解说明了典型的危险超车机动。车辆31正在逆行道上超越前车32，而另一车辆33正沿着相反方向到来并行驶。通常，任何自主驾驶系统都应该避免这种情况，但是这里所考虑的是驾驶员已经接管了操纵车辆转向的控制权并且手动地迫使车辆进入到该情况的情形。现在，碰撞避免系统应该进行干预从而避免碰撞。协同碰撞避免系统和所涉及的车辆通信解决该危险情况。每个车辆将计算其4D驾驶软管并且将该4D驾驶软管传达至其它所涉及的车辆。图7示出了车辆31、32和33的驾驶软管的2D投影的重叠。可以看到，车辆31和33的驾驶软管重叠。示出了每个驾驶软管的两个轮廓。在每种情形下以实线示出的内部轮廓31S、32S和33S示出了行驶应该安全的区域，亦即碰撞的概率实际上低，例如小于1%的区域。从内部轮廓向前至外部轮廓31U、32U、33U的区域是不安全的驾驶区域并且应该避免。只要车辆检测到碰撞的风险，该车辆就触发广播消息，利用该广播消息，协同碰撞避免机动计划启动。与此同时，该车辆启动具有某一限期的计时器。应该选择该限期计时器以使得在该时刻内道路上不发生显著变化，亦即至多在几秒的范围内不发生显著变化。就在已经发送了触发器消息之后，同一车辆经由广播发送其自己估计的驾驶软管的4维张量，其包括可能采取的轨迹。在这时，在附近的接收到对应消息的所有其它车辆估算该机动对于它们自身来说的相关性。在图7中描述的示例中，所有车辆31、32和33都将发现其相关。如果它们发现相关，则它们广播它们自己的可能的轨迹的4D空间，在由第一车辆所设置的计时器到期之前，所述可能的轨迹与其它伙伴的至少一些或所有之前接收的4D驾驶软管线性组合。该广播包括用于线性组合的生成矩阵。这种组合可以例如遵循网络编码的原理。该方案的一个可能的实现方案是随机线性网络编码（RLNC）。预想轨迹空间的线性组合，以便在易出错信道的情形下提高所交换的信息的鲁棒性。

因为广播消息将在LTE移动通信系统的情形下在移动通信侧链交通的广播信道中、或者在用于基于WLAN的车对车通信的WLAN信道中无线地传达，所以对应于线性网络编码的线性组合当然应该改善鲁棒性。

对于侧链交通来说，广播消息将在SL-PSBCH信道中提交。车辆如何访问用于广播的媒介的方法可以是任意的。当UE（用户设备）接入网络时，该UE经历网络进入阶段。网络进入阶段的目的对于当前的UE来说是传输网络进入数据包（NEP），一次性特殊传输，该一次性特殊传输意味着告知在当前正要接入网络的UE的范围内的所有其它UE。利用随机访问时分多址（RATDMA）协议来选择用于传输NEP的时隙，该随机访问时分多址（RATDMA）协议“当基站需要分配时隙时使用，该时隙尚未预宣布”。在UE已经进入网络之后，对于侧链交通来说，已经采用了STDMA（自组织TDMA）MAC层协议，其中TDMA是广泛已知的时分多址方法，其中时隙将被分配给参与者。如果对于所考虑的场景来说RATDMA访问不够可靠，则一个可能的方案可以是，当车辆广播其状态时，该车辆指出谁将接下来广播（直至附近的所有车辆都已经广播）。这是可能的，如果一个车辆记住在协同或自主驾驶的所考虑的场景下车辆无论如何都周期性地广播所谓的协同知晓消息CAM以使得这些车辆知晓有哪些其它车辆在附近的话。

在限期时间已经过去之后，不再考虑其它轨迹空间。因为所有车辆在一定程度上在道路上相互影响，所以交换的轨迹空间也将具有某些相关性，这意味着关于一个道路参与者的一些程度的信息将已经存在于由另一车辆所发送的轨迹空间中。当所发送的轨迹空间中的一些轨迹空间并未被所涉及的车辆中的一些车辆接收到时，这附加地增添了进一步的冗余性。

在已经从所有所涉及的车辆接收到4D驾驶软管之后，每个车辆都估算情况并且计算它自己的安全区域，而且从该区域选择它自己车辆的规避轨迹以解决危险情况。为此，每个车辆都对线性组合的4D驾驶软管进行解码。在这点上，假设所有车辆都将具有4D空间的相同集合。在图8中示出了这样做的方式。应该注意，4D驾驶软管将以张量的形式数学地来表示。

因此，每个车辆都将所有接收到的轨迹空间与它自己的随空间和时间变化的轨迹空间相关联，从而找到满足某些预定的安全要求的彼此间全局安全区域。因为每个车辆都具有轨迹空间的相同集合，所以在每个车辆处找到的解决方案都将满足每个车辆的要求。如果在任意车辆处找到的解决方案并未满足预定的安全要求，则车辆告知所有其它车辆，它不能成功地完成机动并且替代于碰撞避免要启动的是碰撞最小化的机动。图8示出了相关性计算的结果以及对于车辆31、32和33中的每个车辆的优化问题的解决方案。对于横坐标来说，排列了空间和时间ST。在纵坐标上描述了相关性水平UC。上部区域USR对应于不安全区域。全局最小值所处的下部区域SR对应于安全区域。相关性结果曲线的阴影区段对应于安全区域31S、32S和33S，其中对应的车辆应该保持以便于避免碰撞。相关性计算遵循以下步骤：

-计算相关性系数

-计算协方差矩阵的倒置

-设置全局成本函数

-计算全局最小值。

在如果一些消息丢失并且可用的冗余和RLNC编码不足以使得一些车辆接收轨迹空间中的一些轨迹空间的情形下，则该车辆必须基于有限的可用信息来找到共同相关的最佳值。在此之后，将找到的解决方案与最终的后相关性交换解决方案进行比较。

图9最终示出了每个车辆31、32、33的用来避免碰撞的驾驶软管的彼此间安全区域31S、32S、33S的投影。

图10现在示出了协同碰撞避免机动的不同阶段。车辆31在步骤1利用其传感器设备检测碰撞的风险。只要检测到风险，车辆31就在步骤2中经由侧链通信信道SL-PSBCH将广播消息向外发送至道路上的周围的车辆。在广播警报消息中也传达用于计时器设置的数值。在步骤4，车辆31在另一广播消息中发送它自己的4D驾驶软管（空间、时间和自我可能性）。该消息进一步包括用于计时器设置的起始和结束时间。选择这些时间值以使得在该时间内道路上不发生显著改变。两个所涉及的车辆32和33在步骤4中设置计时器T1，每个计时器T1都具有它们在步骤4的广播消息中接收到的数值，并且两个所涉及的车辆32和33在步骤4中启动该计时器。该计时器T1确定用于数据收集的阶段的长度，亦即轨迹空间交换阶段的长度。在步骤5，两个其它参与者车辆32和车辆33广播它们自己的4D驾驶软管。在步骤6，每个车辆都将所有接收到的4D驾驶软管随时间变化地相关联并与其自我偏好相关联，以及以如上所述的方式计算彼此间安全区域31S、32S和33S。如果车辆不能找到安全区域，则该车辆应该开始改变到CCA状态。安全概念要求：如果协同碰撞避免状态CCA并未找到解决危险情况的解决方案，则应该改变到碰撞最小化状态CMS。在图10中的步骤8，每个车辆都从所确定的安全区域选择优选的轨迹并且在广播消息中将其发送至其它所涉及的车辆。如果车辆并未找到安全区域，则该车辆会改变到CMS状态并且该车辆会广播对应的发信消息。发送这种消息和接收这种消息的所有车辆都会需要立即改变到CMS状态。在步骤4期间设置另一计时器T2。该计时器可以是相对计时器，与T1计时器相关以使得计时器T2无需被广播。计时器T2设置了直至当已经从所涉及的车辆接收到来自彼此间安全区域的优选的轨迹或状态消息的变化时的限期。当已经接收到优选的轨迹或状态变化消息时，计时器停止。当计时器T2在步骤9到期并且尚未从所涉及车辆接收到优选的轨迹或状态改变消息时，在步骤10，识别车辆33在向外发送重传请求广播消息。该车辆也启动计时器T3。随着计时器T3在步骤11到期，触发车辆来将其状态改变为CMS状态。此外，该车辆将广播如下声明，该车辆已经改变到CMS状态从而停止协同碰撞避免机动。

接着，附加地广播基于相关最优所找到的彼此间安全区域31S、32S、33S，以确保附加地交叉检验所找到的解决方案是否适用于附近所有车辆。

在如果一些消息丢失并且可用的冗余和编码不足以使得一些车辆接收轨迹空间中的一些轨迹空间的情形下，则该车辆必须基于有限的可用信息找到共同相关的最佳值。但是因为将所找到的解决方案与正广播的最终的后相关性交换的解决方案进行比较，所以如果从有限的信息中找到的解决方案仍然在可容忍范围内则无需附加的动作。否则，该车辆告知它的近邻，它不能成功地完成机动并且替代于碰撞避免而必须启动碰撞最小化的机动。

应该理解，所提出的方法和设备可以以各种形式的硬件、软件、固件、专用处理器、或它们的组合来实现。专用处理器可包括专用集成电路（ASIC）、精简指令集计算机（RISC）和/或现场可编程门阵列（FPGA）。优选地，所提出的方法和设备被实现为硬件和软件的组合。此外，软件优选地被实现为在程序存储装置上有形地具体化的应用程序。该应用程序可以上传至包括任何合适架构的机器并且由其来执行。优选地，该机器被实现在具有硬件的计算机平台上，诸如一个或多个中央处理单元（CPU）、随机访问存储器（RAM）、以及输入/输出（I/O）接口。计算机平台也包括操作系统和微指令代码。本文中所述的各种进程和功能可以或者是微指令代码的一部分或者是经由操作系统执行的应用程序的一部分（或者它们的组合）。此外，各种其它外围装置都可以连接至计算机平台，诸如附加的数据存储装置和打印装置。

应该理解的是，附图中所示的元件可以以各种形式的硬件、软件或它们的组合来实现。优选地，这些元件以硬件和软件的组合来实现在一个或多个适当地编程的通用装置上，该通用装置可包括处理器、存储器和输入/输出接口。本文中，措词“耦合”定义为意味着直接地连接到或通过一个或多个中间部件而间接地连接。这种中间部件可包括基于硬件和软件两者的部件。

应该进一步理解的是，因为在随附的附图中描述的构成系统部件和方法步骤中的一些构成系统部件和方法步骤优选地以软件来实现，系统部件（或过程步骤）之间的实际连接可能根据所提出的方法和设备的编程方式而不同。在给定本文中的教导的情况下，本领域技术人员将能够完成预期所提出的方法和设备的这些教导以及类似的实现方案或配置方案。

本公开并不限于这里所描述的示例性实施例。存在对于也被视为属于本公开的许多不同的修改方案和改进方案来说的保护范围。

所述方法的应用可能性并不限于用在机动车中。用于解决碰撞避免问题的方案也可以应用于其它领域。示例包括飞机和无人机，以及在广泛领域中的移动机器人。

附图标记列表

10 互联网

20 基站

30 车辆

30U 不安全区域

30S 安全区域

31 车辆

31U 不安全区域

31S 安全区域

32 车辆

32U 不安全区域

32S 安全区域

33 车辆

33U 不安全区域

33S 安全区域

40 演进数据包核心EPC

50 交通控制中心计算机

100 框图车辆通信

102 高速CAN总线

105 摄像机

104 CAN总线

108 以太网总线

110 车载单元

120 导航系统

130 用户界面

140 网关

151 发动机控制单元

152 ESC控制单元

153 传输控制单元

161 传感器1

162 传感器2

163 传感器3

171 驾驶员辅助控制单元

172 雷达装置

TJ 轨迹

FS 驾驶软管

USR 不安全区域

SR 安全区域

T1 第一计时器

T2 第二计时器

T3 第三计时器。

Claims (16)

1.一种用于计划碰撞避免机动的方法，所述方法包括如下步骤：观察车辆（31）的周围环境；如果存在碰撞的风险，则确定所述碰撞的风险；开始所涉及的车辆（31、32、33）的信息交换阶段，其特征在于，在所述信息交换阶段期间，所涉及的车辆（31、32、33）将它自己的驾驶软管（FS）提交至其它所涉及的车辆（31、32、33），开始估算阶段，其中所涉及的车辆（31、32、33）估算它自己的驾驶软管（FS）以及从其它所涉及的车辆（31、32、33）接收的驾驶软管（FS），并且确定所述所涉及的车辆（31、32、33）用来避免碰撞的彼此间安全区域（31S、32S、33S），其中启动用于所述估算阶段的计时器（T2），而且当所述计时器（T2）到期而尚未从所述所涉及的车辆（31、32、33）之一接收到优选的轨迹（TJ）时，将所述所涉及的车辆（31、32、33）的状态从碰撞避免改变为碰撞最小化。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：将所述彼此间安全区域（31S、32S、33S）提交至其它所涉及的车辆（31、32、33）；检查从所述其它所涉及的车辆（31、32、33）接收的彼此间安全区域（31S、32S、33S）是否满足自己的安全要求，并且如果否，则将所述所涉及的车辆（31、32、33）的状态从碰撞避免改变为碰撞最小化，并且将状态的改变告知所述其它所涉及的车辆（31、32、33），而如果是，则从所述彼此间安全区域（32S、32S、33S）选择优选的轨迹。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所涉及的车辆（31、32、33）的驾驶软管（FS）对应于4维张量，所述4维张量具有关于所述所涉及的车辆（31、32、33）的纵向和横向位置的信息，所述纵向和横向位置随时间并且随所述所涉及的车辆（31、32、33）按时到达对应点的概率而变化。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，估算来自所述所涉及的车辆（31、32、33）的驾驶软管（FS）包括：计算从所述其它所涉及的车辆（31、32、33）接收的随空间和时间变化的驾驶软管（FS）与自己的驾驶软管（FS）的相关性。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将来自所述彼此间安全区域（31S、32S、33S）的优选的轨迹（TJ）提交至所述所涉及的车辆（31、32、33）用于检验。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，线性网络编码被用于提交自己的驾驶软管（FS）。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，对于线性网络编码来说，所述自己的驾驶软管（FS）将与来自所述其它所涉及的车辆（31、32、33）的先前接收到的驾驶软管（FS）线性地组合，并且在提交所述自己的驾驶软管（FS）的消息中包括用于线性组合的生成矩阵。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，随机线性网络编码RLNC的技术用于线性网络编码。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述所涉及的车辆（31、32、33）在所述信息交换阶段广播所述驾驶软管（FS）。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在未来时刻在两个车辆（31、32、33）之间的最小允许距离和/或在未来时刻两个车辆（31、32、33）最后来到相同位置的概率被用作安全要求。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，检测所述碰撞的风险的车辆（31）通过向其它所涉及的车辆（31、32、33）广播警报消息而开始所述信息交换阶段。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，用于所述信息交换阶段的计时器（T1）至少在检测所述碰撞的风险的车辆（31）中启动，而且其中所述警报消息包括关于用于所述信息交换阶段的计时器（T1）的信息。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当所述计时器（T2）到期而尚未从所述所涉及的车辆（31、32、33）之一接收到优选的轨迹（TJ）时，将状态的改变告知所述其它所涉及的车辆（31、32、33）。

14.一种控制单元，其特征在于，所述控制单元（171）适用于执行前述权利要求中任一项所述的方法。

15.一种车辆，其特征在于，所述车辆装备有根据权利要求14所述的控制单元（171）。

16.一种计算机可读存储介质，在其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序包括程序步骤，所述程序步骤当在计算机中运行时执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法。

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