CN113412458B

CN113412458B - 辅助系统的轨迹规划方法

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Publication number: CN113412458B
Application number: CN202080012725.6A
Authority: CN
Inventors: F·贝克尔; R·斯坦切夫
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Zhixing Germany Co ltd
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2023-12-29
Anticipated expiration: 2040-01-16
Also published as: CN113412458A; EP3924797A1; WO2020164670A1; US20220176958A1; DE102019201800A1; JP7266684B2; JP2022515437A

Abstract

本发明涉及一种用于驾驶员辅助系统、尤其是用于纵向调控和/或横向调控的辅助系统的轨迹规划方法，其中，确定具有可规定的总持续时间(t_e)的轨迹(T1、T3‑T7)，轨迹(T3、T5、T7)被划分为区段，其中，每个区段具有可改变的区段持续时间(Δt₁、Δt₂、Δt₃)，并且区段持续时间(Δt₁、Δt₂、Δt₃)的总和与轨迹(T3、T5、T7)规定的总持续时间(t_e)相对应。

Description

辅助系统的轨迹规划方法

技术领域

本发明涉及一种运输工具或车辆辅助系统、尤其是纵向调控和/或横向调控驾驶员辅助系统的轨迹规划方法，以及涉及一种实施根据本发明所述方法的轨迹规划装置，还涉及一种借助根据本发明所述方法进行轨迹规划的辅助系统或驾驶员辅助系统。

背景技术

诸如车辆、自行车、摩托车、飞机、无人机、水上交通工具、船舶等现代化运输工具越来越多地配备有辅助系统或驾驶员辅助系统。尤其在车辆技术领域，交通参与者或其他车辆、行人等的识别以及对车道标记(例如道路边界或车道标记)的检测或分析评估是现代化车辆辅助系统的基本功能，并在例如自适应巡航控制(ACC)或自动距离调控(ADR)、车道保持辅助(LKA)或紧急制动辅助(EBA)等横向调控和纵向调控辅助功能(lateral andlongitudinal functions)中使用。由此，例如可确定各相应运输工具或车辆要行驶的轨迹或移动路径。在此，借助合适的传感器可检测静态目标或对象，由此例如可分析评估与前方行驶车辆的间隔距离或道路走向。为识别对象例如可使用雷达传感器、激光雷达传感器或摄像机传感器。

辅助系统的通用调控方案例如基于借助优化进行的轨迹规划。此外，这类辅助系统通常具有有限的计算资源，例如置于(雷达)控制装置上，因此，应与高效的优化方法结合使用。例如，韦林(WERLING)(莫里兹·韦林(Moritz Werling)2011年在德国卡尔斯鲁厄(Karlsruhe)的卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)科学出版社发表的：“Ein neues Konzept fürdie Trajektoriengenerierung und-stabilisierung in zeitkritischenVerkehrsszenarien(在对时间要求严苛的交通场景中生成和稳定轨迹的新方案)”以及拉特格贝(RATHGEBER)(克里斯蒂安·拉特格贝(Christian Rathgeber)2016年在柏林工业大学发表的：“Trajektorienplanung und-folgeregelung für assistiertes bishochautomatisiertes Fahren(用于辅助行驶直至高度自动化行驶的轨迹规划和后续调控)”)提出了这方面一简化的优化控制问题分析解决方案。为此，在第一步骤中，首先忽略所有限制(例如加加速度/急动度和加速度)，并假定最终时间和轨迹的最终状态是已知的。在此，作为轨迹的解得出三阶至七阶的多项式。然后，对由最终时间、最终速度或最终位置所跨越的检索区域进行栅格化，并为每个栅格点计算轨迹。在此，对每个轨迹计算性能指标(Gütemaβ)。在此，性能指标是分析评估轨迹的标准，其中，例如可对加速度过程进行分析评估。在第二步骤中，对轨迹是否违反限制进行检查，必要时，将违反限制的轨迹排除出有效轨迹集。从余留轨迹中获取的带最小性能指标的轨迹就是优化结果。如韦林(WERLING)所述，通过单个多项式对轨迹进行的描述，只能逐点实现加速度的极限。因此，拉特格贝(RATHGEBER)提出了三部分的轨迹：加速度的构建、保持和减小分别具有一相应的多项式。然而，用于加速度构建和减小的轨迹具有固定的持续时间，这在实践中可能导致与情景相关的缺点。此外，例如对基于多项式的轨迹规划，没有考虑通用辅助系统(例如自适应巡航控制(ACC))的特定功能扩展。

此外，戈吉斯塔尼(GORJESTANI)等人(A.Gorjestani、C.Shankwitz以及M.Donath在2000年Proceedings of the American Control Conference(美国控制会议论文集)中发表的：“Impedance Control for Truck Collision Avoidance(避免卡车碰撞的阻抗控制)”)描述了一种用于实现距离调控的虚拟保险杠。

DE 10 2017 200 580 A1描述了一种优化车辆操控规划的方法。为了执行所述方法，该方法包括规划层面，该规划层面针对规划层面的所有规划层被划分为至少三个不同的抽象层面。其中，通过将若干个测定的操控选项组合在一起，可对连续规划和语义信息进行组合。此外，在考虑其他交通参与者行为不确定性的情况下，对每个操控选项的成功性进行分析评估，以选择执行该操控的最佳策略。

发明内容

本发明的基本任务是，提供一种辅助系统轨迹规划的改进方法以及一种克服了现有技术缺点的、经改进的辅助系统。

上述任务通过权利要求1以及独立权利要求的总体理论来完成。在从属权利要求中，根据使用目的对本发明的设计方案提出了要求。

根据本发明，提出一种用于驾驶员辅助系统、尤其是纵向调控和/或横向调控系统(例如自适应巡航控制(ACC)系统、自动距离调控(ADR)系统、紧急制动辅助(EBA)系统、车道保持辅助(LKA)系统等类似系统)的轨迹规划方法，首先确定具有可规定的总持续时间的至少一个轨迹，该轨迹被划分为区段，优选被划分为三个区段。在此，每个区段具有可变的区段持续时间，其中，各相应区段持续时间的总和与先前所规定的轨迹总持续时间相对应，即在各单个区段持续时间被设置为可有区别或可更改的同时，轨迹的总持续时间或总长度保持不变。也可以简单的方式实现各相应辅助系统的基本功能的扩展，以实现例如特定的功能扩展，例如转弯行驶时对预测速度的调整适配，针对检测到的交通标志进行预测速度的调整适配，通过加速支持超车过程和/或阻止“慢车道”上的超车过程，例如阻止高速公路上的右侧超车操控。

在划分轨迹时，可以简单的方式设定用于构建加速度的第一区段、用于保持加速度的第二区段以及用于减小加速度的第三阶段。此外，这些区段也可相应划分为其他的子区段和/或可具有之前、之后和/或之间的区段。在此，尤其是用于构建和减小加速度的区段不应具有固定的区段持续时间，以使它们能方便地调整适配各相应情形。由此在极大程度上改善了整个系统的灵活性和可用性。

对于速度调控，优选分别通过三阶多项式描述在轨迹的构建区段和减小区段中的加速度。这样做的优点是，这类描述或计算的实现特别简单。

如果各相应区段的区段持续时间根据性能指标进行规定，这样做特别符合使用目的。例如，可以这样的方式选择该性能指标，使其与用于分析评估单一部分轨迹的性能指标相对应，由此也可通过三部分轨迹直接替换单一部分轨迹。

此外，可根据第三区段的区段持续时间确定第一区段的区段持续时间，反之亦然，也就是说，第一区段的区段持续时间例如可通过二次方程式根据第三区段的区段持续时间加以确定。

根据使用目的，可计算出用于距离调控的三部分轨迹，其中，第一区段和第二区段与速度调控区段相对应，而第三区段通过其他阶次的多项式，尤其是五阶多项式加以描述，由此，轨迹就可使系统转化为所需的最终状态(加速度、速度和位置)。

一个或多个区段的区段持续时间优选选择方式是，使三部分轨迹的性能指标最小或被减小。

被证明特别有益的是，为一个或多个区段的区段持续时间的选择设定从属优化。由此更进一步简化选择。

根据使用目的，可通过改变各相应轨迹的总持续时间进行轨迹规划。

此外，可设定一带栅格点的自适应搜索空间用于确定轨迹，其中，根据栅格点的移动选择搜索空间中的轨迹的目标状态。这尤其可通过将栅格点移向最佳轨迹来实现，换句话说，栅格点的集中显示的是最佳轨迹。

优选在多个时间步长迭代地实现光栅点的调整适配，也就是说，设定目标点可根据(经多个时间步长)的迭代进行改变或调整。

根据使用目的，可设置弹簧—阻尼器系统或质量—弹簧—阻尼器系统，该系统用于生成运输工具稳定和持续的、表示轨迹规划和/或制动运动规划目标点的额定状态(路径、速度和加速度)。

根据该方法的一种特殊设计方案，还可根据特殊情形(例如在几乎停止不动的区域)将弹簧—阻尼器系统设置为运输工具和前方行驶的运输工具之间的虚拟保险杠，作为轨迹规划的补充以用于距离调控。在此，虚拟保险杠的动力学特性可通过运输工具(例如本车和前方行驶车辆)之间可规定的间隔距离、速度、加速度、运输工具的质量和/或(虚拟)弹簧行程加以定义。

根据使用目的，至少一个加速度平稳期和/或速度平稳期可被设定为用于出现调控偏差的缓冲器。例如，可在运输工具停止前设定一轨迹规划规定可能目标状态区域的加速度平稳期。从该稳定期开始，运输工具可转化为所定义(或受控)的静止状态，以便在停车过程中实现驾驶员熟悉的平缓加速过程(例如缓慢制动)。由此可避免突然的和意外的制动操控。

根据使用目的，轨迹规划装置可设置用于轨迹的确定。例如，这类轨迹规划装置可设置成硬件模块或软件模块，从而可在工厂中方便实现各相应系统的预组装。

实际上，轨迹规划装置包括多个模块和/或层面。这些模块和/或层面例如可具有固定配置、具有模块化设计以便于更换和/或可被添加，从而可根据用户或功能特殊选择单一模块和层面的各相应功能。由此，各相应轨迹规划装置的功能范围和可预配置性在极大程度上得以简化，并可在极大程度上节省成本和时间。

此外，轨迹规划装置可包括用于目标状态特定情形和功能规定的协调层面以及用于根据目标状态确定轨迹的规划层面。此外，协调层面和/或规划层面也可具有模块化结构。例如，协调层面可包括用于设置速度的速度模块和用于设置距离或区段或路线的距离辅助模块。以同样的方式，速度模块也可以例如包括用于功能设计或功能架构的其他模块，例如速度调控模块、限速辅助模块和/或转弯辅助模块。此外，规划层面也可具有模块化结构，并且包含例如速度规划装置和/或距离规划装置等单个模块。也可设置用于选择各相应轨迹的轨迹选择模块，哪些可被设置为某一层面的模块，或哪些可被设置为单独的层面。此外，整个协调层面或距离模块还可包括其他模块或子模块。此处所列模块仅表示对所有可能模块的非穷尽选择。例如从现有技术中已知的、用于轨迹规划的其他功能的另外未说明的(子)模块也明确包含在内。由此获得的优点是，可进行直观简单的参数设置或应用。在各相应系统以及功能范围的计算性能方面，也可极大改善可扩展性。通过这类模块化结构，例如能在使用相同的规划装置架构情况下，在协调层面内实现单独的参数化和单一功能的应用。由此构建了一种简单的可能性，(也可以升级更新的形式后续补充)对系统进行扩展，满足未来功能的要求。

所述方法可以简单实用的方式作为算法实现。由此获得的优点是，它可以特别简单和成本经济有效的方式在新系统中实施。此外，现有系统可以同样的方式进行补充改装。

本发明还要求保护一种用于相应的辅助系统或驾驶员辅助系统的轨迹规划装置，它的设置方法尤其是，借助本发明所述的方法进行轨迹规划。在此，设定了用于设置目标状态的协调层面、用于根据目标状态确定轨迹的规划层面、以及用于选择各相应轨迹的轨迹选择模块。

本发明还要求保护一种用于运输工具的辅助系统或驾驶员辅助系统，尤其是用于纵向调控和/或横向调控的辅助系统(例如自适应巡航控制(ACC)系统、车道保持辅助(LKA)系统或紧急制动辅助(EBA)系统)，其特征在于，所述辅助系统借助根据本发明所述的方法执行轨迹规划和/或包括根据本发明所述的轨迹规划装置。

因此，根据本发明所述的方法可提供一种用于辅助系统轨迹规划的新的调控方案，它可替代迄今为止所使用的方法。本发明展示了驾驶员辅助系统领域中的一种非常特殊的贡献。本发明还明确包括未单独描述的从属权利要求的特征的组合。

附图说明

下面根据使用目的，依据实施例对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示出根据本发明所述的轨迹规划装置的结构的设计方案示意简图；

图2示出根据现有技术、用于自由行驶的轨迹简图；

图3示出在本发明意义上、针对图2所示单一部分轨迹的轨迹(虚线)简图；

图4示出根据本发明所述的规划得到的轨迹的另一简图；

图5示出根据本发明所述规划得到的、用于距离调控的另一轨迹简图；

图6示出后续行驶中一额定状态规定的简图；

图7示出用于在车辆上生成额定状态的质量-弹簧-阻尼器系统的简图，以及

图8示出本车与前方行驶车辆之间的虚拟保险杠的简图。

具体实施方式

下面，对根据本发明所述用于计算多部分轨迹的实施例进行描述。一轨迹将系统状态从其初始值转化为所定义的最终值。所述系统状态通过位置s、速度v、加速度a以及根据系统模型通过加加速度r来描述。对轨迹计算，通过一点群实现车辆建模。通常，将特殊的多级积分器链用作系统模型。在此，轨迹计算表示可根据现有技术分析解决的优化问题。但是，这类解决方案通常通过多项式对系统状态加以描述，其缺点是，它们仅逐点达到加加速度和加速度的最大值，并且无法以逐段方式恒定保持加加速度和加速度的最大值。

图1展示用于驾驶员辅助系统的根据本发明所述的轨迹规划装置的结构的实施例。但是，这类轨迹规划装置也可明确用于其他运输工具(飞行物、水上交通工具及类似交通工具)的辅助系统。所述轨迹规划装置包括协调层面1(或协调层)和规划层面2(或规划层)。规划层面2通常对将车辆从其当前实际状态转化为所需额定/目标状态的轨迹进行优化和计算，而协调层面1为根据情形和功能特殊设定轨迹规划的目标状态、优化标准和优化限制提供一界面。

由于无目标对象(速度轨迹)的自由行驶和具有目标对象的后续行驶/跟随行驶(距离调控)有不同的优化目标，规划层面2由用于速度轨迹的规划装置(速度规划装置9)和一个或多个用于(多目标自适应巡航控制(ACC))距离轨迹的规划装置(间隔距离或路径规划装置10)组成。所谓的自由行驶是指当自身所在车道不存在障碍或没有前方行驶车辆被测定为相关目标对象，并且可以驾驶员设定的目标速度不受阻碍地行驶时的车辆行驶方式。但是，如果通过例如辅助系统测定了阻止自由行驶的前方行驶车辆，则可相应地调控速度并使其调整适配前方行驶车辆的速度。与此相应，在此所述的是所谓的后续行驶，其中，通常根据可相对于前方行驶车辆规定的额定间隔距离对速度进行调整适配。为了在自由行驶轨迹和后续行驶轨迹之间进行切换，在不同规划装置上连接一轨迹选择模块3。在此，可基于当前轨迹加速度进行轨迹选择。作为替代选择，也可根据完整的轨迹进行轨迹选择。

协调层面1优选为模块化设计，并包含例如速度模块4和距离辅助模块5等一个或几个独立模块，用于系统的每个可界定功能。在此，每个模块提供用于各相应功能应用的直观界面。为此，各相应模块将受控轨迹规划装置的大量优化参数(性能指标中的权重、状态限制、搜索空间限制)转换并减少为少数几个参数，以实现各相应功能的目标参数化。在此，也可考虑使用更复杂的算法，对完整场景中的行为进行控制。这些模块也同样可具有模块化结构，并包括从属的功能或模块。如图1中的示例所示，速度模块4包括至少三个其他(子)模块：速度调控模块6、限速辅助模块7以及转弯辅助模块8。由此，各个模块提供直观的界面，用于下级规划装置针对情形的特定应用，并由此提供要生成的轨迹或所需轨迹。在此，由于协调层面1的功能模块先将应用任务转换或减少为少数几个易于理解的参数，用于有的放矢地设定所需轨迹行为，所以不直接为应用程序批准轨迹规划的大量优化参数(例如性能指标中的权重、状态限制、搜索空间的选择等)。

协调层面1还提供了预先在不同功能之间做出决定的可能性，或者协调层面1可承担对不同功能之间做出决定的任务。例如，可预先比较无目标对象情况下用于速度调控的功能要求和目标状态(例如基于驾驶员规定，预测交通标志识别或预测弯道识别)，以便例如仅将速度轨迹最关键的请求转发给速度规划装置9。

安全功能和舒适功能的决定也可以相同方式进行。例如，紧急制动辅助(EBA)请求始终可比自适应巡航控制(ACC)请求占优势，也就是说，从安全至上的角度看，可对各相应功能的优先程度加以考虑。与此相反，在距离调控时，可能有必要并行计算多个距离轨迹或间距轨迹的规划装置，因为在车辆直接相邻的周围环境(在前方或在相邻车道上)经常存在多个目标对象，并且并非总是事先掌握最关键的目标对象而将其选为要进行规划的目标。要防止在自身所在车道和相邻车道具有目标对象的情况下，在“慢车道”上超车(“右车道超车操控”)的场景就是这方面的示例。在此，例如在相关目标越来越多时，为限制资源需求，可能情况下，可将用于距离轨迹的附加规划装置(例如通过搜索空间限制栅格化/较粗栅格化)更简单地设计为被优化的最具舒适度的主规划装置。

图2展示了根据现有技术、用于自由行驶的示例性单一部分轨迹T1的速度v(上部)和加速度a(下部)。在本示例中，速度应从10米/秒提高到20米/秒，其中，2米/秒²的加速度限制是有效的。由于所计算的单一部分轨迹违反了加速度限制，因此根据现有技术将其归类为不允许的并被丢弃。为了更好地利用车辆的加速能力，可使用三部分轨迹。在图2中，除了单一部分轨迹T1外，还展示了这类三部分轨迹T2。其中，第一轨迹区段将加速度引导至最大值或最小值a_cst，第二区段保持加速度恒定，第三区段重新使加速度减小。在此，第一和第三轨迹区段的持续时间保持恒定，而第二区段的持续时间以能达到所需最终速度的方式变化。这样做的结果是，三部分轨迹的持续时间t_e如图2所示通常偏离单一部分轨迹T1的持续时间。由于轨迹长度被包括在性能指标中，因此单一部分轨迹T1和三部分轨迹T2的比较是不一致的。第一和第三轨迹区段持续时间不变导致的另一缺点是，由此不能调整适配具体的情形。

相反，根据本发明提出的三部分速度轨迹计算在保持总持续时间t_e的同时，所有轨迹区段的持续时间都是可变的。通过性能指标得出各相应区段的持续时间。性能指标在区段模型或积分器链的输入端分析评估操纵变量的使用，并在这方面与性能指标的积分份额相对应，以分析评估单一部分的轨迹。由于一致的轨迹持续时间以及单一部分轨迹和三部分轨迹一致的性能指标，可在叠加优化中直接对单一部分轨迹和三部分轨迹进行互换。

为使三部分轨迹达到规定的速度变化v_e-v₀，必须满足以下方程式要求：

总轨迹长度t_e与区段持续时间Δt₁、Δt₂以及Δt₃的总和相对应。第一区段和第三区段中的加速度a₁和a₃通过三阶多项式描述。将a₁和a₃引入上述方程式中可得出Δt₁的二次方程式

如果将Δt₃和t_e假定为参数，也就是说，Δt₁可计算用于合理选择的Δt₃，并且得到的三部分轨迹具有所要求的长度t_e。事实证明，在对Δt₁两个有效的解中，较小的解导致较小的性能指标。持续时间Δt₃的选择方法是，使三部分轨迹的性能指标最小。为此使用一从属优化。在第一步骤中，确定Δt₃可能的解范围。最初，该解范围不能小于零，并且不长于轨迹长度t_e。在求解Δt₁的二次方程式时，只能用到实数解和正数解，由此导致了两个不等式。从Δt₂同样也应为正的进一步要求中得出第三个不等式。为找到最佳的Δt₃，在第二步骤中使用了一种对分法/二分法。由此，经过少数几个计算步骤后，得出与之一致的单一部分轨迹的最佳替代。图3中展示的是对图2中示例而言在本发明意义上的三部分轨迹T3。图4中展示的是另一示例，其中非对称轨迹T5被计算为单一部分轨迹T4的替代。

上述问题也与路径轨迹相关。然而，由于在路径规划中多项式的阶数较高，因此轨迹可能会同时违反加速度上限和下限。在这样一种情况下，替代轨迹最多具有五个轨迹区段，并无法再进行分析计算。实际上使用加速度下限(例如驶入场景)更为重要。对仅使用一个加速度限制的情况，可与速度轨迹相似，计算三部分路径轨迹。

在此，第一轨迹区段a₁和第二轨迹区段a_cst与速度轨迹的情况相同，而第三区段通过五阶多项式将最终状态转化为所需的最终速度v_e。要使三部分轨迹跨越规定的距离s_e-s₀，必须满足下列方程式的要求：

在引入加速度a₁和速度v₃后，得出Δt₂的二次方程

前提是将Δt₁和t_e假定为参数。在路径轨迹的情况下，不再需要预先决定是否在Δt₂的两个有效解中，较小的解也会导致较小的性能指标。因此，必须进一步研究两种解。通过不等式可对Δt₁的解范围加以限制。图5说明了通过三部分轨迹T7(上部路径，中间速度，下部加速度)替代单一部分轨迹T6的实施例：在此，三部分轨迹T7(虚线)在本发明意义上以下列方程式对轨迹进行特性说明

r₀＝0米/秒³

a₀＝0米/秒²

v₀＝8米/秒

r_e＝0米/秒³

a_e＝0米/秒²

v_e＝2米/秒，以及

s_e＝40米。

通过三部分速度轨迹的积分，得出作为规划多部分路径轨迹的一种替代可能性。通过轨迹终止时间的改变以及对由此得出的最终间隔距离的分析评估，可找到近似于单一部分路径轨迹、也就是说近似于单一部分轨迹的轨迹。

此外，还可为轨迹规划指定目标状态。在此，可根据下列方程式确定后续行驶中的额定间隔距离：

d_w＝d_停止+v_t·headway。

其中，d_停止表示静止状态时到目标车辆的间隔距离，v_t表示目标车辆的速度，“headway”表示时间间隔。此外，假设一恒定的加速度a_t,0，则可在将来预测目标车辆的运动：

a_t＝a_t,0

v_t＝v_t,0+a_t,0t

在此，所测得的间隔距离用d₀表示。本车的额定位置s_w由目标车辆的预测位置和额定间距根据以下方程式得出：

s_w＝s_t-d_w＝s_t-d_停止-v_t·headway

通过对该方程式求微分，例如可通过下列方程式计算出其余的额定状态v_w(速度)和a_w(加速度)

v_w＝v_t-a_t·headway

a_w＝a_t。

图6展示了目标车辆的状态(路径或距离(上部)、速度(中间)和加速度(下部))曲线以及由此得出的额定状态。目标车辆状态以黑色实线表示，用于根据间隔距离方程式进行轨迹规划的目标状态用黑色点划线表示，并在用质量—弹簧—阻尼器系统过滤后(虚线)表示。目标车辆加速度发生变化时，预测额定速度跳跃-a_t*headway(时间间隔)。因此，在目标车辆开始制动时(例如从12秒到17秒)，要求突然比目标车辆更高的目标速度。其结果是，轨迹规划找到了使车辆加速以达到该更高速度的解决方案，也就是说，车辆由突然变小的额定间隔距离而加速。相反，如果预测的目标车辆停止时，额定速度跳至零。额定状态预先规定的这种跳跃以不利的方式导致车辆以过高的速度和过小的间隔距离跟随要暂停或停止的目标车辆。当目标车辆从静止状态启动时，额定间距又会增加，从而规划的额定值会在一段时间内为负速度，并由此使要停止的车辆被向后推。

在此，所述方法的一种设计方案变型展示目标车辆上所插入或设置的虚拟质量—弹簧—阻尼器系统(图7)。在此，额定间隔距离d_w与弹簧长度l相对应，其中，c描述了弹簧常数。质量m的状态x_r被用作规划的新额定状态。在此指的是所有状态下目标车辆状态的一致性过滤。图6展示过滤得到的额定状态。在目标车辆制动时(从12秒到17秒)，目标速度无跳跃地稳定升至额定值。由此，指定的间隔距离略大于计算出的额定间隔距离，并且能在不中断额定速度和额定加速度的情况下制动至停车状态。本发明还明确包括未明确提及的弹簧和阻尼器的其他设计方案或总体线路。通过这类过滤可实现车队/编队稳定性。

根据使用目的，还可设定动态搜索空间。通过搜索空间的栅格化确定计算出的轨迹对优化问题精确解的近似程度有多好。精密的栅格化会造成较高的计算要求。但是，在特定情形下，有必要采取非常精密的栅格化，以便在搜索空间中找到有效的解。

固定且粗略栅格化的缺点是，优化参数不能连续影响所找到的轨迹。参数更改不会导致轨迹的任何变化，直至另一栅格点具有低于当前栅格点的性能指标。该行为使应用复杂化，并阻止了直观过程。因此，提出了自适应搜索空间。这可理解为，栅格点的移动方式是，最佳解附近有比距离较远区域更多的栅格点。同样重要的是，栅格点应处于整个搜索空间内，从而可快速响应目标状态的跳跃式突变(例如目标对象变化，强烈的目标对象制动等)。通过多个优化周期栅格点的迭代式调整适配，可在所选定的点周围实现更精密的栅格化，并以此方式接近最佳值。但是，仍可能会发生找不到有效解的情况。当前解周围栅格点的聚焦可静态或动态完成。遗传优化表示了另一种可能性。在此使用的是固体带电粒子和固体自由不带电粒子。固体粒子限制了搜索空间，自由粒子在最佳值方向迭代，带电粒子覆盖了解周围的区域。在此，每个时间步长表示一代。实际上，即使经过几百次迭代后，粒子也不会集中在一个点上。此外，在遗传优化中，还可考虑最优值随时间的移动。

根据本发明另一实用设计方案，可提供“时停时行(Stop-and-go)功能”，尤其用于自适应巡航控制(ACC)。实际上，对这类时停时行功能，车辆可跟随前方行驶的车辆直至停车，并且当前方行驶的车辆启动时，所述车辆再重新启动。在此，通过所定义的“徐徐前行”(即特别缓慢地向前移动)，可将即将停车前的停车过程设计得既舒适，又可重复。

目标车辆状态的先前描述的过滤生成驾驶员优选熟悉的额定状态。基于未过滤目标车辆数据对这类目标状态的预测显示，在跟随一要从静止状态启动的目标车辆时，会有到负目标速度的跳跃，但目前研发的目标车辆数据过滤会不断得出始终具有正目标速度规定和目标路径规定的额定状态。与此相似，在(速度v>0公里/每小时)正常后续行驶时，目标车辆加速度也显示(正或负的)跳跃式突变。

在目标车辆后面制动到停车状态时可能会发生，由于过于粗略的栅格化，在目标点集中不存在合适的目标点。在此，过早的时间需要更强烈的制动，而过迟的时间会导致短暂的倒车行驶。与此相应，不断变化的目标车辆数据以及由此产生的轨迹的调整适配可导致在搜索空间中找不到合适解的时间步长。通常，这发生在制动到即将停车前的最后部分，并且导致紧急情况。为了始终确保优化搜索空间中的有效的目标点，搜索空间的栅格点会例如通过粒子群自适应变化。结合所提出的目标车辆数据过滤，这可提高针对要变化的目标状态的规划鲁棒性，此外还可改善停车行为。

此外，由于缺乏“完全深入”的可能性，停车过程特别难以设置或调控。会出现的调控偏差(所规划的轨迹与实际行驶轨迹之间的偏差)须采取相关措施加以修正，因为这通常需要速度为负的路段(倒车行驶)。为了补偿要出现的调控偏差，可设想不同的扩展方式，并且可例如通过在低速时调整适配轨迹规划的目标状态和/或通过应用恒定加速度的平稳期和/或通过在极低速度时用虚拟保险杠叠化轨迹规划以单独或组合的方式改善停车行为。

在应用加速度平稳期时，针对规划要考虑的是，在最终停车前已到达所定义的中间状态。这通过描述一种缓冲区来确保安全启动，在该缓冲区中可对可能存在的调控偏差、尤其是涉及距目标车辆距离的调控偏差加以补偿。从平稳期目标准确地转化为停车状态例如可通过预控制的加速度曲线实现。这种方法的附加优点是，可将特定的停车行为与一般的轨迹规划分开应用。

虚拟保险杠展示弹簧—阻尼器系统，该系统被虚拟固定或设置在车辆(x_ego)与目标车辆(x_t)之间(如图8中所示)。通过适宜的设计可实现，车辆截至距目标车辆一规定间隔距离时制动，以极低速度跟踪，也可在目标车辆后启动。例如借助弹簧—阻尼器系统对额定间隔距离的事先过滤或前置过滤，可为传输给虚拟保险杠营造适宜的状态。如果主要规划在解决方案空间中找不到轨迹，则虚拟保险杠还可附加提供安全的后备级别。

总而言之，协调层的模块化结构可在使用相同规划装置架构的情况下进行单独的参数化和单一功能的应用，并由此方便系统的扩展，以满足未来功能的要求。基于现有技术，三部分轨迹方案被予以更新或扩展：在迄今为止例如加速度轨迹的边缘已被设定为是固定的同时，通过从属优化对加速度轨迹的边缘进行选择，以匹配轨迹的任意起始和结束条件。此外，轨迹规划被分为两层或两个层面，即协调层或参数化层和规划层，以进一步提高在串联应用中的适用性。规划层实现的是自由行驶和后续行驶轨迹的实际计算以及在这些操作模式之间的切换，而参数化层实现的是例如通过优化参数等增益规划根据相应情形对轨迹特性的调整适配。尤其是在观察人类驾驶特性时，参数化层的高度相关性特别明显。尽管优化提供在性能指标方面的轨迹优化，但在某些情况下，这些轨迹过程有时可能是驾驶人员不熟悉的。这尤其是因为轨迹过程的数学优化和人类所感知的优化之间存在差异。在此，例如可提供“全速范围自适应巡航控制(Full-Speed-Range-ACC)”，其配置方式是，使得在根据本发明所述的轨迹规划装置与另一调控装置(例如虚拟保险杠方案)之间进行切换，以便例如在极低速度时(例如在停车或徐徐行驶时)对车辆进行最佳控制。最重要的是，在低速范围内有良好的阻尼调控性能，以便例如用基于优化的自适应巡航控制(ACC)调控方案确保车队稳定性。此外，各相应辅助系统(例如自适应巡航控制(ACC)、紧急制动辅助(EBA)等)的基本功能也可设定加以扩展，例如阻止“右车道超车操控”或弯道制动。此外，根据本发明所述的方法可独立于各相应运输工具的调控装置结构加以使用，并由此提供考虑运输工具横向运动的可能性，例如可由此将自适应巡航控制(ACC)系统用作自动行驶或自主行驶的出发点。

附图标记列表

T1 单一部分轨迹(根据现有技术)

T2 三部分轨迹(根据现有技术)

T3 三部分轨迹

T4 单一部分轨迹(根据现有技术)

T5 三部分轨迹

T6 单一部分轨迹(根据现有技术)

T7 三部分轨迹

1 协调层面

2 规划层面

3 轨迹选择模块

4 速度模块

5 距离辅助模块

6 速度调控模块

7 限速辅助模块

8 转弯辅助模块

9 速度规划装置

10 距离规划装置

Claims

1.一种用于辅助系统的轨迹规划方法，其中包括

确定具有可规定的总持续时间(t_e)的轨迹(T1、T3-T7)，

将轨迹(T3、T5、T7)划分为区段，其中，

每个区段都有可变的区段持续时间(Δt₁、Δt₂、Δt₃)，以及

区段持续时间(Δt₁、Δt₂、Δt₃)的总和与轨迹(T3、T5、T7)规定的总持续时间(t_e)相对应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各相应的加速度和/或速度将轨迹(T3、T5、T7)划分为区段。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，设定用于构建加速度的区段、用于保持加速度和/或更改加速度的区段以及用于减小加速度的区段。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，分别通过高阶多项式描述在轨迹(T3、T5、T7)的第一区段和第三区段中的加速度。

5.根据权利要求4权利要求所述的方法，其特征在于，分别通过三阶或五阶多项式描述在轨迹(T3、T5、T7)的第一区段和第三区段中的加速度。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据性能指标规定各相应区段的区段持续时间(Δt₁、Δt₂、Δt₃)。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据第三区段的区段持续时间(Δt₃)确定第一区段的区段持续时间(Δt₁)，反之亦然。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为后续行驶计算三部分轨迹(T7)，方法是使在轨迹(T7)的第一区段和第二区段中的子轨迹与自由行驶规划(T3、T5)的子轨迹相对应，而第三区段则通过不同阶的多项式描述，从而使轨迹转化为加速度、速度(v_e)和路径的所需最终状态，所述不同阶的多项式是五阶多项式。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述区段之一的区段持续时间(Δt₁、Δt₂、Δt₃)的选择方法是，使三部分轨迹(T3、T5、T7)的性能指标最小。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，设定用于选择区段的区段持续时间(Δt₁、Δt₂、Δt₃)的从属优化。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过各相应轨迹的总持续时间(t_e)的变化进行轨迹(T1、T3-T7)的规划。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，设定具有栅格点的自适应搜索空间，用于预定轨迹的目标状态，并且根据栅格点的移动，以将栅格点一直移动到要确定的轨迹(T1、T3-T7)的方式，确定最佳轨迹(T1、T3-T7)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在多个时间步长迭代地实现栅格点的调整适配。

14.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，设置弹簧阻尼器系统，用于为后续行驶生成运输工具的目标行驶状态。

15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，针对后续行驶，将弹簧—阻尼器系统设置为运输工具和前方行驶运输工具之间的虚拟保险杠，以用于距离调控，并且使用运输工具之间可规定的间隔距离、速度和/或弹簧行程设置虚拟保险杠。

16.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为补偿调控偏差，至少设定一个加速度平稳期和/或速度平稳期。

17.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，设置用于确定轨迹(T1-T7)的轨迹规划装置。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，轨迹规划装置包括多个模块和/或层面。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，轨迹规划装置可包括用于目标状态的特定情形和功能规定的协调层面(1)，以及用于根据目标状态确定轨迹的规划层面(2)。

20.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法以算法方式实现。

21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辅助系统是纵向调控和/或横向调控辅助系统。

22.一种用于辅助系统的轨迹规划装置，包括

用于设定目标状态的协调层面(1)，

用于根据目标状态确定轨迹(T1-T7)的规划层面(2)，以及

用于选择各相应轨迹(T1-T7)的轨迹选择模块(3)，其中，

轨迹规划装置的设置方法是，借助根据权利要求1-21中任一项所述的方法执行轨迹规划。

23.一种用于运输工具的辅助系统，其特征在于，在所述辅助系统中，借助根据权利要求1到21中任一项所述的方法进行轨迹规划。