CN110930746B - 用于协作式操作协调的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过车辆内部的控制器对车辆进行操作规划和操作执行的方法，其中，所述控制器具有战略规划层级、战术规划层级和运行规划层级，所述战略规划层级用于执行路线规划，所述战术规划层级用于提供精确到车道的、通至可能目标点的轨迹，所述运行规划层级用于选择目标点和通至所选择的目标点的可行驶的轨迹，其中，所述规划层级实施为级联式，并且在实施每个规划层级时经由通信连接执行与相邻车辆的信息交换用以求取碰撞，其中，在至少一个规划层级中求取到碰撞的情况下，经由所述通信连接在车辆之间执行操作协调。本发明还涉及一种控制器。

Description

用于协作式操作协调的方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过车辆内部的控制器对车辆进行操作规划

和操作执行的方法以及一种控制器。

背景技术

能够实现自动化驾驶的传统系统是已知的，这些传统系统在考虑其他交通参与者的行为的情况下仅为对应的本车辆规划车辆轨迹。

此外，致力于使用车辆之间的通信，以便实现协作式操作规划和操作实现。由此，还应提高安全性和舒适性以及减小燃料消耗。

在之前尝试将车辆之间的通信纳入轨迹规划中时存在以下问题：在车辆之间高效地实施消息交换仅设置在相对彼此很小的间距中。由此，协作式操作协调仅局限于很少的场景中。此外，对轨迹例如超过5秒钟的较长预测时间目前不能借助非自动化车辆在混合交通中实现。

发明内容

本发明所基于的任务可以在于，提出一种用于操作协调的方法，该方法也可以应用在对轨迹的较长预测时间的情况下。

该任务借助本发明的方法和控制器来解决。本发明的有利构型是各个优选实施方式。

根据本发明的一个方面，提供一种用于通过车辆内部的控制器对车辆进行操作规划和操作执行的方法。所述控制器具有战略规划层级、战术规划层级和运行规划层级，所述战略规划层级用于执行路线规划，所述战术规划层级用于提供精确到车道(spurgenau)的、通至可能目标点的轨迹，所述运行规划层级用于选择目标点和通至所选择的目标点的可行驶的轨迹。所述规划层级实施为级联式(kaskadenartig)，其中，在实施至少一个规划层级时、尤其在每个规划层级中经由通信连接执行与相邻车辆的信息交换用以求取碰撞。在至少一个规划层级中求取到碰撞的情况下，经由所述通信连接在本车辆与至少一个相邻车辆之间执行操作协调。

根据本发明的另一方面，提供一种用于控制至少一个车辆和用于在至少两个车辆之间建立通信连接的控制器，其中，所述控制器设置为用于执行所述方法的所有步骤。

所述通信连接优选是车对X(V2X)通信。该V2X通信既包括V2V通信(车对车通信)又包括车辆与基础设施单元之间的V2I(车对基础设施)通信。通过使用所述通信连接可以交换、比较各个车辆的规划信息并且可以在各个规划层级中在碰撞方面检查所述规划信息。

轨迹优选是一种函数，该函数在有效范围内将时间映射到车辆的姿态(Pose)上。在最简单的情况下，所述姿态包括2D空间中的车辆坐标。但是，所述姿态也可以包含取向和其他状态参量。此外，时间可以被定义为一种离散函数。

在战略层级中，作为车辆状态的所述姿态可以包括对当前的高速公路区段/高速公路公里数的说明，而在战术层级中可以包括车道说明、车道上的位置(例如在当前的高速公路区段中从车道开始处的弧长)和沿着该车道的纵向速度。在运行层级中，所述状态可以包括笛卡尔坐标系中或沿着车辆车道的Frenet坐标系中的姿态(位置和取向)、横摆速率、纵向和横向速度以及纵向和横向加速度。

当沿着车道例如在纵向上低于最小间距时，对于在相同车道上的车辆而言存在碰撞。当既低于纵向间距又低于横向间距时，对于相邻车道而言存在碰撞。

所述操作可以在三个不同的规划层级中进行。战略规划层级例如用于对各个车辆进行路线规划。中间的战术规划层级可以预给定由车辆在其战略路线的范围内必须驶过的具体目标点。在运行规划层级上例如可以在约0至10秒的时间区间规划可行驶的具体轨迹。

各个规划层级构造为级联。因此使得能够经由通信连接在车辆组内协调非中心协作式的行驶操作。在此，完成来自战略规划、战术规划和运行规划的规划层级的级联。各个规划层级可以基于硬件地实施为控制器的单独模块。各个模块可以经由接口能传导数据地彼此耦合并且可以访问控制器的通信单元。替代地，规划层级可以以软件模块的形式来构型，所述软件模块可以经由软件-硬件接口来利用控制器的通信单元。

在每个规划层级中车辆之间经由通信连接用于求取碰撞的信息交换可以以消息的形式被归纳。

所述方法例如包括在使用所述通信连接或者多个通信连接的情况下在车辆组内进行协作式操作协调。在此，可以在战略规划层级上发生所述协调，该战略规划层级预给定了路线规划或绝对的行驶目标(例如卡尔斯鲁厄-斯图加特-奥格斯堡-慕尼黑)。战略规划层级可以被用于执行长期路线规划。

在战术规划层级上可以基于经由通信连接所接收的信息和来自战略规划层级的信息(例如在匝道末端处的车道变换)来运用目标点预给定，所述战术规划层选择协作伙伴。因此，战术规划层级可以被用于路线规划的中期规划任务。

在运行规划层级上可以基于经由通信连接所交换的信息以及来自战术规划层级的信息针对例如0至10秒的时间区间执行对能驶过的轨迹的规划。从而，运行规划层级用于短期的或直接的路线规划并且可以构型为用于接下来实施规划路线的执行或者将规划路线传输给相应的车辆控制单元。

例如可以通过匹配一个或多个车辆的至少一个期望轨迹或规划轨迹在运行规划层级上实现协调。

根据一个实施例，至少两个车辆分别具有内部控制器，该内部控制器具有规划层级，其中，在车辆之间建立通信连接，以便在至少一个规划层级中求取到碰撞的情况下执行协作式操作协调。优选，布置在通信连接的有效范围内的至少两个车辆可以在实施用于路线规划的规划层级期间彼此交换信息。优选，各个车辆的控制器可以相互通信。在此，控制器这样构型，使得不同控制器的对应规划层级可以彼此单独地通信。各个规划层级逐步相继地由控制器实施，使得可以在每个规划层级期间发生信息交换。替代或附加地，控制器可以访问已结束的规划层级的信息或者进行同步化，通过所述同步化，同时由多个控制器重新实施对应的规划层级。

根据一个实施方式，在至少一个规划层级中求取到碰撞的情况下，在进行操作协调时不考虑布置在所述规划层级以上的规划层级。在此，优先考虑最低规划层级上的碰撞。如果例如在战略规划层级上确定规划轨迹存在碰撞，那么该车辆被定义为协作伙伴。最后，在战术层级上交换轨迹和目标点。

根据另一构型，在至少两个车辆的规划层级中的至少一个规划层级中确定存在碰撞的情况下，将所述至少两个车辆选择为协作伙伴。例如，车辆可以接收装备有战略规划和运行规划或者说这些规划层级的车辆的数据。在所述规划层级中可以通过基于地点和基于时间的比较来求取轨迹的碰撞。因此，相互间存在碰撞的车辆被视作协作伙伴。因此，协作伙伴利用所建立的通信连接来求取无碰撞的轨迹。为此，例如一个或多个车辆可以相互匹配它们的轨迹，使得可以预先求取并且执行对碰撞问题的非中心的解决方案。

根据另一实施方式，在确定存在碰撞的情况下，通过匹配至少一个车辆的轨迹来执行至少两个车辆之间的操作协调。如果确定存在碰撞，那么进行如下协调：哪个车辆例如执行车道变换和/或在前行驶。在运行规划层级上，原则上车辆例如可以是自由的并且仅需要在碰撞的情况下进行协调。所述方法不是仅局限于车道变换的场景。其他场景例如可以是在具有先行权的道路上转弯，车队行驶(Platooning)，在郊区道路上超车，解决同权交叉路口处的冲突等。

根据另一实施方式，在执行了操作协调之后保持至少两个车辆之间的通信连接。由此，协作伙伴可以继续处于连接中，以便交换信息。因此，也可以进行事后修正。

根据另一实施方式，所述信息交换具有规划轨迹，该规划轨迹具有目标点和目标时间点。因此，可以经由通信连接交换关于道路走向和车辆的中间目标的所有相关信息，使得可以执行碰撞检验。

根据一个实施例，在战术规划层级中确定，哪个车辆在碰撞区域中在前行驶。为此可以决定，例如何时(在地点和时间方面)发生车道变换，并且哪个车辆在前行驶。此外，可以在战术规划层级上考虑道路交通规则的规定和对应国家的其他法律规定。

根据另一实施方式，在规划层级中确定存在至少一个碰撞的情况下使用具有碰撞的最低规划层级用于协作式操作协调，其中，较高级别的规划层级在自动化模式中运行。可以将对应的未利用的规划层级置于所谓的自动驾驶模式中，在该自动驾驶模式中，这些未利用的规划层级执行基础任务，例如沿着车道中心计算目标点，并且将基础任务的结果转发给后续的级联或者说规划层级。

所述方法也可以以用于协调协作式行驶操作的匹配形式例如被用于以下功能：

-在匝道处和交流道区域(Verflechtungsbereich)处进行协作式并线驶入或并线驶出

-相对于在前行驶车辆进行协作式间距调节

-在郊区道路上进行协作式超车

-关于郊区道路进行协作式前瞻性路由(Routing)

-在郊区道路上进行协作式转弯

-载重车在高速公路上进行协作式载重车超车操作。

通过既在战略规划层级、战术规划层级上又在运行规划层级上发生协调，可以通过所述方法考虑所有所提及的功能。与所述功能有关地在这些情况下仅需要影响所述规划层级之一，使得可以减小实施花费并且从而减小易错性。

附图说明

下面，根据强烈简化的示意图详细阐述本发明的优选实施例。在此示出：

图1规划层级的示意图和

图2-5高速公路匝道的示意图，该示意图用于直观阐述根据一个实施方式的所述方法。

具体实施方式

在图1中示出规划层级2,4,6的概览。在每个规划层级2,4,6中，在参与所述方法1的车辆的控制器之间发生信息交换8。

信息交换8优选经由通信连接发生，该通信连接可以是V2X通信连接。

战略规划层级2用于通至车辆最终行驶目标的长期路线规划。布置在战略规划层级2后面的战术规划层级4例如生成目标点预给定并且可以选择用于所述方法的协作伙伴。战术规划层级4用于中期路线规划，例如直至下一个道路区段的路线规划。连接在战术规划层级4后面的运行规划层级6用于在从0至10秒的时间范围进行短期的或者说直接的操作规划。

各个规划层级2,4,6构造为级联。因此使得能够通过在图2至5中所示的通信连接18执行信息交换8。尤其，可以通过信息交换8在车辆组内协调分散协作式行驶操作。各个规划层级2,4,6可以基于硬件地实施为控制器16的单独模块。各个模块可以经由接口能传导数据地彼此耦合并且可以访问控制器16的通信单元。替代地，规划层级2,4,6可以以软件模块、尤其是独立的软件程序的形式来构型，所述软件模块可以经由软件-硬件接口利用控制器16的(未示出的)通信单元。

在图2至5中，在示意图中示出两个车辆10,12，它们在高速公路匝道14上执行协作式操作规划。车辆10,12分别具有控制器16，所述控制器可以在车辆10,12之间或在车辆与未示出的基础设施之间建立通信连接18用于信息交换并且构型为用于执行所述方法1。控制器16具有规划层级2,4,6并且可以执行相应的步骤并且可以相应地控制或指引车辆10,12。

下面，根据驶上高速公路14或快速路上的匝道场景(Auffahrszenario)来描述所述方法1。对在图2中所示的场景进行考察，在该场景中，车辆10、即所谓的本车辆想要驶上高速公路或者快速路的具有先行权的车道，另一车辆12、即所谓的协作车辆在该高速公路或者快速路上行驶。

根据该实施例，从本车辆10的视角出发如下实现两个车辆10,12之间的操作协调：

在初始状况中，在战略规划层级2中存在路线规划，该路线规划以战略路线22的中间点20的形式预给定向高速公路14上的车道变换。根据对路线规划的实施而定，中间点20可以位于匝道上，而下一个中间点在高速公路14上已经位于匝道之后。在高速公路具有多个车道的情况下，不强制将该点绑定到这些车道之一上，而是仅说明高速公路公里数。在战术规划层级4中，为向高速公路14上的车道变换计算(在地点和时间方面的)目标点。在此设置在车道中心的、精确到车道的定位。通往该点20的战术轨迹24沿着车道中心延伸并且起先隐没(ausblenden)其他交通参与者12。在运行规划层级6上，按照战术规划层级4的预给定针对下一个0至10秒计算轨迹26，该轨迹被转发给车辆促动装置。在此，战术规划层级4的预给定可以包括沿着战术轨迹24的(在地点和时间方面的)目标点20以及该战术轨迹本身，所述目标点和所述战术轨迹根据车辆动态性可以被达到。运行规划层级6负责选择合适的目标点以及通往该目标点的可行驶的轨迹24。

在战略规划层级2上执行碰撞探测。这在图3中图解阐述。本车辆10接收来自相应装备的车辆12的战略规划层级2和运行规划层级6的数据。级联2,4,6确定最低规划层级(运行规划层级至战术规划层级(目前不可用)至战略规划层级)，在所述最低规划层级上发生碰撞(在此是战略规划层级2)。就此不需要再考察所有层级。

在战略规划层级2上的与之发生碰撞的那些车辆10,12被选择为可能的协作伙伴。不会更长时间地考察其他车辆，例如在之前存在的、在此未画出的驶出口上离开高速公路14的那些车辆。

经由通信连接18激活高速公路14上的车辆12的控制器16中的战术规划。为此，本车辆10将具有其(在地点和时间方面的)目标点20的战术轨迹24发送给协作车辆12。

在此，在战术规划层级4上求取碰撞。这由图4得知。对协作车辆12中的战术规划层级4的激活触发由协作车辆12对战术轨迹24的计算，所述协作车辆将该战术轨迹传输给本车辆10。两个车辆10,12都确定它们的战术轨迹24存在碰撞并且开始进行协作。

在战术规划层级4上发生所述协调。为此决定，何时能够(在地点和时间方面)发生车道变换并且哪个车辆10,12在前行驶。此外，在战术规划层级4上考察由道路交通规则给出的规定。根据该实施例，例如应用拉链法(Reissverschlussverfahren)。

在此，运行规划层级6上的规划是无碰撞的并且因此可以单独地由车辆10,12执行。

在图5中示出避免运行规划层级6上的碰撞。在解除了战术规划层级4上的碰撞之后，两个车辆10,12中的规划单元或者说控制器16确定了在运行规划层级6上存在碰撞。这些碰撞例如可能出现，因为战术规划层级4将车辆10建模为质点(Punktmasse)并且战术轨迹24沿着车道中心延伸，相反，实际上被驶过的运行轨迹26却考虑车辆尺寸以及与车道中心的偏差并且通过这些影响来探测碰撞。

因为确定了在运行规划层级6上存在碰撞，所以该规划层级6作为具有碰撞的最低级联层级承担所述协调并且例如通过使运行轨迹26相互匹配来化解碰撞。

在(地点和时间方面)到达战术目标点20之后，匝道操作和从而对该操作的协作被视为结束。现在，该规划在运行规划层级6上发生，因为由于两个车辆10,12之间的空隙短而可能发生运行轨迹26的碰撞，因此，该层级作为具有碰撞的最低级联层级具有协调职责。

在此，战术规划层级4可以处于所谓的自动驾驶模式，在该自动驾驶模式中，该战术规划层级计算沿着战略路线22目标点(在地点和时间方面)并且计算通往这些目标点的战术轨迹24(沿着车道中心)并且将所述战术轨迹转发给运行规划层级6作为规划基础。此外，车辆10,12交换消息，以便例如在突然出现障碍物时可以协调协作式制动操作或避让操作。

所述协调方法也可以应用到转弯进入和转弯离开的场景上。在例如由于拥堵状况或为了减少由废气排放造成的污染而要执行交通改道的场景中，例如仅在战术规划层级4上发生协作式协调。其它两个规划层级2,6可以处于自动驾驶模式。也就是说，战术规划层级4计算沿着战略路线22的目标点20(在地点和时间方面)并且计算对应的战术轨迹24(沿着车道中心)，所述战术轨迹被转发给运行规划层级6用于规划运行轨迹，所述运行轨迹又被转发给车辆促动装置。

Claims (10)

1.一种用于通过车辆内部的控制器（16）对车辆（10）进行操作规划和操作执行的方法（1），其中，所述控制器（16）具有战略规划层级（2）、战术规划层级（4）和运行规划层级（6），所述战略规划层级用于执行路线规划，所述战术规划层级用于提供精确到车道的、通至可能的目标点（20）的轨迹（24），所述运行规划层级用于选择目标点（20）和通至所选择的所述目标点（20）的、能行驶的轨迹（24），其中，所述规划层级（2,4,6）实施为级联式，并且在实施至少一个规划层级（2,4,6）时经由通信连接（18）执行与至少一个相邻车辆（12）的信息交换（8）用以求取碰撞，其中，当在至少一个规划层级（2,4,6）中求取到碰撞时，经由所述通信连接（18）在所述车辆（10）与所述至少一个相邻车辆（12）之间执行操作协调，其中，所述战略规划层级（2）用于通至所述车辆（10）的最终行驶目标的长期路线规划，其中，布置在所述战略规划层级（2）后面的战术规划层级（4）生成目标点预给定和/或选择协作伙伴，其中，所述战术规划层级（4）用于中期路线规划，并且其中，连接在所述战术规划层级（4）后面的运行规划层级（6）用于在从0至10秒的时间范围进行短期的或者说直接的操作规划。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少两个车辆（10,12）分别具有内部控制器（16），该内部控制器具有规划层级（2,4,6），其中，在车辆（10,12）之间建立通信连接（18），以便在至少一个规划层级（2,4,6）中求取到碰撞的情况下执行协作式操作协调。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在至少一个规划层级（2,4,6）中求取到碰撞的情况下，在进行所述操作协调时不考虑布置在该规划层级以上的规划层级。

4.根据权利要求1,2或3所述的方法，其中，在至少两个车辆（10,12）的规划层级（2,4,6）中的至少一个规划层级中确定存在碰撞的情况下，将所述至少两个车辆选择为协作伙伴。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在确定存在碰撞的情况下，通过匹配至少一个车辆（10,12）的轨迹（24,26）来执行至少两个车辆（10,12）之间的操作协调。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在执行了操作协调之后保持至少两个车辆（10,12）之间的通信连接（18）。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述信息交换（8）具有规划轨迹（22,24），所述规划轨迹具有目标点（20）和目标时间点。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，在所述战术规划层级（2,4,6）中确定，哪个车辆（10,12）在碰撞区域中在前行驶。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，在规划层级（2,4,6）中确定存在至少一个碰撞的情况下使用具有碰撞的最低规划层级（2,4,6）用于协作式操作协调，其中，较高级别的规划层级（2,4,6）在自动化模式中运行。

10.一种控制器（16），其用于控制至少一个车辆（10,12）并用于在至少两个车辆（10,12）之间建立通信连接（18），其中，所述控制器（16）设置为用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法（1）的步骤。

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