CN115867475A - 用于车辆自动驾驶操作的方法和装置以及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆(1)的自动驾驶操作的方法和装置，其中，本发明规定，当在车辆(1)前方有弯道(K)时，查明环境传感器系统的至少一个朝着车辆(1)的行驶方向的采集单元(3)的基于该弯道(K)所预期的视野限制，并且当查明该至少一个采集单元(3)的视野低于预定阈值时，自动将车辆(1)变道至弯道靠外的车道(F1)，前提是有弯道靠外的车道(F1)。本发明还涉及一种具有这种装置的车辆(1)。

Description

用于车辆自动驾驶操作的方法和装置以及车辆

技术领域

本发明涉及一种用于车辆自动驾驶操作的方法。另外，本发明涉及一种用于车辆自动驾驶操作的装置和一种具有这种装置的车辆。

背景技术

DE 10 2014 014 120 A1公开一种用于车辆在前方行驶路线上自主行驶的方法。在此，只有当针对前方行驶路线的预定路段满足以下条件中的一个或一组时，才允许车辆的自主行驶操作：

-在车辆的当前道路的至少一侧有施工隔离，

-车辆的车道具有最小道宽，

-没有显著限制环境采集传感器作用范围的山顶和洼地，

-车道数量不变，

-没有隧道，

-公路上没有建筑物，

-没有高速公路交叉路口，

-车辆的车道弯曲半径大于预定极限值，

-不存在交通障碍，

-不存在关于危险状况的交通消息，以及

-不存在关于存在工地的交通消息。

此外，DE 10 2014 014 139 A1描述一种用于操作车辆尤其是自主或高度自动行驶车辆的距离和速度控制功能的方法。该方法规定，当司机分心且当满足以下条件中的至少一个时，启动至少一个提高行驶安全的措施：

-车辆接近关于路程引导是危险的地点或位于这种地点，

-车辆接近交通障碍地点或位于这种地点，

-车辆接近一个视线受限的地点或者位于这种地点，

-车辆通过距离和速度控制功能被加速，

-车辆周围环境中存在交通流异常。

发明内容

本发明的任务是指明一种用于车辆自动驾驶操作的方法和装置以及一种具有这种装置的车辆。

根据本发明，通过一种具有如权利要求1所述的特征的方法、通过一种具有如权利要求7所述的特征的装置和一种通过如权利要求8所述的特征的车辆来完成。

本发明的有利设计是从属权利要求的主题。

根据本发明，一种用于车辆自动驾驶操作的方法规定，当在车辆前方有弯道时，查明环境传感器系统的至少一个对准车辆行驶方向的采集单元的基于该弯道所预期的视野限制，并且当查明该至少一个采集单元的视野低于预定阈值时，自动执行车辆变道至弯道靠外的车道，前提是有弯道靠外的车道，在此，最好不存在右行规定。

通过使用该方法，尤其通过变道到外侧车道，可以增大在弯道区域内的至少一个采集单元的视野，使得车辆能以更高的当前行驶速度驶过弯道。在此，当前行驶速度依据至少一个采集单元的视野被调整，从而车辆在其车道上有不可轧上的对象时能启动急刹车，其中，车辆撞击对象的危险被显著降低。

借助该方法，如此选择一条车道，即，在弯道中获得至少一个采集单元的优化视野，因此可以实现在最大可能当前行驶速度下的比较安全的车辆自动驾驶操作。

在该方法的一个可能改进方案中规定该阈值依据车辆的当前行驶速度而变化。尤其是当前行驶速度越高，该阈值越低。当至少一个采集单元的视野低于阈值时引发变道。视野因变道至弯道靠外的车道而增大，使得车辆自动驾驶操作的安全性可得以提高，并且车辆能够通过刹车和/或避让动作而基本避免撞上不可轧上的对象，其中，在车辆周围环境的交通参与者被纳入考虑。

在该方法的一个可能改进方案中依据地图数据和/或至少依据车辆摄像头所采集的信号来查明在车辆行驶路线上是否有弯道靠外的车道。只有当存在关于存在弯道靠外的车道的信息时才启动这种变道，由此可提高道路交通安全性。

此外，该方法的一个可能改进方案规定，变道依据在车辆前方测知的交通密度来执行。尤其是当基本上只有本车辆在行驶路段上行驶时，或者当离后随车辆足够远而使得车辆在驶过弯道之后驶回到其初始车道时，执行用于优化至少一个采集单元的视野的方法。

在该方法的一个可能改进方案中规定，使车辆的当前行驶速度适配于至少一个采集单元的视野的由弯道引起的和/或山顶引起的和/或洼地引起的缩小。“弯道引起的和/或山顶引起的和/或洼地引起的视野缩小”在此是指由在车辆前方的弯道、山顶或洼地引起的视野缩小。

例如在车辆行驶中，当至少一个采集单元的视野比较小时，车辆的当前行驶速度被降低以提高安全性，其中，为此可以设定与视野相关的另一阈值。

此外，在该方法的一个可能改进方案中，至少一个采集单元的所需视野依据所预测的车辆当前刹车距离来确定，其中，刹车距离取决于车辆的最大自身减速度和自身速度、即当前行驶速度。尤其是，当前行驶速度越高，至少一个采集单元的所需视野越大，因为刹车距离在行驶速度增大时延长。因此，基本上确保该车辆在测知其车道上有不可轧上的对象时能够启动刹车，从而能基本防止撞上对象。

有利地，弯道靠外的车道是用于该车辆行驶方向的一条车道。变道因此局限于在该车辆的行驶方向上的车道，即，不会变道至对向来车车道。该方法因此有利地被用在多车道道路上，其具有在车辆行驶方向上延伸的多条车道。

有利地，弯道靠外的车道是尤其关于该车辆的行驶方向的车道，其位于车辆的弯道靠外的一侧。弯道靠外的车道因此是如下车道，其相对于车辆车道的位置被限定。尤其是，弯道靠外的车道是如下车道，在前方有右弯道时，该车道位于车辆左侧；在前方有左弯道时，该车道位于车辆右侧。

本发明还涉及一种用于执行车辆自动驾驶操作的方法的装置，其中，该装置根据本发明具有计算机单元，计算机单元连接至车辆的环境传感器系统的至少一个采集单元。该计算机单元被设计成：查明该环境传感器系统的至少对准车辆行驶方向的采集单元的基于该弯道所预期的视野限制，将所查明的视野与预定阈值相比较，在低于阈值时将相应信息传送至运动轨迹发生器。该运动轨迹发生器被设计成：产生用于变道至弯道靠外的车道的至少一个运动轨迹并将所产生的运动轨迹传输至车辆的致动器系统。

借助该装置，该车辆能够变道至弯道靠外的车道，进而增大至少一个采集单元的视野，使得车辆的平均速度可被优化并且基于基本上均衡的驾驶操作而能减小、即也优化燃料和/或电能的耗用。

另外，该装置可以是车辆的组成部分，车辆被设计成自动行驶卡车或自动行驶轿车，其中，借助如前所述的装置和方法能优化车辆的平均速度以及燃料和/或电能的耗用。

附图说明

以下将结合图来详细解释本发明的实施例，其中：

图1示意性示出具有三条车道和一台在弯道靠外的车道上行驶的车辆的行驶路段，

图2示意性示出行驶路段和一台在弯道靠内的车道上行驶的车辆，

图3示意性示出具有下坡或上坡和一台位于弯道靠外的车道上的车辆的行驶路段，

图4示意性示出具有下坡或上坡和一台在弯道靠内的车道上行驶的车辆的行驶路段，

图5示意性示出具有采集单元的车辆和位于采集区域内的不可让车辆轧上的对象，

图6示意性示出具有采集单元、定位单元和计算机单元的车辆的放大局部，

图7示意性示出计算机单元连同其模块。

彼此对应的零部件在所有图中带有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1和2中分别示出一个具有三条车道F1-F3的行驶路段F，其中，该行驶路段F是弯曲的，即，具有弯道K。

设计成卡车且尤其在车辆1中没有车辆使用者的情况下以自动驾驶方式行驶的车辆1在图1中在弯道靠外的车道F1上行驶并在图2中在弯道靠内的车道F2上行驶，其中，在弯道靠外的车道F1与弯道靠内的车道F2之间延伸有中间车道F3。

特别是，行驶路段F是高速公路的一部分，未来在其上将会遇见许多这种自动行驶车辆1。

车辆1包括在图6和7中被示例性示出的计算机单元2，其连接至车辆1的环境传感器系统的多个采集单元3，其中，这些采集单元3设计成基于雷达、基于激光雷达和/或基于摄像头。

另外，车辆1具有卫星辅助的定位单元4，其连续接收位置信号，据此确定/查明车辆1当前位置。

这种自动行驶车辆1依据环境传感器系统采集的信号、位置信号以及存于车辆侧的数字地图C的地图数据在已有基础设施中被定位，并且车辆1的行驶行为关于依据环境传感器系统采集的信号所测知的交通参与者而被协调/调整。

安装于车辆侧的环境传感器系统具有由传感器类型、构型和物理边界条件决定的测量特性。一般，环境传感器系统是各不同功能任务的折中方案。例如借助基于激光雷达的采集单元3来三维地测量车辆1前方的交通相关区域，其中，依据基于摄像头的采集单元3采集的信号来确定在车辆1前方的所测场景的语义，其中，识别交通标志和信号灯设备。

由此产生的要求确定各自采集单元3的参数例如像基宽、焦距、孔径角、像素密度、传感器类型，尤其关于基于摄像头的采集单元3的信号是否以彩色或单色的方式来采集。

以下将描述一种用于车辆1的自动驾驶操作的方法，其中，该方法着眼于基于激光雷达或基于摄像头的采集单元3，其也称为视野或视锥的采集区域E对准车辆1前方并且该采集单元3是所谓的远距传感器。

在车辆1前方没有前行者并且对采集单元3的视野/能见性有严格要求，并且要求探测比较小的、不可轧上的如图5示例性所示的对象5，以便能对此作出适当反应。为了能基本避免车辆1撞上所探测到的对象5，例如启动急刹车和/或确定避让运动轨迹。

能探测不可轧上的对象5的视域比较远的采集单元3如上所述可以是基于激光雷达的传感器或具有一定孔径角的摄像头传感器，其中，该采集单元3也可以由多个单独传感器组成。

车辆1尤其是货运卡车的自动驾驶操作的目的是以允许的最高可能行驶速度行驶，以从经济角度考虑将车辆1连同其货物在途中的时间段缩至最短。

在驶过弯道K时，对准车辆1前方的采集单元3的视野有可能受到护栏、建筑和/或植物的限制。这种状态尤其适用于弯道靠内的车道F2。

为了能通过刹车和/或避让而对在各自车道F1-F3上的潜在的不可轧上的对象5作出反应，需要车辆1降低其当前行驶速度，由此，车辆1处于驾驶操作的时间段延长。

如果车辆1如图2所示在弯道靠内的车道F2上行驶，则采集单元3的视野和进而采集区域E受限。而如果车辆1在弯道靠外的车道F2上行驶，则视野增大，如图1所示。

借助如图1和2所示的第一标记K1来标记所需视野，其从车辆1的刹车距离中计算并且取决于车辆1的最大自身减速度和车辆1的当前行驶速度。

借助第二标记K2，示出采集单元3的实际视野S，与图1相比(此时车辆1在弯道靠外的车道F1上行驶)，其在图2中明显更小。如果车辆1在弯道靠外的车道F1上行驶，则它位于采集单元3的采集区域E中，因此弯道靠外的车道F1尤其关于不可轧上的对象5被传感器覆盖。

第一标记K1、即所需视野如图2所示处于对采集单元3不可见的区域B中。对采集单元3不可见的区域B也可以被称为所谓的弯道自身盲区。

在图3和4中分别示出具有三条车道F1-F3和一个弯道K的行驶路段F，其中，该弯道K沿下坡或山顶延伸，即，行驶路段F在弯道K区域中具有负的竖向曲率。但相似的情况也适用于具有正的竖向曲率的路段，例如在洼地中或在上坡前。

基于负或正的竖向曲率，行驶路段F的表面在一个分段G中高于或低于采集单元3的采集区域E。行驶路段F的分段G因此是对采集单元3不可见的。

在例如前方有下坡或前方有上坡的例如在山顶之后或洼地之后的行驶路段F的情况下，采集单元3的借助第二标记所示的实际视野S因从弯道靠内的车道F2变道至弯道靠外的车道F1而仅略微变化，如图3和4所示。

借助第一标记K1所示的为了能对在车辆1的各自车道F1、F2上的不可轧上的对象5相应作出反应所需要的视野在具有下坡或上坡的行驶路段F的情况下位于对采集单元3不可见的区域B中。不同于图1所示，实际视野并未因变道至弯道靠外的车道F1而被增大至所需视野。车辆1的当前行驶速度因此也应该在变道之后适配于采集单元3的实际视野的由弯道和山顶或洼地造成的缩小。当实际视野预计未能因变道而被增大至所需视野，并且当比之期望视野增大至所需视野，因变道而预计能达成的视野增大幅度较小、尤其小于预定阈值时，优选未执行至弯道靠外的车道F1的变道。因此避免不太有利的变道。

当在行驶路段F中有下坡时应该考虑所谓的道路自身盲区，其中，为了减小道路自身盲区，可以将采集单元3安置在车辆1的较高安装位置。

在图1-4中，非限制地一般性地选择三车道行驶路段F，其中，出于简化原因不考虑紧急车道。在视野意义上，紧急车道可被认为未示出的固有车道，因此用于具有紧急车道的双车道行驶路段F的陈述在上下文中与图1-4所示的三车道行驶路段F相同。

图5示出车辆1连同具有在车辆1的相应车道F1-F3上位于采集单元3的采集区域E内的不可轧上的对象5的侧视图，其中，对象可以是未示出的前行车辆的丢失货物。

图6示出具有计算机单元2、采集单元3和定位单元4的车辆1的放大局部。

具有多个单独模块的计算机单元2在图7中被举例示出。

根据图7中的实施例，计算机单元2包括速度优化模块6、行为规划模块7、第一传感器处理模块SV1、第二传感器处理模块SV2、融合模块8和数字地图C。行为规划模块7具有状况分析和规划模块9和运动轨迹生成/发生器10，运动轨迹发生器连接至用于控制转向系统、驱动系统和制动装置的致动器系统A。

借助第一传感器处理模块SV1来处理尤其是车辆1的环境传感器系统的其它传感器11采集的信号，其中，借助第二传感器处理模块SV2来处理采集单元3采集的信号。

经过处理的信号接着在融合模块8中被融合，其中，该速度优化模块6从融合中获取关于在行驶路段F上存在的交通密度的信息。

借助定位单元4和数字地图C所查明的车辆1位置被传输给状况分析和规划模块9。

在速度优化模块6内使用的算法规定，在第一步骤S1中依据数字地图C的地图数据来查明车辆1前方是否有不可见的山顶。另外，依据数字地图C来查明车辆1位于车道F1-F3中的哪个。在关于算法应考虑的判断中，“是”用j标记，“否”用n标记。

如果查明车辆1前方没有山顶，则在第二步骤S2中查明在行驶路段F上的在车辆1前方的弯道K是否以车辆1的当前行驶速度充分可见。尤其在此情况下查明采集单元3的当前视野S是否低于预定阈值，其中，阈值的大小依据车辆1的当前行驶速度而变化。

如果不是这种情况，则在第三步骤S3中查明交通密度有多高，其中，如果查明交通密度低，则在第四步骤S4中检查车辆1是否位于弯道靠外的车道F1。

如果车辆1不在弯道靠外的车道F1，则在第五步骤S5中启动变道至弯道靠外的车道F1。

如果在第一步骤S1中查明在车辆1前方有不可见的山顶，或者在第三步骤S3中查明交通密度比较高，或者在算法的第四步骤S4中查明车辆1已位于弯道靠外的车道F1，则在第六步骤S6中使车辆1的当前行驶速度适配于由弯道引起或山顶引起的视野限制。

如果在第二步骤S2中查明行驶路段F的下一弯道K按照车辆1的当前行驶速度充分可见，则不进行行驶速度的调整，使得车辆1以当前行驶速度继续其自动驾驶操作。

如果根据第五方法步骤S5促使车辆1变道至弯道靠外的车道F1或者在需要根据第六步骤S6调整当前行驶速度的情况下或者在不需要调整行驶速度的情况下，将信息传送至状况分析和规划模块9，其将该信息转送至运动轨迹发生器10并且确定对应于当前状况的运动轨迹并将其提供给致动器系统A。

通过使用该方法，自动行驶车辆1、尤其是货运用卡车可以经济优化地运行，做法是车辆1的可能因弯道行驶引起的比较不必要的刹车和再加速周期被基本避免。

车辆1的平均速度可被优化，其中，借助相对均衡的驾驶操作也能优化燃料和/或电能的耗用。

Claims (10)

1.一种用于车辆(1)的自动驾驶操作的方法，其特征是，

-当在该车辆(1)前方有弯道(K)时，确定环境传感器系统的朝着该车辆(1)的行驶方向的至少一个采集单元(3)的基于该弯道(K)所预期的视野限制，并且

-当确定该至少一个采集单元(3)的视野低于预定阈值时，自动将该车辆(1)变道至弯道靠外的车道(F1)，前提是有弯道靠外的车道(F1)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，该阈值根据该车辆(1)的当前行驶速度而变化。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，依据地图数据和/或至少依据该车辆(1)摄像头采集的信号来确定存在弯道靠外的车道(F1)。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征是，所述变道是依据在该车辆(1)前方测知的交通密度来执行的。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征是，使该车辆(1)的当前行驶速度适配于该至少一个采集单元(3)的视野的由弯道引起的和/或由山顶引起的和/或由洼地引起的缩小。

6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征是，该至少一个采集单元(3)的所需视野是依据该车辆(1)的预测的当前刹车距离来确定的。

7.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征是，所述弯道靠外的车道是用于该车辆(1)的行驶方向的一条车道。

8.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征是，当前方是右弯道时，所述弯道靠外的车道是位于该车辆(1)左侧的一条车道，并且当前方是左弯道时，所述弯道靠外的车道是位于该车辆(1)右侧的一条车道。

9.一种用于执行根据前述权利要求之一所述的方法的装置，其特征是，设有计算机单元(2)，该计算机单元连接至该车辆(1)的环境传感器系统的至少一个采集单元(3)并且设计用于

-确定该环境传感器系统的朝着该车辆(1)的行驶方向的至少一个采集单元(3)的基于弯道(K)所预期的视野限制，

-将所确定的视野与预定阈值相比较，并且

-在低于该阈值时，将相应信息传送至运动轨迹发生器(10)，

其中，该运动轨迹发生器(10)被设计成：产生用于变道至弯道靠外的车道(F1)的至少一个运动轨迹并且将所产生的运动轨迹传输至该车辆(1)的致动器系统(A)。

10.一种车辆(1)，具有根据权利要求9所述的装置。

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