CN116323351A - 用于生成横向偏移轨迹的方法 - Google Patents

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Abstract

建议了一种用于生成针对至少部分自动化移动平台的横向偏移轨迹的方法，该方法具有下列步骤：提供目标横向偏移；使移动平台的所提供的动力学模型反演；提供所述动力学模型的系统变量的至少一个限制，以确定横向偏移轨迹；基于系统变量的至少一个限制，利用状态变量滤波器，并且利用目标横向偏移作为输入信号，针对所反演的动力学模型来确定横向偏移轨迹点的时间序列；其中借助状态变量滤波器，以分析方式确定横向偏移轨迹的时间序列的每个点；并且借助所反演的动力学模型，和借助横向偏移轨迹点的时间序列作为所反演的动力学模型的输入信号，确定针对移动平台的至少一个被控变量的值的时间序列，以生成横向偏移轨迹。

Description

用于生成横向偏移轨迹的方法
背景技术
在通常情况下，在非常晚的时间点、也就是说在潜在碰撞之前不久，才能触发用于避免道路交通中的事故的紧急避让机动，由此得出对机动的动力学的高要求。一方面，在许多情形中，所参与的对象在非常晚的时间点才可以传感器方式检测到，例如因为行人从视线遮蔽处走到车道上；另一方面，传感器不确定性和检测到的情形的其他流程的不确定性的总和经常非常高，因为例如可能很难预测相交错的行人的突然运动变化。
因此，值得去追求完全利用可供使用的动力学、尤其是车辆动力学。
发明内容
在规划针对驾驶辅助功能的车辆横向动力学的干预设计时，大多选择相对应的车辆轨迹，使得得出与干预的舒适性有关的最优变化过程，其中例如控制横向加速度限制和/或横向晃动限制(Querruckbeschraenkung)。为了遵守可控性极限值，轨迹被选择为使得，全局偏航率最大值与可控性的偏航率极限值相一致。
由此产生具有全局最大值的偏航率变化过程。为了在自动控制地干预车辆动力学时通过驾驶员手动干涉来保证对车辆的可控性(这些干涉潜在地可能有错误)，要遵守动力学干预的极限值，这些极限值已在针对各种执行器和车辆的实验研究的范围中被确定。
已经表明，这些涉及执行器的与车辆横向动力学有关的极限值可以被转移到针对相应车辆的例如偏航率的与系统无关的极限值上。
在开发这种驾驶辅助功能时，通常从与系统无关的可控性极限值(如例如偏航率)中导出系统特定的执行器极限值。
可是，执行器的设定相对应的被控变量(Stellgroessen)的极限值和必要时对系统行为的可通过所谓的状态变量描述的其他所需的限制通常不是直接在轨迹规划中予以考虑，而是在下游通过相对应地应用轨迹规划才涌入到功能实现中。这提高了应用开销。
如果必须从偏航率极限值中导出执行器特定的被控变量极限值，那么在功能实施内直接考虑偏航率极限值可能会出问题。由于微分关系或者非线性关系，这通常不能无简化地进行。但是，这种简化可能导致在借此假设的车辆动力学与真实的车辆动力学相比之间的显著偏差。由此又可能产生在机动的偏航率变化过程中超过可控性极限值，接着必须利用提高的下游应用开销来防止这些超过。
开发这种能够实现在轨迹规划之内直接考虑限制的驾驶辅助功能通常基于优化方法，并且因而在通常情况下由于所需的高计算能力而只可有条件地集成到用于批量生产的移动平台的控制设备中。
借此，根据现有技术，用于避免事故的潜能未被利用，因为只在轨迹的变化过程之内的数个时间点达到最大偏航率或偏航率极限值。
根据本发明的多个方面，建议了根据独立权利要求的特征的一种用于生成横向偏移轨迹的方法、一种用于提供控制信号的方法、该方法的应用、一种控制设备、一种计算机程序产品和一种机器可读的存储介质。有利的构建方案是从属权利要求以及随后的描述的主题。
在本发明的整个描述中，方法步骤次序表示为使得，该方法可容易理解。但是，本领域技术人员将认识到，也可以以其他顺序遍历这些方法步骤中的许多方法步骤，并且这些方法步骤中的许多方法步骤导致相同的或者相对应的结果。在这个意义上，方法步骤的顺序可以相对应地被改变。数个特征配备有计数词，以便改进可读性或者使分配关系(Zuordnung)更明确，但是这并不意味着存在确定的特征。
建议了一种用于确定针对至少部分自动化移动平台的横向偏移轨迹的方法，该方法具有下列步骤：
在一个步骤中，提供目标横向偏移。在另一步骤中，使移动平台的所提供的动力学模型反演。在另一步骤中，提供动力学模型的系统变量的至少一个限制，以确定横向偏移轨迹。在另一步骤中，利用状态变量滤波器(基于对系统变量的至少一个限制)，并且利用目标横向偏移作为输入信号，确定针对所反演的动力学模型的横向偏移轨迹点的时间序列，其中以分析方式来确定横向偏移轨迹的时间序列的每个点。在另一步骤中，借助所反演的动力学模型，并且借助横向偏移轨迹点的时间序列作为针对所反演的动力学模型的输入信号，确定针对移动平台的至少一个被控变量的值的时间序列，以生成横向偏移轨迹。
根据一个方面，状态变量滤波器具有不受限制的期望动力学(Wunschdynamik)。
换言之，在这种方法中，借助所反演的动力学模型来确定被控变量，所述被控变量接着用作真实的动力学系统(如例如移动平台)的输入信号。可以由移动平台根据至少一个被控变量的值的时间序列来执行横向偏移轨迹。
如下内容要与以分析方式确定的特征有关地被广义解释，并且尤其是要由近似方法和优化方法来确定界线：借助状态变量滤波器，以分析方式确定横向偏移轨迹的时间序列的每个点。尤其是，以分析方式确定至少包括：在运行时间期间和在任何时间点都确定具有固定步长的积分。以分析方式确定因此尤其是不包括在优化方法意义上的对各个点的递归确定。尤其是，以分析方式确定包括遍历n重积分器链，其中n描述了系统阶次，所述系统阶次表征动力学模型。这种以分析方式确定横向偏移轨迹的时间序列的点例如可以借助计算机和经过相对应配置的计算机程序来进行。
尤其是，利用至少一个被控变量的值的所确定的时间序列，可以生成针对另一调节回路的预期预设(Sollvorgabe)，以例如通过转向角或转向角速率的预设、横向偏移轨迹来控制移动平台(对应于前馈控制)。
这种方法使得能够，基于用于描述移动平台的动力学模型的微分平坦系统和状态变量滤波器，在直接考虑至少一个系统变量限制的情况下进行在线轨迹规划，其中尤其是被控变量限制和/或状态变量限制可以直接在进行在线轨迹规划时予以考虑。
在此，通过对平坦坐标wz中的目标横向偏移进行n次时间微分，用于在线轨迹规划的状态变量滤波器确定横向偏移轨迹点的时间序列。此外，利用这种方法，通过提供至少一个被控变量的值的时间序列，可以实现基于平坦性的前馈控制和/或调节，也就是说利用这种方法以值序列的形式提供至少一个被控变量，移动平台可以利用该值序列被控制和/或被调节。
通过使用微分平坦系统来描述动力学模型和尤其是状态变量滤波器，所有系统理论变量都可以被参数化，并且移动平台的动力学模型可以借此被反演，以便建立针对移动平台的控制和/或调节。这尤其是适用于移动平台的线性可控的动力学模型，而且如果移动平台的非线性动力学模型是微分平坦的，则尤其是适用于所述移动平台的非线性动力学模型。在此，线性可控模型始终是微分平坦的，在非线性可控模型中，平坦性特性必须分开地被证明。
有利地，利用这种方法可能直接考虑移动平台的动力学模型的所有现存的状态-和被控变量限制，作为在线轨迹规划的构成整体的组成部分；和/或可以提供基于平坦性的前馈控制，以最大化自动避让功能的功能效用。作为结果，在最优利用状态变量(如例如偏航率)和/或被控变量(如例如转向角速率)的可控性极限值的情况下，可以进行避让或横向偏移轨迹的封闭规划。
附加地，可以实现其他状态-和被控变量限制，而为此在运行时间期间不必要对优化问题进行求解，并且因此该方法不用与设立来执行该方法的串行控制设备的计算能力兼容。
换言之，利用这种方法得出：
-通过最大化地利用移动平台的状态变量(如例如偏航率)和/或被控变量(如例如转向角速率)的可控性极限值，优化了具有相对应生成的横向偏移轨迹的避让功能的功能效用。
-封闭的基于模型的方案，用于直接且系统地考虑状态-和被控变量限制，而不需要在运行时间期间对最优控制问题进行数值求解。
-保证了所计算的轨迹的可行性，因为已经在生成横向偏移轨迹时考虑了现存的状态-和被控变量限制。
-没有决定性地增加计算时间或实时能力，因为可以省去对最优控制问题的数值在线求解，因为借助无递归算法进行计算。
-在线生成的轨迹，该轨迹能够实现与必要的横向偏移有关的自适应行为，因为在已导致对避让轨迹的适配的情形改变时，可以利用该方法直接在接下来的计算步骤中考虑它。
-附加优点，因为在生成横向偏移轨迹时所使用的动力学模型可以直接提供执行器特定的前馈控制部分，以实现避让机动。
在这种方法中，移动平台的动力学模型可以用线性模型来描述，该线性模型以状态空间表示通过方程4.1和4.2来描述：
Figure BDA0004178286600000051
y＝c T·x 4.2
在此，在方程4.1中的x(t)∈Rn标明动力学模型的状态向量，并且
Figure BDA0004178286600000056
标明x(t)的时间导数。u(t)∈R1标明输入变量，并且y(t)∈R1标明动力学模型的输出变量。
A标明表征动力学模型的动力学行为的系统矩阵，b标明系统的输入向量、c标明相对应的系统或动力学模型的输出向量，并且y标明相对应的系统或动力学模型的输出变量。
尤其是，移动平台的动力学模型可以是针对移动平台的横向动力学的动力学模型，该动力学模型以显式形式通过方程4.3和4.4来表征。
Figure BDA0004178286600000052
Figure BDA0004178286600000053
针对移动平台的横向动力学模型的方程4.3和4.4基于被扩展的线性化单轨模型，其中除了标准单轨模型外，利用侧滑角(β)和偏航率d/dtψ(t)这些状态变量根据方程4.3和4.4将横向动力学模型扩展了偏航角ψ(t)、横向偏移yL(t)和转向角δ(t)这些状态变量。
为了描述横向动力学模型，可以在这种用于生成横向偏移轨迹的方法中选择转向角速率
Figure BDA0004178286600000054
作为被控变量，而不是选择转向角δ(t)。也就是说，在该模型中，转向角δ(t)描述了系统的状态，而转向角速率/>
Figure BDA0004178286600000055
表征系统的被控变量。
矩阵A中的参数标明：前倾斜刚度(Schraeglaufsteifigkeit vorne)cv；后倾斜刚度ch；移动平台的质量m；车辆速度v；移动平台的重心距其后轴的间距lh；移动平台的重心距其前轴的间距lv；和移动平台的与纵轴有关的惯性矩Jz。
通过反演移动平台的动力学模型，从没有反演的模型的预先给定的输出变量变化过程(如例如横向偏移yL(t)的时间相关性)中，可以直接计算没有反演的模型的输入变量变化过程、如例如转向角速率
Figure BDA0004178286600000064
为了反演动力学模型4.1和4.2，首先借助变换规则4.5至4.8，根据方程4.9和4.10，可以将所述动力学模型4.1和4.2转化为线性调节规范形(Regelungsnormalform)或转化为(微分)平坦坐标z。对于根据方程4.3和4.4的横向动力学模型，由此产生方程4.11和4.12的方程组。
z＝T·x 4.5
AR＝T·A·T-1 4.6
b R＝T·b 4.7
c R T＝cT·T-1 4.8
转化为平坦坐标的方程4.1和4.2可以根据下列方程4.9和4.10来描述。
Figure BDA0004178286600000061
Figure BDA0004178286600000062
在此，变量z表示针对横向动力学的动力学模型的(平坦)输出的变量。
变换矩阵T(4.5b，4.5a)用于将在原坐标x中描述的状态变换为平坦坐标z。矩阵AR表征平坦坐标或调节规范形中的动力学模型的系统；b R描述了经过变换的系统的输入向量，c R描述了输出向量和y描述了输出变量，并且u描述了平坦坐标中的相对应的动力学模型的输入变量。
Figure BDA0004178286600000063
T＝[t，AT·t，...，(AT)n-1·t]T 4.5b
在此，QS是可控性矩阵和β是比例因子，并且t是所反演的可控性矩阵的最后一行的β多倍。
Figure BDA0004178286600000071
Figure BDA0004178286600000072
在此，z(x)是z(t)的(x)阶时间导数。
利用根据移动平台的横向动力学模型的方程4.3所选择的参数化，在变换时，根据方程4.13和4.14的AR和c R T的数个元素得出为零，由此明显降低了求解方程组的复杂性。
a0＝a1＝a2＝0 4.13
cR，4＝cR，5＝0 4.14
对此，将移动平台的横向动力学的扩展单轨模型的最后一行简化为4.15，它可以在平坦坐标z中根据方程4.16被反演。
Figure BDA0004178286600000073
Figure BDA0004178286600000074
因此，根据方程4.16，借助动力学模型的平坦输出z的相对应导数，可以直接计算预期被控变量的变化过程(如例如转向角速率
Figure BDA0004178286600000075
)。
为了确定横向偏移轨迹点的时间序列，空间坐标wy中的目标横向偏移(对应于参考变量)可以被变换为平坦坐标中的参考信号wz。相对应的换算通过根据方程4.10的滤波进行，并通向滤波器方程4.17。
Figure BDA0004178286600000081
对于横向偏移轨迹的在线可执行的生成，可以预先给定目标横向偏移轨迹wy(t)，然后根据滤波器方程4.17变换所述目标横向偏移轨迹wy(t)。
尤其是，对于横向偏移轨迹的在线可执行的生成，可以预先给定例如具有目标横向偏移值wy和目标时间tend的目标横向偏移，接着根据滤波器方程4.17来变换所述目标横向偏移值wy和目标时间tend。
对于在线轨迹规划，在使用状态变量滤波器的情况下，通过来自滤波器4.17的目标横向偏移wz的n次时间微分，根据前馈控制方程4.16来确定针对所反演的动力学模型的横向偏移轨迹点的时间序列。
为此，可以使用具有平坦坐标中的扩展单轨模型4.3和4.4的阶次(n＝5)的状态变量滤波器，所述状态变量滤波器可以用方程4.18来描述。
换言之，状态变量滤波器为所反演的扩展单轨模型规划了横向偏移轨迹点的时间序列。因而，在所考虑的n＝5的情况下，状态变量滤波器具有所假设的路段或车辆模型的相同的系统阶次。除此以外，根据4.18，没有来自单轨模型的其他模型变量/信息进入到不受限制的状态变量滤波器中。
根据
Figure BDA0004178286600000082
接着出现：
Figure BDA0004178286600000091
通过例如根据现有技术经由极点预设(Polvorgabe)相对应地设计滤波器系数(aF，0，...，aF，4)，或者通过在考虑路段动力学、也就是说移动平台和所假设的系统限制的情况下设计线性二次型调节器(LQR)，可以借助状态变量滤波器来预先给定针对轨迹规划的期望动力学。
在预先给定针对状态变量滤波器的期望动力学的情况下，可以将所生成的横向偏移轨迹适配于移动平台的行为。
换言之，为了在预先给定目标横向偏移wy(t)或wz(t)的情况下进行在线轨迹规划，根据动力学模型的平坦输出以及其时间导数：
z*(1)，...，z*(5)；z *＝[z*，z*(1)，z*(2)，z*(3)，z*(4)]，
计算针对所反演的基于平坦性的动力学模型的轨迹变化过程z*(t)，以确定横向偏移轨迹点的时间序列，所述横向偏移轨迹点接着作为逆模型的输入变量用于计算被控变量变化过程，以便根据方程4.16来计算预期被控变量变化过程
Figure BDA0004178286600000093
基于状态系统变量限制、如例如偏航率的限制，借助多面体状态限制(如在下文示出的那样)，可以确定针对所反演的动力学模型的横向偏移轨迹点的时间序列，并且这样可以是轨迹规划的构成整体的组成部分。
对应于方程4.19的k个多面体状态限制的如下这种集合描述了通过状态空间中的分界面(超平面)进行限制：
Figure BDA0004178286600000092
Fx·x(t)-g x≤0 4.19。
在这种情况下，所有状态向量的集合恰好在分界面上通过{x|Fx·x＝gx}给定。并且Fx是定义了受到限制的状态的线性组合的矩阵；x(t)是原坐标中的状态向量；而向量gx说明了相应限制的值。
对于这里考虑的偏航率限制情况，多面体状态限制减小到根据方程4.20和4.21的箱(Box)状态限制，并且
Figure BDA0004178286600000101
直接表示状态ψ的极限值。
Figure BDA0004178286600000102
Figure BDA0004178286600000103
根据方程4.22和4.23，通过应用在平坦坐标中的变换规则，利用上面描述的用于变换的变换矩阵T，可以将这些限制转化为平坦坐标。
Figure BDA0004178286600000104
Figure BDA0004178286600000105
在变换中，在系统模型4.3的所选择的参数化的情况下，
Figure BDA0004178286600000106
的数个元素根据4.24得出为0。
Figure BDA00041782866000001011
在轨迹规划之内考虑这些限制经由对其平坦输出z*的最高阶、也就是说第n阶导数进行限制来进行。为了产生在最高阶导数z*(5)与状态限制之间的相关性，在小的时间范围Δt上通过泰勒级数对状态z* 执行近似。
z*(5)的必要限制可以通过方程4.25和4.26针对偏航率的上限
Figure BDA00041782866000001012
和下限/>
Figure BDA0004178286600000107
来计算。
Figure BDA0004178286600000108
Figure BDA0004178286600000109
在这种情况下，Ap和b p通过方程4.26b给定。
Figure BDA00041782866000001010
为了确保已经在轨迹规划中可实现避让轨迹，在确定针对转向角速率的横向偏移轨迹点的时间序列时，可以附加地考虑被控变量限制作为系统变量的限制。
根据方程4.15、4.27和4.28，通过根据平坦坐标中的系统方程4.3的最后一行计算平坦输出z*的具有所提供的被控变量限制
Figure BDA0004178286600000116
和/>
Figure BDA0004178286600000117
的最大允许的最高阶导数，将转向角速率限制为系统的被控变量。
Figure BDA0004178286600000111
Figure BDA0004178286600000112
在这种用于生成横向偏移轨迹的方法中，尤其是有利的是，可以将状态-和被控变量限制作为生成横向偏移轨迹的构成整体的组成部分来考虑。借此，可以引入对上面描述的可控性极限值的遵守，例如引入状态变量限制、如例如偏航率。
因此，在轨迹规划内对状态变量和/或被控变量的限制的考虑可以借助对其平坦输出z*的最高阶的、也就是说第n阶导数的限制来进行。
根据这里所示的方法，可以实现其他状态-和被控变量限制。接着，微分方程组4.18可以通过数值积分在运行时间期间来求解，例如可以通过具有固定步长的数值积分在运行时间期间来求解，以便执行在线轨迹规划，其中，如所描述的那样，平坦输出的最高阶导数可以受到限制。
也就是说，基于系统变量的至少一个限制，可以对应于开关式系统来看待针对具有状态变量滤波器的所反演的动力学模型的横向偏移轨迹点的时间序列，因为在使用所拟定的边界函数4.25、4.26、4.27和4.28的情况下可以对饱和环节4.29进行参数化(参考图3作为实施例是有利的)：
Figure BDA0004178286600000113
在此，
Figure BDA0004178286600000114
描述横向偏移轨迹点的时间序列的不受限制的所期望的动力学，其与边界函数4.25、4.26、4.27和4.28相互联系，使得鉴于所假设的系统限制得出允许的(即受到限制的)轨迹变化过程/>
Figure BDA0004178286600000115
对于被控变量和状态变量的所选择的限制，根据方程式4.29，可以自由选择按优先序排列，并经由饱和环节的串联实现其顺序。这种按优先序排列提供如下优点：如果物理上不可能遵守限制，则自动地使用具有下一个较低优先级的限制，以便尽管如此仍提供解决方案。
根据一个方面建议了，借助微分方程和/或微分方程组的在线数值求解，以分析方式确定和/或计算横向偏移轨迹的时间序列的相应点。
根据一个方面建议了，状态变量滤波器具有预先给定的目标动力学，并且尤其是预先给定的目标动力学利用移动平台的扩展单轨模型来表征。预先给定目标动力学的优点是，系统的所期望的动力学行为可以被参数化和被预先给定。扩展单轨模型可以被使用，以便考虑系统的所有相关状态。在此，单轨模型此外被扩展了状态‘横向偏移’，因为针对避让机动来规划横向偏移的轨迹。
根据一个方面建议了，将移动平台的动力学模型变换为平坦坐标；并且尤其是，状态变量滤波器的系统和动力学模型的系统具有相同的系统阶次。
其中，受到限制的状态变量滤波器可以利用方程4.18和4.29来描述。
根据一个方面建议了，借助微分方程的数值解，以分析方式确定横向偏移轨迹的时间序列的相应点。
有利地，通过以(与优化求解相比)少的计算开销在短时间内数值求解(也就是说通过在线积分)微分方程组，可以确定横向偏移轨迹和尤其是横向偏移轨迹点的时间序列。
根据一个方面建议了，借助状态变量滤波器的至少一个系统变量的多面体状态限制，限制基于平坦性的动力学模型的至少一个系统变量。
有利地，利用多面体状态限制，可以不仅考虑箱限制、也就是说x＜xmax，而且由此可以限制状态的任意线性组合，例如可以映射或考虑这样与位置有关的速度限制。
根据一个方面建议了，不受限制的期望动力学通过横向偏移轨迹点的时间序列来表征，并借助状态变量滤波器的滤波器系数(aF，0，...，aF，4)通过极点预设和/或通过设计线性二次型调节器来预先给定。
尤其是，期望动力学例如可以考虑移动平台(如例如车辆)的路段动力学。也就是说，手动地和/或借助于所提到的拟定方法来选择极点/时间常数，使得所规划的轨迹不受限制地具有期望动力学。
通过显式考虑系统变量的限制，在用于生成横向偏移轨迹的方法中可以实质更高动力学地设定期望动力学，因为所述期望动力学在下游在考虑所述限制的情况下受到限制并且由此保证可实现性。
根据一个方面建议了，目标横向偏移在所定义的时间间隔之内规定目标横向偏移值。
根据一个方面建议了，对基于平坦性的动力学模型的系统变量的至少一个限制涉及对被控变量的至少一个限制和/或对基于平坦性的动力学模型的状态变量的至少一个限制。这样构建的方法的优点在上面已经阐述。
根据一个方面建议了，根据进行按优先序排列的顺序，基于对动力学模型的被控变量的限制，和/或基于对动力学模型的状态变量的限制，限制状态变量滤波器。
换言之，所选择的对被控变量和状态变量的限制可以根据按优先序排列来自由选择，并且其顺序可以经由饱和环节的串联来实现。这种按优先序排列提供如下优点：如果在物理上不可能遵守经过按优先序排列的限制，则自动地限制具有下一个较低的优先级的限制，以便尽管如此仍提供解决方案。
根据一个方面建议了，基于平坦性的动力学模型的至少一个受到限制的被控变量是至少一个致动器的被控变量和/或该被控变量的梯度和/或该被控变量的加速度，所述致动器影响移动平台的横向动力学。借此，这种方法可以适配用于控制和/或调节或运行移动平台的不同要求。
根据一个方面建议了，至少一个致动器控制转向角和/或至少一个制动压力和/或至少一个车轮减震器。
通过控制不同的致动器，可以对移动平台的类型或者对移动平台的确定的动力学行为方式进行适配。
根据一个方面建议了，动力学模型的状态变量的至少一个限制是移动平台的侧滑角和/或偏航角和/或偏航率和/或横向加速度和/或转向角和/或横向偏移。
由此，该方法可以适配于用于控制和/或调节移动平台的动力学的不同要求。
建议了一种方法，其中，基于至少一个被控变量的值的时间序列，提供用于操控至少部分自动化车辆的控制信号；和/或，基于至少一个被控变量的值的时间序列，提供用于警告车辆乘员的警告信号。
利用这种控制和/或警告信号，在至少部分自动化运行的移动平台处可以达到更高的安全性。
措词“基于”要与如下特征有关地被广义理解：基于至少一个被控变量的值的时间序列来提供控制信号。该措词要理解为使得，至少一个被控变量的值的时间序列被考虑用于每次确定或者计算控制信号，其中不排除也还考虑其他输入变量用于控制信号的这种确定。这相对应地适用于提供警告信号。
建议了上面所描述的方法用于避免道路交通中的事故的应用。
建议了一种控制设备，该控制设备设立为，执行上面所描述的用于生成针对至少部分自动化移动平台的横向偏移轨迹的方法之一。
根据一个方面，说明了一种计算机程序，该计算机程序包括如下指令：在通过计算机执行该计算机程序时，所述指令促使该计算机，执行上面所描述的方法之一。这种计算机程序使得能够在不同的系统中采用所描述的方法。
说明了一种机器可读的存储介质，在所述机器可读的存储介质上存储有上面所描述的计算机程序。借助这种机器可读的存储介质，上面描述的计算机程序是便携式的。
移动平台可以被理解为至少部分自动化系统，该系统是移动的，和/或可以被理解为驾驶辅助系统。实例可以是至少部分自动化车辆和/或带有驾驶辅助系统的车辆。也就是说，在本上下文中，至少部分自动化系统包含与至少部分自动化功能有关的移动平台，但是移动平台也包含包括驾驶辅助系统在内的车辆和其他移动机器。移动平台的其他实例可以是具有多个传感器的驾驶辅助系统或者多传感器移动机器人。
附图说明
参照图1示出了本发明的实施例，并且在下文更详细地阐明本发明的实施例。
图1示出了用于生成横向偏移轨迹的方法的数据流图；
图2示出了利用有限的状态变量滤波器的在线轨迹规划的数据流图；
图3示出了由两个饱和元件构成的级联，用于在轨迹规划之内基于按优先序排列地考虑状态-和被控变量限制；
图4示出了动力学模型的平坦输出的受到限制的最高阶导数的时间变化过程；
图5a、b示出了转向角和受到限制的转向角速率的时间变化过程；
图6a示出了避让轨迹的比较；
图6b示出了偏航率变化过程的比较；以及
图7示出了具有横向偏移轨迹的避让功能的场景的仿真。
具体实施方式
图1示意性地草绘了用于生成针对至少部分自动化移动平台的横向偏移轨迹620的方法100的流程图。在步骤S1中，给该方法提供目标横向偏移wy(t)110。在步骤S2中，借助滤波器130将目标横向偏移wy(t)110变换为平坦坐标wz(t)。对于在线轨迹规划140，给在线轨迹规划140的状态变量滤波器142提供平坦坐标wz(t)中的目标横向偏移，并且在步骤S4中提供被控变量120的限制
Figure BDA0004178286600000151
和状态变量120的限制/>
Figure BDA0004178286600000152
作为输入变量。进一步地，在步骤S3中，作为针对所反演的基于平坦性的动力学模型150的输入变量，确定横向偏移轨迹点的时间序列z *(tn)和五阶时间导数z5*(t)，用于确定横向偏移轨迹点的时间序列，并在步骤S5中将横向偏移轨迹点的时间序列z *(tn)和五阶时间导数z5*(t)提供给所反演的动力学模型。借助横向偏移轨迹点的时间序列z *(tn)和五阶时间导数z5*(t)，在步骤S6中通过所反演的基于平坦性的动力学模型150来确定移动平台的至少一个被控变量的值的时间序列
Figure BDA0004178286600000153
160。移动平台的至少一个被控变量的值160的时间序列/>
Figure BDA0004178286600000154
160可以被用于针对移动平台的轨迹控制进行前馈控制。
图2示意性地草绘了图1的平坦坐标中的在线轨迹规划140的信息流，其中对应于具有不受限制的滤波器期望动力学142的经过扩展的开关式状态变量滤波器140，在线轨迹规划140具有限制器144和积分器链146。
在此，从平坦坐标wz(t)130中的目标横向偏移中，借助状态变量滤波器142的预先给定的期望动力学，确定针对动力学模型的平坦输出的最高阶时间导数zn*(t)的不受限制的期望信号，所述最高阶时间导数通过限制器144来限制并且通过积分器链146来积分，由此产生轨迹z*和z*(1)、...、z*(n)及其n个时间导数，以便提供横向偏移轨迹点的时间序列作为针对移动平台150的基于平坦性的逆动力学模型的输入变量。在此，所述输入变量既被反馈到限制器144中，又被反馈到状态变量滤波器142的动力学中，用于接下来的计算步骤。在线轨迹规划140的输出信号被提供给基于平坦性的逆动力学模型150，例如用于计算前馈控制
Figure BDA0004178286600000161
在此，在这种方法中，根据边界函数4.25、4.26、4.27和4.28，动力学地限制系统变量，也就是说以时间变化的方式来限制滤波器的动力学。
图3示意性地草绘了借助第一饱和滤波器144b和串联在后面的第二饱和滤波器144d对状态变量和/或被控变量的限制进行按优先序排列的数据流，其中第一饱和滤波器144b可以限制状态变量、如例如偏航率，并且在信息流方向上布置在第一饱和滤波器144b之后的第二饱和滤波器144d可以限制被控变量、如例如转向角速度，以便才借助第一饱和滤波器144b和/或借助第二饱和滤波器144d来限制输入变量、即z的五阶导数。在此，给偏航率限制144a既提供动力学模型的平坦输出的轨迹变化过程z*(t)，又提供偏航率的限制，以及提供其时间导数或方程4.18的滤波器状态。给转向角速度限制144c既提供动力学模型的平坦输出的轨迹变化过程z*(t)，又提供转向角速度的限制，以及提供其时间导数。
因此，亦即可以通过两个限制器的级联顺序来实现限制的按优先序排列。
图4示出了曲线图400，在该曲线图400中，利用曲线450相对于时间t绘制平坦输出z的轨迹变化过程的五阶导数。在此，对五阶导数的限制通过经过状态变量410的限制的曲线变化过程和通过经过被控变量420的限制的曲线变化过程来草绘。在此可看出，通过最大利用状态变量410，五阶导数被规定在被控变量420的上限与下限之内。
图5a用曲线图500a草绘了转向角510的被控变量随时间的示例性变化过程。
而且图5b用曲线图500b草绘了具有上限和下限525的转向角速率520的相对应的变化过程。
在图6a中，利用这种方法生成的横向偏移轨迹620与不同地生成的横向偏移轨迹610在曲线图600a中进行比较，其中后者已根据现有技术来生成，而没有最大化地使用状态限制来确定轨迹。
错误！不能找到参阅源。在此，移动平台的横向偏移y在曲线图600a中被绘制在相同的路段x之内，并且可以看到，利用新方法可以实现将横向偏移增大约20％。
利用图6b的曲线图600b(在该曲线图600b中，关于时间t既绘制针对这里描述的方法的偏航率640，又绘制根据现有技术的偏航率630)解释清楚了，通过在轨迹的时间范围之内最大化地利用最大可能的偏航率，根据所描述的方法可以实现轨迹的经过改进的变化过程。
图7草绘了在仿真具有横向偏移轨迹的避让功能的情况下的交通场景，所述交通场景通过行车道上的人来触发。

Claims (15)

1.用于生成用于至少部分自动化移动平台的横向偏移轨迹的方法，其具有步骤：
提供(S 1)目标横向偏移(110)；
使所述移动平台的所提供的动力学模型反演；
提供(S4)所述动力学模型的系统变量(120)的至少一个限制，以确定所述横向偏移轨迹；
基于所述系统变量(120)的至少一个限制，利用状态变量滤波器(140，142)，并且利用所述目标横向偏移(110，130)作为输入信号，针对所反演的动力学模型(150)确定横向偏移轨迹点的时间序列；
其中以分析方式确定所述横向偏移轨迹的时间序列的每个点；和
借助所述所反演的动力学模型(150)，并且借助所述横向偏移轨迹点的时间序列作为针对所述所反演的动力学模型(150)(S5)的输入信号，确定(S6)针对所述移动平台的至少一个被控变量(160)的值的时间序列，以生成所述横向偏移轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述状态变量滤波器(140，142)具有预先给定的目标动力学，并且尤其是所述预先给定的目标动力学利用所述移动平台的扩展单轨模型来表征。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述移动平台的所述动力学模型被变换到平坦坐标中；并且尤其是所述状态变量滤波器的系统和所述动力学模型的系统具有相同的系统阶次。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助微分方程的数值解，以分析方式确定所述横向偏移轨迹的时间序列的相应点。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助所述状态变量滤波器(142)的至少一个系统变量的多面体状态限制，限制基于平坦性的动力学模型(150)的至少一个系统变量。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述动力学模型的系统变量的至少一个限制涉及所述动力学模型的被控变量(120，144b，144d)的至少一个限制和/或状态变量(120，144b，144d)的至少一个限制。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，根据进行按优先级排序的顺序，基于所述动力学模型的被控变量(120，144b，144d)的限制，和/或基于所述动力学模型的状态变量(120，144b，144d)的限制，限制所述状态变量滤波器(142)。
8.根据权利要求6或者7所述的方法，其中，所述动力学模型的至少一个受到限制的被控变量(120，144b，144d)是至少一个致动器的被控变量和/或所述被控变量的梯度和/或所述被控变量的加速度，所述至少一个致动器影响所述移动平台的横向动力学。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述至少一个致动器控制转向角和/或至少一个制动压力和/或至少一个车轮减震器。
10.根据权利要求6至9所述的方法，其中，所述动力学模型的所述状态变量(120，144b，144d)的至少一个限制是所述移动平台的侧滑角和/或偏航角和/或偏航率和/或横向加速度和/或转向角和/或横向偏移。
11.方法，其中，基于至少一个被控变量(160)的值的时间序列，提供用于操控至少部分自动化车辆的控制信号；和/或，基于所述至少一个被控变量(160)的值的时间序列，提供用于警告车辆乘员的警告信号。
12.根据权利要求1至10所述的方法用于避免道路交通中的事故的应用。
13.控制设备，其设立为，执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
14.计算机程序，其包括指令，在通过计算机执行所述计算机程序时，所述指令促使所述计算机，执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
15.机器可读的存储介质，其上存储有根据权利要求14所述的计算机程序。
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