确定避开坑洼的机动车辆轨迹的制作方法

1.本发明涉及一种用于驾驶员辅助功能的用于确定机动车辆的轨迹的方法。本发明进一步地涉及驾驶员辅助系统、机动车辆、用于至少部分自主地控制机动车辆的方法、计算机实现的方法、计算机程序产品、计算机可读数据载体及数据载波信号。


背景技术：

2.由于驾驶员辅助系统或自主驾驶系统的出现，越来越多的控制和车辆指导任务正在从人类驾驶员解除。然而，特别是如果辅助或自主驾驶操作偏离驾驶员的驾驶风格或偏离驾驶员偏好的驾驶操作，则存在通过相关辅助系统或自主系统执行的操作将很少被驾驶员接受的风险。在某种程度上，辅助系统的自主性增加，驾驶员接受度低的风险也增加。这样的示例是车道保持辅助系统，车道保持辅助系统完全接管车辆的横向控制。在车辆正在具有坑洼的道路上行驶的情况下，驾驶员将尽可能地绕过坑洼行驶，即通过转向操作调整车辆的轨迹，使得避开开车穿过坑洼。另一方面，车道保持辅助系统将沿着道路上的中心路径并且因此没有避开坑洼。驾驶风格的这种差异导致上述接受困难。
3.文件us 9 457 807 b2描述一种用于使车辆在车道上自动地居中和/或变换车道的方法。确定参考路径并且基于通过传感器检测到的参考路径的区域内的静态或移动物体来调整参考路径。此外，在弯道区域内，尽可能地减少路径的曲率。通过相应调整的路径和车辆车速来避开车辆前面的障碍物。文件us 10 407 065 b2描述一种用于规划车辆的车速的方法和装置。通过雷达和摄像机，检测机动车辆前面的潜在障碍物并且相应地调整车辆的车速。
4.文件us 2019/0001965 a1描述一种用于车辆控制的方法，其中根据道路表面来调整控制，并且特别是通过传感器检测到的不平坦的道路表面被纳入到考虑之中。文件us 2020/0172121 a1描述一种用于在机动车辆在道路上导航的期间提供推荐的方法。比如摄像机这样的传感器用于记录环境数据并且监控道路的特征，比如存在的坑洼、障碍物等。结果，向用户发出相应的警告。


技术实现要素：

5.在描述的背景下，本发明的目的是提供一种用于驾驶员辅助功能的用于确定机动车辆的轨迹的改进方法，例如在车道保持辅助系统中使用，这导致提高驾驶舒适性并且提高用户的接受度，而且能够基于人类驾驶行为或类似于人类驾驶行为来避开坑洼。其他目的包括提供相应的驾驶员辅助系统、机动车辆、用于至少部分自主地控制机动车辆的方法、计算机实现的方法、计算机程序产品、计算机可读数据载体以及数据载波信号。
6.第一目的是通过根据权利要求1的用于驾驶员辅助功能的用于确定机动车辆的轨迹的方法。其他目的是通过根据权利要求10的驾驶员辅助系统、根据权利要求11的机动车辆、根据权利要求12的用于至少部分自主地控制机动车辆的方法、根据权利要求13的计算机实现的方法、根据权利要求14的计算机程序产品、根据权利要求15的计算机可读数据载
体以及根据权利要求16的数据载波信号来实现的。从属权利要求包含本发明的更多有利实施例。
7.根据本发明的用于驾驶员辅助功能的用于确定机动车辆的轨迹的方法与机动车辆有关，该机动车辆包含至少一个用于检测在行驶方向上(特别是在机动车辆前方)的道路表面的传感器，或设计用于这样的机动车辆的至少一个传感器。方法特别地可以设计在车道保持辅助系统的背景下使用。传感器可以设计用于检测道路标记。
8.根据本发明的方法包括以下步骤：确定机动车辆在道路上的运动的初始轨迹。道路具有道路边界。例如可以通过众所周知的车道保持辅助系统来确定初始轨迹。在下一步骤中，确定机动车辆的横向加速度的上阈值。换句话说，确定机动车辆的最大可允许的横向加速度。这优选地根据机动车辆的当前运行状况进行，特别地根据机动车辆的当前车速和/或道路的曲率和/或天气状况和/或道路表面状况进行。
9.在又一步骤中，通过传感器检测在行驶方向上位于机动车辆前方的道路表面。随后，通过使用由传感器检测到的数据来确定在行驶方向上位于机动车辆前方的彼此平行延伸的多条路径的道路表面的垂直剖面(即高度剖面)。为了这个目的，例如，可以使用现有的摄像机软件，可以使用现有的摄像机软件自动地确定道路的高度剖面。路径是在行驶方向上的道路表面上的轨迹或线。如果至少一条路径的道路表面的垂直剖面具有道路凹陷，该道路凹陷具有将道路凹陷分类为坑洼的定义特征，则确定在不超过通过使用所确定的横向加速度的上阈值形成的极限值并且不超出道路边界的情况下与初始轨迹的横向偏差。横向偏差可以是垂直于行驶方向的初始轨迹的位移或偏移。在又一步骤中，输出根据确定的横向偏差调整的轨迹即规避轨迹。在上面描述的步骤不一定必须按照提到的顺序执行。除非各个步骤必须建立在彼此之上，否则步骤的执行顺序是不固定的。
10.描述的方法具有的优势为：尤其是在车道保持辅助系统的背景下，使在不离开由道路边界标记的车道并且不降低驾驶员的舒适性以及降低接受度的情况下尽可能避开坑洼，成为可能。驾驶行为因此近似于人类驾驶员的典型驾驶行为。这增加用户对相应驾驶员辅助功能的接受度。
11.优选地，通过驾驶员辅助功能至少部分地(特别是完全地)自主控制机动车辆。尤其是与完全自主控制的机动车辆有关，描述的方法有助于显著提高驾驶舒适性。
12.用于检测道路表面的传感器可以包括例如特别是前置摄像机的摄像机和/或雷达传感器和/或激光雷达传感器和/或超声波传感器和/或激光传感器。特别地，已经存在于机动车辆上的传感器可以用于执行根据本发明的方法。因此，根据本发明的方法的改进和实施可以以非常有成本效益的方式进行。
13.多条路径可以包括至少一条在行驶方向上设置在机动车辆的当前轨迹的右侧的路径以及至少一条在行驶方向上设置在机动车辆的当前轨迹的左侧的路径。设置在当前轨迹的右侧的路径可以是由右轮胎的轨迹定义的路径并且设置在当前轨迹的左侧的路径可以是由左轮胎的轨迹定义的路径。提供的路径的数量影响要确定的调整轨迹的准确性，目的在于尽可能靠近而不是大规模地避开坑洼。存在的路径越多，可以更精确地绕过检测到的坑洼，换句话说，所需的偏移越小，或与初始轨迹的横向偏差越小。在有利的变体中，提供设置在当前轨迹的右侧的两到五条路径并且提供设置在当前轨迹左侧的两到五条路径。在示例性实施例变体中，提供设置在当前轨迹的右侧的三条路径以及设置在当前轨迹的左侧
的三条路径。
14.用于将道路凹陷分级(特别是分类)为坑洼的指定特征可以包括道路凹陷的长度(即水平范围)，和/或深度(即垂直范围)，和/或宽度(即横向范围)。可以为道路凹陷的长度和/或深度和/或宽度定义上阈值和下阈值或范围信息。
15.优选地，记录机动车辆的当前车速并且确定机动车辆与坑洼的当前距离。极限值即在上面提到的极限值，是通过使用当前车速和距离有利地形成的，当确定与初始轨迹的横向偏差时不超过该极限值。
16.如果坑洼存在于所有路径中，则根据每条路径的阻力进一步地分类坑洼。阻力意指当开车越过坑洼或开车穿过坑洼时由于坑洼而作用在机动车辆上的力。这可以是导致相应阻力的水平和/或垂直力。水平力可以是横向和/或纵向力。可替代地或在分类之前，可以为每条路径确定由坑洼引起的阻力。确定具有最低定义和/或分类的阻力的路径。此外，确定初始轨迹与这条路径的横向距离。随后，确定在所确定的具有最低阻力的路径的方向上与初始轨迹的横向偏差。由于在描述的变体中坑洼存在于所有路径中，因此通过描述的方式确定调整的轨迹，其中以尽可能低的阻力开车穿过坑洼。
17.如果坑洼不是存在于所有路径中，则确定初始轨迹与没有坑洼的路径的最小横向距离。如果横向距离不超过极限值，则这个横向距离被定义为横向偏差。如果这个横向距离作为横向偏差超过极限值，则优选地将机动车辆的轮胎的宽度纳入到考虑中来确定不超过极限值的较小的横向偏差。由于描述的设计，因此在没有损害驾驶员的舒适性、车辆的稳定性以及安全性的情况下可以至少部分地避开坑洼。
18.根据本发明的驾驶员辅助系统具有评估装置，该评估装置设计用于从用于检测在行驶方向上位于车辆前方的道路表面的传感器接收信号。此外，评估装置设计用于执行先前描述的根据本发明的方法。根据本发明的驾驶员辅助系统具有已经提到的与根据本发明的方法有关的特征和优势。
19.根据本发明的机动车辆包含先前描述的根据本发明的驾驶员辅助系统并且具有已经提到的特征和优势。例如，机动车辆可以是乘用车、卡车、公共汽车或小型公共汽车。
20.根据本发明的用于至少部分自主地控制根据本发明的机动车辆的方法的特征是控制机动车辆沿着通过驾驶员辅助系统确定的轨迹运动。方法还可以设计用于完全自主地控制机动车辆。
21.根据本发明的计算机实现的方法包括指令，当通过计算机执行程序时，该指令使计算机执行在上面描述的根据本发明的方法。根据本发明的计算机程序产品包括指令，当通过计算机执行程序时，该指令使计算机执行在上面描述的根据本发明的方法。根据本发明的计算机可读数据载体的特征是先前描述的计算机程序产品存储在该计算机可读数据载体上。根据本发明的数据载波信号传输根据本发明的计算机程序产品。根据本发明的描述的计算机实现的方法、计算机程序产品、计算机可读数据载体和数据载波信号各自都适合用于对现有的驾驶员辅助系统进行有成本效益且简单的改造。
附图说明
22.在下面参考附图根据示例性实施例更详细地解释本发明。尽管通过优选的示例性实施例更详细地说明和描述本发明，但本发明不受公开的示例的限制，并且本领域技术人
员可以在不背离本发明的保护范围的情况下从中得出其他变化。
23.附图不一定符合细节并且不一定按比例绘制，并且可以放大或缩小地显示以便提供更好的概览。因此，在这里公开的功能细节不应被理解为是限制性的，而仅作为为本技术领域的技术人员提供以多种方式使用本发明的教导的说明性基础。
24.在这里使用的术语“和/或”，当在两个或两个以上元素的系列中使用时，意指可以单独使用每个列出的元素，或可以使用两个或两个以上列出元素的任意组合。例如，如果描述的组成包含组分a、b和/或c，则组成可以单独包含a；单独包含b；单独包含c；包含a和b的组合；包含a和c的组合；包含b和c的组合；或包含a、b和c的组合。
25.图1以俯视图示意性地显示具有根据本发明的机动车辆的道路；
26.图2以流程图的形式示意性地显示根据本发明的方法的一般变体；
27.图3以流程图的形式示意性地显示根据本发明的方法的特殊变体；
28.图4示意性地显示具有根据本发明的驾驶员辅助系统的根据本发明的机动车辆。
具体实施方式
29.图1示意性地显示根据本发明的机动车辆1，机动车辆1在由箭头11标记的行驶方向上在道路4上沿着轨迹7移动。道路4具有车道边界线，在显示的变体中为外车道边界线6和中心线5。
30.机动车辆1包含多个传感器2，至少一个传感器2用于检测在行驶方向11上的道路表面4。至少一个传感器2可以是例如前置摄像机的摄像机、和/或雷达传感器和/或激光雷达传感器和/或超声波传感器和/或激光传感器。通过至少一个传感器2，沿着在行驶方向11上位于机动车辆1前方的彼此平行延伸的多条路径8、9，检测道路4的道路凹陷。在显示的变体中，沿着设置在初始轨迹7的右侧的三条路径8以及沿着设置在初始轨迹7的左侧的三条路径9，监控道路的道路表面4的凹陷。提供右内路径、右中间路径和右外路径8并且提供左内路径、左中间路径和左外路径9。可以单独地定义路径的数量以及它们相对于彼此的设置。显示的变体只是示例性配置。
31.下面基于流程图并且基于图2解释根据本发明的用于确定机动车辆1的轨迹的方法的一般变体。在步骤21中，首先确定机动车辆1在道路4上的运动的初始轨迹7，道路4具有道路边界5、6。在步骤22中，确定机动车辆1的可允许横向加速度的上阈值。在步骤23中，通过传感器2检测在行驶方向11上位于机动车辆1前方的道路表面4。
32.随后，在步骤24中，通过使用由传感器2检测到的数据来确定在行驶方向11上位于机动车辆1前方的彼此平行延伸的多条路径8、9的高度剖面或垂直剖面。在步骤25中，检查是否至少一条路径具有道路凹陷，该道路凹陷具有将道路凹陷分类为坑洼的定义特征。如果不是这种情况，则方法跳回到步骤24。如果是这种情况，则在步骤26中确定在不超过通过所确定的横向加速度的上阈值形成的极限值并且不超出道路边界5、6的情况下与初始轨迹的横向偏差。随后，在步骤27中，输出通过使用在步骤26中确定的横向偏差调整的轨迹，即根据道路表面调整的轨迹。
33.可以基于道路凹陷的长度或水平范围和/或深度和/或垂直范围和/或宽度或横向范围，将道路凹陷分级(特别是分类)为坑洼。在简单设计中，如果检测到的道路凹陷超过指定阈值则可以认为检测到坑洼。
34.通过使用由传感器2检测到的数据，优选地为考虑到的每条路径确定机动车辆与坑洼的距离x
prev
以及检测到的坑洼的深度和长度。此外，优选地检测到当前车辆车速v
veh
。特别地当设置极限值时，可以将这些数据纳入到考虑中。
35.在下面根据图3解释根据本发明的方法的特殊示例性实施例。显示的流程图与在图2中描述的方法的步骤25相关联，即与已经检测到道路凹陷的情况相关联，道路凹陷具有坑洼的定义特征。对于这样检测到的坑洼，在步骤31中检查该坑洼是否存在于所有考虑到的路径8、9中。
36.如果检测到的坑洼不存在于所有考虑到的路径中(这是由步骤32表示)，则在下面计算机动车辆是否可以转向到最近路径，在该最近路径中在不超过指定极限值的情况下没有检测到坑洼。为了这个目的，在步骤33中，确定与没有坑洼的最近路径的距离d
lat
。如果在步骤34中确定的距离小于根据下面的公式d
lat
《0.5*a
thr
*(x
prev
/v
veh
)2确定的极限，然后在步骤35中与没有坑洼的最近路径的距离d
lat
被确定为横向偏差并且输出为相应调整的轨迹。a
thr
是可允许横向加速度的指定上阈值，x
prev
是机动车辆与检测到的坑洼的距离并且v
veh
是车辆车速。
37.可以根据确定的车辆运行模式选择横向加速度的上阈值。例如，在运动驾驶模式的背景下，可以为横向加速度的上阈值确定较高值并且为舒适模式确定较低值。因此，如果横向距离d
lat
小于根据车辆车速、机动车辆与坑洼的距离以及可允许的横向加速度的指定上阈值确定的计算极限值，则将距离d
lat
作为偏移或位移加入到初始轨迹7并且因此绕过检测到的坑洼。
38.如果在步骤36中值d
lat
大于计算极限即d
lat
》0.5*a
thr
*(x
prev
/v
veh
)2，则在步骤37中计算横向偏差或偏移值d
lat2
的新的较低值。例如，可以使用公式d
lat2
＝max((d
lat-0.5*w
tire
),(0.5*w
tire
))。w
tire
是轮胎的宽度。计算较低的偏移值d
lat2
，因为机动车辆不能沿着在不超过横向加速度的上极限值的情况下通过使用距离d
lat
计算的轨迹行驶。计算公式的第一部分是沿着所需路径(d
lat-0.5*w
tire
)移动车轮的边缘所需的横向偏差。等式的第二部分计算横向偏差以将轮胎的宽度的一半移动到原始路径(0.5*w
tire
)之外。这个计算的目的是确定没有完全横向绕过坑洼的最佳潜在轨迹，但轮胎宽度的至少一半足以防止车轮陷入坑洼中。
39.如果在步骤38中在没有超过横向加速度的上阈值a
thr
的情况下可以达到值d
lat2
即d
lat2
《0.5*a
thr
*(x
prev
/v
veh
)2，则在步骤39中值d
lat2
作为横向偏差加入到初始轨迹。
40.如果在步骤40中在没有超过上阈值a
thr
的情况下不能达到值d
lat2
即d
lat2
》0.5*a
thr
*(x
prev
/v
veh
)2，则在步骤41中计算横向偏差或位移或偏移值d
lat3
的新值，例如使用公式d
lat3
＝min((d
lat-0.5*w
tire
),(0.5*w
tire
))。原则上，这与值d
lat2
的计算相同，其中使用最小值而不是最大值。如果在没有超过横向加速度的上阈值的情况下可以达到值d
lat3
即应用42，则在步骤43中这个值d
lat3
作为横向位移或横向偏差加入到初始轨迹7。
41.如果在步骤44中在没有超过横向加速度的上极限的情况下不能实现值d
lat3
即d
lat3
《0.5*a
thr
*(x
prev
/v
veh
)2，则在步骤45中不修改初始轨迹。在这种情况下，所需的调整将导致太大的横向加速度，该横向加速度转而将导致较低的用户接受度并且因此不会改善驾驶舒适性。
42.如果在步骤46中在所有考虑到的路径中检测坑洼，例如在所有六条路径8和9中，
则在步骤47中为所有路径进行单独分类坑洼。基于分类，在步骤48中确定具有最小阻力的路径以及其与初始轨迹7的距离d
lat
。如果当切换到这条路径时改进的穿过坑洼是可能的，则可以选择这条路径，其中在步骤49中在没有超过横向加速度的上阈值的情况下确定车辆的最大可能的横向偏转d
max
或横向位移，例如根据公式d
max
＝0.5*a
thr
*(x
prev
/v
veh
)2。
43.根据初始轨迹和所需路径之间的距离或所需位移d
lat
来选择最大可能横向位移d
max
的符号和方向。在步骤50中选择符号。目的是选择在具有最小阻力的路径的方向上的最大可能的偏移。这是通过将符号等同于方向来实施的。在步骤51中，通过在步骤50中确定的值d
max
来修改轨迹，其中确保当机动车辆沿着修改的轨迹转向时，不超过可允许的横向加速度a
thr
的上限值，sign(d
max
)＝sign(d
lat
)。
44.作为在图3中显示的方法的一部分，在适当点检查初始轨迹的修改不超出道路边界。例如，这可以在步骤35、39、43和51的背景下执行。可以根据通过传感器2检测到的关于道路表面4的数据来确定各条路径和初始轨迹与相应道路标记5、6的距离。
45.优选地，在已经调整轨迹7并且机动车辆1已经穿过坑洼之后，反向修改，即在方法的背景下加入到初始轨迹的横向偏移或横向偏差再次被减去并且机动车辆1继续在初始轨迹7上移动。在加入偏移时和在随后从初始轨迹减去偏移时优选地用根据机动车辆的相应车速调整的横向加速度执行对轨迹7的调整，以便实现高水平的驾驶舒适性以及用户的规避操作的高接受度。
46.图4示意性地显示根据本发明的机动车辆1。机动车辆1包含根据本发明的驾驶员辅助系统10。驾驶员辅助系统10包含评估装置3。机动车辆1包含至少一个用于检测在行驶方向上位于机动车辆1前方的道路表面的传感器2。评估装置3设计用于从传感器2接收信号。这是通过箭头指示的。
47.附图标记列表
48.1 机动车辆
49.2 传感器
50.3 评估装置
51.4 道路
52.5 中心线
53.6 外道路边界线
54.7 轨迹
55.8 路径
56.9 路径
57.10 驾驶员辅助系统
58.11 行驶方向
59.21 确定初始轨迹
60.22 确定机动车辆的横向加速度的上阈值
61.23 检测在行驶方向上的道路表面
62.24 通过使用由传感器收集到的数据来确定在行驶方向上位于机动车辆前方的多个彼此平行延伸的路径的道路表面的垂直剖面
63.25 至少一条路径的垂直剖面具有坑洼？
64.26 确定在不超过通过所确定的横向加速度的上阈值形成的极限值并且不超出道路边界的情况下与初始轨迹的横向偏差
65.27 输出调整的轨迹
66.31 在所有路径中检测到坑洼？
67.32 在所有考虑到的路径中不存在坑洼
68.33 在所有考虑到的路径中存在坑洼
69.34 d
lat
《0.5*a
thr
*(x
prev
/v
veh
)270.35 确定与没有坑洼的最近的路径的距离作为横向偏差
71.36 d
lat
》0.5*a
thr
*(x
prev
/v
veh
)272.37 计算横向偏差的较低值d
lat2
73.38 d
lat2
《0.5*a
thr
*(x
prev
/v
veh
)274.39 将d
lat2
作为横向偏差加入到初始轨迹
75.40 d
lat2
》0.5*a
thr
*(x
prev
/v
veh
)276.41 计算横向偏差的较低值d
lat3
77.42 d
lat3
《0.5*a
thr
*(x
prev
/v
veh
)278.43 将d
lat3
作为横向偏差加入到初始轨迹
79.44 d
lat3
》0.5*a
thr
*(x
prev
/v
veh
)280.45 不修改初始轨迹
81.46 在所有考虑到的路径中的坑洼
82.47 对于所有路径单独分类坑洼
83.48 确定具有最低阻力的路径以及其与初始轨迹的横向距离d
lat
84.49 确定最大可能的横向偏差
85.50 选择符号
86.51 调整轨迹
87.n 否
88.j 是。