CN112824995A - 用于控制机动车辆的方法以及控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于自动化地控制机动车辆(10)方法，该机动车辆在道路(12)上在当前的行车道(14)中行驶，其中道路(12)具有至少一个另外的行车道(16)。该方法包括以下步骤：生成和/或接收至少两个临时行驶操作，这些临时行驶操作包括：从当前的行车道(14)到至少一个另外的行车道(16)的变换和该变换的起始时间点。该至少两个临时行驶操作的起始时间点处于不同的时间点。在考虑相应的起始时间点的情况下对该至少两个行驶操作进行比较。基于所述比较来选择这些起始时间点中的一个起始时间点。此外，提出一种用于用来控制机动车辆的系统的控制装置。

Description

用于控制机动车辆的方法以及控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于控制机动车辆的方法、一种用于用来控制机动车辆的系统的控制装置、一种机动车辆以及一种用于执行所述方法的计算机程序。
背景技术
对于部分自动化控制机动车辆的纵向运动和横向运动的驾驶辅助系统并且尤其对于完全自动化行驶的机动车辆而言，主要挑战之一在于分析机动车辆所处的具体状况并且以此为基础推导出对于该机动车辆有意义的对应行驶操作。
行驶操作的计算复杂度通常随各个行驶操作的持续时间而增加。如果应确定针对较长的时间段(例如长于三秒种)的不同的、可能的行驶操作或者涉及具有多次变道的复杂的行驶操作，那么先前已知方法通常不再能够实时地获取这些行驶操作。
在几乎每种交通状况中，都存在能够如何控制机动车辆的非常多的不同可能性。这些不同可能性例如在所需的行驶时间方面彼此区别可能非常明显。尤其在交通密集时，先前已知的方法通常不再能够从控制机动车辆的不同可能性中选出适合的可能性。
在此，特殊的挑战是机动车辆例如为了超过其他交通参与者应实施的变道。在此，尤其变道的起始时间点非常重要，这是因为所有进一步的行驶操作规划都取决于起始时间点。目前已知的方法在此不再能够选出用于变道的最佳起始时间点。
发明内容
本发明的目的因此在于，提供一种方法以及一种用于用来控制机动车辆的系统的控制装置，该方法和控制装置允许可靠地获取最佳的变道时间点。
根据本发明的目的通过一种用于自动化地控制机动车辆的方法来实现，该机动车辆在道路上在当前的行车道中行驶，其中该道路具有至少一个另外的行车道。该方法包括以下步骤：生成和/或接收至少两个临时行驶操作，这些临时行驶操作包括：从当前的行车道到至少一个另外的行车道的变换和该变换的起始时间点，其中所述至少两个临时的行驶操作的起始时间点处在不同的时间点。在考虑相应的起始时间点的情况下对该至少两个行驶操作进行比较。基于所述比较来选择这些起始时间点中的一个起始时间点。
本发明基于如下基本思想，即获取用于从当前的行车道向至少一个另外的行车道变道的最佳起始时间点，其方式为将具有预定的不同起始时间点的不同的临时行驶操作互相进行比较。
因此，作为对于单独的临时行驶操作而言分别固定的参数来处理起始时间点。通过将具有不同起始时间点的这些临时行驶操作互相进行比较，可以确定最佳起始时间点；或者更准确地说，可以从多个不同的起始时间点中选出最佳起始时间点。
在此并且在下文中，“最佳起始时间点”始终应被理解为多个不同的起始时间点中的最好地满足预定的比较标准的那些起始时间点。
在此并且在下文中，“临时行驶操作”应被理解为机动车辆的对应的空间-时间轨迹尚未最终被固定在一条线上，而是仅固定在确定的空间-时间区域上。
本发明的一个方面提出：为了比较所述至少两个行驶操作，执行以下步骤：
-分别基于所述至少两个临时行驶操作中的一个临时行驶操作，分别生成一个目标行驶操作；
-比较所述至少两个目标行驶操作；以及
-基于所述比较来选择所述至少两个目标行驶操作中的一个目标行驶操作，其中选择以所选择的目标行驶操作为基础的临时行驶操作的、所属起始时间点来作为所述起始时间点。
即，为了获取最佳起始时间点，不是仅仅将相应的临时行驶操作互相进行比较，而是首先分别获取所属的目标行驶操作并且然后将这些目标行驶操作互相进行比较。
目标行驶操作分别涉及如下行驶操作，即，当在对应的时间点开始变道时机动车辆应实施该行驶操作。与此相对应地，目标行驶操作分别包括描述机动车辆的所规划路径的空间-时间轨迹。
通过这种方式对用于机动车辆的轨迹规划的实际最终可能性进行比较，并且基于这个比较获取最佳起始时间点。
根据本发明的另一方面，对至少两个临时行驶操作进行优化，以便生成目标行驶操作。换言之，目标行驶操作是分别经优化的临时行驶操作。
因此，对于多个可能的起始时间点、尤其对于所有可能的起始时间点，分别获取最佳的目标行驶操作。所获取的目标行驶操作中的每一个目标行驶操作都是“局部最佳”的，即在相应的所属的起始时间点为固定的前提条件下是最佳的。通过比较最佳的目标行驶操作，于是可以获取“全局最佳”的目标行驶操作。随后选出属于这个全局最佳的目标行驶操作的起始时间点。
根据本发明的一个设计方案，确定成本函数，所述成本函数至少基于相应的起始时间点将成本因子指配给所述临时行驶操作，其中为了比较所述至少两个行驶操作将所述成本因子进行比较，尤其其中对所述成本函数取极值，以对所述至少两个临时行驶操作进行优化。上述目标行驶操作分别是这样的行驶操作，即，该行驶操作使该成本函数对于相应的起始时间点取极值。换言之，该成本函数在相应的目标行驶操作中具有至少一个局部的极值、尤其全局的极值。与此相对应地，目标行驶操作是这样的行驶操作，即，该行驶操纵相对于相应的临时行驶操作已被优化。
在下文中，“经优化的行驶操作”始终应被理解为这样的行驶操作：该行驶操作的所指配的空间-时间轨迹使成本函数至少局部地取极值、尤其全局地取极值。
本发明的另一个方面提出，针对机动车辆的纵向运动并且针对该机动车辆的侧向运动分别确定成本函数。这两个成本函数可以依次、并行或彼此独立地取极值。
尤其首先使用于机动车辆的纵向运动的成本函数取极值，由此获得机动车辆的经优化的纵向轨迹。然后可以基于经优化的纵向轨迹使用于侧向运动的成本函数取极值，由此获得相应的目标行驶操作。
尤其使成本函数最小化，以便获得相应的目标行驶操作。因为成本因子越小，对应的行驶操作就越有利，因此可以通过简单的方式和方法确定最佳行驶操作、即目标行驶操作。
应指出的是，在成本函数的其他可能的定义中，例如在与(-1)相乘的成本函数中，必须使成本函数最大化，以便获得目标行驶操作。然而，成本函数的以上选择的定义(即，成本因子越小，对应的行驶操作就越有利)对应于对成本因子的直观理解。
本发明的另一个方面提出，将指配给所述至少两个目标行驶操作的成本因子互相比较，以便比较所述至少两个目标行驶操作。成本函数或成本因子用作比较标准，以便判断应选择分别在相应的变道起始时间点的前提条件下获取的目标行驶操作中的哪个目标行驶操作。尤其选出其所指配的成本因子最小的目标行驶操作以及因此选出其所指配的成本因子最小的起始时间点。
根据本发明的一个设计方案，所述成本函数以二次方形式依赖于被指配给对应的临时行驶操作的相应的轨迹，尤其至少依赖于所述机动车辆在所述道路的纵向方向上的速度的轨迹。即，成本函数是二次函数，因此成本函数始终至少存在一个局部的极值。换言之，因此该优化问题始终存在解。
尤其，成本函数依赖于机动车辆的(纵向)轨迹的一阶时间导数，即依赖于机动车辆的(纵向)速度。此外，成本函数可以依赖于机动车辆的(纵向)轨迹的二阶时间导数，即依赖于机动车辆的(纵向)加速度。此外，成本函数可以依赖于机动车辆的(纵向)轨迹的三阶时间导数，即依赖于机动车辆的(纵向)加速度的变化，这也被称为急动度(Ruck)。
在至少一个附加条件下优选对至少两个临时行驶操作进行优化。该至少一个附加条件可以包括安全性条件、舒适性条件和/或可行性条件。可行性条件的示例是，机动车辆究竟是否可以基于机动车辆的最大加速度或最大减速度而到达一定的空间-时间范围。舒适性条件的示例是，纵向方向和/或横向方向上的加速度是否超过了预定的极限值，该极限值根据经验被车辆乘客视为是不舒适的。安全性条件的示例是，要保持的与其他交通参与者的最小距离或速度限制。
该至少一个安全性条件尤其包括预先确定的空间上的安全距离和/或预先确定的时间上的安全距离。在此，“时间上的安全距离”应被理解为这样的时间段，在该时间段中，即使机动车辆不改变其运动状态(例如不制动)，车辆从当前的时间点开始一定仍可以无碰撞地运动。这个时间段也可以被称为“碰撞前时间”。
在此，空间上的安全距离也始终对应于时间上的安全距离，其中时间上的安全距离然而取决于机动车辆的当前速度。更确切地说，时间上的安全距离是由空间上的安全距离与机动车辆的当前速度的商得出的。
本发明的另一个方面提出，所述至少一个附加条件是随时间变化的并且/或者是取决于所述对应的起始时间。即，在使成本函数取极限时、即在优化行驶操作时考虑随时间变化的附加条件。由此，在优化相应的行驶操作时考虑机动车辆所处的当前的道路交通状况。尤其，由此考虑到机动车辆所处的当前的道路交通状况随变道的起始时间点而改变。由此，在任何道路交通状况中可以分别针对不同的起始时间点实时地生成用于机动车辆的匹配的行驶操作。
换言之，随时间变化的附加条件不是在时间上静态的附加条件，而是如下的附加条件：这些附加条件随时间、尤其随相应的起始时间点改变并且描述机动车辆所处的当前的和/或将来的交通状况。
根据本发明的一个设计方案，至少所述当前的行车道和/或所述至少一个另外的行车道被变换到弗莱纳(Frenet-Serret)坐标系中。在此坐标系中，每条道路都是无弯曲的，使得无论道路的实际走向如何，都可以以相同的方式处理每条道路的交通状况。
根据本发明的另一个设计方案，基于所选择的起始时间点控制、尤其全自动地控制所述机动车辆。换言之，根据所选择的目标行驶操作来控制、尤其全自动地控制机动车辆。
根据本发明，该目的还通过一种用于用来控制机动车辆的系统的控制装置或者用于机动车辆的控制装置来实现，其中所述控制装置被设计为用于执行之前所述的方法。在控制装置的优点和特性方面应参考以上关于用于自动化地控制机动车辆的方法的解说，该解说同样适用于该控制装置并且反之亦然。
根据本发明，该目的还通过一种具有上述控制装置的机动车辆来实现，尤其其中所述机动车辆具有至少一个车辆内部的传感器、尤其加速度传感器、转向角度传感器、雷达、激光雷达和/或摄影机。在机动车辆的优点和特性方面应参考以上关于用于自动化地控制机动车辆的方法的解说，该解说同样适用于该机动车辆并且反之亦然。
根据本发明，该目的还通过一种具有程序编码媒介的计算机程序来实现，用于当在计算机或对应的计算单元、尤其上述控制装置的计算单元上实施所述计算机程序时，执行上述方法的所述步骤。在计算机程序的优点和特性方面应参考以上关于用于自动化地控制机动车辆的方法的解说，该解说同样适用于该计算机程序并且反之亦然。
在此并且在下文中，“程序编码媒介”应被理解为呈程序编码和/或已编译和/或未编译形式的程序编码模块形式的计算机可实施的指令，这些程序编码模块能够以任意编程语言和/或以机器语言存在。
附图说明
本发明的另外的优点和特性从以下说明和附图中得出，并参考以下说明和附图。在附图中：
-图1示意性地示出道路交通状况；
-图2示出根据本发明的用于控制机动车辆的系统的示意性框图；
-图3示出根据本发明方法的步骤的流程图；
-图4(a)和图4(b)示意性地示出在变换到弗莱纳坐标系之前的道路及在变换到弗莱纳坐标系之后的道路；并且
-图5至图10分别示出图3的根据本发明的方法的各个步骤的图示。
具体实施方式
图1中示意性地示出了道路交通状况，其中机动车辆10在道路12上在当前的行车道14中行驶。另外的行车道16在当前的行车道14旁边延伸。
此外，在道路12上，另外的第一交通参与者18以及另外的第二交通参与者20也在当前的行车道14或者在另外的行车道16中行驶。在所示出的示例中，另外的交通参与者18、20是乘用机动车辆，然而也可能是载重机动车辆、摩托车或者是任何其他交通参与者。
在当前的行车道14与另外的行车道16之间存在变道区21，该变道区与当前的行车道14和另外的行车道16部分重叠。
通过虚线22和虚线24示出，另外的第一交通参与者18计划在不久的将来从当前的行车道14经由变道区21变换到另外的行车道16，或者另外的第二交通参与者20计划在不久的将来从另外的行车道16经由变道区变换到机动车辆10的当前的行车道14。另外的交通参与者18、20例如通过使用对应的转向指示灯来指示这一点。
此外，图1中示出了具有纵轴和法向轴的坐标系，其中纵轴限定纵向方向L并且其中法向轴限定横向方向N。坐标系的原点在纵向方向L上位于机动车辆10的车头端的当前位置并且在纵向方向L上观察位于道路右边缘处。
这个还在下文中使用的特殊坐标系是对道路固定的坐标系，即因此该坐标系不与机动车辆10一起运动。但是，当然还可以使用任意的其他坐标系。
如在图2中示出的，机动车辆10具有用于控制机动车辆10的系统26。系统26包括多个传感器28和至少一个控制装置30。
传感器28被布置在机动车辆10的前部、后部和/或侧部并且被设计为用于检测机动车辆10的周围环境、生成对应的环境数据并且将这些环境数据转发给控制装置30。更确切地说，传感器28检测至少关于当前的行车道14、另外的行车道16并且关于另外的交通参与者18、20的信息。
传感器28分别是摄影机、雷达传感器、距离传感器、激光雷达传感器和/或适用于检测机动车辆10的周围环境的任意其他类型的传感器。
替代地或额外地，传感器28中的至少一个传感器可以设计为用于引导系统的接口，该引导系统至少被指配给道路12的所示出的区段并且被设计为用于将有关道路12和/或另外的交通参与者的环境数据传递给机动车辆10和/或另外的交通参与者18、20。在这种情况下，传感器28可以被实施为移动无线通信模块，例如用于根据5G标准进行通信。
一般而言，控制装置30处理由传感器28获得的环境数据并且基于经处理的环境数据至少部分自动化地、尤其全自动地控制机动车辆10。即，在控制装置30上实现驾驶辅助系统，该驾驶辅助系统可以至少部分自动化地、尤其全自动地控制机动车辆10的横向运动和/或纵向运动。
为此目的，控制装置30被设计为用于在下文中借助图3至图10执行所解说的方法步骤。更确切地说，控制装置30包括数据载体32和计算单元34，其中在数据载体32上存储有计算机程序，该计算机程序在计算单元34上被实施并且包括程序编码媒介，以便执行下文所述的方法的步骤。
首先，道路12、更准确地说是当前的行车道14和另外的行车道16的基于由传感器28获得的环境数据的图像变换到弗莱纳坐标系中(步骤S1)。
步骤S1在图4中示出。图4(a)以道路实际的走向示出了道路12。在所示出的示例中，在纵向方向L上观察，道路具有向左的弯曲。通过局部坐标变换，道路12被变换到弗莱纳坐标系中，其中道路12不再具有弯曲，其中这个变换的结果在图4(b)中示出。如可以清楚地看到的，道路12在这个坐标系中直线走向并且没有沿纵向方向L的弯曲。
接下来，在当前的行车道14和另外的行车道16中获取空闲区域Bf和占用区域Bb(步骤S2)，其中空闲区域Bf和占用区域Bb分别是时间-空间区域。
在此，空闲区域Bf是如下空间-时间区域：这些空间-时间区域没有其他交通参与者18、20和其他阻止驶过相应的行车道14、16的障碍物。
相反，占用区域Bb是如下的空间-时间区域：这些空间-时间区域被其他交通参与者18、20和/或被其他障碍物占用，从而使得占用区域Bb无法被机动车辆10驶过。
为了获取占用区域，控制装置30需要另外的交通参与者18、20的预测轨迹22、24。控制装置30可以确定轨迹22、24本身，例如基于由传感器28获得的环境数据，如另外的交通参与者18、20的方向指示灯被启用的信息；或者基于通过车辆间通信所交换的数据。替代地，控制装置30可以直接从另外的交通参与者18、20或者从引导系统获得轨迹22、24。
如在图5中借助图1的具体示例所示出的，首先分别对于当前的行车道14并且对于另外的行车道16来获取空闲区域Bf和占用区域Bb，尤其分别以t-L曲线图，其中t是时间。
在此示例中，另外的第一交通参与者18在时间点t＝1s时开始从当前的行车道14朝向另外的行车道16的变道操作，该变道操作在时间点t＝5s时完成。在图5中所示的曲线图中，另外的第一交通参与者18分别占用这两个占用区域Bb中的上部的占用区域。在变道过程期间，另外的第一交通参与者18至少暂时占据这两个行车道14、16。
另外的第二交通参与者20在时间点t＝3s时开始从另外的行车道16朝向当前的行车道14的变道操作，该变道操作在时间点t＝7s时完成。在图5中所示的曲线图中，另外的第二交通参与者20分别占用这两个占用区域Bb中的下部的占用区域。
占用区域Bb的斜率在此对应于对应的另外的交通参与者18或20的速度。即，在图5至图10中所示的示例中，另外的交通参与者18、20的速度是恒定的。
在此，为了进行简化，将横向方向N上的坐标离散化，即，它只能采取对应于当前的行车道14、另一个行车道16或变道区21这三个不同值。即，在图5中示出的这三个曲线图分别是用于当前的行车道14、另外的行车道16和变道区21的t-L曲线图。
在此，曲线图中的划阴影线的区段分别对应于相应的行车道14、16的占用区域Bb。相反，曲线图中的不划阴影线的区段对应于相应的行车道14、16的空闲区域Bf。
为了确定空闲区域Bf，首先对于每个行车道14、16确定一个空间-时间多边形P14或者P16，该空间-时间多边形对应于机动车辆10前方的整个行车道14或16、尤其行车道14、16的位于传感器28的作用范围中的那部分。在图5中，多边形P14和P16是由虚线示出的四边形。
此外，对于这两个行车道14、16分别获取空间-时间多边形P14，b或P16，b，这些多边形包围相应的行车道14、16的占用区域Bb。
然后通过多边形裁剪来获取当前的行车道14中的空闲区域Bf或者更确切地说对应于空闲区域Bf的多边形P14，f，其方式为将多边形P14，b从多边形P14中移除。换言之，即在此涉及操作。
P14，f＝P14\P14，b.
与此类似地，通过多边形裁剪来获取另外的行车道16中的空闲区域Bf，其方式为将多边形P16，b从多边形P16中移除。即执行操作P16，f＝P16\P16，b。
接下来，如在图6中示出的，确定变道区21的空闲子区域(步骤S3)。在此，恰好只有当当前的行车道14和另外的行车道16是空闲的并且当变道区21不是出于其他原因(例如由于障碍物或者由于禁止超车)而不可驶过的时，变道区21才是空闲的。
因此，作为两个多边形P14，f和P16，f的交集来获取变道区21的空闲子区域或者更准确地说对应于变道区21的空闲子区域的多边形P21，f。如果变道区21由于障碍物或者以其他方式是不可驶过的，那么包围变道区21的不可驶过的子区域的对应空间-时间多边形Ph被获取并且从以上提及的交集中被移除。
换言之，即通过操作得到变道区21的空闲子区域P21，f。
P21，f＝(P14，f∩P16，f)\Ph.
现在分别将用于当前的行车道14和用于另外的行车道16的曲线图划分成时间条(步骤S4)，其中在每个事件中开始新的时间条。在图7中，不同的时间条通过竖直的分隔线E彼此分开，这些分隔线分别在一个事件中被插入到曲线图中。在此以及下文中，事件应被理解为相应行车道14、16的占用状态的任何类型的改变。
即如果在某一时间点开始或者结束对当前的行车道14或另外的行车道16的任意子区域的占用，那么在用于当前的行车道14或者用于另外的行车道16的曲线图中在这个时间点开始新的时间条。
此外，将在用于这两个行车道14、16的曲线图中的各个时间条之间的分隔线E转移到用于变道区21的曲线图上。
为了在用于当前的行车道14、另外的行车道16和变道区21的这三个曲线图之间实现曲线图的一致划分，在当前的行车道14和另外的行车道16的曲线图中插入倾斜的分隔线T，这些分隔线分别形成这些占用区域Bb中的一个占用区域的延长线。这些附加的倾斜的分隔线T在图8至图10中示出。
竖直的分隔线E、倾斜的分隔线T和占用区域Bb将这三个曲线图中的每一个划分成多个子区域Ti，其中i为大于零的自然数，可以取1至子区域Ti总数的值。
还可以省去或者再次移除这些倾斜的分隔线中的至少一条和/或这些竖直的分隔线中的至少一条，以便简化该方法的以下步骤。尤其可以省去所有倾斜的分隔线。
如在图8中示出的，接下来为当前的行车道14和用于另外的行车道16的曲线图的子区域Ti中的每个子区域分别指配一个车道顶点Vi，而为变道区21的曲线图的每个子区域Ti分别指配一个变道区顶点Wi(步骤S5)。在此，i进而为大于零的自然数，可以取1至子区域Ti总数的值。
在图8中，车道顶点Vi和变道区顶点Wi分别在曲线图间进行时间排序，即与具有较小时间的子区域Ti相对应的那些顶点比被指配给具有较大时间的子区域Ti的那些顶点更靠左。
接下来，当在被指配有车道顶点Vi的子区域Ti之间可以进行机动车辆10的行驶操纵时，当前的行车道14的车道顶点Vi通过边缘成对地连接(步骤S6)，更确切地说通过有向边缘成对地连接。
在此，恰好当这两个子区域Ti彼此直接邻接时、即没有被占用区域Bb彼此隔开时，才将行驶操作定义为“可能”。此外，当然只能在正的时间方向上进行行驶操作。
对于另外的行车道16的车道顶点Vi和变道区21的变道区顶点Wi重复相同的过程。
应指出的是，为了清楚起见，在图9和图10中省去了字母“T”、“V”和“W”。替代于此，子区域和顶点已简单地设有对应的数字。即，在图9和图10中，数字不是附图标记，而是表示对应的子区域或对应的顶点的标号。
图9示出步骤S6的结果。在步骤S6中获得的图表已经包含在这两个行车道14、16内以及在变道区21内的机动车辆10的所有可能的行驶操作。
接下来，当前的行车道14的如下车道顶点Vi与如下变道区顶点Wi经由有向边缘连接：当前的行车道14或变道区21的被指配给这些车道顶点和这些变道区顶点的子区域Ti彼此重合(步骤S7)。换言之，如果叠加当前的行车道14和变道区21的这两个曲线图，那么如下车道顶点Vi与如下变道区顶点Wi连接：被指配给这些车道顶点和这些变道区顶点的子区域Ti具有非空交集。
此外，如下变道区顶点Wi与另外的行车道16的如下车道顶点Vi经由有向边缘连接：变道区21或另外的行车道16的被指配给这些变道区顶点和这些车道顶点的子区域Ti彼此重叠。即，如果叠加另外的行车道16和变道区21的这两个曲线图，那么如下车道顶点Vi与如下变道区顶点Wi连接：被指配给这些车道顶点和这些变道区顶点的子区域Ti具有非空交集。
换言之，在步骤S7中，将空闲区域Bf的各个子区域Ti划分成变道区域(其中可以在这两个行车道14、16之间变换行车道)和车道保持区域(其中不可以在这两个行车道14、16之间变换行车道)。
图10中示出步骤S7的结果。在步骤S7中获得的图表已经包含了机动车辆10的包含从当前的行车道14向另外的行车道16内变道的所有可能的行驶操作。在此，可能的行驶操作中的每一个均对应于图10中示出的图形中的不间断的边缘串。
上述步骤S1至步骤S7表示如下的可能性：获取用于机动车辆10的许多不同的可能的行驶操作、尤其所有可能的行驶操作。
然而应指出的是，还可以使用任何其他适合的方法来获取可能的行驶操作。
如此获取的不同的可能的行驶操作然后由控制装置30的优化模块36或者由计算机程序的优化模块来进一步处理。
一般来说，优化模块被设计成用于获取用于机动车辆10的变道的最佳起始时间点TLC，opt。
首先，对于多个可能的起始时间点分别生成一个临时行驶操作(步骤S8)。
对于生成多个临时行驶操作而言足够的是，对于这些可能的起始时间点中的每一个起始时间点生成一个单独的空间-时间轨迹，例如其方式为从指配有车道顶点Vi或变道区顶点Wi的各个空间-时间区域中选择单独的点并且然后将这些点相互连接。但是，所得到的轨迹应是平滑的，即不具有转折点等。例如各个点藉由样条函数相互连接，以获得空间-时间轨迹。
针对在确定的起始时间点时存在临时行驶操作的多种不同可能性的情况，可以提出选择其所指配的轨迹最短的临时行驶操作。
即，所生成的临时行驶操作分别与用于机动车辆的变道的某一起始时间点相联接。在临时行驶操作中，机动车辆的对应的空间-时间轨迹尚未最终固定在一条线上，而是仅限制为确定的空间-时间区域。
现在分别优化临时行驶操作，使得从这些临时行驶操作的每一个临时行驶操作中分别获得一个目标行驶操作(步骤S9)。
为了对临时行驶操作进行优化，确定成本函数F，该成本函数为空间-时间轨迹
Figure BDA0002764794210000121
指配成本因子K＝F(x)，该空间-时间轨迹描述具有用于机动车辆10变道的起始时间点TLC，i的相应行驶操作。
成本函数例如可以包括以下形式：
Figure BDA0002764794210000122
在此，LE是机动车辆10的(纵向)轨迹。
Figure BDA0002764794210000123
是机动车辆10期望的最终速度并且TLC，pre是对应的临时的变道起始时间点。系数γi代表成本函数的各个项的加权因子。
即，在此示例中，成本函数明确地依赖于速度机动车辆10的速度、机动车辆10的加速度和机动车辆10的期望的最终速度。相反，对起始时间点的依赖性只是隐含的。
成本函数的另一种可能性是如下形式：
Figure BDA0002764794210000124
在此，成本函数额外地依赖于机动车辆的(纵向)轨迹的三阶时间导数，即依赖于急动度
Figure BDA0002764794210000125
此外，由于项γ3TLC，pre，成本函数明确地(即直接)依赖于变道的起始时间点。由此可以考虑到，在适当时机动车辆10希望尽可能快地变换车道，例如以避免自身的制动操作。
为了优化相应的临时行驶操作，对成本函数取极值，更准确地说使其最小化。即，针对多个起始时间点分别确定如下行驶操作：其空间-时间轨迹造成成本函数的局部最小值。经优化的行驶操作、即相应的目标行驶操作因此被指配有局部最小的成本因子、尤其全局最小的成本因子。
机动车辆10受到各种固有限制。例如，机动车辆10具有分别不能超过的最大加速度和最大减速度。此外，机动车辆10受到各种外部限制。例如，不允许机动车辆与障碍物保持在同一个地方，这将会等同于碰撞。此外，大多数道路上都有速度限制。
为了考虑固有的和外部的限制，基于限制来获取附加条件，然后在这些附加条件下使成本函数最小化。通过这种方式获得目标行驶操作，其中该目标行驶操作是在所给出的附加条件下相应的行驶操作类别中最佳的行驶操作。
附加条件中的至少一个附加条件在此可以是对于相应的行驶操作类别单独确定的随时间变化的附加条件(步骤S10)。
基于在步骤S1至S5中获取的空间-时间多边形来获取该至少一个随时间变化的附加条件，这些空间-时间多边形描述空闲的空间-时间区域Bf和占用的空间-时间区域Bb以及子区域Ti。
在任何时间点都不允许机动车辆10保持在这些占用区域Bb中的一个占用区域中。然而，因为通常需要一定的安全距离，单是这一条作为附加条件通常太弱。
因此，以如下方式确定该至少一个随时间变化的附加条件，使其包括与占用区域Bb的预先确定的在时间上的和/或预先确定的在空间上的安全距离。
在此，“时间上的安全距离”应被理解为这样的时间段TTTC，在该时间段中，即使机动车辆不改变其运动状态(例如不制动)，车辆从当前的时间点开始一定仍可以无碰撞地运动。这个时间段也可以被称为“碰撞前时间”。
在此，空间上的安全距离也始终对应于时间上的安全距离，其中时间上的安全距离然而取决于机动车辆的当前速度。更确切地说，时间上的安全距离是由空间上的安全距离与机动车辆的当前速度v(t)的商得出的。
在此，该至少一个随时间变化的附加条件通常可以以此方式制定。
Figure BDA0002764794210000131
即，对于任何给定的时间点t，空间-时间轨迹x(t)的纵向的坐标L具有距占用区域Bb的最小距离，其中该最小距离取决于当前速度v(t)。
在此，随时间变化的附加条件还取决于机动车辆10恰好所处的位置。如果机动车辆例如处于子区域T6中(参见图8)，那么对应的附加条件为L(t)+v(t)·TTTC≤max P14，b(t+TTTC)。
应指出的是，上述不等关系应从概念上而不是从字面上理解。“max P”在此应理解为对应的多边形在上侧限制子区域T5。
形象地说，即使机动车辆10在时间TTTC内匀速地继续其运动，也不允许机动车辆处于由多边形P14，b限定的区域中。
相反如果机动车辆处于子区域T15中，那么随时间变化的附加条件如下：
min P16，b(t+T_TTC)≤L(t)+v(t)·TTTC≤max P14，b(t+TTTC)
类似于上述情况，min P16，b(t+TTTC)在此描述在下侧限制子区域T15的多边形。
即，对于各个子区域Ti单独地确定对行驶操作进行优化的随时间变化的附加条件。与此相对应地，随时间变化的附加条件还可以跨整个空间-时间轨迹而改变。
尤其基于相应的起始时间点TLCi来获取该至少一个随时间变化的附加条件。与此相对应地，随时间变化的附加条件可以取决于起始时间点TLC。
还可以设置另外的附加条件，例如安全性条件、舒适性条件和/或可行性条件。可行性条件的示例是，机动车辆究竟是否可以基于机动车辆的最大加速度或最大减速度而到达一定的空间-时间范围。舒适性条件的示例是，纵向方向和/或横向方向上的加速度是否超过了预定的极限值，该极限值根据经验被车辆乘客视为是不舒适的。安全性条件的示例是，要保持的与其他交通参与者的最小距离或速度限制。
然后可以例如通过应用三重积分器来确定目标操作，该三重积分器的定义如下：
Figure BDA0002764794210000151
Figure BDA0002764794210000152
Figure BDA0002764794210000153
LE(0)＝LE，0，
Figure BDA0002764794210000154
其中h为大于零的正实数。
即，总而言之，在步骤S9中分别在确定的附加条件下优化在概念上彼此不同的行驶操作、即临时行驶操作。与此相对应地，对于每一个临时行驶操作获得分别所属的最佳的行驶操作，即分别获得对应的目标行驶操作。
即，步骤S9的结果是属于彼此不同的变道起始时间点的一组最佳行驶操作。
应指出的是，优化可以在两个阶段中进行，其中首先优化机动车辆10的纵向轨迹，并且随后优化该机动车辆的横向轨迹。
现在将多个目标行驶操作或为目标行驶操作指配的相应成本因子互相进行比较，并且基于该比较来选择这些目标行驶操作中的一个目标行驶操作以及因此还选择这些起始时间点中的一个起始时间点(步骤S11)。
更确切地说，选处为其指配的成本因子最小的目标行驶操作。
然后可以根据所选择的行驶操作由控制装置30至少部分自动化、尤其完全自动化地控制机动车辆10。
根据上述方法，以如下方式获取用于从当前的行车道14向至少一个另外的行车道16变道的最佳起始时间点TLC，opt：将具有分别预定的、彼此不同的起始时间点TLC，i的、不同的临时行驶操作互相进行比较。为此，基于临时行驶操作分别获取经优化的目标行驶操作。
在此，作为对于单独的临时行驶操作并且对于目标行驶操作而言分别固定的参数来处理起始时间点TLC，i。通过将指配给目标行驶操作的成本因子互相进行比较，可以确定最佳起始时间点TLC，opt或者更准确地说可以从多个不同的起始时间点TLC，i中选出最佳起始时间点。
附图标记清单
10 机动车辆
12 道路
14 当前的行车道
16 另外的行车道
18 另外的第一交通参与者
20 另外的第二交通参与者
21 变道区
22 虚线
24 虚线
26 用于控制机动车辆的系统
28 传感器
30 控制器
32 数据载体
34 计算单元
36 优化模式

Claims (13)

1.一种用于自动化地控制机动车辆(10)的方法，所述机动车辆在道路(12)上在当前的行车道(14)中行驶，其中所述道路(12)具有至少一个另外的行车道(16)，所述方法具有以下步骤：
-生成和/或接收至少两个临时行驶操作，所述行驶操作包括：从所述当前的行车道(14)到所述至少一个另外的行车道(16)的变换和所述变换的起始时间点，其中所述至少两个临时行驶操作的起始时间点处于不同的时间点；
-在考虑相应的起始时间点的情况下比较所述至少两个行驶操作；并且
-基于所述比较来选择所述起始时间点中的一个起始时间点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了比较所述至少两个行驶操作，执行以下步骤：
-分别基于所述至少两个临时行驶操作中的一个临时行驶操作，各自生成目标行驶操作；
-比较所述至少两个目标行驶操作；并且
-基于所述比较来选择所述至少两个目标行驶操作中的一个目标行驶操作，其中选择以所选择的目标行驶操作为基础的临时行驶操作的所属的起始时间点作为所述起始时间点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述至少两个临时行驶操作进行优化，以便生成所述目标行驶操作。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定成本函数，所述成本函数至少基于相应的起始时间点将成本因子指配给所述临时行驶操作，其中为了比较所述至少两个行驶操作将所述成本因子进行比较，尤其其中对所述成本函数取极值，以对所述至少两个临时行驶操作进行优化。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将指配给所述至少两个目标行驶操作的成本因子互相比较，以便比较所述至少两个目标行驶操作。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述成本函数以二次方形式依赖于被指配给对应的临时行驶操作的相应的轨迹，尤其至少依赖于所述机动车辆在所述道路(12)的纵向方向(L)上的速度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在至少一个附加条件下对所述至少两个临时行驶操作进行优化。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少一个附加条件是随时间变化的并且/或者取决于所述对应的起始时间。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，至少所述当前的行车道(14)和/或所述至少一个另外的行车道(16)被变换到弗莱纳坐标系中。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所选择的起始时间点来控制、尤其全自动地控制所述机动车辆(10)。
11.一种用于用来控制机动车辆(10)的系统(26)或者用于机动车辆(10)的控制装置，其中所述控制装置(30)被设计为用于执行根据前述权利要求之一所述的方法。
12.一种机动车辆，所述机动车辆具有根据权利要求11所述的控制装置(30)，尤其其中所述机动车辆(10)具有至少一个车辆内部的传感器(28)、尤其加速度传感器、转向角度传感器、雷达、激光雷达和/或摄影机。
13.一种具有程序编码媒介的计算机程序，用于当在计算机或对应的计算单元、尤其根据权利要求11所述的控制装置(30)的计算单元(34)上实施所述计算机程序时，执行根据权利要求1至10之一所述的方法的所述步骤。
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