CN109709949A - 用于运行自动驾驶的机动车辆的方法以及自动驾驶的机动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行自动驾驶的机动车辆的方法，其中借助于预定的开始地点和预定的目标地点来求取行驶线路，其中确定用于所求取的行驶线路的速度轨迹并且该机动车辆基于所确定的速度轨迹自主地行驶该行驶线路，其中确定该速度轨迹包括以下的方法步骤：求取用于所求取的行驶线路的多个候选速度轨迹，对于所求取的候选速度轨迹中的每一个来计算不准时特征值，其中该不准时特征值是与预定的到达目标地点的希望到达时间相偏离的度量，以及选择具有数值上最小的不准时特征值的候选速度轨迹。

Description

用于运行自动驾驶的机动车辆的方法以及自动驾驶的机动 车辆
技术领域
本发明涉及一种用于运行自动驾驶的机动车辆的方法。本发明还涉及一种自动驾驶的机动车辆。
背景技术
自动驾驶或自主型机动车辆应理解为如下的汽车或其他机动车辆：它们可以在没有人类驾驶员影响的情况下参与道路交通，也就是说可以在没有人类干预的情况下行驶、控制和停车。
对此类的自动驾驶车辆所预期的是，它们在预定开始时间点从开始地点驶出并且在预定的行驶时间之后到达预定的目标地点。这意味着，不是应尽快达到目标地点而是应尽可能准时达到目标地点。
用已知的驾驶员辅助系统(例如自适应巡航控制(ACC))无法实现尽可能准时到达预定目标地点。
发明内容
在此背景下，本发明的目的在于，给出一种用于运行自动驾驶的机动车辆的方法，该方法实现了尽可能准时达到预定目标地点。
这个目的通过一种用于运行自动驾驶的机动车辆的方法来实现，其中借助于预定的开始地点和预定的目标地点来求取行驶线路，其中确定用于所求取的行驶线路的速度轨迹并且该机动车辆基于所确定的速度轨迹自主地行驶该行驶线路，其中确定该速度轨迹包括以下的方法步骤：
-求取用于所求取的行驶线路的多个候选速度轨迹，
-对于所求取的候选速度轨迹中的每一个来计算不准时特征值，其中该不准时特征值是与预定的到达目标地点的希望到达时间相偏离的度量，以及
-选择具有数值上最小的不准时特征值的候选速度轨迹。
在本发明的方法中，首先借助于预定开始地点和预定目标地点来求取行驶线路。行驶线路的求取可以例如通过车辆的导航系统或通过车辆外部的导航系统来进行。然后，对于所求取的行驶路径执行行驶计划，其中对于所求取的行驶线路确定速度轨迹，也就是用于该自动驾驶的机动车辆的速度调节的速度预定值。为了确定速度轨迹，对于所求取的行驶线路求取多个候选速度轨迹。候选速度轨迹形成了同一段驾驶路程的替代的速度轨迹。然后对于所求取的候选速度轨迹分别求取不准时特征值。该不准时特征值是对在该目标地点的预定希望到达时间的偏离的度量。然后选择具有在数值上最小的不准时特征值的那个候选速度轨迹。机动车辆基于这一速度轨迹自主地行驶该行驶线路。于是可以实现使该机动车辆尽可能在希望到达时间进入目标地点，也就是尽可能准时。
本发明的有利的构型和改进方案可以参考附图的说明得出。
根据一个有利的构型，为了计算速度轨迹的不准时特征值，分别求取该速度轨迹的多个部分速度轨迹的部分不准时特征值并且构成该多个部分不准时特征值的总和。部分速度轨迹分别描述了总速度轨迹的一个区段，优选从行驶线路的第一路径点到行驶线路的第二路径点。
优选的是，依赖于所求取的行驶线路的一部分的平均速度、额定平均速度、以及所求取的行驶路径的该部分在总行驶线路中的长度比例来计算部分不准时特征值。特别优选地根据下式来求取部分不准时特征值
其中K是部分不准时特征值，vms->s+1是所求取的行驶线路的一部分的平均速度，vm-额定是额定平均速度，xs+1-xs是所求取的行驶线路的该部分的长度，并且s是整个行驶线路的长度。
根据一个有利的构型，借助于路段数据来求取在所求取的行驶线路上的最大速度曲线和最小速度曲线，其中仅在选择该速度轨迹时考虑如下候选速度轨迹，这些候选速度轨迹完全在该最大速度曲线与该最小速度曲线之间的速度带之内延伸。在此尤其可以将可允许速度、加速度和减速度的最大值和最小值用作路段数据。对于最大速度曲线可以替代地或附加地使用与曲率半径、爬升度、下降度、倾斜度、舒适度指标和/或驾驶风格指标相关的弯道中的横向加速度的上限。
根据一个有利的构型，在选择该速度轨迹时仅考虑如下候选速度轨迹，这些候选速度轨迹满足预定的舒适度和/或驾驶风格指标。舒适度和/或驾驶风格指标可以是最大加速度，使得仅考虑如下候选速度轨迹，这些候选速度轨迹导致低于预定最大加速度的加速度。以此方式可以减少计算时间和所要求的存储空间。
有利的是，产生由多个网格节点组成的路径点-速度网格，其中该路径点-速度网格对于该行驶线路的每个路径点具有多个网格节点，这些网格节点对应于在该路径点中的不同速度。基于路径点-速度网格可以求取候选速度轨迹并且选择具有数值上最小的不准时特征值的候选速度轨迹。
根据一个有利的构型，在用于一个路径点的多个网格节点的计算步骤中分别求取到该行驶线路的一个后续的路径点的多个网格节点的多个候选部分速度轨迹，其中对于每个候选部分速度轨迹求取部分不准时特征值。于是对于该路径点求取并分析了可能延伸到后续路径点的所有的候选部分速度轨迹。
优选的是，对于该行驶线路的所有路径点执行该计算步骤，使得对于在所求取的行驶线路的路径点的网格节点之间的所有候选部分速度轨迹都求取对应的部分不准时特征值。
根据一个有利的构型，对于在路径点的网格节点中记录的所有候选部分速度轨迹计算中间不准时特征值。这个中间不准时特征值可以作为从行驶线路的开始点开始的部分不准时特征值的总和而求取并且构成对从行驶线路的开始点行驶直到此时的(中间)路程点的延误的度量。优选求取从行驶线路的开始点起直到行驶线路的目标点为止的中间不准时特征值，其中为了计算在第一路径点中的中间不准时特征值，使用了相应前一路径点的中间不准时特征值的计算。
在此背景下，有利的是，为了求取部分不准时特征值，从平均速度曲线中导出额定平均速度，该平均速度曲线通过将最大速度曲线偏移来产生。在此可以使用在当前的路径点中定义的平均速度曲线的值作为额定平均速度vm-额定。这提供了如下优点：从一开始就类似于平均速度曲线地形成了轨迹，并且由此更好地匹配在交通中的实际要求。但是可以偏离这个平均速度曲线，以便避免不可靠的工作状态(例如硬性的舒适度或驾驶风格指标)或者尤其在行驶开始之后已经存在偏差时。
根据本发明的一个有利的构型，确定该速度轨迹借助于安排在该自动驾驶的机动车辆处或其中的计划装置来进行。根据一个替代的、有利的构型，确定该速度轨迹借助于远离该自动驾驶的机动车辆安排的计划装置来进行并且该速度轨迹被传输到该机动车辆。
根据本发明的一个有利的构型，检验是否有必要改变该行驶线路和/或该速度轨迹，并且在该机动车辆行驶该行驶线路的过程中更新该行驶线路和/或速度轨迹。为了检验是否有必要改变该行驶线路和/或该速度轨迹，可以监测关于交通流量和/或天气状况和/或行驶路段上的障碍的数据是否已经改变。
本发明的另一个主题是一种自动驾驶的机动车辆，该机动车辆具有：用于借助于预定的开始地点和预定的目标地点来求取行驶线路的导航装置，用于对于所求取的行驶线路来确定速度轨迹的计划装置，以及用于控制该机动车辆的调节构件的调节装置，使得该机动车辆能够基于所确定的速度轨迹来自主地行驶该行驶线路，其中该计划装置被适配为用于执行以下的方法步骤：
-求取用于所求取的行驶线路的多个候选速度轨迹，
-对于所求取的候选速度轨迹中的每一个来计算不准时特征值，其中该不准时特征值是与预定的到达目标地点的希望到达时间相偏离的度量，以及
-选择具有数值上最小的不准时特征值的候选速度轨迹。
在自动驾驶的机动车辆中可以实现与已经关于本发明的方法描述的相同的优点。
此外在自动驾驶的机动车辆中还可以单独或组合地应用在该方法方面描述的有利特征和构型。
附图说明
本发明的其他细节、特征和优点将从附图以及下文借助附图对优选实施方式的说明得出。这些附图在此仅仅示例性展示本发明的实施方式，而不限制发明构思。
图1示出根据本发明的用于运行自动驾驶的机动车辆的方法的实施例的流程图。
图2示出速度轨迹。
图3示出用于产生包含路径点-速度网格的示例性方法流程的流程图。
图4示出路径点-速度网格。
图5示出用于确定速度轨迹的示例性方法流程的流程图。
图6和7示出在产生部分速度轨迹时用于展示流程的路径点-速度网格的局部图。
图8示出用于以多个候选速度轨迹进行展示的路径点-速度网格的局部图。
图9示出用于通过机动车辆在行驶线路上自主行驶的示例性方法流程的流程图。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明的用于运行自动驾驶的机动车辆的方法100的实施例的流程图。在要求步骤102中由使用者例如通过移动通信设备预定目标地点和希望到达时间。优选在App框架内在移动通信设备上执行要求步骤102。在传输步骤103中将预定目的地点和希望到达时间传输到自动驾驶的机动车辆的计划装置或者与机动车辆分开地设置的计算中心。在计划装置中，从开始状态101出发，首先在导航步骤104中借助于预定开始地点和预定目标地点求取行驶线路。行驶线路的导航数据被暂存。在计划装置的导航装置中进行导航步骤104。在后续的存储步骤105中将路程数据和/或关于交通流量和/或天气状况和/或行驶路段上的障碍的数据暂存。
在初始化步骤106中，将部分不准时特征值定义为与在目标地点处的预定希望到达时间的偏差的度量。优选地，作为所求取的行驶线路的一个预定部分的部分不准时特征值K，将额定平均速度vm额定(可能需要计算平均值)乘以所求取的行驶线路的该部分对整个行驶线路的长度比例(xs+1-xs)/s。于是可以如下计算该部分不准时特征值
其中K是部分不准时特征值，vms->s+1是所求取的行驶线路的一部分的平均速度，vm-额定是额定平均速度，xs+1-xs是所求取的行驶线路的该部分的长度，并且s是整个行驶线路的长度。
然后，在行驶计划装置中执行的行驶计划步骤107中，对于在导航步骤104中求取的行驶线路来确定速度轨迹。行驶计划装置被适配为用于执行以下方法步骤，下文仍将对其进行详细解说：
-求取用于所求取的行驶线路的多个候选速度轨迹，
-对于所求取的候选速度轨迹中的每一个来计算不准时特征值，其中该不准时特征值是与预定的到达目标地点的希望到达时间相偏离的度量，以及
-选择具有数值上最小的不准时特征值的候选速度轨迹。
借助于所选择的候选速度轨迹，在检验步骤108中检验是否能够实现希望到达时间。如果是的话，则由计划装置在发送步骤111向使用者、尤其向移动通信设备发送确认，从而能够在步骤112中显示该确认、在适当时与其他信息一起显示，例如行驶线路和所求取的速度轨迹。如果不能实现希望到达时间，则由计划装置在发送步骤109中向使用者、尤其向移动通信设备发送消息。在移动通信设备中，在适当时可以与其他信息(例如行驶线路和所求取的速度轨迹)一起显示可实现的、在时间上在希望到达时间之后的替代到达时间，参见显示步骤110。
如果方法100借助于在外部的计算中心中的计划装置来进行，则用于行驶所需的数据114(也就是所求取的速度轨迹和在适当时行驶线路)从外部的计算中心传输到自动驾驶的机动车辆，参见传输步骤115。
在就绪状态113下，该自动驾驶的机动车辆准备好驶出。既存在关于所求取的行驶线路的数据也存在速度轨迹，使得机动车辆在行驶步骤116中可以基于所确定的速度轨迹来自主行驶该行驶线路。
在图2中示出示例性的所求取的速度轨迹200，该速度轨迹描述了在整个行驶线路上在自动驾驶的机动车辆的行驶方向上根据计划的速度V的曲线。
下面将详细解说在行驶计划步骤107过程中的流程，该步骤的目的是求取所选的行驶路线的速度轨迹200。
为了求取速度轨迹，首先产生由多个网格节点405组成的路径点-速度网格404，其中该路径点-速度网格404对于该行驶路径的每个路径点具有多个网格节点405，这些网格节点对应于在该路径点中的不同速度。图3中的图示展示了用于产生此类路径点-速度网格404的示例性方法流程。从开始状态301起，在第一离散化步骤302中将所求取的行驶路线分解成多个部分，其起点和终点分别由行驶路线的路径点来定义。路径点优选具有相等的间距。替代地还可行的是，路径点之间的间距是不同的。在第二离散化步骤303中，将机动车辆的可能的速度范围同样分解成多个部分并且产生速度点，这些速度点优选具有相同的速度差。
最后在带生成步骤304中借助于路段数据求取在所求取的行驶路线上的最大速度曲线401和最小速度曲线402，参见图4中的图示。优选使用可允许的速度(法定限速)的最大值，加速度和减速度的上限，与路段数据、曲率半径、爬升度、下降度、倾斜度、舒适度指标、驾驶风格指标相关的弯道中的横向加速度的上限来求取最大速度曲线401。优选使用加速度、减速度、恒定速度的下限来求取最小速度曲线402。最大速度曲线401与最小速度曲线402之间的速度带403构成了用于选择速度轨迹的基础。下面仅考察此类可行的速度轨迹，即所谓的候选速度轨迹，这些轨迹完全在最大速度曲线401与最小速度曲线402之间的速度带403之内延伸。任选地，可以从平均速度曲线406中导出额定平均速度vm-额定以求取部分不准时特征值，该平均速度曲线通过将最大速度曲线401推移而产生。
在图5中展示了行驶计划的整个流程500。从开始状态501出发产生路径点-速度网格和速度带403。这些过程在图5中的图示中总结在步骤502中。在后续的初始化步骤503中定义了开始地点(一般为xs)的开始网格节点以及后续的路径点(一般为xs+1)的网格节点。在开始网格节点中速度为零。在后续的具有步骤504、505、506和507的条中，将在xs处的网格节点的所有候选部分速度轨迹构造成在xs+1处的位于速度带403之内的所有网格节点。这个条包括模拟步骤504，其中模拟与相应的候选部分速度轨迹相对应的从路径点xs到路径点xs+1的机动车辆运动。在计算步骤505中对于对应的候选部分速度轨迹来求取部分不准时特征值。为了构成中间不准时特征值，将部分不准时特征值添加到相应候选速度轨迹的此前累积的部分不准时特征值。
在图6中示出了从在xs处的网格节点405到在xs+1处的网格节点405的多个候选部分速度轨迹。根据示例性流程，变量n从n＝0开始。它存储了速度轨迹应向哪里延长，尤其是在xs+1处的网格节点405位于在xs处的初始速度以上多少速度。这对于在xs处的网格节点405而言如此频繁地重复并且在此n提高dv网格(步骤506)，直到穷尽了延长具有更高速度的速度轨迹并且保持在速度带403中的所有可能性。在延长之前检验这种情况是否可能，即尤其是否满足最低舒适度要求。如果不是这种情况，则不采用可能的延长并且不进行存储。同时，在具有步骤504、505、506和507的条中，求取到具有降低的速度值的网格节点405的可能的候选部分速度轨迹。这类似于先前所述的速度迹线向更高速度值的延长来进行。在达到最小速度曲线402时停止。如在图6中所示，因此从在xs处的网格节点405出发产生了具有所有可能的终点速度的在xs+1处的多个候选部分速度轨迹。在检验步骤507中检验是否求取了从在xs处的网格节点405出发在速度带403中的所有可能的候选部分速度轨迹并且计算对应的部分不准时特征值。
通过在图5中所示的具有变量m的第二条508、509，提出了，另外还将在路径点xs的其他网格节点405处终止的速度轨迹用对应的候选部分速度轨迹延长。在步骤508中将变量m提高和/或降低了dv网格，使得在步骤504、505、506中的计算也可以对于这些另外的候选部分速度轨迹来进行。在xs处的另外的网格节点的另外的候选部分速度轨迹在图7中示出。
在检验步骤509中检验是否已经建立了在速度带403中的所有可能的候选部分速度轨迹。由此不再需要此前在xs处的网格节点处结束的中间速度迹线并且可以将其删除，参见删除步骤510。然后，可以没有任何速度轨迹、有一个或多个速度轨迹结束在xs+1处的网格节点处。当多个速度轨迹结束在xs+1处的网格节点处时，仅将具有最小不准时特征值的速度轨迹继续延伸。将这个网格节点的所有其他的速度轨迹都删除。这个状态在图8中示例性展示。
在检验步骤511中检验是否达到了预定行驶路线的终点。只要不是这种情况，就对于行驶路线的下一个路径点对来执行上述流程。将变量s提高1，参见步骤512。
这三个嵌套的条工作直至达到行驶路线的目标地点。然后在选择步骤513中，在到达目标地点的候选速度轨迹中选择具有最小不准时特征值的那个作为求取的速度轨迹200。然后基于这个速度轨迹200来进行机动车辆的自主行驶。
图9示出用于通过机动车辆在行驶线路上自主行驶的示例性方法流程的流程图。所示的行驶调节仅仅涉及纵向调节，即调节车辆速度，其目的是尽可能准时到达目标地点。在此不考察转向。
在行驶时并行地进行多个过程。从开始状态901出发，在控制步骤904中依赖于路程点而基于所求取的速度轨迹200来实时控制机动车辆的调节构件。对应的数据组对于行驶路线的每个离散的路程点包含具体的额定速度。机动车辆的实际速度被调节到该额定速度。在检验步骤905中检验是否到达目标地点。在到达目标地点时以最终状态913终止该过程。否则在检验步骤906中检验，是否需要改变对调节构件的控制并且是否继续控制步骤904。
与此并行地，在检验步骤902中连续检验是否已进入紧急情况。如果进入这样的紧急情况，例如当突然识别到障碍物并且要求紧急制动时，根据紧急情况算法来控制调节构件，参见紧急步骤903。
此外，与之并行地在检验步骤907中检验是否需要更新关于路段、关于周围场地、关于天气和/或交通状况的数据。如果是这种情况，则在更新步骤908中进行更新。此外，在检验步骤909中检验是否需要重新计算行驶路线。如果是这种情况，则在更新步骤910中更新行驶路线。在另一个检验步骤911中检验是否需要更新所选的速度轨迹，例如因为关于路段的数据已经改变或者已经进行了行驶路线的更新。如果是这种情况，则在更新步骤中执行对速度轨迹的重新求取，为此参见图5。
根据上述方法的一个变化，在预定希望到达时间时考虑时间余量。例如可以在求取速度轨迹时预定经修改的希望到达时间，该经修改的希望到达时间由实际的希望到达时间减去时间余量而得到。时间余量可以例如为10分钟或者为行驶时间的5％或行驶时间的10％。特别优选地在行驶过程中更新速度轨迹，其方式为在行驶路线上看逐步地或连续地降低时间余量。

Claims (11)

1.一种用于运行自动驾驶的机动车辆的方法，其中，借助于预定的开始地点和预定的目标地点来求取行驶线路，其中确定用于所求取的行驶线路的速度轨迹(200)并且该机动车辆基于所确定的速度轨迹(200)自主地行驶该行驶线路，其中该速度轨迹(200)的确定包括以下的方法步骤：
-求取用于所求取的行驶线路的多个候选速度轨迹，
-对于所求取的候选速度轨迹中的每一个来计算出不准时特征值，其中该不准时特征值是与预定的到达目标地点的希望到达时间相偏离的度量，以及
-选择具有数值上最小的不准时特征值的候选速度轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了计算出速度轨迹的不准时特征值，分别求取该速度轨迹的多个部分速度轨迹的部分不准时特征值并且形成该多个部分不准时特征值的总和。
3.根据以上权利要求之一所述的方法，其中，依赖于所求取的行驶线路的一部分的平均速度、额定平均速度、以及所求取的行驶路径的该部分在总行驶线路中的长度比例来计算出部分不准时特征值。
4.根据以上权利要求之一所述的方法，其中，借助于路段数据、尤其可允许速度、加速度和减速度的最大值和最小值来求取在所求取的行驶线路上的最大速度曲线(401)和最小速度曲线(402)，其中在选择速度轨迹(200)时仅考虑完全在该最大速度曲线(401)与该最小速度曲线(402)之间的速度带(403)之内延伸的候选速度轨迹。
5.根据以上权利要求之一所述的方法，其中，产生由多个网格节点(405)组成的路径点-速度网格(404)，其中该路径点-速度网格(404)对于行驶线路的每个路径点(xs，xs+1)具有多个网格节点(405)，该多个网格节点对应于该路径点(xs，xs+1)中的不同速度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在用于一个路径点(xs)的多个网格节点(405)的计算步骤中分别求取到该行驶线路的一个后续的路径点(xs+1)的多个网格节点(405)的多个候选部分速度轨迹，其中对于每个候选部分速度轨迹求取部分不准时特征值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，对于该行驶线路的所有路径点(xs，xs+1)执行该计算步骤。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，对于在路径点(xs，xs+1)的网格节点(405)中记录的所有候选部分速度轨迹计算出中间不准时特征值。
9.根据以上权利要求之一所述的方法，其中，所述速度轨迹(200)的确定借助于安排在该自动驾驶的机动车辆上或中的计划装置来进行，或者
所述速度轨迹(200)的确定借助于远离该自动驾驶的机动车辆安排的计划装置来进行并且所述速度轨迹(200)被传输到该机动车辆。
10.根据以上权利要求之一所述的方法，其中，检验是否有必要改变该行驶线路和/或该速度轨迹(200)，并且在该机动车辆行驶该行驶线路的过程中更新该行驶线路和/或速度轨迹(200)。
11.一种自动驾驶的机动车辆，该机动车辆具有用于借助于预定的开始地点和预定的目标地点来求取行驶线路的导航装置、用于对于所求取的行驶线路来确定速度轨迹的计划装置以及用于控制该机动车辆的调节构件的调节装置，从而使得该机动车辆能够基于所确定的速度轨迹(200)来自主地行驶该行驶线路，其中，该计划装置被适配为用于执行以下的方法步骤：
-求取用于所求取的行驶线路的多个候选速度轨迹，
-对于所求取的候选速度轨迹中的每一个来计算出不准时特征值，其中该不准时特征值是与预定的到达目标地点的希望到达时间相偏离的度量，以及
-选择具有数值上最小的不准时特征值的候选速度轨迹。
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