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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Routenvorausberechnungseinrichtung, welche ein Beobachtungsmittel einsetzt, welches aus Sensoren besteht, beispielsweise ein Radar und GPS, die Position von einem interessierenden bewegten Objekt, beispielsweise einem Flugzeug, Schiff und Kraftfahrzeug, beobachtet, und eine Route zum Verhindern einer Kollision des interessierenden Objekts mit einer Vielzahl von Umgebungsobjekten in der Nähe des interessierenden Objekts vorausberechnet.
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Hintergrund zum Stand der Technik
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In jüngster Zeit ist eine Technik zum Vorausberechnen einer sicheren Route zum Vermeiden einer Kollision zwischen bewegten Körpern in verschiedenen Bereichen gefordert, beispielsweise in Fahrunterstützungssystemen von einer Fahrzeugsteuerung und in der Flugsicherung.
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Zum Beispiel wurde für ein Fahrunterstützungssystem von einem Kraftfahrzeug eine Technik entwickelt, welche eine Kollision verhindert, indem die Position von einem Hindernis, beispielsweise einem Fahrzeug und einem stationären Objekt im Umkreis von einem eigenen Fahrzeug, mit Sensoren, zum Beispiel einem im eigenen Fahrzeug installierten Millimeterwellenradar oder Laserradar, akquiriert wird, indem über eine Kollisionsgefahr basierend auf der relativen Entfernung und der relativen Geschwindigkeit zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem Hindernis entschieden wird, und das eigene Fahrzeug anschließend gesteuert wird. Zudem wurde als eine höhere Technik eine automatische Fahrtechnik entwickelt, welche eine Umgebung mit Sensoren erkennt und Operationen, beispielsweise Lenken und Bremsen, automatisch ohne das Bedienen durch einen Benutzer durchführt, und ein Ziel erreicht wird.
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Als eine herkömmliche Technik hinsichtlich einer solchen Routenvorausberechnung erzeugt eine in Patentdokument 1 offenbarte Einrichtung zum Beispiel im Voraus eine Vielzahl von Vorausberechnungsstrecken für ein Fahrzeug und berechnet zeitliche und räumliche Vorhandenseinswahrscheinlichkeiten von Vorausberechnungsrouten aus den erzeugten Vorausberechnungsstrecken. Zudem berechnet eine in Patentdokument 2 offenbarte Fahrunterstützungseinrichtung eine Gefahrenpotentialkarte von einem eigenen Fahrzeug in Bezug auf andere Fahrzeuge und ermöglicht das Steuern des Gaspedals, der Bremsen und dergleichen auf Grundlage der Gefahr.
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Andererseits wird bei der Flugsicherung berücksichtigt, eine vierdimensionale Trajektorie (4DT) anzunehmen, umfassend die dreidimensionale Position und Zeit bei der Navigation anstelle von der herkömmlichen Navigation basierend auf der dreidimensionalen Position. Die 4DT entspricht einer Vorausberechnungsroute und es wird eine Verbesserung der Flugsicherheit erwartet, da es durch das 4DT-Management ermöglicht ist, ein Luftverkehrsaufkommen und eine Luftraumkapazität zu schätzen. Als eine Technik für eine solche Routenvorausberechnung werden in Patentdokument 3 zum Beispiel künftige Positionen aus der aktuellen Geschwindigkeit und Fahrtrichtung zu einem Ziel unter der Annahme von eine linearen gleichmäßigen Geschwindigkeit berechnet.
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Zudem wird in einem in Patentdokument 4 offenbarten System zum Beispiel ein optimales Routensuchverfahren basierend auf einem A*-Algorithmus als ein Vorausberechnungsverfahren der künftigen Positionen eingesetzt. Der Algorithmus bestimmt Knoten von einem Startpunkt zu einem Ziel (oder über einen Punkt) in einem bewegten Raum, in welchem ein Routenkandidat in ein Netz unterteilt ist, welches einen Einfahrtsverbotsbereich (Hindernis) enthält.
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Dokumente aus dem Stand der Technik
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-233646 .
- Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-148747 .
- Patentdokument 3: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H11-120500 .
- Patentdokument 4: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-251729 .
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Offenbarung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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In der in Patentdokument 1 beschriebenen herkömmlichen Einrichtung sind allerdings viele Vorausberechnungstrecken zum Berechnen der Vorhandenseinswahrscheinlichkeiten zu erzeugen, wodurch sich das Problem ergibt, dass die Rechenlast zunimmt. Zudem richtet sich die in Patentdokument 2 beschriebene Einrichtung nicht eindeutig auf ein Gefahrberechnungsverfahren, und bezieht sich auf ein Berechnungsverfahren in Abhängigkeit von Parametern, wodurch sich das Problem ergibt, dass die Gefahr nicht genau beurteilt werden kann. Zudem birgt die in Patentdokument 3 beschriebene herkömmliche Technik das Problem von einer Verschlechterung der geschätzten Genauigkeit der künftigen Positionen, wenn ein Ziel seine Route verändert, um ein Hindernis, beispielsweise Gewitterwolken, zu vermeiden. Weiterhin birgt ein in Patentdokument 4 beschriebenes System mittels des A*-Algorithmus das Problem, dass die Bewegung von einem bewegten Körper nicht berücksichtigt wird, da eine Route durch Gitterpunkte bestimmt wird. Um eine natürliche Route zu erhalten ist es notwendig, die Entfernung zwischen den Gitterpunkten zu verkürzen, wodurch sich das Problem ergibt, dass Verarbeitungszeit geopfert werden muss.
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Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der vorgenannten Probleme konzipiert. Aus diesem Grund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Routenvorausberechnungseinrichtung bereitzustellen, welche in der Lage ist, die Rechenlast zum Zeitpunkt des Berechnens von einer Vorausberechnungsroute mit einer geringen Kollisionsgefahr zu reduzieren.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Eine Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Sensor, um eine Position von einem interessierenden Objekt und eine Position von einem Umgebungsobjekt in der Nähe des interessierenden Objekts zu beobachten; einen Tracking-Prozessor, um ein Tracking-Verarbeiten basierend auf einer Position von einem interessierenden Objekt und einer Position von einem Umgebungsobjekt durchzuführen, und eine geschätzte Position und eine geschätzte Geschwindigkeit des interessierenden Objekts und des Umgebungsobjekts zu berechnen; einen Kollisionsobjektdetektor, um als ein Zielobjekt ein Umgebungsobjekt zu detektieren, welches basierend auf der geschätzten Position und der geschätzten Geschwindigkeit eine Möglichkeit aufweist, mit dem interessierenden Objekt zu kollidieren; eine Routenvorausberechnungseinheit, um eine Route des interessierenden Objekts in Bezug auf das Zielobjekt in Entsprechung mit Kollisionsvermeidungsmodellen zu schätzen; einen Kollisionsgefahrschätzer, um Kollisionsgefahren zwischen dem interessierenden Objekt und dem Zielobjekt in Übereinstimmung mit den Kollisionsvermeidungsmodellen zu berechnen; eine Kollisionsentscheidungseinheit, um basierend auf den Kollisionsgefahren über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Kollision zu entscheiden, und wenn bestimmt wird, dass es zu einer Kollision kommt, an die Routenvorausberechnungseinheit einen Kollisionsvermeidungsmodell-Korrekturwert zurückzuliefern; und einen Vermeidungsroutenauswähler, um aus der Vielzahl von Kollisionsvermeidungsmodellen, in welchen das Nichtvorhandensein der Kollision durch die Kollisionsentscheidungseinheit entschieden ist, irgendeins auszuwählen und eine Route des Kollisionsvermeidungsmodells als eine Route zum Vermeiden einer Kollision zwischen den Objekten auszuwählen, wobei die Routenvorausberechnungseinheit eine neue Routenvorausberechnung mittels des Kollisionsvermeidungsmodell-Korrekturwerts durchführt.
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Vorteile der vorliegenden Erfindung
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Die Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schätzt die Route des interessierenden Objekts in Bezug auf das Zielobjekt in Entsprechung mit den Kollisionsvermeidungsmodellen, berechnet die Kollisionsgefahren zwischen dem interessierenden Objekt und dem Zielobjekt in Übereinstimmung mit den Kollisionsvermeidungsmodellen, entscheidet über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Kollision aus den Kollisionsgefahren, und wählt die Route von einem von den Kollisionsvermeidungsmodellen, welches aus der Vielzahl von Kollisionsvermeidungsmodellen ausgewählt ist, von welchen bestimmt ist, dass erwartet werden kann, dass keine Kollision verursacht wird, als die Route zum Vermeiden der Kollision zwischen den Objekten aus. Somit kann die Rechenlast zu dem Zeitpunkt reduziert werden, wenn die Vorausberechnungsroute mit einer geringen Kollisionsgefahr berechnet wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Blockdiagramm zum Darstellen einer Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Kollisionsgefahr der Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Falls, in welchem eine Kollisionsgefahr in der Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung hoch ist;
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4 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Falls, in welchem eine Kollisionsgefahr in der Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung gering ist;
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5 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Kollisionsgefahrberechnungsziels zum Zeitpunkt einer Lenkvermeidung in der Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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6 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen der Operationen der Verarbeitungseinheiten von einer Routenvorausberechnungseinheit bis zu einer Kollisionsentscheidungseinheit in der Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Beste Ausführungsform der Erfindung
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Die beste Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, um die vorliegende Erfindung detaillierter zu beschreiben.
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Ausführungsform 1
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1 ist ein Blockdiagramm zum Darstellen einer Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 1 dargestellt, umfasst die Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Sensoreinheit 1, eine Tracking-Verarbeitungseinheit 2, einen Kollisionsobjektdetektor 3, eine Routenvorausberechnungseinheit 4, eine Kollisionsgefahrschätzeinheit 5, eine Kollisionsentscheidungseinheit 6 und einen Kollisionsvermeidungsroutenauswähler 7.
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Die Sensoreinheit 1, welche eine Verarbeitungseinheit zum Beobachten der relativen Position zwischen einem interessierenden Objekt und einem Umgebungsobjekt in der Nähe des interessierenden Objekts ist, umfasst einen Sensor, beispielsweise ein Millimeterwellenradar, ein Laserradar, eine optische Kamera oder eine Infrarotkamera; und eine Kommunikationseinheit zum Empfangen einer GPS-Position von einem umgebenden Fahrzeug und Fußgänger. Die Tracking-Verarbeitungseinheit 2 ist eine Verarbeitungseinheit, welche ein Tracking-Verarbeiten basierend auf einer durch die Sensoreinheit 1 beobachteten relativen Position ausführt, und die geschätzten Positionen des interessierenden Objekts und des Umgebungsobjekts, deren geschätzte Geschwindigkeiten, Schätzfehler der geschätzten Positionen und Schätzfehler der geschätzten Geschwindigkeiten berechnet. Der Kollisionsobjektdetektor 3 ist eine Verarbeitungseinheit, welche ein Umgebungsobjekt, welches eine Möglichkeit von einer Kollision mit dem interessierenden Objekt aufweist, aus den geschätzten Positionen und geschätzten Geschwindigkeiten als ein Zielobjekt detektiert. Die Routenvorausberechnungseinheit 4 ist eine Verarbeitungseinheit, welche Vorausberechnungspositionen bis zu N Schritte voraus dem interessierenden Objekt in Bezug auf das Zielobjekt in jedem von den M-Kollisionsvermeidungsmodellen berechnet (hier sind M und N beliebige ganze Zahlen). Die Kollisionsgefahrschätzeinheit 5 ist eine Verarbeitungseinheit, welche aus den geschätzten Positionen und Schätzfehlern, welche durch die Tracking-Verarbeitungseinheit 2 berechnet werden, eine Kollisionsgefahr für jedes Kollisionsvermeidungsmodell berechnet. Die Kollisionsentscheidungseinheit 6 ist eine Verarbeitungseinheit, welche aus den Kollisionsergebnissen, welche durch die Kollisionsgefahrschätzeinheit 5 berechnet werden, über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Kollision entscheidet, und wenn entschieden wird, dass es zu einer Kollision kommt, an die Routenvorausberechnungseinheit 4 einen Kollisionsvermeidungsmodell-Korrekturwert zurückliefert, und wenn entschieden wird, dass es nicht zu einer Kollision kommt, das Kollisionsvermeidungsmodell an den Kollisionsvermeidungsroutenauswähler 7 zurückliefert. Der Kollisionsvermeidungsroutenauswähler 7 ist eine Verarbeitungseinheit, welche ein Kollisionsvermeidungsmodell aus den Kollisionsvermeidungsmodellen auswählt, welche von der Kollisionsentscheidungseinheit 6 in Entsprechung mit einer vorgegebenen Entscheidungsreferenz ausgegeben werden, und über eine Vorausberechnungsroute zur Kollisionsvermeidung entscheidet.
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Im Übrigen ist die Routenvorausberechnungseinrichtung mittels eines Computers eingerichtet, und die Tracking-Verarbeitungseinheit 2 bis zu dem Kollisionsvermeidungsroutenauswähler 7 sind durch Ausführen einer Software entsprechend den Funktionen der einzelnen Verarbeitungseinheiten durch die CPU implementiert. Alternativ kann zumindest einer unter der vorstehenden Sensoreinheit 1 bis zu dem Kollisionsvermeidungsroutenauswähler 7 mittels einer dedizierten Hardware eingerichtet sein.
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Nachfolgend wird die Funktion der Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 erläutert.
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Die Sensoreinheit 1 misst die Positionen und Geschwindigkeiten der umgebenden Fahrzeuge und Fußgänger. Entsprechend den Positionen und Geschwindigkeiten berechnet die Tracking-Verarbeitungseinheit 2 über das Tracking-Verarbeiten Positionsschätzwerte, Geschwindigkeitsschätzwerte und eine Schätzfehler-Kovarianzmatrix der Positionen und Geschwindigkeiten.
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Der Kollisionsobjektdetektor
3 detektiert ein umgebenden Fahrzeug mit einer Möglichkeit zum Verursachen einer Kollision mit dem eigenen Fahrzeug. Zum Beispiel kann die Detektion in Entsprechung mit dem Konzept der TTC (Time-To-Collision = Zeit-zu-Kollision) erfolgen. Die TTC ist durch die Gleichung (1) definiert, und wenn die TTC nicht größer ist als ein Schwellenwert, wird das Fahrzeug als ein Fahrzeug detektiert, welches eine Möglichkeit aufweist, eine Kollision zu verursachen. Weiterhin ist das detektierte umgebende Fahrzeug i als ein Zielfahrzeug definiert.
- geschätzte Position in Längsrichtung von einem umgebenden Fahrzeug i zur Erfassungszeit k.
- geschätzte Geschwindigkeit in Längsrichtung des umgebenden Fahrzeugs i zur Erfassungszeit k.
- Position in Längsrichtung des eigenen Fahrzeugs zur Erfassungszeit k.
- Geschwindigkeit in Längsrichtung des eigenen Fahrzeugs zur Erfassungszeit k.
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Alternativ ist es als ein anderes Verfahren des Kollisionsobjektdetektors
3 auch möglich, eine bestimmte Region in der Umgebung des eigenen Fahrzeugs einzustellen, um ein Fahrzeug zu detektieren, von dessen Vorausberechnungspositionen
1, welche N Schritte voraus liegen, erwartet wird, dass diese in die bestimmte Region eintreten, und das Fahrzeug als ein Zielfahrzeug berücksichtigt wird. Hier werden die N-Vorausberechnungspositionen bis zu N Schritte voraus durch die Gleichung (2) berechnet.
- x ^ (i) / s,k : geschätzter Zustandsvektor des umgebenden Fahrzeugs i zur Erfassungszeit k.
- x ^ (i) / p,k+N : Vorausberechnungszustandsvektor bei N Schritten voraus dem umgebenden Fahrzeug i zur Erfassungszeit k.
- x ^ (i) / s,k : geschätzte Position in seitlicher Richtung des umgebenden Fahrzeugs i zur Erfassungszeit k.
- geschätzte Geschwindigkeit in seitlicher Richtung des umgebenden Fahrzeugs i zur Erfassungszeit k.
- x ^ (i) / p,k+N : Vorausberechnungsposition N Schritte voraus in seitlicher Richtung des Umgebungsahrzeugs i zur Erfassungszeit k.
- Vorausberechnungsgeschwindigkeit bei N Schritten voraus in seitlicher Richtung des umgebenden Fahrzeugs i zur Erfassungszeit k.
- y ^ (i) / p,k+N : Vorausberechnungsposition bei N Schritten voraus in Längsrichtung des umgebenden Fahrzeugs i zur Erfassungszeit k.
- Vorausberechnungsgeschwindigkeit bei N Schritten voraus in Längsrichtung des umgebenden Fahrzeugs i zur Erfassungszeit k.
- ΔT: Schrittweite.
- IL×L: L×L-Einheitsmatrix.
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Für das durch den Kollisionsobjektdetektor 3 detektierte Zielfahrzeug tgti berechnet die Routenvorausberechnungseinheit 4 Vorausberechnungspositionen bis zu N Schritte voraus für jedes von den M-Kollisionsvermeidungsmodellen.
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Hier ist es für die Kollisionsvermeidungsmodelle zum Beispiel möglich, ein Bremsvermeidungsmodell, ein Linkslenkvermeidungsmodell und ein Rechtslenkvermeidungsmodell zu definieren. Das Bremsvermeidungsmodell ist ein Modell, welches eine Kollision durch Bremsen verhindert, während die Fahrspur gehalten wird, und das Links/Rechtslenkvermeidungsmodell ist ein Modell, welches ein Kollision verhindert, indem die Fahrspur nach links/rechts gewechselt wird, indem ein Lenkbetrag eingegeben wird. Es wird ferner für die Modelle angenommen, dass der Bremsbetrag oder Lenkbetrag so eingestellt ist, dass ein vorgegebener Grenzwert nicht überschritten wird. Insbesondere wenn die Kollisionsentscheidungseinheit 6, welche später erläutert wird, entscheidet, dass die Kollisionsvermeidung unmöglich ist, obwohl ein Korrekturwert des Bremsbetrages oder Lenkbetrages an die Routenvorausberechnungseinheit 4 zurückgeliefert wird, wird eine Operation ausgeführt, welche verhindert, dass der Bremsbetrag oder Lenkbetrag den vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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Zudem muss die Routenvorausberechnungseinheit 4 einen Anfangswert des Bremsbetrages oder Lenkbetrages des Kollisionsvermeidungsmodells einstellen. Für den Anfangswert kann diese einen Wert einstellen, welcher zum Zeitpunkt der Brems- oder Lenkvermeidung eingestellt wird. Alternativ kann diese einen Bremsbetrag oder Lenkbetrag, welcher für einen Fahrer nicht unangenehm ist, mittels eines Lernalgorithmus einstellen.
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Ohne auf die vorstehenden Modelle beschränkt zu sein, kann die Routenvorausberechnungseinheit 4 des Weiteren mit einem Kollisionsvermeidungsmodell in Entsprechung mit verschiedenen Szenarien bereitgestellt sein. Zudem kann, wenn die Anzahl der Fahrspuren und eine Fahrspur, auf welcher sich das eigene Fahrzeug bewegt, aus den Kartendaten und der GPS-Position bekannt sind, die Anzahl der Kollisionsvermeidungsmodelle reduziert werden, indem ein nicht notwendiges Kollisionsvermeidungsmodell verworfen wird. Wenn zum Beispiel die Anzahl der Fahrspuren zwei beträgt und sich das eigene Fahrzeug auf der linken Fahrspur bewegt, ist die Linkslenkvermeidung unmöglich und die Routenvorausberechnungseinheit 4 verwirft somit das Linkslenkvermeidungsmodell und berechnet die verbleibenden Kollisionsvermeidungsmodelle. Zu einem Zeitpunkt, wenn die Anzahl der Fahrspuren von zwei auf drei zunimmt, kann weiterhin zum Beispiel ein Kollisionsvermeidungsmodell zum Wechseln der Fahrspur zu der zusätzlichen Fahrspur hinzugefügt werden. Auf diese Weise kann ein Kollisionsvermeidungsmodell den Kartendaten entsprechend leicht hinzugefügt oder entfernt werden. Die Verwendung eines Laserradars oder einer Kamera anstelle von den Kartendaten ermöglicht das Erkennen einer externen Umgebung, und diese können anstelle von der Karte verwendet werden.
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Ein Berechnungsverfahren für die Vorausberechnungspositionen basierend auf den Kollisionsvermeidungsmodellen wird nachfolgend erläutert. Der Bremsbeschleunigung a
b des Bremsvermeidungsmodells entsprechend berechnet die Routenvorausberechnungseinheit
4 eine Vorausberechnungsroute (Vorausberechnungspositionen bis N Schritte voraus) durch Gleichung (6).
x (ego)k = [x (ego) / k y (ego) / k ẋ (ego) / k ẏ (ego) / k]T (7) ab Beschleunigung zum Bremsen.
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Hierdurch kann die Vorausberechnungsroute für das Links/Rechtslenkvermeidungsmodell in der gleichen Weise berechnet werden. Hier, da die Vorausberechnungsposition des Fahrzeugs in Bezug auf das Lenken in Abhängigkeit von Fahrzeugparametern, beispielsweise Fahrzeuggewicht, Schwerpunkt der Karosserie und Trägheitsmoment, differiert, stellt die Routenvorausberechnungseinheit 4 die Fahrzeugparameter im Voraus ein, wenn diese bekannt sind, und berechnet die Vorausberechnungsposition. Wenn die Fahrzeugparameter nicht bekannt sind, können zudem Parameter verwendet werden, welche durch einen öffentlich bekannten Lernalgorithmus geschätzt werden.
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Die Kollisionsgefahrschätzeinheit 5 berechnet eine Kollisionsgefahr aus einer Schätzfehler-Kovarianzmatrix der Positionen, welche aus der Tracking-Verarbeitungseinheit 2 ausgegeben wird, und aus dem Positions- und Geschwindigkeitsschätzwert.
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Wie in Gleichung (9) dargestellt, berechnet die Kollisionsgefahrschätzeinheit 5 die Differenz zwischen der Vorausberechnungsposition bei n Schritten voraus des eigenen Fahrzeugs zu einer Erfassungszeit k und die Vorausberechnungsposition bei n (n = 1, ..., N) Schritten voraus des Zielfahrzeugs tgti, und berechnet den Wert, welcher durch Normalisierung der Differenz durch die Schätzfehler-Kovarianzmatrix erhalten wird, d. h. berechnet den Quadratwert εk + n der Mahalanobis-Distanz. εk+n = Δx ^k+n TP (tgti) / p,k+n–1Δx ^k+n (9) Δx ^k+n = [x ^ (tgti) / p,k+n – x ^ (ego) / p,k+n ẏ (tgti) / p,k+n – ẏ (ego) / p,k+n]T (10) P (tgti) / p,k+n = ΦnP (tgti) / s,kΦn T (11)
- P (tgti) / s,k : Glättungsfehler-Kovarianzmatrix des Umgebungsahrzeugs tgti zur Erfassungszeit k.
- P (tgti) / p,k+n : Vorausberechnungsfehler-Kovarianzmatrix bei N Schritten voraus des Umgebungsahrzeugs tgti zur Erfassungszeit k.
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Hier ist bekannt, dass dann, wenn zwei Variablen, eine seitliche Position x und eine Längsposition y, eine Normalverteilung aufweisen, die Wahrscheinlichkeitsverteilung des Quadratwertes ε k + n der Mahalanobis-Distanz eine Chi-Quadrat-Verteilung mit 2 Freiheitsgraden zeigt. Mittels dieser Charakteristik definiert die Kollisionsgefahrschätzeinheit 5 eine Kollisionsgefahr als eine obere Wahrscheinlichkeit der Chi-Quadrat-Verteilung, wie in 2 dargestellt ist (schattierte Fläche 100 in 2).
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Zum intuitiven Verständnis der Kollisionsgefahr werden Beziehungen zwischen den relativen Positionen des eigenen Fahrzeugs (Ziel 2) und dem Zielfahrzeug (Ziel 2) und die Kollisionsgefahren erläutert. Zum Beispiel in einem Szenario, in welchem das Ziel 1 mit dem Ziel 2 kollidiert, wie in 3 dargestellt (die Position des Ziels 1 ist gleich der Position des Ziels 2), nähert sich einem Ziel eine schattierte Fläche 101 gemäß 3. Mit anderen Worten wird die Kollisionsgefahr mit 1 (oder 100%) berechnet. Dahingegen, in einem Szenario, in welchem die Entfernung zwischen Ziel 1 und Ziel 2 unendlich weit entfernt ist, wie in 4 dargestellt, nähert sich die schattierte Fläche 0 gemäß 4. Mit anderen Worten wird die Kollisionsgefahr mit 0 (0%) berechnet. Dementsprechend wird intuitiv erkannt, dass die obere Wahrscheinlichkeit der Chi-Quadrat-Verteilung ein Wert entsprechend der Kollisionsgefahr ist. Zudem, da eine Tabelle im Voraus berechnet werden kann, welche die Übereinstimmung zwischen dem Quadratwert ε k + n der Mahalanobis-Distanz und die obere Wahrscheinlichkeit der Chi-Quadrat-Verteilung zeigt, ermöglicht das Führen der Tabelle, dass die Kollisionsgefahrschätzeinheit 5 die Kollisionsgefahr entsprechend dem Quadratwert der Mahalanobis-Distanz ohne jegliche Berechnung auslesen kann.
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Obwohl bisher ein Verfahren zum Berechnen der Kollisionsgefahren aus der relativen Position zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem umgebenden Fahrzeug erläutert wurde, wird nachfolgend ein Kollisionsgefahrberechnungsverfahren erläutert, welches die absoluten Positionen des Ziels 1 und 2 verwendet. Es ist zum Beispiel für das Fahrunterstützungssystem des Fahrzeugs denkbar, absolute Werte, beispielsweise die GPS-Positionen des eigenen Fahrzeugs und eines umgebenden Fahrzeugs, über eine Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation zu akquirieren. Zudem ist es im Bereich der Flugsicherung denkbar, dass die durch ein Radar oder GPS-Positionen bobachteten Positionen für eine Vielzahl von Flugzeugen erhalten werden, um für die Flugsicherung eingesetzt zu werden. In diesem Fall, da die einzelnen Zielpositionen Positionsfehler enthalten, berechnet die Kollisionsgefahrschätzeinheit 5 Beurteilungswerte der Kollisionsgefahren durch die folgenden Gleichungen (12) und (13) und liest die Kollisionsgefahren entsprechend den Beurteilungswerten aus. εk+n = Δx ^k+n T(P (1) / p,k+n + P (2) / p,k+n)–1Δx ^k+n (12) Δx ^k+n = [x ^ (1) / p,k+n – x ^ (2) / p,k+n y ^ (1) / p,k+n – y ^ (2) / p,k+n]T (13)
- P (tgti) / s,k : Glättungsfehler-Kovarianzmatrix des Ziels tgti zur Erfassungszeit k.
- P (tgti) / p,k+n : Vorausberechnungsfehler-Kovarianzmatrix bei N Schritten voraus des Ziels tgti zur Erfassungszeit k.
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Um die Kollisionsgefahren hier aus einer Überschneidung zwischen den Fehlerverteilungen der Ziele zu berechnen, obwohl komplizierte numerische Berechnungen basierend auf den Fehlerverteilungen wesentlich sind, können in der vorliegenden Erfindung die Kollisionsgefahren ohne die komplizierten numerischen Berechnungen berechnet werden.
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Zudem kann die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Quadratwerte ε k + n der Mahalanobis-Distanzen durch eine weitere Wahrscheinlichkeitsverteilung (beispielsweise eine Normalverteilung) approximiert werden.
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Die Kollisionsentscheidungseinheit 6 entscheidet über eine Kollision aus der Kollisionsgefahr, welche die Kollisionsgefahrschätzeinheit 5 berechnet, und wenn eine Kollision erwartet wird, gibt diese den Vorausberechnungsrouten-Korrekturwert an die Routenvorausberechnungseinheit 4 aus, um die Vorausberechnungsroute erneut zu korrigieren. Sofern die Kollision erwartet wird, gibt diese die Vorausberechnungsroute und die Kollisionsgefahr an den Kollisionsvermeidungsroutenauswähler 7 aus.
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Hinsichtlich der Kollisionsentscheidung entscheidet die Kollisionsentscheidungseinheit 4, dass es zu einer Kollision kommt, wenn der Minimalwert der Wahrscheinlichkeitsvariablen ε k + n (n = 1, ..., N) nicht größer ist als der Schwellenwert εth. Unter der Annahme, dass der Schwellenwert εth eine Chi-Quadrat-Verteilungstabelle mit dem Freiheitsgrad m einsetzt, kann die Kollisionsentscheidungseinheit 6 leicht entscheiden, ob es zu einer Kollision kommt oder nicht, indem der Kollisionsschwellenwert εth entsprechend den Kollisionsgefahren, wie vorstehend hinsichtlich der Kollisionsgefahrschätzeinheit 5 erläutert, im Voraus eingestellt wird.
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Zudem ist es in dem Fall von der in 5 gezeigten Lenkvermeidung denkbar, dass sich bereits andere umgebende Fahrzeuge auf der Fahrspur bewegen, auf welche das eigene Fahrzeug 200 durch die Lenkvermeidung wechselt. Somit berechnet die Kollisionsentscheidungseinheit 6 die Kollisionsgefahren hinsichtlich des nächsten vorausfahrenden Fahrzeugs 201 und des nächsten nachfahrenden Fahrzeug 202 auf der dem Fahrspurwechsel folgenden Fahrspur. Zudem wählt die Kollisionsentscheidungseinheit 6 den Maximalwert aus den Kollisionsgefahren des Zielfahrzeugs 203, des nächsten vorausfahrenden Fahrzeugs 201 und des nächsten nachfahrenden Fahrzeugs 202 aus und trifft die Kollisionsentscheidung. Im Übrigen geben mit unterbrochenen Linien in 5 umkreiste Bereiche einen Vorausberechnungsfehler an.
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Zudem liefert die Kollisionsentscheidungseinheit 6 den Korrekturwert der Vorausberechnungsroute zurück an die Routenvorausberechnungseinheit 4. Somit berechnet die Routenvorausberechnungseinheit 4 und die Kollisionsgefahrschätzeinheit 5 erneut die Vorausberechnungsroute und die Kollisionsgefahr. Diese wiederholen die Verfahren über den Schwellenwert εth hinaus.
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Ein Verarbeitungsablauf von der Routenvorausberechnungseinheit 4 zu der Kollisionsentscheidungseinheit 6 ist in 6 dargestellt. Insbesondere werden für jedes Zielfahrzeug und für alle Modelle N-Schritt Routenvorausberechnungen (Schritt ST1) und N-Schritt-Kollisionsgefahrbeurteilungen (Schritt ST2) ausgeführt, welchen die Kollisionsentscheidung folgt (Schritte ST3 und ST4). Zudem, wenn das Entscheidungsergebnis nicht größer ist als der Kollisionsschwellenwert in Schritt ST4, wird die Modellschleife ausgeführt, bis der Kollisionsschwellenwert überschritten wird. Im Übrigen ist es auch möglich, die Berechnung des Kollisionsvermeidungsmodells zu beenden, wenn die Modellschleife eine vorherbestimmte Anzahl von Malen erreicht.
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Der Kollisionsvermeidungsroutenauswähler 7 bestimmt eine Vorausberechnungsroute zum Vermeiden von einer Kollision aus den Vorausberechnungsrouten basierend auf den einzelnen Kollisionsvermeidungsmodellen, welche von der Routenvorausberechnungseinheit 4 für die Kollisionsentscheidungseinheit 6 berechnet wurden.
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Für die N-Vorausberechnungspositionen basierend auf den einzelnen Kollisionsvermeidungsmodellen vergleicht der Kollisionsvermeidungsroutenauswähler 7 die Maximalwerte der Kollisionsgefahren, berücksichtigt das Kollisionsvermeidungsmodell mit dem Minimalwert als die sicherste Vermeidungsroute und gibt diese als die Vorausberechnungsroute zum Vermeiden der Kollision aus. Im Übrigen ist auch eine Konfiguration möglich, bei welcher ein Kollisionsvermeidungsmodell mit einer Kollisionsgefahr nicht größer als ein Sollwert ist, welcher den Minimalwert enthält.
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Zudem kann der Kollisionsvermeidungsroutenauswähler 7 die Summen der N-Kollisionsgefahren vergleichen, welche den N-Vorausberechnungspositionen zugeordnet sind, und die Route mit dem Minimalwert auswählen. Im Übrigen kann dieser auch die Kollisionsvermeidungsmodelle mit den Kollisionsgefahren nicht größer als der Sollwert, welcher den Minimalwert enthält, auswählen.
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Des Weiteren kann die Route verworfen werden, wenn der Bremsbetrag oder Lenkbetrag einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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Ferner kann in Entsprechung mit den Bedürfnissen von einem Fahrer eine Route, welche die Mindestsumme der Bremsbeträge angibt, oder eine Route ausgewählt werden, welche die Mindestsumme der Lenkvermeidungsbeträge angibt.
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Somit sind in der Ausführungsform 1 die Kollisionsvermeidungsmodelle auf die tatsächlich angenommenen Modelle beschränkt, so dass ein Bedarf an einem Berechnen von unzähligen Routen wie in der herkömmlichen Einrichtung entfällt, wodurch es möglich ist, die Rechenlast zu reduzieren.
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Wie vorstehend erläutert umfasst die Routenvorausberechnungseinheit gemäß der Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 einen Sensor, um eine Position von einem interessierenden Objekt und eine Position von einem Umgebungsobjekt in der Nähe des interessierenden Objekts zu beobachten; Einen Tracking-Prozessor, um ein Tracking-Verarbeiten basierend auf einer Position von einem interessierenden Objekt und einer Position von einem Umgebungsobjekt durchzuführen, und eine geschätzte Position und eine geschätzte Geschwindigkeit des interessierenden Objekts und des Umgebungsobjekts zu berechnen, einen Kollisionsobjektdetektor, um als ein Zielobjekt ein Umgebungsobjekt zu detektieren, welches basierend auf der geschätzten Position und der geschätzten Geschwindigkeit eine Möglichkeit aufweist, mit dem interessierenden Objekt zu kollidieren; eine Routenvorausberechnungseinheit, um eine Route des interessierenden Objekts in Bezug auf das Zielobjekt in Entsprechung mit Kollisionsvermeidungsmodellen zu schätzen, einen Kollisionsgefahrschätzer, um Kollisionsgefahren zwischen dem interessierenden Objekt und dem Zielobjekt in Übereinstimmung mit den Kollisionsvermeidungsmodellen zu berechnen; eine Kollisionsentscheidungseinheit, um basierend auf den Kollisionsgefahren über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Kollision zu entscheiden, und wenn bestimmt wird, dass es zu der Kollision kommt, an die Routenvorausberechnungseinheit einen Kollisionsvermeidungsmodell-Korrekturwert zurückliefert; und einen Vermeidungsroutenauswähler, um aus der Vielzahl von Kollisionsvermeidungsmodellen, in welchen das Nichtvorhandensein der Kollision durch die Kollisionsentscheidungseinheit entschieden ist, irgendeins auszuwählen und eine Route des Kollisionsvermeidungsmodells als eine Route zum Vermeiden einer Kollision zwischen den Objekten auszuwählen, und die Routenvorausberechnungseinheit eine neue Routenvorausberechnung mittels des Kollisionsvermeidungsmodell-Korrekturwerts durchführt. Dementsprechend kann die Routenvorausberechnungseinrichtung die Rechenlast zum Zeitpunkt des Berechnens der Vorausberechnungsroute mit einer geringen Kollisionsgefahr reduzieren.
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Zudem ist die Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 so konfiguriert, dass die Tracking-Verarbeitungseinheit den Schätzfehler der geschätzten Position und den Schätzfehler der geschätzten Geschwindigkeit berechnet; und dass die Kollisionsgefahrschätzeinheit eine Kollisionsgefahr aus dem Wert berechnet, welcher durch Normalisierung der geschätzten Position mit dem Schätzfehler erhalten wird. Dementsprechend kann diese die Kollisionsgefahr ohne komplizierte numerische Berechnungen berechnen.
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Weiterhin kann die Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1, da diese so konfiguriert ist, dass die Kollisionsgefahrschätzeinheit die Kollisionsgefahr aus der Tabelle akquiriert, welche die Übereinstimmung zwischen dem Wert, welcher durch Normalisierung der geschätzten Position mit dem Schätzfehler erhalten wird, und der Kollisionsgefahr zeigt, die Kollisionsgefahr leicht ohne die numerische Berechnung erhalten.
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Zudem ist der Vermeidungsroutenauswähler gemäß der Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 so konfiguriert, dass für den Zeit-Richtung-Endwert der Kollisionsgefahren der Kollisionsvermeidungsmodelle der Vermeidungsroutenauswähler das Kollisionsvermeidungsmodell mit dem Endwert nicht größer als der Sollwert auswählt. Dementsprechend entfällt der Bedarf an einem Berechnen der unzähligen Routen, und es ist dabei ermöglicht, die Rechenlast zu reduzieren.
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Zudem ist der Vermeidungsroutenauswähler gemäß der Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 so konfiguriert, dass der als den repräsentativen Wert den Maximalwert in der Zeitrichtung der Kollisionsgefahren der Kollisionsvermeidungsmodelle annimmt, und das Kollisionsvermeidungsmodell mit dem repräsentativen Wert nicht größer als der Sollwert auswählt. Dementsprechend entfällt der Bedarf an einem Berechnen der unzähligen Routen, und es ist dabei ermöglicht, die Rechenlast zu reduzieren.
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Weiterhin, gemäß der Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1, da die Kollisionsentscheidungseinheit so konfiguriert ist, dass die Kollisionsentscheidung getroffen wird, indem die Kollisionsgefahren mit dem eingestellten Schwellenwert verglichen werden, kann diese leicht entscheiden, ob es zu der Kollision kommt oder nicht.
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Im Übrigen soll verstanden werden, dass Varianten von allen Komponenten der einzelnen Ausführungsformen oder das Weglassen von beliebigen Komponenten der einzelnen Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der vorliegende Erfindung möglich sind.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Wie vorstehend erläutert, betrifft eine Routenvorausberechnungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Routenvorausberechnungseinrichtung, welche die Positionen von bewegten Körpern, beispielsweise Flugzeugen, Schiffen und Fahrzeugen, mit einem Beobachtungsmittel, welches aus einem Sensor besteht, beispielsweise ein Radar oder GPS, beobachtet und eine Route zum Vermeiden einer Kollision eines bewegten Körpers mit einer Vielzahl von diesen umgebenden bewegten Körpern in Entsprechung mit den beobachteten Werten vorausberechnet, und welche geeignet ist für Anwendungen in einem Fahrunterstützungssystem von einem Fahrzeug oder zur Flugsicherung.
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Beschreibung der Bezugszeichen
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- 1 Sensoreinheit; 2 Tracking-Verarbeitungseinheit; 3 Kollisionsobjektdetektor; 4 Routenvorausberechnungseinheit; 5 Kollisionsgefahrschätzeinheit; 6 Kollisionsentscheidungseinheit; 7 Kollisionsvermeidungsroutenauswähler.
