CN109634154A

CN109634154A - 用于管理群组成员的方法和同步装置

Info

Publication number: CN109634154A
Application number: CN201710930218.0A
Authority: CN
Inventors: 卡斯特恩·考施
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-10-09
Filing date: 2017-10-09
Publication date: 2019-04-16

Abstract

本发明涉及一种用于管理群组成员的方法和同步装置。用于管理群组(S)的成员(26)的方法，其中，同步装置(12)验证若干对象(10、11)各自均提供基于光的通信(14)，并且仅将这些对象(10、11)注册为群组(S)的成员(26)；并且将群组(S)的每个成员(26)的相应当前位置(16)和相应空间取向(20)作为群组数据(15)更新在位置数据库(DB)中；并且将群组数据(15)提供给群组(S)的成员(26)中至少一者和/或至少一个群组协调装置(13)。

Description

用于管理群组成员的方法和同步装置

技术领域

本发明涉及一种管理群组成员的方法。群组是协调其运动的一组对象或装置。本发明还提供了一种用于管理群组成员的装置。因此，该装置被称为“同步装置”。

背景技术

如果若干对象或装置尝试协调其运动以便充当群组，则群组的至少一些成员必须了解群组的剩余成员的相对位置。否则，群组的两个成员可能会发生碰撞。然而，由于数据的通信或传输也意味着通信延迟，所以每个成员在改变位置和速度的同时必须限制其加速度值，否则其相对于其他成员的相对位置和速度可能发生改变，以致在位置和速度值的下一次更新到达其他成员之前发生碰撞。

因此，群组成员的与运动计划相关的限制因素是与群组的剩余成员的相对位置和速度相关的知识。与这种群组数据的定期更新相关的限制因素是通信速度。

文献CN 101 901 012 A描述了分布式的多机器人同步蜂拥控制方法。每个机器人在所有邻居机器人中识别不超过六个关键邻居机器人，其中，以识别机器人的当前位置为中心。然后中心机器人使其运动与这六个邻居机器人相协调。这是一种分散的协调方法，其仅限于一次协调六个机器人。这种方法不能协调较大的群组。

发明内容

本发明的目的在于提供用于使群组成员的运动同步的装置。

该目的由独立权利要求的主题来解决。从属权利要求、以下的描述和附图公开了提供额外优点的其他实施例。

如已经描述的，群组的每个成员可以单独或独立地计划其运动。然而，为了计划这样的运动，需要与群组的剩余成员的相对位置有关的知识。这种知识不能太旧，否则剩余成员可能已经改变了他们的位置，以致计划成员和其余成员的一者之间可能发生碰撞。

为此，本发明提供了一种用于管理群组成员的方法。为了建立群组，同步装置会验证若干装置或对象各自均提供基于光的通信。换句话说，在这些对象之间验证或确保光学通信。然后只将这些对象注册为群组的相应成员。这确保了群组的每个成员均能够根据光信号进行通信。同步装置还可以测量基于光的通信的信号传播延迟。因此，同步装置甚至知道，将群组成员的当前位置从该成员传送到同步装置需要多长时间。换句话说，同步装置可以知道最新的位置信息有多旧。同步装置将群组的每个成员的相应当前位置和相应空间取向(spatial orientation)作为群组数据更新在位置数据库中。因此，位置数据库至少描述了群组的每个成员的当前位置和空间取向。还知道这些信息有多旧。然后同步装置将群组数据提供给群组的至少一个成员和/或至少一个群组协调装置。换句话说，同步装置充当群组数据源。因此，群组的成员和/或群组协调装置可以由同步装置提供群组数据。

本发明提供了这样的优点：群组的成员和/或群组协调装置可以被提供群组数据，并且因此可以在计划群组的至少一个成员运动时考虑群组的每个成员的当前位置和相应空间取向。同步装置将被验证的群组成员注册到位置数据库中，并提供同步工作装置或对象的地图/位置数据库。然后，它可以输入至群组的至少一个成员和/或群组协调装置。本发明适用于不同类型的群组。可以成为群组成员的每个对象可以是机动车辆(例如客运车辆)或街道交通的参与者(例如具有通信装置的行人)或生产工厂中的生产机器(例如高速钢压机)或这种生产机器的组件(例如高速钢压机的组件)。

在一个实施例中，每个群组成员由相应的个体识别信号识别。这提供了这样的优点：广播信号可以发送给群组的所有成员，并且可以通过使用广播信号中的识别信号或一些识别信号来寻址特定的群组成员或一组群组成员。这允许例如借助于交通信号灯或路灯发送未聚焦的光信号，并且还可以寻址群组的特定成员。

在一个实施例中，为被注册为群组成员的每个对象确定对象特定最大加速度值。换句话说，同步装置从群组的成员请求或根据数据库确定该成员为了改变其位置可以达到或使用的最大可能加速度。最大加速度值可以是群组数据的一部分。这提供了这样的优点：群组的另一个成员和/或至少一个群组协调装置可以推断群组的成员的运动。

根据一个实施例，为被注册为群组的成员的每个对象确定对象特定对象体积。换句话说，对象的宽度、高度和深度的数值可以由同步装置从该对象或数据库获取。对象体积数据可以是群组数据的一部分。这提供了这样的优点：可以在碰撞发生之前预测群组的成员有多接近。

根据一个实施例，为每个成员确定意图向量，其指示相应的当前或计划位置、当前速度和当前加速度。意图向量可以基于相对值(即，相对于至少一个其他成员)来定义。换句话说，每个成员可以表示其意图向量。然而，意图向量基于提供了相对于至少一个其他成员的位置、速度和加速度的相对值。借助于意图向量，群组的成员可以指示或表示其在群组内的计划运动。每个成员的意图向量可以是群组数据的一部分。

根据一个实施例，生成群组同步矩阵，其表示每个成员相对于每个其他成员的相应相对距离、相对于每个其他成员的相应相对速度和相对于每个其他成员的相应相对加速度。群组同步矩阵可以基于意图向量和/或测量结果。根据同步矩阵导出用于距离、速度和加速度的相应最大值和最小值，以作为用于控制群组的极限值。换句话说，根据群组同步矩阵获得量距离(quantities distance)、速度和加速度中的每一者的总体最大值和最小值。这些值可以是群组数据的一部分。它们提供了群组的抽象描述，而无需知道每个群组成员的各自数据。

根据一个实施例，群组数据在同步间隔T_sync之后被重复刷新。换句话说，以循环模式持续时间性地更新群组数据。换句话说，以同步间隔T_sync给定的时间间隔确定当前的群组情况。

根据一个实施例，根据加速度的最大值(例如，群组同步矩阵中已知的)确定同步时间间隔T_sync的持续时间，以作为在群组的任何成员之间不发生碰撞的时间值。换句话说，选择同步时间间隔T_sync，使得即使任何成员将其加速度增加到相应的最大值，群组数据也在可能发生碰撞之前被更新至少一次。因此，群组数据可用于在发生任何碰撞之前警告群组成员。

根据一个实施例，为每个成员确定权限向量，该权限向量指示朝至少一个其他成员的方向的加速度的相应最大允许变化。换句话说，群组的成员的加速行为可以通过为该成员规定权限向量来得以调节或者控制或限制。权限向量在预定时间间隔内是有效的，在该预定时间间隔内，根据权限向量，群组的成员不能加速至超过最大允许加速度变化。时间间隔可以对应于同步时间间隔T_sync乘以预定安全系数K_safe，即T_sync*K_safe。安全系数补偿必要的测量公差。

根据一个实施例，群组数据被提供给群组中的被确定为群组的本地控制装置的至少一个成员。因此，群组能够独自协调其成员。

根据一个实施例，只有提供了预定认证(除基于光的通信之外)的这些对象被注册为群组的相应成员。换句话说，为了成为群组的成员，对象不仅需要基于光的通信而且还需要预定认证。这提供了这样的优点：群组全体成员可以限制为满足预定要求的那些对象。满足要求的那些对象然后可以通过提供认证所必需的认证数据来被认证。

根据一个实施例，验证基于光的通信包括验证光学无线通信(optical wirelesscommunication，OWC)和/或可见光通信(visible light communication，VLC)。这些类型的基于光的通信提供足以以所述方式协调群组的数据传输带宽或数据传输速度。基于无线电波的群组同步不会提供所需的带宽。OWC另外提供了这样的优点：可以在群组的成员之间提供所谓的n对m通信，即群组的每个成员n可以与群组的其他成员单独通信。理想地，每个成员与每个其他成员进行通信。

根据一个实施例，与该注册之前的通信相比，在将对象注册为群组的成员之后，使用用于与该对象进行通信的简化协议。这减少了交换例如群组数据和/或控制指令的开销。

根据一个实施例，通过根据成员的协调程度将群组的成员进行动态重组，从而将群组分成子群组。换句话说，每个子群组包括表现出相似协调程度(即，协调程度高于预定阈值)的那些群组成员。协调度被量化为成员的意图(例如由意图向量描述)和/或计划速度和/或运动方向的相似度的函数。本领域技术人员可以选择测量相似度的函数。例如，可以使用方向和/或速度向量和/或意图向量的比较。例如，在一个实施例中，可以推导出所比较的向量之间的角度。角度越小，相似度越大。然后将相似度函数导致相似度值高于预定阈值的那些成员分组在一起，以在群组内形成子群组。然后将子群组作为群组的相应子单元进行协调。换句话说，然后将群组视为具有虚拟成员即子单位。在每个虚拟成员内，即在每个子单元内，群组的实际真正的成员然后可以协调其在子单元的边界内的运动。

本发明还提供了用于管理群组的同步装置。同步装置可以包括被设计成执行根据本发明的方法的处理单元。同步装置可以被提供为与群组的每个成员进行通信的服务器。可选地，同步装置可以被提供为群组的具有同步装置功能的一个成员的形式。同步装置的处理单元可以由至少一个微处理器和/或至少一个微控制器来实现。该方法可以通过提供可由处理单元执行的编程代码来实现。

附图说明

在下文中，描述了本发明的示例性实施方式。附图示出了：

图1示出了本发明的同步装置的实施例的示意图，

图2示出了由同步装置管理的群组成员的示意图，

图3示出了最糟情况下的群组成员的示意图，以及

图4示出了群组在分成子群组后的示意图。

具体实施方式

图1示出了两个对象10、11、同步装置12和权限装置13。每个对象10、11可以是例如参与机动车辆交通的机动车辆。同步装置12和权限装置13可以被提供为例如电子电路或计算机。

所述元件10、11、12、13可以根据基于光的通信14(例如，OWC和/或VLC)来交换数据。为此，每个对象10、11可以包括相应的收发器。当同步装置12检测到与对象10、11的基于光的通信14可行时，同步装置12将对象10、11注册为可由权限装置13协调或控制的群组S。被注册的对象10、11然后被视为群组S的成员26。为了被注册为群组S的成员26，同步装置12还可以向每个对象10、11请求认证AUTH。

同步装置12通过向例如权限装置13和/或对象10、11输送或提供群组数据16来提供群组S的概述。权限装置13可以为对象10、11中的每一个的相应运动提供限制，以防止对象10、11之间的碰撞。现在进一步详细地进行解释。

同步装置12可以从对象10、11接收描述其当前位置16及其几何尺寸(例如，宽度17、高度18和长度19)的通信数据。宽度17、高度18和长度19导致对象特定体积资源V。同步装置12也可以基于从对象10、11接收的数据来确定当前方向20和速度21及加速度22。位置16、速度21和加速度22可以是指示与至少一个其他成员26的关系的相对值。

每个对象10、11还可以指示与相应对象10、11的进一步运动相关的当前计划。为此，每个对象10、11可以通过发出指示当前位置16、速度21和加速度22的意图向量23来通知同步装置12和/或相应的其他对象10、11。由同步装置12收集的这些群组数据15可以以被称为同步时间间隔T_sync的特定时间间隔更新。同步装置12可以将群组数据15存储在数字地图或位置数据库DB中。

基于这些群组数据15，权限装置13可以检测意图向量23相交，其指示存在如果对象10、11按计划或按指示继续运动则可能发生碰撞的冲突区域24。因此，权限装置13可以生成并且向对象10、11中的至少一者或对象10、11两者发出指示与方向、速度和/或加速度相关的限制的权限向量25，使得如果对象10、11遵守相应权限向量25中给出的限制，则冲突区域24内不会产生碰撞。

图2示出了在群组S内在其成员26之间根据基于光的通信14提供或实现的通信路径27。这些成员由序号1、2、3、4、5、6进行区分，其中，总数为六个只是一个示例。每个通信路径27通过相应通信的发送者的序号和接收者的序号来识别。图2示出了n对m通信。

图3示出了如果意图向量23指向共同冲突区域24，则对于群组S的若干成员26而言最糟的情况可能如何产生。换句话说，所有成员26彼此靠近。图3示出了可以存在多于六个的成员，其由索引号n和m表示。然而，多于六个的成员可以由同步装置12和权限装置13来应对。

在群组S内并且在每个成员26与同步装置12和/或权限装置13之间，可以使用简化的通信协议P，该通信协议包括比在群组S外的对象26之间使用的通信协议P0少的开销数据。

图4示出了如何将群组S划分成子群组29。具有相似意图向量23的群组S的成员26可分别被分成一个子群组29。相似度可以由预定的相似度标准(例如，已经描述的各个意图向量之间的角度阈值)来定义。

在下文中，描述了优选的操作模式。

每个对象10、11可以提供真实或虚拟的个体识别信号。识别信号可以包括：

-地址：例如汽车牌照号码(如果对象是车辆)、ID卡号码(如果对象是配备有所述收发器的人)、文档许可证号码(如果对象是配备有收发器的狗。识别信号可以基于使用同步装置所在的国家的OWC标准。

描述预定或对象类型特定最大加速度值的向量(例如，对象体积标准化)

对象体积V，例如，定义为：

其中，L_max是长度19，H_max是高度18，B_max是宽度17。这些数值可以根据使用国家的国家标准来表示。

水平线^-表示数值的向量，特别是相对值的向量。

在每个同步时间间隔T_sync之后，可以重新建立识别信号。它可以随群组S的成员26的每个通信间隔而改变。同步装置12可以提供小于1/1000秒精度的自身时钟芯片。

成员n的意图向量23可以相对于群组S的另一个成员m来定义，其中，n和m是例如图2中所示的成员26的编号。意图向量23可以表示为I_nm，并且可以包括以下成分：

其中，s(t，t₀)是与n和m之间的接触起始时间点t₀有关的成员n对成员m的瞬时相对距离。v(t)是成员n对成员m的瞬时相对速度。a(t)为成员n相对于成员m的瞬时相对加速度。

对于n和m的若干个不同值，可以定义相应的意图向量23。

权限向量25可以定义为：

其中，a_n(t₁，t₀)是成员n的最大允许加速度，t₀是第一个有效成功连接的所述起始时间点(第一次接触时间)，并且t₁＝T_sync*K_safe，其中，T_sync是同步时间间隔，即群组S的所有成员可以执行群组数据15的完全更新的时间间隔，并且其中，K_safe是安全系数，例如在1.0到10.0的范围内。

同步装置12可以生成群组同步矩阵

其中，Δs_nm是成员n和m的相对距离。通过对群组同步矩阵SSM应用最大运算符MAX和最小运算符MIN，可以获得以下值：

群组内的最大瞬时距离

群组内的最小瞬时距离

群组内的最大瞬时速度

群组内的最小瞬时速度

群组内最大瞬时加速度

群组内的最小瞬时加速度

为了在同步时间间隔T_sync的持续时间内导出合适的值，可以在起始时间点t₀在初始距离值s₀处开始并且假设最小安全距离s_safe，例如在10cm到10m的范围内。

在给定加速度a时，距离s随时间t的变化为：

我们得到：

T_sync内的最大可能变化

这导致：

如果a_n,m _max由MAX|SSM|(a(t))_nm(如上)或下式来代替，则获得T_sync的最安全数值：

即，所有成员索引值n、m的加速度值之和。

T_sync可用于限制最大的群组大小，即成员的最大数量。

T_sync可用于限制群组S的最小/平均/最大速度。

利用给定的群组大小和平均速度，权限装置13可以协调或控制群组S的成员26，甚至协调若干群组或子群组。

同步装置12和/或权限装置13可以由群组S本身的一个或多个成员26提供。因此，给出了“从内向外”的群组策略。群组S利用最高相似度的意图投出或选择引导成员26，例如α车辆。只要没有外部权限装置13可用，这些引导成员可以调节剩余成员。该调节包括谁可以加速多少或者谁可以成为群组S的成员26的指令。这仍然允许每个群组成员15进行自主计划。

Claims

1.一种用于管理群组(S)的成员(26)的方法，其中，同步装置(12)

-验证若干对象(10、11)各自均提供基于光的通信(14)；并且

-将这些对象(10、11)注册为所述群组(S)的成员(26)；并且

-将所述群组(S)的每个成员(26)的相应当前位置(16)和相应空间取向(20)作为群组数据(15)更新在位置数据库(DB)中；并且

-将所述群组数据(15)提供给所述群组(S)的成员(26)中的至少一者和/或至少一个群组协调装置(13)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个群组成员(26)通过相应的个体识别信号来识别。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为被注册为所述群组(S)的成员(26)的每个对象(10、11)确定对象特定最大加速度值。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为被注册为所述群组(S)的成员(26)的每个对象(10、11)确定对象体积(V)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为每个成员(26)确定意图向量(23)，所述意图向量(23)指示相应的当前或计划位置(16)、速度(21)和加速度(22)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，生成群组同步矩阵，所述同步矩阵为每个成员(26)识别相对于每个其他成员(26)的相应相对距离、相对于每个其他成员(26)的相应相对速度和相对于每个其他成员(26)的相应相对加速度，并且其中，根据所述群组同步矩阵导出距离、速度和加速度的相应最大值和最小值，以作为用于控制所述群组(S)的极限值。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述群组数据(15)在同步时间间隔T_sync之后被重复刷新。

8.根据返回参考权利要求6的权利要求7所述的方法，其中，根据所述加速度的最大值确定所述同步时间间隔T_sync的持续时间，以作为任何成员之间不发生碰撞的数值。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，为每个成员(26)确定权限向量(25)，所述权限向量(25)指示在预定时间间隔内朝至少一个其他成员的方向的加速度(22)的相应最大允许变化，其中，所述时间间隔对应于所述同步时间间隔T_sync乘以预定安全系数K_safe。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述群组数据(15)被提供给确定为所述群组(S)的本地控制装置的至少一个成员(26)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，只有提供了预定认证(AUTH)的那些对象(10、11)被注册为所述群组(S)的相应成员(26)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，验证所述基于光的通信(14)包括验证光学无线通信和/或可见光通信。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，与所述注册之前的通信相比，在将所述对象(10、11)注册为所述群组(S)的成员(26)之后，使用用于与所述对象(10、11)进行通信的简化协议。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过根据所述成员的协调程度进行动态重组，从而将所述群组(S)分成子群组(29)，其中，协调度被定量为所述成员(26)的计划意图(23)和/或计划速度和/或运动方向的相似度的函数，并且其中，所述子群组(29)作为所述群组(25)的一个相应子单元被协调。

15.一种用于管理群组(S)的同步装置(12)，其中，所述同步装置(12)包括被设计为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的处理单元。