CN112440992B - 用于车辆的自主驾驶的方法 - Google Patents

用于车辆的自主驾驶的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112440992B
CN112440992B CN202010863272.XA CN202010863272A CN112440992B CN 112440992 B CN112440992 B CN 112440992B CN 202010863272 A CN202010863272 A CN 202010863272A CN 112440992 B CN112440992 B CN 112440992B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bending
trajectory
line
determined
lane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010863272.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112440992A (zh
Inventor
G·塔迪-塔奇
F·施特雷克尔
M·格拉茨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
Publication of CN112440992A publication Critical patent/CN112440992A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112440992B publication Critical patent/CN112440992B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/10—Path keeping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/10—Path keeping
    • B60W30/12—Lane keeping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W60/00—Drive control systems specially adapted for autonomous road vehicles
    • B60W60/001—Planning or execution of driving tasks
    • B60W60/0011—Planning or execution of driving tasks involving control alternatives for a single driving scenario, e.g. planning several paths to avoid obstacles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/18009—Propelling the vehicle related to particular drive situations
    • B60W30/18145—Cornering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/02—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to ambient conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/02—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to ambient conditions
    • B60W40/04—Traffic conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/02—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to ambient conditions
    • B60W40/06—Road conditions
    • B60W40/072—Curvature of the road
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/10—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to vehicle motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/12—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to parameters of the vehicle itself, e.g. tyre models
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W60/00—Drive control systems specially adapted for autonomous road vehicles
    • B60W60/001—Planning or execution of driving tasks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/34—Route searching; Route guidance
    • G01C21/3453—Special cost functions, i.e. other than distance or default speed limit of road segments
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0212—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory
    • G05D1/0217—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory in accordance with energy consumption, time reduction or distance reduction criteria
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W2050/0001—Details of the control system
    • B60W2050/0019—Control system elements or transfer functions
    • B60W2050/0028—Mathematical models, e.g. for simulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2552/00—Input parameters relating to infrastructure
    • B60W2552/05—Type of road, e.g. motorways, local streets, paved or unpaved roads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2552/00—Input parameters relating to infrastructure
    • B60W2552/30—Road curve radius
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2552/00—Input parameters relating to infrastructure
    • B60W2552/50—Barriers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2554/00—Input parameters relating to objects
    • B60W2554/60—Traversable objects, e.g. speed bumps or curbs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)

Abstract

用于使车辆(100)在车道(102)上沿行驶方向(104)自主驾驶的方法和设备，其中确定用于在该车道(102)上沿该行驶方向(104)行驶的轨迹(106)，在长度上受限的弯曲带定义该轨迹(106)，该弯曲带在其一端处固定在节点中，该节点定义该轨迹的起始点(120)；从该起始点(120)开始，取决于该弯曲带的弯曲线来确定该轨迹(106)的走向，该弯曲线从该节点开始朝向该弯曲带的另一端延伸；车道边界线(110，112，114)的表示定义用于确定该轨迹(106)的边界条件，取决于弯曲带的特性(尤其抗弯刚度、拉伸性能或相对于车道边界线的表示的居中作用)来定义质量级别，尤其根据虚位移原理优选借助于有限元方法来确定满足边界条件且质量级别具有极值的弯曲线。

Description

用于车辆的自主驾驶的方法
技术领域
本发明涉及用于车辆的自主驾驶的方法和设备。
背景技术
US 2018/0099667 A1公开了自主车辆的控制方式，其中计算该车辆所行驶的行驶路径的左边界线和右边界线。此外，在使运动距离最小化并且在使与中心线的偏差最小化的情况下，测定在左边界线和右边界线的范围内部延伸的理想行驶路线。
WO 2017/183486 A1公开了一种用于在考虑车辆的加速度和减速度的情况下生成自主车辆的轨迹的方法，使得实现柔和的行驶操作。为此生成在曲率变化区段中具有拐点的轨迹，在该曲率变化区段中曲率相对于车辆的行驶距离单调变化。
值得期望的是，提供用于自主驾驶的相对于此改进的方法和相对于此改进的设备。
发明内容
这通过以下描述的主题来实现。
用于车辆在车道上沿行驶方向自主驾驶的方法提出，确定用于在车道上沿行驶方向行驶的轨迹，其中在长度上受限的弯曲带定义该轨迹，其中该弯曲带在其一端处固定在节点中，该节点定义该轨迹的起始点，其中从该起始点开始，取决于该弯曲带的弯曲线来确定该轨迹的走向，该弯曲线从该节点开始朝向该弯曲带的另一端延伸，其中车道边界线的表示定义用于确定该轨迹的边界条件，其中取决于弯曲带的特性(尤其抗弯刚度、拉伸性能或该弯曲带相对于车道边界线的表示的居中作用)来定义质量级别(Gütemaβ)，其中尤其根据虚位移原理优选借助于有限元方法来确定如下的弯曲线：该弯曲线满足边界条件并且该弯曲线的该质量级别具有极值。由此，结果是一条根据该质量级别最佳地满足所提出的边界条件的轨迹。车道边界线的表示例如定义其中有可使用的车道并且其中必须存在轨迹的通道。该质量级别中的抗弯刚度例如用于预设生理学方面或驾驶物理学方面的变量，如偏航加速度或横向加速度或这个加速度的变化。该质量级别还可以设计用于确定最快的和/或最短的道路或最小的加速度。该质量级别例如定义为平方误差。在这种情况下，极值定义为质量级别的最小值。借助模型来进行轨迹计算，该模型具有直接可控的在数学上一一对应的行为。该模型考虑生理学和驾驶物理学方面的变量并且可以适配于驾驶风格。在一个方面中，自适应地从当前行驶状态开始进行计算。在一个方面中，该计算是实时(即在行驶操作期间)设置的。在一个方面中，在数学上明确地以公式列出与质量级别和边界条件相关的优化问题，并且根据虚位移原理优选借助于有限元方法求最小值。该计算提供可再现的、可数学验证的轨迹计算。因此可以产生行为的可验证性。
该质量级别优选由弯曲线的曲率定义，其中确定如下的弯曲线：该弯曲线的曲率是最小的。因此，以最低能量水平在车道上前进。
优选确定用于在车道的沿行驶方向延伸的节段中行驶的轨迹的路段，其中该路段受路段起点和路段终点限制，其中该路段起点和路段终点由该弯曲带的节点定义，这些节点连接该弯曲带的分立单元，其中取决于该分立单元的弯曲线来确定该路段的走向，其中取决于该分立单元的特性(尤其抗弯刚度、拉伸性能或该分立单元相对于车道边界线的表示的居中作用)来定义该分立单元的质量级别，其中尤其根据虚位移原理优选借助于有限元方法确定如下的弯曲线：对于该弯曲线而言，该分立单元的质量级别具有极值。这能够实现逐节段地确定该轨迹的路段。使用这些节段能够实现在整体上观察行驶节段。在预控制中，轨迹计算基于这些节段来预测性地规划轨迹。由此在所观察的节段的终点的事件对该节段的起点有反作用。
该分立单元优选地定义为条棒(Stab-Balken)。这能够用有限元方法实现特别高效的轨迹计算。在这个方面中，该轨迹由条棒表示，这些条棒作为分立单元在节点之间的通道内部依次排列。在该条棒的两侧上的节点定义路段起点和路段终点。在这个方面中，由于该弯曲线的改变和这些节点的位置的改变，根据虚位移原理优选借助于有限元方法来确定该弯曲线和这些节点的位置，使得其位于通道的内部。作为边界条件例如使用接触计算，借助该接触计算排除这样的弯曲线：对于这些弯曲线，存在该轨迹与该车道边界线的接触。
该边界条件针对该路段起点和该路段终点优选定义各一个节点，该节点表示在该车道的中央隔离带的垂直线上在该车道边界线上或内部的点。因此定义了要精确遵循的边界条件。
该边界条件优选定义用于该弯曲带或该弯曲带的分立单元的单元刚度的至少一个特性。因此特别好地对生理学方面和驾驶物理学方面的边界条件进行建模。
优选地提出，为该弯曲带或该弯曲带的分立单元定义额外的弹簧单元，该额外的弹簧单元接合在该弯曲带或该分立单元的节点上，其中该边界条件定义该额外的弹簧单元的至少一个特性。该弹簧单元为能够实现可破坏的边界条件的惩罚单元(PenaltyElemente)。
优选地提出，取决于该车辆的位置、尤其相对于先前确定的轨迹或以时间控制的方式开始轨迹的计算。由此，可以实时地控制驾驶操作中的轨迹的首次计算或迭代重复计算。
优选地提出，该极值是最小值，其中取决于至少一个参数来定义该最小值，该至少一个参数取决于该车辆的加速行为和/或减速行为来定义该弯曲带或该弯曲带的分立单元的特性，其中确定不同参数的多个最小值，其中取决于如下的参数来确定该轨迹：该参数定义该多个最小值中最小的最小值。由此，可以反映由于弯曲带的特性不同而发生的非线性模型行为。
提出一种用于车辆的自主驾驶的设备，该设备包括计算装置，该计算装置被设计成实施该方法。
总体上，本发明在此公开了下述1和10的技术方案，下述2-9为本发明的优选技术方案：
1.一种用于使车辆(100)在车道(102)上沿行驶方向(104)自主驾驶的方法，其特征在于，确定(406)用于在该车道(102)上沿该行驶方向(104)行驶的轨迹(106)，其中在长度上受限的弯曲带(300)定义该轨迹(106)，其中该弯曲带(300)在其一端处固定在节点(302)中，该节点定义该轨迹的起始点(120)，其中从该起始点(120)开始，取决于该弯曲带(300)的弯曲线来确定该轨迹(106)的走向，该弯曲线从该节点(302)开始朝向该弯曲带(300)的另一端延伸，其中车道边界线(110，112，114)的表示定义用于确定该轨迹(106)的边界条件，其中取决于该弯曲带(300)的特性，尤其取决于抗弯刚度、拉伸性能或该弯曲带相对于该车道边界线的表示的居中作用来定义质量级别，其中尤其根据虚位移原理优选借助于有限元方法来确定如下的弯曲线：该弯曲线满足边界条件并且该弯曲线的该质量级别具有极值。
2.根据上述1所述的方法，其特征在于，该质量级别由该弯曲线的曲率定义，其中确定如下的弯曲线：该弯曲线的曲率是最小的。
3.根据上述1或2所述的方法，其特征在于，确定用于在该车道(102)的沿行驶方向延伸的节段(124)中行驶的该轨迹(106)的路段(108)，其中该路段(108)受路段起点(116)和路段终点(118)限制，其中该路段起点(116)和该路段终点(118)由该弯曲带(300)的节点定义，该节点连接该弯曲带(300)的分立单元(306)，其中取决于该分立单元(306)的弯曲线来确定该路段(108)的走向，其中取决于该分立单元(306)的特性，尤其取决于抗弯刚度、拉伸性能或该分立单元相对于该车道边界线的表示的居中作用来定义该分立单元(306)的质量级别，其中尤其根据虚位移原理优选借助于有限元方法来确定该弯曲线，对于该弯曲线而言该分立单元(306)的质量级别具有极值。
4.根据上述3所述的方法，其特征在于，该分立单元(306)被定义为条棒。
5.根据上述4所述的方法，其特征在于，该边界条件针对该路段起点(116)和该路段终点(118)定义各一个节点，该节点表示在该中央隔离带(114)的垂直线(122)上在该车道边界线上或内部的点。
6.根据前述1-5之一所述的方法，其特征在于，该边界条件定义用于该弯曲带(300)或该弯曲带(300)的分立单元(306)的单元刚度的至少一个特性。
7.根据前述1-6之一所述的方法，其特征在于，为该弯曲带(300)或该弯曲带(300)的分立单元(306)定义额外的弹簧单元(312)，该额外的弹簧单元接合在该弯曲带(300)或该分立单元(306)的节点(310)上，其中该边界条件定义该额外的弹簧单元(300)的至少一个特性。
8.根据前述1-7之一所述的方法，其特征在于，取决于该车辆(100)的位置、尤其相对于先前确定的轨迹或以时间控制的方式开始该轨迹的计算。
9.根据前述1-8之一所述的方法，其特征在于，该极值是最小值，其中取决于至少一个参数来定义该最小值，该至少一个参数取决于该车辆(100)的加速行为和/或减速行为来定义该弯曲带(300)或该弯曲带(300)的分立单元(306)的特性，其中确定不同参数的多个最小值，其中取决于如下的参数来确定该轨迹：该参数定义该多个最小值中最小的最小值。
10.一种用于自主驾驶的设备(200)，其特征在于，该设备包括计算装置(202)、检测装置(204)和控制装置(206)，它们被设计为共同作用以实施根据上述1至9之一所述的方法。
附图说明
其他有利的实施方式从以下说明和附图中得出。在附图中：
图1示出轨迹和车道的示意图，
图2示出用于自主驾驶的设备的部分的示意图，
图3a、3b示出弯曲带的模型的细节，
图4示出用于自主驾驶的方法中的步骤。
具体实施方式
随着汽车中自动化水平的提高，轨迹规划变得越来越重要。由于算法和传感器的发展，越来越准确地了解车辆的运行状态和环境条件，并且引导任务越来越多地由车辆本身承担。
对于安全功能和舒适功能如高速公路领航(Autobahnpilot)需要轨迹规划。如果从当前的车辆状态出发只能在边缘处(grenzwertig)驶过位于车辆前方的区段，则轨迹规划例如就涉及通过安全功能进行规避或早期干预。这例如涉及诸如高速公路领航、交通拥堵领航的舒适功能或用于一般自主驾驶的其他功能。
本发明构思的目的是创造一种用于自主驾驶的方法，借助该方法不仅可以计算一般轨迹，而且该方法还可以相对于当前驾驶状态有针对性地、选择性地、分段地影响轨迹特性。这扩展了常规的方法，例如使用多段线或样条曲线拟合的方法，以便在计算中针对性地包括对车辆特定的特征的可能性。
这些对车辆特定的特征例如可以是对品牌而言典型的驾驶方式的特征，然而也可以是动力学方面或能量方面的特征。可以取决于车辆横向特性来影响轨迹。还可以取决于行驶情况或制动进入弯道或加速驶出弯道来对轨迹优化地进行建模。
图1示出用于车辆100的自主驾驶的车道102的示意图。车辆100在示例中沿行驶方向104向前移动。在图1中展示了用于在车道102上行驶的轨迹106。轨迹106是多条可能的轨迹中的一条轨迹，车辆100可以沿这些轨迹在车道102上移动。在该示例中，轨迹106的切线指示了行驶方向104。
在该示例中，轨迹106被划分成多个路段108。车道102受车道边界线限制。在该示例中，展示了相对于行驶方向104在该轨迹的左侧布置的左侧边界线110和相对于行驶方向104在该轨迹的右侧布置的右侧边界线112。在该示例中，中央隔离带114相对于这些侧边界线在中部延伸。车道边界线可以选择性地由这些侧边界线或由该中央隔离带和这些侧边界线中的一条侧边界线来定义。
每个路段108受路段起点和路段终点限制。对于直接在车辆100前方起始的路段108，在图1中展示了路段起点116和路段终点118。与这个路段108邻接的路段108的路段起点是路段终点118。紧接着的路段108对应地顺序布置。为了清楚起见，针对这些路段108，路段起点和路段终点被示出为点并且不用附图标记标示。路段起点116还是轨迹的起始点120。
路段起点116和路段终点118在该示例中分别位于中央隔离带114的垂直线上。针对路段终点118，在图1中展示了垂直线122。多条这种垂直线将车道102分成多个节段124。
在图2中展示了用于自主驾驶的设备200。设备200包括计算装置202、检测装置204和控制装置206，它们藉由数据导线208相连接并且被设计成共同作用，以实施在下文中借助图4所描述的方法。计算装置202例如是微处理器。控制装置206被设计为用于根据车辆100的轨迹106预先确定行驶方向，或者用于使车辆100转向到这个行驶方向。检测装置被设计为用于检测并且提供有关车道102和/或车道边界线的信息。
针对该方法，通过在图3a中示意性展示的弯曲带300对该轨迹进行建模。在这个示例中，弯曲带300的节点对路段起点和路段终点进行建模。在图3a中，针对路段起点116展示了节点302并且针对路段终点118展示了节点304。被布置在节点之间的分立单元306对图1中的路段108进行建模。在图3a中展示的示例通过节点处的弹簧单元308展示了抗弯刚度。可以额外或替代性地对分立单元306中的抗弯刚度进行建模。
图3b展示了来自图3a的节点310的细节视图。在该示例中，针对节点310，除了抗弯刚度之外，额外的弹簧单元312还对抗拉刚度进行建模。
针对弯曲带300或弯曲带300的分立单元306，可以定义这些额外的弹簧单元312。弹簧单元312接合在用于弯曲带300或用于该分立单元的节点上。同样可以对弯曲带300的其他节点进行建模。
弯曲带300或弯曲带300的分立单元306的单元刚度可以藉由这些弹簧单元来建模和设定。
在该示例中，弯曲带300被建模为虚拟的、用数值表示的弯曲带，该弯曲带具有可以由抗弯刚度和/或抗拉刚度、拉伸定义的特性。
在该示例中展示的方面中，弯曲带300包括分立单元306的等距序列。在该示例中，分立单元306被定义为相同长度的条棒。不必使用分立单元306的等距序列，而是可以改变分立单元306的长度。
因为在这个方面中弯曲带300由具有可独立适配的刚度的、单独的分立单元306组成，所以可以通过逐个单元地改变单元特性来改变弯曲线。例如可以通过提高对应的分立单元306中的刚度来减小局部的曲率。由此可以实现改变轨迹106。因此，可以针对性地并且还局部地设定另一种行驶行为。
该方法适合于将用于轨迹计算的初始计算耗费保持得较低并且灵活地对与所计算的轨迹的偏差做出反应。尤其不计算从路线的起点到目的地的路线的整个轨迹，而是仅计算车辆100前方的相关区域。
这个区域表示在一个方面中连续地计算的计算范围(Berechnungshorizont)。
在另一个方面，该计算范围逐节段地移动。为此，在弯曲带300的车辆侧末端处去掉刚刚已被驶过的节段的分立单元306，并且将在轨迹末端处的节段的新分立单元306添加到弯曲带300的另一末端处。这种方法比连续计算更高效。
在该示例中，当取决于车辆100的位置、尤其相对于先前确定的轨迹或以时间控制的方式触发轨迹106的计算时，启动该方法。在计算中使用弯曲带300的虚拟的数值表示和车道边界线的虚拟的数值表示，它们如上所述地取决于真实条件被定义。这些表示在下文中被称为弯曲带和车道边界线。
在启动该方法之后实施步骤402。
在步骤402中，取决于车辆100的希望的行为来确定用于计算的质量级别。此外，取决于有关车道102或希望的行驶行为的信息来确定用于计算的边界条件。
例如，该质量级别被定义成使得：如果质量级别具有极值，那么使能量消耗最小化。在该示例中，该质量级别由该弯曲带的特性(尤其抗弯刚度、拉伸或由该弯曲带相对于车道边界线的居中作用)定义。
例如，车道边界线取决于左侧线110的走向、右侧线112的走向和/或中央隔离带114的走向而确定。在该示例中，边界条件定义弯曲线(即弯曲带的走向)，使得轨迹106在由中央隔离带114和右侧隔离带112定义的车道边界线的内部延伸。这对应于车道边界线内的虚拟的用数值表示的弯曲带的弯曲线。
该质量级别例如由弯曲线的曲率定义。
该边界条件可以针对路段起点和路段终点定义各一个节点，该节点表示在中央隔离带114的垂直线122上在车道边界线上或内部的点。该弯曲带还可以在没有与这些路段对应地进行划分的情况下被内插。该边界条件可以包括接触计算，通过该接触计算，在行驶期间以如下方式确定弯曲带的弯曲线，使得轨迹106在几何上被保持在车道边界线的内部。可以设置居中作用，该居中作用以被定义为边界条件的方式即使在轨迹106与车道边界线之间没有接触的情况下也将车辆100定位在车道边界线内部。
该边界条件可以取决于所希望的生理学方面和驾驶物理学方面的边界条件来定义用于弯曲带的弹簧单元308或者用于该弯曲带的分立单元306的单元刚度的至少一个特性。
针对设置额外的弹簧单元312的情况，该边界条件定义额外的弹簧单元312的至少一个特性。因此对能够实现可破坏的边界条件的惩罚单元进行建模。
接着在用于计算轨迹106的步骤404中确定虚拟的、用数值表示的弯曲带的走向，由于该弯曲带的走向，车辆100前方的轨迹106在车道边界线内部的车道102中延伸并且该质量级别具有极值。为此，根据虚位移原理计算弯曲带(该弯曲带由类似于有限元法的分立单元组成)的弯曲线，使得该弯曲线在车道边界线的虚拟的数值表示中延伸。这意味着，取决于质量级别来确定该弯曲线，使得满足边界条件并且该质量级别具有极值。
该弯曲带在其长度方面受到限制并且定义轨迹106。该弯曲带的弯曲线的长度和走向对应于轨迹106的长度和走向。
为了进行计算，该弯曲带在定义轨迹106的起始点120的一端被固定。从起始点120开始，取决于弯曲带的弯曲线来确定轨迹106的走向。该弯曲线从这个节点开始延伸直至该弯曲带的另一端。
随后实施步骤406。
在步骤406中，取决于该弯曲线来确定轨迹106。在该示例中，确定沿该弯曲线走向的轨迹106。
如果弯曲线的曲率定义该质量级别，那么例如确定如下的弯曲线：其曲率是最小的。
随后实施步骤408。
在步骤408中，输出轨迹106以控制车辆100。
随后实施步骤410。
在步骤410中，测定纵向引导、即速度特征曲线，以该速度曲线驶过轨迹106。从弯曲线的具有最大曲率的区域开始，例如计算可允许的速度曲线。在此，可以从曲率和车辆特性(如在轨迹106的任何位置处的摩擦系数或下压力)计算出可允许的最高速度。然而在某些情况下，例如在车辆的加速行为和制动行为不允许的情况下，将无法在那里以这个可允许的最高速度行驶。
在这种情况下可以提出，选择另一条轨迹106。例如选择如下的轨迹：该轨迹满足边界条件并且该轨迹的该质量级别最接近极值。由此，行驶另一条纵向曲线。
随后，该方法结束。
还可以针对用于在节段124中行驶的轨迹106的路段108来确定弯曲线。在这种情况下，路段起点和路段终点由弯曲带的节点定义，该节点连接该弯曲带的分立单元。
在这种情况下，取决于该分立单元的弯曲线来确定路段108的走向。为此，取决于该分立单元特性来确定该分立单元的质量级别。为此，该质量级别可以被定义为抗弯刚度、拉伸或该分立单元相对于车道边界线的表示的居中作用。在这种情况下，根据虚位移原理借助于有限元方法确定该分立单元的弯曲线，该弯曲线的质量级别具有极值。
由于弯曲带的特性不同，可以反映在驾驶操作中发生的非线性模型行为。为此，取决于至少一个参数将最小值定义为极值，该至少一个参数取决于车辆100的加速行为和/或减速行为来定义弯曲带300或弯曲带300的分立单元306的特性。在这种情况下提出，确定不同参数的多个最小值。于是取决于参数确定轨迹106，该参数定义该多个最小值中最小的最小值。这意味着，轨迹106对应地确定弯曲线的走向，该弯曲线借助这个参数由计算得出。
在分立的、逐段的计算的情况下，位于车辆前方的第一分立单元306首先保持不变。车辆100驶过与这个分立单元306对应的第一节段124。当车辆100接近这个节段124的末端时(即到达对应的分立单元306或条棒的末端时)，从该计算中去掉驶过的分立单元306并且将另一个分立单元306添加到这个弯曲带300的末端处。因此，为了重新计算轨迹106，保留驶过第一节段124的行驶时间。
在这两种情况下，在每次重新计算轨迹106时，弯曲带处的接触条件都会发生变化。由此，有时整个弯曲带的位置发生改变，然而在其末端处的变化最大，并且在车辆100的方向上减小。在足够长的弯曲带的情况下，直接在车辆100前方的变化是可忽略的。
有时例如在一条长直线上，根本无法对弯曲带进行导向或定位。在这种情况下，可以在车道边界线内部自由选择车辆位置。在这种情况下，在行驶的车道102中设置中部居中作用是有利的。这个居中作用可以在弯曲带的所有或单独的节点上定义为边界条件。
在弯道区域中存在如下可能性，即弯曲带定义走向，由于该走向产生与车道边界线的有意接触。在此，由于弯曲带的特性和边界条件，车辆在计算中被引入到对于弯道行驶而言希望的位置中。

Claims (9)

1.一种用于使车辆在车道上沿行驶方向自主驾驶的方法，其特征在于，确定用于在该车道上沿该行驶方向行驶的轨迹，其中在长度上受限的弯曲带定义该轨迹，其中该弯曲带在其一端处固定在节点中，该节点定义该轨迹的起始点，其中从该起始点开始，取决于该弯曲带的弯曲线来确定该轨迹的走向，该弯曲线从该节点开始朝向该弯曲带的另一端延伸，其中车道边界线的表示定义用于确定该轨迹的边界条件，其中取决于该弯曲带的特性来定义质量级别，其中该弯曲带的特性为抗弯刚度、拉伸性能或该弯曲带相对于该车道边界线的表示的居中作用，其中根据虚位移原理借助于有限元方法来确定如下的弯曲线：该弯曲线满足边界条件并且该弯曲线的该质量级别具有极值；
其中该极值是最小值，其中取决于至少一个参数来定义该最小值，该至少一个参数取决于该车辆的加速行为和/或减速行为来定义该弯曲带或该弯曲带的分立单元的特性，其中确定不同参数的多个最小值，其中取决于如下的参数来确定该轨迹：该参数定义该多个最小值中最小的最小值，其中该轨迹对应地确定该弯曲线的走向，该弯曲线借助定义该多个最小值中最小的最小值的这个参数由计算得出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该质量级别由该弯曲线的曲率定义，其中确定如下的弯曲线：该弯曲线的曲率是最小的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定用于在该车道的沿行驶方向延伸的节段中行驶的该轨迹的路段，其中该路段受路段起点和路段终点限制，其中该路段起点和该路段终点由该弯曲带的节点定义，该节点连接该弯曲带的分立单元，其中取决于该分立单元的弯曲线来确定该路段的走向，其中取决于该分立单元的特性来定义该分立单元的质量级别，其中该分立单元的特性为抗弯刚度、拉伸性能或该分立单元相对于该车道边界线的表示的居中作用，其中根据虚位移原理借助于有限元方法来确定该弯曲线，对于该弯曲线而言该分立单元的质量级别具有极值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该分立单元被定义为条棒。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该边界条件针对该路段起点和该路段终点定义各一个节点，该节点表示在中央隔离带的垂直线上在该车道边界线上或内部的点。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该边界条件定义用于该弯曲带或该弯曲带的分立单元的单元刚度的至少一个特性。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为该弯曲带或该弯曲带的分立单元定义额外的弹簧单元，该额外的弹簧单元接合在该弯曲带或该分立单元的节点上，其中该边界条件定义该额外的弹簧单元的至少一个特性。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，取决于该车辆的相对于先前确定的轨迹或以时间控制的方式的位置开始该轨迹的计算。
9.一种用于自主驾驶的设备，其特征在于，该设备包括计算装置、检测装置和控制装置，它们被设计为共同作用以实施根据权利要求1至8之一所述的方法。
CN202010863272.XA 2019-09-05 2020-08-25 用于车辆的自主驾驶的方法 Active CN112440992B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019123899.4 2019-09-05
DE102019123899.4A DE102019123899B3 (de) 2019-09-05 2019-09-05 Verfahren für autonomes Fahren eines Fahrzeugs

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112440992A CN112440992A (zh) 2021-03-05
CN112440992B true CN112440992B (zh) 2024-01-05

Family

ID=72943695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010863272.XA Active CN112440992B (zh) 2019-09-05 2020-08-25 用于车辆的自主驾驶的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11312377B2 (zh)
CN (1) CN112440992B (zh)
DE (1) DE102019123899B3 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7215391B2 (ja) * 2019-10-15 2023-01-31 トヨタ自動車株式会社 自動運転車両の車両制御システム及び車両制御装置
CN114383854B (zh) * 2021-11-26 2024-04-26 吉林交通职业技术学院 一种汽车驻车坡道等效坡台检验方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017100652A (ja) * 2015-12-04 2017-06-08 株式会社デンソー 走行軌跡生成装置、走行軌跡生成方法
WO2017183486A1 (ja) * 2016-04-18 2017-10-26 日立オートモティブシステムズ株式会社 走行制御装置
EP3457246A1 (de) * 2017-09-05 2019-03-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Fahrassistenzvorrichtung eingerichtet zur teilautonomen und vollautonomen führung eines kraftfahrzeugs, verfahren und kraftfahrzeug
JP2019123270A (ja) * 2018-01-12 2019-07-25 本田技研工業株式会社 走行軌道決定装置及び自動運転装置
EP3517893A1 (en) * 2018-01-26 2019-07-31 Baidu USA LLC Path and speed optimization fallback mechanism for autonomous vehicles

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9405293B2 (en) * 2014-05-30 2016-08-02 Nissan North America, Inc Vehicle trajectory optimization for autonomous vehicles
DE102015010167B4 (de) * 2015-08-11 2017-12-07 Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh Berechnung einer Solltrajektorie
JP6637400B2 (ja) * 2016-10-12 2020-01-29 本田技研工業株式会社 車両制御装置
US10571921B2 (en) * 2017-09-18 2020-02-25 Baidu Usa Llc Path optimization based on constrained smoothing spline for autonomous driving vehicles
US20200377087A1 (en) * 2019-05-28 2020-12-03 Sf Motors, Inc. Lane keep control of autonomous vehicle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017100652A (ja) * 2015-12-04 2017-06-08 株式会社デンソー 走行軌跡生成装置、走行軌跡生成方法
WO2017183486A1 (ja) * 2016-04-18 2017-10-26 日立オートモティブシステムズ株式会社 走行制御装置
EP3457246A1 (de) * 2017-09-05 2019-03-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Fahrassistenzvorrichtung eingerichtet zur teilautonomen und vollautonomen führung eines kraftfahrzeugs, verfahren und kraftfahrzeug
JP2019123270A (ja) * 2018-01-12 2019-07-25 本田技研工業株式会社 走行軌道決定装置及び自動運転装置
EP3517893A1 (en) * 2018-01-26 2019-07-31 Baidu USA LLC Path and speed optimization fallback mechanism for autonomous vehicles

Also Published As

Publication number Publication date
US11312377B2 (en) 2022-04-26
US20210070290A1 (en) 2021-03-11
CN112440992A (zh) 2021-03-05
DE102019123899B3 (de) 2020-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107103784B (zh) 估计车道变更操作的车辆间隔和时间场合的方法和系统
EP3150465B1 (en) Method and system for indicating a potential lane shift of a vehicle
CN112440992B (zh) 用于车辆的自主驾驶的方法
US8170739B2 (en) Path generation algorithm for automated lane centering and lane changing control system
CN101529486B (zh) 巡航控制计划评估装置和方法
EP1332910B1 (en) Method and system for vehicle operator assistance improvement
CN107107914B (zh) 用于运行机动车的方法和机动车
CN108919795A (zh) 一种自动驾驶汽车换道决策方法及装置
CN107567405A (zh) 确定用于车辆的轨迹
US20230211786A1 (en) Path-controlling module, associated path-controlling device and associated method
JP2009508741A (ja) 自動車の縦ガイド装置
Yanumula et al. Optimal path planning for connected and automated vehicles in lane-free traffic
CN112937608A (zh) 一种基于轨迹预测的冰雪环境无人驾驶车辆一体化滚动决策方法、装置及存储介质
EP3828048B1 (en) Travel control device, travel control method, and non-transitory storage medium
CN116259185A (zh) 停车场场景下融合预测算法的车辆行为决策方法及装置
JP2015168402A (ja) 車両用エネルギーマネジメント装置
US10754345B2 (en) Method for operating a self-driving motor vehicle and self-driving motor vehicle
CN115285145A (zh) 一种无人驾驶弯道避撞轨迹规划与跟踪控制方法
CN117222563A (zh) 用于在执行转弯时支持机动车的方法和驾驶员辅助系统
JP2015020503A (ja) 車両用走行制御装置及び隊列走行制御方法
CN116867701A (zh) 路径计算模块、以及相关联的路径控制设备和方法
CN112440993B (zh) 用于车辆的优化自主驾驶的方法
CN117104270A (zh) 一种基于规则辅助强化学习的自动驾驶决策方法
CN116234738A (zh) 用于调整车辆的速度的方法
CN115471389A (zh) 智能车辆交叉口通行排序与轨迹规划计算量降低方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant