CN110869266A - 用于计算车辆的运动轨迹的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于计算车辆(100)的运动轨迹(3)的方法。在此，定义所述车辆(100)的起始位置(1)和目标位置(2)；产生一定数量的可能的运动轨迹(3)，所述运动轨迹将所述起始位置(1)和所述目标位置(2)精确地彼此连接，其中，针对每个可能的运动轨迹(3)将不同的轨迹元素以不同的方式彼此关联，以便将所述车辆(100)的所述起始位置(1)和所述目标位置(2)彼此连接，其中，将所述轨迹元素如此彼此关联，使得仅当在两个轨迹元素之间的所述关联点(13)处的所述可能的运动轨迹(3)描述所述车辆(100)的方向变换时，才允许所述关联点(3)处的可能的运动轨迹(3)具有非连续的曲率变化过程；基于所述可能的运动轨迹(3)的特性从可能的运动轨迹(3)中选择运动轨迹(3)。

Description

用于计算车辆的运动轨迹的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于计算车辆的运动轨迹的一种方法和一种设备。

背景技术

在狭窄场景中操纵车辆尤其在泊车时起重要作用。难点首先在于，生成无碰撞的路径，这种无碰撞的路径在其走向上具有尽可能少的方向变换、尽可能小的路径长度和尽可能少的曲率变化。

在不久的将来，自动化车辆将被高度密集地停泊，即，车辆将被更紧密地停泊并且也许如此停泊，使得需要移位操作以便将另一车辆泊出。由此产生高度非凸的状态空间，在所述状态空间中必须为车辆的操纵寻找路径。

用于解决该路径规划问题的一种可能方案是基于采样的运动规划装置——例如快速探索随机树(Rapidly-Exploring Random Trees)。在此在状态空间中随机地采样两种配置，并且将这些配置精确地借助所谓的“转向/扩展功能”连接。如果所连接的路径是无碰撞的，则将该路径添加至树(图形)。由此，不必使状态空间离散化，并且只要最优解存在，就可以概率地收敛得到最优解。

对于具有最小转弯圆周的车辆而言，难点在于找到一种转向功能，以便将两个配置精确地连接，并且同时优化给定的成本标准(例如长度、曲率、方向变换的数量等)。应当理解，能够原地转向(关键词：全方位转向)的车辆被排除在外。

在此，属于现有技术的有Reeds-Shepp(RS)转向和连续曲率(CC)转向。

Reeds-Shepp转向(RS转向)的优点是寻找两点之间的最短路径。不利之处在于，找到的路径仅由曲线和直线构成。由此造成的非连续的曲率变化导致，在行驶期间必须停车，以便调整出新的曲率，然后才可以继续行驶。这在现实中是不切实际的。

连续曲率转向(CC转向)通过以下方式应对该问题：仅允许曲率的连续变化。为此，在直线和圆之间还使用回旋线，以便使曲率改变连续地进行。在此问题是，路径由于回旋线而变得更长，并且在非常狭窄的场景中进行操纵非常困难甚至不可能。

为此，图7示出借助Reeds-Shepp转向计算的运动轨迹3的图示，其中，运动轨迹3将起始位置1与目标位置2连接。为此，图8示出借助连续曲率转向计算的运动轨迹3的图示，该运动轨迹也将起始位置1与目标位置2连接。

发明内容

根据本发明的用于计算车辆的运动轨迹的方法包括：定义车辆的起始位置和目标位置；产生一定数量的可能的运动轨迹，其中，针对每个可能的运动轨迹将不同的轨迹元素以不同的方式彼此关联，以便将车辆的起始位置和目标位置彼此连接，其中，将轨迹元素如此彼此关联，使得仅当在两个轨迹元素之间的关联点处的可能的运动轨迹描述车辆的方向变换时，才允许在该关联点处的可能的运动轨迹具有非连续的曲率变化过程；以及基于可能的运动轨迹的特性从可能的运动轨迹中选择运动轨迹。

根据本发明的用于计算车辆的运动轨迹的设备包括：计算单元，该计算单元设置用于定义车辆的起始位置和目标位置；产生一定数量的可能的运动轨迹，其中，针对每个可能的轨迹将不同的轨迹元素以不同的方式彼此关联，以便将车辆的起始位置和目标位置彼此连接，其中，将轨迹元素如此彼此关联，使得仅当在两个轨迹元素之间的关联点处的可能的运动轨迹描述车辆的方向变换时，才允许在所述关联点处的可能的运动轨迹具有非连续的曲率变化过程；以及基于可能的运动轨迹的特性从可能的运动轨迹中选择运动轨迹。

因此，计算车辆从起始位置至目标位置的运动轨迹。所述方法和所述设备适用于计算具有有限曲率/最小转弯圆周的车辆的运动轨迹。在此，运动轨迹是如下路径：该路径描述具有最小曲率/转弯圆周的车辆的运动并因此也描述为此所需的转向运动。在最大转向角(Lenkeinschlag)情况下的运动轨迹可以在数学上通过连续曲线来描述。在此，后轴中心点或重心的运动轨迹不强制性与由车辆的车轮驶过的路径相同。因此，通过所述运动轨迹描述在车辆运动时车辆的点的运动。由这种运动轨迹可以直接得出所需的转向运动。如果在数学上将该运动轨迹例如表示为函数，则例如可以借助对该函数求导来求取曲率、即转向运动。

起始位置和目标位置的定义是确定车辆的第二位置。在此，起始位置描述车辆关于参考系统的定向和方位。相应地，目标位置描述车辆关于参考系统的定向和方位。起始位置和目标位置的定义尤其借助如下数据组来进行：所述数据组被提供作为计算轨迹的基础。这种数据组例如由驾驶辅助系统来提供。

在产生一定数量的可能的运动轨迹时，产生多个单个的运动轨迹，其中，这些可能的运动轨迹中的每个将车辆的起始位置和目标位置彼此连接。因此，求取转向运动的不同顺序，所述转向运动应由车辆完成以便从起始位置运动到目标位置。在此，使车辆如此运动，使得该车辆以期望的定向到达目标位置。

在此，轨迹元素是在数学上描述运动轨迹的一部分的变化过程的元素。因此，轨迹元素例如定义曲线形状。在此，访问预先定义的轨迹元素的组，以便将这些轨迹元素彼此关联。在产生可能的运动轨迹时，相同或不同类型的轨迹元素被相继排布，以便实现起始位置与目标位置之间的连接，该连接应由车辆行驶以便从起始位置到达目标位置。在此，可以对所述轨迹元素进行匹配，以便使它们适合于待产生的运动轨迹。因此，例如可以如此匹配描述直线的轨迹元素，使得该直线具有期望的长度。在另一示例中，可以如此匹配描述曲线轨迹的轨迹元素，使得该曲线轨迹具有期望的长度，其中，相应地改变曲线开始和曲线结束之间的曲线角度，但是该曲线的基本形状保持不变。在此，轨迹元素优选也定义如下运动方向：在所述运动方向上，车辆在驶过运动轨迹时应在相应轨迹元素的区域中运动。

以不同的方式彼此关联不同的轨迹元素，以便产生可能的运动轨迹。在此，一个可能的运动轨迹可以包括不同轨迹元素中的一个或多个。不同的可能的运动轨迹可以包括不同的或相同的轨迹元素。如果两个运动轨迹包括相同的轨迹元素，则这些轨迹元素以不同的顺序布置。

在此，不同轨迹元素的关联基于以下至少一个基本规则：轨迹元素如此彼此关联，使得仅当两个轨迹元素之间的过渡处的运动轨迹与此同时描述车辆的方向变换时，该过渡处的可能的运动轨迹才具有非连续的曲率变化过程。这意味着，不采纳或者首先不产生如下可能的运动轨迹：在这种运动轨迹中，两个如下轨迹元素彼此邻接——这两个轨迹元素定义相同的运动方向并因此在它们的关联点处不需要方向变换；并且在所述运动轨迹中，同时在所述两个轨迹元素彼此邻接的部位处存在非连续的曲率变化。换言之这意味着，仅当在运动轨迹的所述部位处同时还进行车辆的方向变换时，才允许两个轨迹元素之间的每个可能的运动轨迹具有转折。转折是可能的运动轨迹上的如下位置：在该位置处，必须由车辆在静止情况下转动车轮，以便驶过该运动轨迹。

非连续的曲率变化意味着，作为曲线示出的运动轨迹的导数在两个彼此相继的轨迹元素的连接部位处是非连续的——即具有突变。

因此，提供用于计算新的转向功能的一种方法和一种设备，所述转向功能存在于RS转向和连续曲率转向这两个范畴之间。仅在车辆的方向变换情况下才允许非连续的曲率变化。为此，在同时确保可以直接驶过由运动轨迹描述的路径的情况下提高可操纵性。

在向前行驶或向后行驶时仅允许连续的曲率变化过程，这尤其可以通过使用圆、直线和回旋线作为轨迹元素来实现，其中，回旋线尤其是圆与直线之间的、曲率连续的连接的可能性。在车辆的方向变换情况下，允许曲率例如通过完全向左偏转到完全向右偏转而引起的变换，因此曲率在此具有非连续的变化过程。该转向功能称为混合曲率转向(HC转向)。所述混合曲率转向依靠人类在狭窄场景中的操纵，在所述狭窄场景中，人类同样在静止状态下转动方向盘，以便例如更好地进入停车位。

根据本发明产生的运动轨迹具有以下优点：所述运动轨迹可以立即被驶过。与CC转向相比，HC转向提高车辆的可操纵性。用于连接两个配置(在此起始位置和目标位置)的计算时间处于微秒级范围内并因此是非常小的。

从属权利要求示出本发明的优选扩展方案。

优选地，通过以下方式产生一定数量的可能的运动轨迹：将不同的轨迹元素以不同的方式彼此组合。因此确保不同的可能的运动轨迹彼此存在区别。

在此有利的是：可能的运动轨迹中的每个都是不同轨迹元素的预给定的组合。因此，尤其提供一定数量的轨迹元素组，其中，每个组包括确定的轨迹元素的序列，并且尤其也包括轨迹元素之间的方向变换的指示的序列。这种轨迹元素组也称为族。轨迹元素组可以包括彼此不同数量的轨迹元素。因此，原则上能够由轨迹元素产生的可能的运动轨迹的数量受到限制，因为并不需要轨迹元素的考虑理论上可能的所有组合。因此，尤其通过以下方式产生可能的运动轨迹：将轨迹元素按照在所述组中定义的顺序彼此关联。

优选地，不同的轨迹元素包括如下曲线元素，并且在产生一定数量的可能的运动轨迹时从以下各项之一选择曲线元素：RS曲线元素，其描述具有恒定曲线半径的曲线；HC曲线元素，其是由一个具有恒定半径的曲线与一个具有随着路段增大或减小的半径的曲线的组合，该组合具有在一侧上带有最小半径并且在另一侧上带有无限大半径的特性；CC曲线元素，其是由一个具有恒定半径的曲线与其之前和之后各一个曲线的组合，所述之前和之后各一个曲线具有随着路段增大或减小的半径。RS曲线元素是Reeds-Shepp-曲线元素。CC曲线元素是连续曲率-曲线元素。在RS曲线元素和/或CC曲线元素中，具有随着路段增大或减小的半径的曲线尤其是如下曲线：该曲线具有随着路段线性增大或减小的半径，并且该曲线在这种情况下也称为回旋线。因此，可以基于非常少数量的满足所需要求的轨迹元素计算出运动轨迹，由此限制计算开销。HC曲线元素优选通过两个同心圆定义，其中，具有连续半径的曲线沿着同心圆的内部延伸，而具有随着路段线性增大或减小的半径的路段将同心圆的内部和外部连接。HC曲线元素尤其是由回旋线与具有恒定半径的曲线的组合。在此从一定数量的可能的曲线元素中进行选择。在此，可以在一个单个的可能的运动轨迹中选择不同的可能的曲线元素。最小半径意味着，曲线的曲率等于零，因为曲率为＝1/半径。

优选地，不同轨迹元素包括曲线元素和直线元素。因此，在计算可能的运动轨迹时实现高灵活性。可以避免运动轨迹中的绕路(Umweg)。

也有利的是：在从可能的运动轨迹中选择运动轨迹时，可能的运动轨迹的长度和/或运动轨迹的方向变换的最小数量和/或最小曲率变化是可能的运动轨迹的特性——所述选择基于该特性。因此，尤其从可能的运动轨迹中选择如下运动轨迹：该运动轨迹是可能的运动轨迹中的最短的。替代地，尤其从可能的运动轨迹中选择如下运动轨迹：该运动轨迹包括最少的方向变换。替代地，尤其从可能的运动轨迹中选择如下运动轨迹：该运动轨迹具有最小的曲率变化。具有最小曲率变化的运动轨迹尤其是运动轨迹中的如下运动轨迹：在该运动轨迹中，在总体上需要进行车辆转向角的最少改变，以便驶过该运动轨迹。也可以对多个特性求权重，以便选择运动轨迹。因此，选择对于驾驶员来说特别舒适的运动轨迹。如果从可能的运动轨迹中选择这样的运动轨迹——该运动轨迹是可能的运动轨迹中最短的，则在起始位置与目标位置之间得到大致优化的、忽视方向变换而又曲率连续的连接。之所以称之大致优化是因为这在分析上是无法证实的，然而这可以通过实验或通过模拟来证实。

此外有利的是：将轨迹元素如此彼此关联，使得当在过渡处的可能的运动轨迹描述车辆沿保持不变的方向的运动时，则在两个轨迹元素之间的过渡处(即关联点处)的可能的运动轨迹始终具有连续的曲率变化。因此排除了仅使车辆停车以便可以改变转向角的情况。

也有利的是：轨迹元素中的每个具有起点和终点，其中，对于在可能的运动轨迹内的使用，通过起点和终点彼此的相对移动来匹配轨迹元素。因此，这两个点相对彼此的位置发生改变。因此，例如可以通过起点相对于终点的相对方位来定义曲线元素的曲线角度。也可以通过起点相对于终点的相对方位来定义直线元素的长度。因此确保：很少数量的轨迹元素足以产生运动轨迹。

也有利的是：除了车辆的起始位置和目标位置以外还定义至少一个中间目标位置。在此，中间目标位置的定义如通过基于采样的运动规划装置所实现的那样来进行。中间目标位置是处于可能的运动轨迹中的至少一个上的位置。尤其，针对不同的可能的运动轨迹定义不同的中间目标位置。

此外有利的是：所述方法还包括碰撞识别，其中，计算车辆沿着可能的运动轨迹的包络曲线，并且不考虑如下可能的运动轨迹：所述运动轨迹的所属包络曲线表示与对象存在碰撞。因此，可以特别有利地在高度密集的泊车的区域中使用所述方法。

附图说明

在下文中，参照附图详细地描述本发明的实施例。在附图中：

图1示出根据本发明计算的运动轨迹的图示；

图2示出可能的曲线元素的图示；

图3示出彼此关联的轨迹元素的图示，所述轨迹元素被关联成可能的运动轨迹；

图4示出第一HC曲线元素的图示；

图5示出第二HC曲线元素的图示；

图6示出具有用于计算车辆的运动轨迹的设备的车辆的图示；

图7示出借助Reeds-Shepp转向所计算的运动轨迹的图示；

图8示出借助连续曲率转向所计算的运动轨迹的图示。

具体实施方式

图1示出根据本发明所计算的运动轨迹3的图示。运动轨迹3将起始位置1与目标位置连接。运动轨迹3是针对车辆100的运动所计算的运动轨迹。

下面描述的方法也称为混合曲率(HC)转向并且模仿在狭窄周围环境中使车辆100转向时的人类行为。在此，在车辆100沿一方向运动期间计算具有连续曲率的运动轨迹3，然而如果进行方向变换，则允许非连续曲率。由此能够实现车辆100在短运动距离中的高度可运动性。

在计算运动轨迹3时首先定义车辆100的起始位置1和目标位置2。起始位置1和目标位置2例如通过以下方式来定义：由外部的驾驶辅助系统提供所述起始位置和目标位置。因此，起始位置1例如是车辆100的当前位置，而目标位置2描述车辆100的周围环境中的如下位置：车辆100要运动至该位置(例如借助车辆传感装置所求取的泊车空位或运动规划装置所产生的配置)。

为此所需的计算基于数学车辆模型，通过该车辆模型例如定义车辆100的尺寸和其他车辆特性——例如最大转向角、轮距、轴距。

如在图1中所示的运动轨迹3描述车辆100的点的运动。所述点可以是任意如下点：所述点随着车辆100的运动而运动。该点在图1中示例性地处于车辆100的后轴的中心。在此，待由车辆100实施的、用于使所述点沿着运动轨迹3运动的转向运动可以直接由该运动轨迹3得出。因此，同样可以由轮胎轨迹5描述运动轨迹3，该轮胎轨迹也示例性地在图1中示出。在图1中绘制出的轮胎轨迹5属于运动轨迹3，并且通过这两者表示的是车辆100的同一运动。

在定义车辆100的起始位置1和目标位置2之后产生一定数量的可能的运动轨迹3。所述可能的运动轨迹3中的每个将车辆100的起始位置1与目标位置2连接。应当理解，车辆100通常能够以不同方式从起始位置1运动至目标位置2。可能的运动轨迹3描述对以下运动轨迹3的选择：该运动轨迹可以由车辆100行驶，以便从起始位置1到达目标位置2。

为了产生可能的运动轨迹3，将不同的轨迹元素以不同方式彼此关联，以便将车辆100的起始位置1与目标位置2彼此连接。在此，所述可能的运动轨迹3由一定数量的可用的不同轨迹元素组成。所述可用的不同轨迹元素例如是曲线元素11和直线元素。曲线元素11描述曲线。直线元素描述具有直线变化过程的路段。轨迹元素中的每个将起点30与终点32连接。

在此，曲线元素11从以下可能的曲线元素20、21、22中的一个中选择：RS曲线元素20、HC曲线元素21和CC曲线元素22。因此，曲线元素10描述：所属的可能的运动轨迹3包括曲线。在此，该曲线的准确形状仍是开放性的并且取决于是选择RS曲线元素20、HC曲线元素21还是CC曲线元素22。

在图2中示出可能的曲线元素20、21、22。

RS曲线元素20描述具有恒定的曲线半径的曲线，其中，RS曲线元素20在其起始处和结束处具有最大曲率。所述恒定的曲线半径相应于车辆100的最大转向角。因此，通过RS曲线元素20描述的轨迹处于第一圆23上。RS曲线元素20的起点30和终点32处于第一圆23上。相应地，RS曲线元素20定义可能的运动轨迹3沿着圆轨迹在曲线角度25上的变化过程。在此，第一圆23具有最小半径24，该最小半径相应于恒定的曲线半径并且相应于车辆100的最大转向角。

CC曲线元素22描述由一个具有恒定曲线半径的曲线与两个具有随着路段增大或减小的半径的曲线的组合，该组合具有在一侧上带有最小半径并且在另一侧上带有无限大半径的特性，其中，具有恒定曲线半径的曲线布置在具有非恒定的曲线半径的两个曲线之间。CC曲线元素22在其起始处和结束处的曲率为零。在此，所述半径尤其随着路段线性地增大或随着路段线性地减小。在此，具有恒定曲线半径的曲线处于内圆28上。所述恒定的曲线半径相应于车辆100的最大转向角。CC曲线元素22的具有恒定曲线半径的区段起始于第一过渡点31并且结束于第二过渡点27。CC曲线元素22的起点30和终点32处于外圆29上。内圆28具有内半径36。外圆29具有外半径37。外半径37大于内半径36。通过CC曲线元素22描述的轨迹在起点30与第一过渡点31之间具有随着路段减小的半径。通过CC曲线元素22描述的轨迹在第二过渡点27与终点32之间具有随着路段增大的半径。在此，所述曲线半径如此选择，使得该曲线半径在第一过渡点31和第二过渡点27处等于具有恒定半径的曲线的恒定曲线半径并因此等于内半径36，所述外半径如此选择，使得具有转向角为零/不具有曲率的车辆位于起始位置30和结束位置32处。

HC曲线元素21描述由一个具有恒定半径的曲线与一个具有随着路段增大或减小的半径的曲线的组合。HC曲线元素21在其起始处或结束处的曲率为零。HC曲线元素21基本上相应于CC曲线元素22，然而其中，HC曲线元素21终止于第二过渡点27。因此，具有恒定曲线半径的曲线处于内圆28上。所述恒定曲线半径相应于车辆100的最大转向角。HC曲线元素21的具有恒定曲线半径的区段起始于第一过渡点31并且结束于终点32。因此，HC曲线元素21的起点30处于外圆29上，在那里车辆的转向角为零，并且HC曲线元素21的终点32处于内圆28上。内圆28具有内半径36。外圆29具有外半径37。外半径37大于内半径36。通过HC曲线元素21描述的轨迹在起点30与第一过渡点31之间具有随着路段减小的曲线半径。在此，所述减小的曲线半径如此选择，使得该曲线半径在第一过渡点31处等于具有恒定曲线半径的曲线的恒定曲线半径并因此等于内半径36。所述减小的半径具有以下特性：所述半径在起点30处无限大，因此HC曲线元素21在该部位处的曲率等于零。此外，所述减小的半径具有以下特性：该半径在第一过渡点31处最小，在此等于内半径36。

所有可能的曲线元素20、21、22都能够在两个可能的方向上延伸——即也能够从终点32延伸至起点30。

所述轨迹元素中的每个并且因此所述可能曲线元素20、21、22中的每个在其完整变化过程上具有连续的曲率变化过程，除了当轨迹元素定义车辆100在相应位置处的方向变换以外。连续的曲率变化过程在数学上意味着，轨迹元素对路程的第一导数是连续的。这关于CC曲线元素22而言意味着，在具有连续半径的曲线与具有随着路段增大或减小的半径的曲线之间不存在转折。

为了计算可能的运动轨迹3，将所述轨迹元素按照预给定的组合彼此关联。因此，可能的运动轨迹中的每个是不同轨迹元素的预给定的组合。在此，也给每个轨迹元素分配车辆100的一个运动方向。相应地，在两个彼此邻接的轨迹元素的关联部位处可能发生车辆100的方向变换。在预给定的组合中也定义这种方向变换。

因此，这种预给定的组合尤其由轨迹元素以及用于方向变换的指示符组成。可能的运动轨迹3由轨迹元素的不同预给定组合以及用于方向变换的指示符组成。在此，在两个轨迹元素之间的关联点13处，轨迹元素的终点32处于紧随其后的轨迹元素的起点30上。这种组合是预定义的。

下面，通过“S“表示直线元素11，通过“C”表示曲线元素11，通过“|”示出方向变换。示例性的可能组合例如可以如下表述：C|C|C。这意味着，起始位置1和目标位置2通过三个曲线元素10按照给定的顺序连接，其中，在其之间存在方向变换。所得到的可能的运动轨迹3示例性地在图3中示出。如果遵循在那里绘制出的从起始位置1至目标位置2的运动轨迹3，则经过根据上述示例性的可能组合的轨迹元素。在此，在该序列中的第一轨迹元素是曲线元素11，其中，HC曲线元素21被选择为曲线元素11。在该序列中的第二轨迹元素再次是曲线元素11，其中，RS曲线元素20被选择为曲线元素11。在该序列中的第三轨迹元素再次是曲线元素11，其中，HC曲线元素21被选择为曲线元素11。

示例性的可能组合“C|C|C”仅是多个可能的组合中的一个。有利地，多个可能的组合优选包括以下组合：“C|C|C”，“C|CC”，“CC|C”，“CSC”，“CC|CC”，“C|CC|C”，“C|CSC”，“CSC|C”，“C|CSC|C”，“CCC”，“C|SC”，“CS|C”，“C|S|C”。特别优选地，多个可能的组合仅包括之前提到的组合。从所述组合中的任一个产生可能的运动路径3。

在产生一定数量的可能的运动轨迹的情况下，将轨迹元素在关联点13处如此彼此关联，使得仅当在过渡处的可能的运动轨迹描述车辆100的方向变换时，才允许在两个轨迹元素之间的关联点13处的可能的运动轨迹具有非连续的曲率变化过程。这例如通过以下方式实现：在两个轨迹元素之间的存在方向变换的关联点处，允许从HC曲线元素21到另一HC曲线元素21的顺序，允许从HC曲线元素21到RS曲线元素20的顺序，允许从RS曲线元素20到HC曲线元素21的顺序，或者允许从RS曲线元素20到RS曲线元素20的顺序。在方向变换的情况下不允许CC曲线元素，以便将运动轨迹3保持得尽可能短。因此，运动轨迹3可以在存在方向变换的两个轨迹元素之间的关联点13处具有非连续的曲率变化。例如在图1中示出的运动轨迹3的拐点8、9就是这种情况，或者在图3中示出的两个关联点13处是这种情况。

此外确保，在两个轨迹元素之间的不存在方向变换的关联点13处，针对轨迹元素中的任何一个都不允许将RS曲线元素20选择为曲线元素11。更确切地说，必须针对每个邻接这种关联点的曲线元素10来选择HC曲线元素21或CC曲线元素22。在此，必须将具有随着路段增大或减小的半径的曲线邻接到关联点13上。

在此，轨迹元素如此定向，使得当在关联点13处可能的运动轨迹3描述车辆100沿保持不变的方向上的运动时，在两个轨迹元素之间的过渡处、即在关联点13处的待产生的可能的运动轨迹具有连续曲率变化，当在所考虑的关联点13处不存在方向变换时就出现这种情况。这通过轨迹元素(尤其分别选择的可能曲线元素20、21、22)的相应定向来实现。所述轨迹元素如此彼此关联，使得当在关联点13处的可能的运动轨迹描述车辆100沿保持不变的方向的运动时，两个轨迹元素之间的关联点13处的可能的运动轨迹始终具有连续的曲率变化。

因为每个组合定义预给定数量的轨迹元素，但是起始位置1相对于目标位置2的相对方位在开始时未知，所以轨迹元素具有可变的起点30和终点32。因此，可以通过以下方式改变由可能的曲线元素20、21、22描述的曲线角度：起点30相对于终点32在分别所属的圆轨迹上移动。

这在图4和5中针对HC曲线元素21示出。为此，在图4中示出第一HC曲线元素21a，该第一HC曲线元素是规则的HC曲线元素21b。在图5中示出第二HC曲线元素21，该第二HC曲线元素是不规则的HC曲线元素21。

可以看出，第一HC曲线元素21a的和第二HC曲线元素21b的起点30相同地选择。然而，第一HC曲线元素21a的和第二HC曲线元素21b的终点32不同地选择。因此，第一HC曲线元素21a和第二HC曲线元素21b描述不同的曲线角度33。在此，曲线角度33由第一部分角度34和第二部分角度35组成。在此，第一部分角度24由HC曲线元素21的如下区域来描述：该区域具有随着路段线性减小的半径。在此，第二部分角度35由HC曲线元素21的如下区域来描述：该区域具有恒定的曲线半径。

在此，第二HC曲线元素21b在第一过渡点31处具有如下方向变换：该方向变换具有连续的曲率过渡。

可以看出，当具有恒定运动半径的部分沿在图4中示出的方向引导时，第二HC曲线元素21b则也将在图5中示出的起点30与终点32连接。然而，这会导致车辆在终点32处的不同运动方向。

此外可以看出，可能发生的是：终点32落在HC曲线元素21的第一过渡点31上。在该情况下，HC曲线元素21的具有恒定曲线半径的区域的长度为零。例如对于在图3中示出的起始于起始位置1处的HC曲线元素21的运动轨迹就是这种情况。替代地，在计算在图3中示出的运动轨迹3时，具有恒定曲线半径的区域可以非常短，使得该区域在图示中无法看出。

以相应的方式产生许多可能的运动轨迹，其中，所述可能的运动轨迹中的每个属于自身的预给定的轨迹元素组合。因此，通过以下方式产生一定数量的可能的运动轨迹：将不同的轨迹元素以不同的方式彼此组合。在此，所述可能的运动轨迹中的每个是不同轨迹元素的预给定组合。

从可能的运动轨迹3中应选择运动轨迹3。将所选择的运动轨迹3提供用于车辆100的运动。为此，基于可能的运动轨迹3的特性从可能的运动轨迹3中选择该运动轨迹3。

为了避免所选择的运动轨迹3导致车辆100与障碍物发生碰撞，首先进行碰撞识别。为此，选择一个轨迹元素(最短路径)。然后检查：该轨迹元素在可能的运动轨迹3中的相应位置处是否会导致碰撞。如果存在碰撞，则不采纳该解决方案，并且视规划算法而定地例如采样新的配置。因此计算：车辆的周围环境中的哪些点在车辆100沿着相应的可能的运动轨迹3运动时被该车辆相交。如果识别到，在当车辆100沿着相应的可能的运动轨迹3运动时，在所述被相交的点之一上存在对象时，则不采纳相应的可能的运动轨迹3，因为该运动轨迹所属的包络曲线4示出与对象的碰撞。当对象所在的点处于包络曲线内时就是这种情况。

从剩余的可能的运动轨迹3中选择如下运动轨迹3：该运动轨迹与所有剩余的可能的运动轨迹3相比具有最小长度，该运动轨迹与所有剩余的可能的运动轨迹3相比具有最少数量的方向变换，或者该运动轨迹具有最少的曲率变化。在此，具有最小长度的可能的运动轨迹3具有最低的碰撞概率。然而如果存在碰撞，则不采纳这种解决方案并且例如选择可能的运动轨迹3中的较短的运动轨迹。

在此，所述选择也可以在由长度和方向变换的数量构成的组合方面来进行。因此，从可能的运动轨迹3选择运动轨迹3基于可能的运动轨迹3的长度和/或基于运动轨迹3的方向变换的数量。

图6示出车辆100的图示，该车辆具有用于计算车辆100的运动轨迹3的设备101。为此，在车辆100中布置有计算单元102，该计算单元设置用于执行上述方法。

除了上面书面公开的内容以外，明确地也参照图1至8的公开内容。

Claims (10)

1.一种用于计算车辆(100)的运动轨迹(3)的方法，所述方法包括：

定义所述车辆(100)的起始位置(1)和目标位置(2)；

产生一定数量的可能的运动轨迹(3)，所述可能的运动轨迹将所述起始位置(1)与所述目标位置(2)精确地彼此连接，

其中，针对每个可能的运动轨迹(3)将不同的轨迹元素以不同的方式彼此关联，以便将所述车辆(100)的起始位置(1)和目标位置(2)彼此连接，

其中，将所述轨迹元素如此彼此关联，使得仅当在两个轨迹元素之间的关联点(13)处的可能的运动轨迹(3)描述所述车辆(100)的方向变换时，才允许在所述关联点(13)处的所述可能的运动轨迹(3)具有非连续的曲率变化过程；

基于所述可能的运动轨迹(3)的特性来从所述可能的运动轨迹(3)中选择运动轨迹(3)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式产生所述数量的可能的运动轨迹(3)：将所述不同的轨迹元素以不同的方式彼此组合。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述可能的运动轨迹(3)中的每个是所述不同的轨迹元素的预给定的组合。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述不同的轨迹元素包括曲线元素(10)，并且在产生所述数量的可能的运动轨迹(3)时从以下各项之一选择所述曲线元素(10)：

RS曲线元素(20)，所述RS曲线元素描述具有恒定曲线半径的曲线；

HC曲线元素(21)，所述HC曲线元素是由一个具有恒定半径的曲线与一个具有随着路段增大或减小的半径的曲线的组合，所述组合具有如下特性：所述组合在一侧上具有最小半径并且在另一侧上具有无限大半径；

CC曲线元素(22)，所述CC曲线元素是由一个具有恒定半径的曲线与其之前和之后各一个曲线的组合，所述之前和之后各一个曲线具有随着路段增大或减小的半径。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述不同的轨迹元素包括曲线元素(10)和直线元素(11)。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在从所述可能的运动轨迹(3)中选择运动轨迹(3)的情况下，所述可能的运动轨迹(3)的长度和/或所述运动轨迹(3)的方向变换的最小数量和/或最小曲率变化是所述可能的运动轨迹(3)的所述特性——所述选择基于所述特性。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述轨迹元素如此彼此关联，使得当在两个轨迹元素之间的关联点(13)处的可能的运动轨迹(3)描述所述车辆(100)沿保持不变的方向的运动时，在所述关联点(13)处的所述可能的运动轨迹(3)始终具有连续的曲率变化过程。

8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述轨迹元素中的每个具有起点(30)和终点(32)，其中，对于在可能的运动轨迹(3)内的使用，通过所述起点(30)和所述终点(32)彼此的相对移动来匹配所述轨迹元素。

9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，除了所述车辆(100)的起始位置(1)和目标位置(2)以外还定义至少一个中间目标位置。

10.一种用于计算车辆(100)的运动轨迹(3)的设备(101)，所述设备包括计算单元(102)，所述计算单元设置用于

定义所述车辆(100)的起始位置(1)和目标位置(2)，

产生一定数量的可能的运动轨迹(3)，所述可能的运动轨迹将所述起始位置(1)与所述目标位置(2)精确地彼此连接，

其中，针对每个可能的运动轨迹(3)将不同的轨迹元素以不同的方式彼此关联，以便将所述车辆(100)的起始位置(1)和目标位置(2)彼此连接，

其中，将所述轨迹元素如此彼此关联，使得仅当在两个轨迹元素之间的关联点(13)处的可能的运动轨迹(3)描述所述车辆(100)的方向变换时，才允许所述关联点(13)处的所述可能的运动轨迹(3)具有非连续的曲率变化过程；

基于所述可能的运动轨迹(3)的特性来从所述可能的运动轨迹(3)中选择运动轨迹。

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