专利名称：交通工具驾驶辅助的制作方法
技术领域：
本发明涉及交通工具驾驶辅助。更特别地，本发明涉及一种为交通工具提供驾驶辅助信息的设备和方法。
背景技术：
提供交通工具驾驶辅助是众所周知的，尤其是为了避免碰撞以及
辅助驾驶员停车或者其它的操作。ABS(防锁死制动系统)已经使用了几年时间并且辅助驾驶员对交通工具启动制动。ABS避免打滑，但除此之外不影响交通工具的路线。
美国专利US7016783公开了一种使用自动制动和转向来避免碰撞的方法和系统。在该已知的系统中，距离阈值用于釆取转向控制决定。根据障碍物的相对距离，系统可以绕着障碍物制动和转向。根据阈值和所测量的相对距离，已知的系统决定釆取一组实质上预定的动作中的哪一个，例如转换车道。因此该已知系统的灵活性受限。另夕卜，所述的已知系统设法避免碰撞，但是不能使不可避免的碰撞的影响最小化。此外，所述的已知系统忽视了驾驶员在制动和/或转向期间可能经历的任何不适。
发明内容
本发明的一个目的是克服现有技术中的这些和其它问题，提供一种灵活并且使得交通工具的任何路线都被考虑在内的用于交通工具驾驶辅助的通用方法和系统。
本发明的另 一个目的是提供一种能够把驾驶员的任何不适都考虑在内的用于交通工具驾驶辅助的通用方法和系统。
相应地，本发明提供一种设备，用来为交通工具提供驾驶辅助信息，所述设备包括-传感器单元，用于收集关于交通工具及其周围环境的传感器数
据；
-处理单元，用于
根据传感器数据确定成对加速度值的成本，每对加速度值表
示交通工具的纵向和横向加速度；
选择一对最小成本的加速度值，以及用于 提供包括所述一对最小成本的加速度值的驾驶辅助信息。 通过确定成对的加速度值的成本和选择最小成本对，可以在所有 情形中选择纵向和横向加速度的最优组合。传感器数据可以包括例如 其它交通工具的对象的距离和(相对或绝对)速度的数据指示，和/
或道路宽度和/或障碍物的数据指示。传感器数据也可以包括空气温 度和/或道路温度的数据指示。术语传感器数据还意味着包括可以从 存储中检索的数据，例如道路信息和关于交通工具的技术信息。
本发明使得任何传感器数据都可以被考虑在内，并且能够用于手 动和/或自动控制交通工具，更尤其地用于避免碰撞，操纵，车道控 制以及其它交通工具控制目的。
纵向加速度可以是正的(真正的加速度)，负的(减速度)，或零 (没有速度改变)。类似地，横向加速度可以是正的(例如向左转)， 负的(例如向右转)或零，最好是相对于行进的现有方向测量。加速 度受到实体限制的典型制约，例如给定发动机功率的交通工具的最大 可能(正的)纵向加速度，道路状况以及乘客数量。类似地，横向加 速度也受到道路状况和交通工具及其轮胎特性的限制。
归因于一对加速度值的成本可以包括驾驶员和乘客不舒适的成 本，碰撞的成本，以及其它的成本。因此本发明提供了一种交通工具 控制的通用方法和设备。
依照本发明的另一方面，实体限制也可以表述为成本，"无限的" 成本归因于物理上不可能的加速度。优选地，设置所述处理单元通过确定成对加速度值的初始组的成 本，确定周围环境对的成本，然后选择具有最小成本的那对来确定所 述一对最小成本的加速度值。把一对的成本和周围环境对的成本作比 较的程序使得最小成本的一对被找出。
理论上，加速度值的不同对的数目可以是无限的。为了促进最佳 的处理，优选地，限制对的数目。这可以在所述加速度值具有离散值 时实现。也就是说，仅考虑有限数目的离散加速度值，无视任何中间 值。因此，可以使用加速度值的网格，经实际考虑确定网格的粗度
(coarseness ),例如需要的准确性和可用的计算功率。
所述处理单元可以使用任何一对加速度值作为初始对。但是，优 选地，预先确定加速度对的所述初始组。这使得对最小成本对的搜索 可以从一个有利的位置开始。
如上述提到的，本发明把成本归因于加速度。假定一特定的加速 度对，这可以通过及时确定相对未来点的其它对象的距离来完成。通 过把成本归因于加速度而不是例如轨迹，获得了在所选最小成本对和 所期望的交通工具的制动、加速度和/或转向之间的非常直接的连接。 另外，获得相对简单的计算模型，从而降低计算工作量和提高处理速 度。此外，驾驶员的舒适或不舒适可以很容易从一对加速度中导出。
每对加速度值的成本可以用几种方式来确定。优选地，设置所述 处理单元通过权衡传感器数据来确定一对的成本。也就是说，适当权 衡表示与对象的距离，对象的(相对)速度和/或对象的尺寸相关的 信息的传感器数据来产生一对加速度值的成本。相应地，所述处理单 元可以被设置以通过引入另一个对象的位置和相对速度，驾驶员的舒 适，碰撞的发生率，和/或交通工具的性能来确定一对的成本。
所选择的加速度值的最小成本对可以以几种方式使用。例如，所 述处理单元可以被设置以向交通工具的驾驶员提供可视的，可听的和 /或触摸的驾驶辅助信息。这些驾驶辅助信息可以包括警告信号，制动方向和/或转向方向，例如"制动以避免碰撞"，"加速以避免碰撞"， "转向左边以避开障碍"。
除了提供实质上给交通工具的驾驶员建议的信息外，为了提供转 向辅助，所述处理单元可以连接到转向单元。附加地，或者可选地， 所述处理单元可以连接到制动单元以提供制动辅助，和/或另外的控 制单元以放松或压下加速器、和/或来变换档位(调低档速)。
可以设置信息提供单元来把所述处理单元产生的任何驾驶辅助 信息翻译成合适的信号。
本发明还提供了一种包括如上述定义的设备的交通工具控制系 统，和一种包括如上述定义的设备的交通工具。所述交通工具可以是 小汽车，公共汽车或卡车，飞机或直升机，轮船或其它任何合适的交 通装置。
本发明还提供了 一种为交通工具提供驾驶辅助信息的方法，该交 通工具包括用于收集关于所述交通工具及其周围环境的传感器数据 的传感器单元和用于处理传感器数据的处理单元，所述方法包括以下
步骤
-根据传感器数据确定成对加速度值的成本，每对加速度值表示
交通工具的纵向和横向加速度；
-选择一对最小成本的加速度值，以及
-提供包括所述一对最小成本的加速度值的驾驶辅助信息。
本发明的方法与本发明的设备有相同的优点。优选地，加速度值 具有离散值，和/或预先确定加速度对的初始组。本发明方法的其它 有益的实施方式从下面的描述中会变得明显。
本发明另外还提供了 一种计算机程序产品，用于使可编程计算机 实施如上述定义的方法。计算机程序产品可以包括存储在数据载体 (例如CD或DVD)上的一组计算机可执行指令。所述一组计算机 可执行指令，允许可编程计算机实施如上限定的方法，也可以例如作为通过因特网的信号，从远程服务器下载。
下面将参照附图中例示的示例性实施方式，进 一 步解释本发明， 其中，
图l概略示出了设置有依据本发明的系统的交通工具； 图2概略示出了可以依照本发明控制的交通工具的轨迹和加速
度；
图3概略示出了本发明中使用的加速度值的初始网格； 图4概略示出了在最小成本选择过程中在第一次迭代之后图3的
网格；
图5概略示出了所获知的成本作为交通工具的纵向和横向加速度 的函数的第一个例子；
图6概略示出了所获知的成本作为交通工具的纵向和横向加速度 的函数的第二个例子。
具体实施例方式
图l中示出了根据本发明的系统l的 一个实施方式，其安装在交通
工具2中。仅仅通过图l中非限定的例子所例示的系统l包括传感器单 元IO,主单元或处理单元ll,信息提供单元12，转向单元13,制动单 元14和发动机控制单元15。传感器单元IO，信息提供单元12，转向单 元13，制动单元14和发动机控制单元15通过导线或通过无线(例如蓝
牙)链接连接到处理器单元ll。
传感器单元10可以安装在交通工具的几个部分中。可以理解，可 以存在多于两个的传感器单元IO,并且可以使用各种传感器类型，例 如声学传感器，IR(红外线)传感器，(可见)光传感器，以及摄像 机(例如网络摄像头)。 一些传感器单元可以包括加速度传感器和/或 温度计。传感器单元可以是只接收能量(例如电磁能或声能)的消极 单元或者既传输又接收能量的积极单元。积极传感器单元的例子有雷达单元和积极IR单元。
传感器单元可以提供例如与以下内容相关的数据与其他对象的 距离，绝对或相对速度(使用距离或例如多普勒测量)，湿度，温度， 加速度(使用加速度传感器)，方向盘的位置(角度)，脚踏板的位置 (角度)，车轮的旋转速度，交通工具的偏航率，发动机扭矩和/或制 动器的温度。
处理单元ll可以包括处理器，存储器(易失的和非易失的)，还 有线路。设置所述处理器来处理存储在所述存储器中的合适的软件程 序，所述软件程序包含了实施本发明方法的指令。传感器单元所生成 的数据(和从存储器中检索的任何附加数据)由所述处理单元以下面 将要描述的方式处理。
在所示的实施方式中，本发明的系统包括信息提供单元12,该单
元优选安装在所述驱动器的附近，例如在仪表板的上面或内部。设置
所述信息提供单元12以向驾驶员提供视觉的和/或听觉的信息。视觉
信息可以包括警告灯和/或显示文本，而听觉信息可以包括警示音和/
或由语音合成器产生的讲话。通过信息提供单元12,所述系统l提供 消极的驾驶辅助。
图1中所示的系统1还包括转向单元13,制动单元14和用于积极驾 驶辅助的发动机控制单元15，也就是说，驾驶辅助补充并且可能甚至 优先于交通工具的驾驶员的控制。所述转向单元13与交通工具的转向 机构连接，所述制动单元14与交通工具的制动系统连接，而所述发动 机控制单元15与交通工具2的加速踏板或发动机连接。所述转向单元 13,制动单元14和发动机控制单元15可以从所述处理单元11接收合适 的控制命令。
可以设置用于积极驾驶辅助的附加单元(未图示)，例如提供如 方向盘震动和/或动力转向适应的触觉信息的单元。
在图2中概略地例示了本发明的原理。在图2的例子中，第一交通工具2最初加速度为零并因此具有产生最初轨迹to的恒定速度V。但是，
第二交通工具2，从右边接近。交通工具2和2，之间的距离被发现正在减
少，并且预计如果不采取措施会达到零(碰撞)。因为预测的碰撞暗
示着高成本，交通工具的加速度应当改变。因此交通工具2上分有纵 向加速度a^和横向加速度aht。纵向加速度a^与速度v方向相反，因此 产生了第一交通工具2的减速度。在图2的例子中，横向加速度a^指向 左边，因此导致从第二交通工具2'避开，如新轨迹tn所示。
新轨迹tn避免了碰撞，产生该轨迹的加速度因此比与最初轨迹to 相关的加速度具有基本上更低的成本。但是，为了使由于操纵使驾驶
员和任何乘客所感受的不舒适感最小化，横向加速度^t不大于避免碰
撞(脱离任选的安全限度)的必需。因此，本发明试图最小化涉及交 通工具的任何加速度的成本，而所述成本可以涉及各种因素，例如有 碰撞以及由于转向或制动引起的驾驶员的不舒适感。通过使用成本标 准，影响交通工具运动的各种因素都可以考虑在内。
图3,图4概略地例示了根据本发明的一对加速度的选择。交通工 具(图l,图2中的2)的运动由其纵向加速度a^和其横向加速度a^ 来表示，纵向加速度A皿和横向加速度a^分别沿着垂直轴和水平轴测 量。横向加速度^t可以有负("左")值和正("右，，)值。在图3,图4 的例子中，只有减速度被用在纵向方向。尽管减速度可能指的是"负" 加速度，但是，因为本例子中不可能出现混淆，在图3，图4中减速度 由正数来表示。
原则上，无限数量的加速度对a^， ato是可能的。为了简化计算， 本发明提出使用有限数量的加速度值。这通过使用离散加速度值的网 格3来实现。在所示的例子中，加速度值有固定的间隔，但是这不是 必需的。
图3,图4例示的示范网格3最初由441对加速度值(也指作加速度 对)30或30，组成。每对在图3，图4中通过一个零(对30)或一个圆点(对30')来表示。从对30中选出由黑色圆点表示的25对30'，将解
释如下。
成本确定可以涉及网格3的所有加速度对30和30'。但是，根据本 发明的另一方面，成本确定和随后的最小成本对选择以系统的方式实 施，涉及较少的加速度对并因此节约处理时间。
因此，如图3所示，本发明优选地只使用一组初始对30，来开始成 本确定和对选择处理。该组可以是预先确定的，并且典型地选择以包 括所述网格的各个部分。在图3的例子中，所述一组初始对30，形成了 包括零加速度对a,。^0, ^产0和在最大加速度的"边缘"对，以及一 些其他对的样式。图3中所示的初始对30，的样式是对称的并且均匀分 隔开，但这不是必需的。
在图3例示的第一步中，系统的处理单元(图l中的ll )确定了初 始对30，中每一个的成本，在本例子中有25个初始对30，。到最后，所 述处理单元收集传感器数据以及计算与每对加速度值有关的成本。所 述传感器数据将很典型地使确定其他对象的相对或绝对位置(即，距 离和角度)成为可能。通过应用多普勒效应，或者通过重复确定对象 的位置，进行速度和方向估计是可能的。
对于交通工具的每对加速度值，它的速度和方向是确定的。使用 交通工具和其它对象二者的速度和方向估计，能够检测与该对加速度
值相关的任何可能的碰撞或其它不期望的情况。考虑到道路的条件和 /或曲率，以及其他条件，其它不期望的情况可以包括离另一个对 象太近，有太高的速度。
当碰撞检测已经为某一对值实施时，碰撞成本Q;。,可以指定如下 碰撞Cc。,= l。 无碰撞Cc。, = 0。 相似地，能够确定其他成本，例如由制动和转向引起的驾驶员的 不舒适度成本C^:加1丁 j
其中，A和B是恰当选择的比例因子。如果不考虑其他成本，那 么总成本Cror可以确定为
以这种方式，总成本可以被分给每个初始对。比较所有初始对的成本， 暂时选出(多个)最小成本对。
当然，上面提供的公式仅仅是示范性的，可以按要求进行修改或 替换。公式可以考虑在内的有碰撞能量，交通工具特性(例如交通工 具部件的碰撞抵抗性)，和/或其它因素，例如道路和/或轮胎质量，湿 度等等。
在本例子中，图3中例示的两对31都有最小成本并且都暂时被选 作"最优"对。注意在第一步中所选择的对31必需是初始对(30，)。
在图4例示的第二步中，确定由紧密环绕暂时选出的一对或几对 (图3中的31)的若干对30，的成本。在所示的例子中，两组对30，各自 环绕在第一步中暂时选出的一个最小成本对(31)。然后关于第一步 讨论的过程只对这些对30'重复，结果是在这一步中，暂时选出的对 32具有最小成本。注意在第二步中被选出的对32没必要是初始对 (30，)。
在第三步中(未图示)，本质上重复第二步的过程。如果最小成 本对在每一步中改变并且最小成本下降，就重复第三步。如果没有发 现更低的成本对，就可以终止流程，结果是最终选择的最小成本。如 果从一个步骤中产生的成本下降小于预先设定的阈值，那么过程也可 以被终止。
因为一般预先不知道需要多少步来得到最终(即，不再改变的) 结果，优选地，在经过一定的时间量之后，过程终止。也就是说，所 述流程的步骤优选地在预定的时间期间重复。
成本确定过程的结果例示于图5，图6中。在图5的三维图中，(总)
12成本C作为纵向加速度a^和横向加速度a,at的函数来显示。图5例示了 对象从右边过来的情形，类似于图2中所描述的情形。成本平面40的 尺寸由交通工具的物理限制确定在本例子中，最大纵向加速度a,。n 等于IO,而最大横向加速度a^等于7。从图5中可以看到，成本C是两个因素的组合随着加速度的增加 而增加的不舒适度成本C^，以及对于导致碰撞(成本平面40的中心 隆起区域)的加速度来说等于l,对于其他所有加速度来说是O的碰撞 成本Cc。,。在局部最小值41处，碰撞未避免(C。尸l )，但是因为交通 工具的初始加速度是零，由转向造成的不舒适度成本是零(C^=0)。 很清楚，本发明试图避免这种局部最小值。可以进一步理解到成本的 比例在很大程度上是随意的，仅仅用于确定相对成本。在图5的例子中，大于大约5(m/s"的纵向加速度a^避免了碰撞， 大于大约1.5(向右转向)或者小于-4(也就是说，更负)的横向加速 度a^作用一样。由于上升的不舒适度成本C加，成本面板40随着加速 度的增加而上升。因此，局部最小值43出现在^尸-4和a,。^0处，在此 处以对驾驶员来说最小的不舒适度(恰好)避免碰撞。全局最小值42 出现在^产+1.5和^fO处。因此，本发明选择该全局最小值42并且依 照这些加速度值产生驾驶辅助信息。这个选择优选地使用图3，图4 中例示的选择过程来进行。注意由于道路和/或轮胎条件，并不是图5中所示的成本面板40的 所有加速度对都是可行的。优选地通过给这些加速度对指定高成本， 来排除这些对。为了描述的清晰，在图5的例子中没有显示。在一个实施方式中，本发明的系统给驾驶员提供可视的和/或可 听的信息，在本例子中建议她向右转向。在另一个实施方式中，系统 主动将交通工具转向右侧。可以看到，如果驾驶员制动，避免碰撞需 要的转向较少。因而制动传感器可以用于调整响应于驾驶员的动作的 任何自动转向动作，并在自动制动期间提供反馈给系统。通常，本发明的方法和系统以交通工具的加速度最优并且与最小 成本加速度相一致的方式来调整交通工具的运动。另外，本发明优选 地提供尽可能小的调整。在图6的例子中，对象自右侧过来，碰撞几乎不可避免。局部最小值41又在a,。,0， a,a产O处发现，而全局最小值42在a,。^0, af7处发 现。可以看到，向右侧转向(恰好)避免碰撞，而向左侧转向不可避 免地以近似1.5的相对高的成本产生碰撞。本发明提供指示交通工具最优(最小成本)路径的驾驶员信息。 该最优路径由用数字确定的加速度来限定。传感器数据用于确定需要 哪些加速度。本发明可以有利地用于先进的驾驶辅助(ADA)系统。尽管本发明已经关于道路交通工具进行了描述，但是本发明不限 于此，可同样用于其它交通运输方式，例如轮船和飞机。本领域的技 术人员在无需任何创造性活动的情况下也可以作出适当的修改。例 如，就轮船来说，制动可以通过转换到回动齿轮实现，而飞机可以使 用襟翼来制动。就飞机或直升机而言，可以另外考虑垂直加速度。因此，本发明可以说提供了一种为交通运输的装置，例如车辆， 轮船，飞机，火箭等等，提供驾驶辅助信息的系统和方法。车辆不局 限于小汽车或卡车，也可以包括公共汽车，叉车和机器人车辆。甚至 铁路车辆，例如火车，包括地铁列车，单轨列车和磁悬浮列车，也可 得益于本发明的系统和方法。本发明基于对一般的交通工具驾驶辅助方法和系统有利地基于 加速度值的理解，因为这些值决定了交通工具的轨迹。本发明得益于 对成本标准非常适合于选择加速度值的最优组的进一步理解。注意在本文件中所用的任何术语都不应被解释为限制本发明的 范围。尤其地，词语"包括"和"包含"并不意味着排除了没有专门 陈述的任何要素。单个(线路)元件可以由多个(线路)元件或它们 的等同物来取代。14本领域的技术人员可以理解到，本发明不局限于以上例示的实施 方式，在不背离如所附权利要求限定的本发明范围的前提下可以进行 许多修改和添加。
权利要求
1、一种为交通工具(2)提供驾驶辅助信息的系统(1)，该设备包括-传感器单元(10)，用于收集关于所述交通工具及其周围环境的传感器数据，以及-处理单元(11)，用于根据所述传感器数据确定成对加速度值的成本，每对加速度值表示所述交通工具的纵向和横向加速度；选择一对最小成本的加速度值，以及用于提供包括所述一对最小成本的加速度值的驾驶辅助信息。
2、 如权利要求1所述的系统，其中设置所述处理单元(11)通 过确定成对加速度值的初始组的成本，确定周围环境对的成本，然后 选择具有最小成本的那对来确定所述一对最小成本的加速度值。
3、 如权利要求1或2所述的系统，其中预先确定所述初始组的对。
4、 如权利要求l, 2,或3所述的系统，其中所述加速度值具有 离散值。
5、 如前面权利要求中任一项所述的系统，其中设置所述处理单 元(11)通过权衡所述传感器数据来确定一对的成本。
6、 如前面权利要求中任一项所述的系统，其中设置所述处理单 元(11)通过引入另一个对象的位置和相对速度，驾驶员的舒适度， 碰撞的发生率，和/或交通工具的性能来确定一对的成本。
7、 如前面权利要求中任一项所述的系统，其中设置所述处理单 元(11)为所述交通工具的驾驶员提供可视的，可听的和/或触摸的 驾驶辅助信息。
8、 如前面权利要求中任一项所述的系统，其中将所述处理单元 (11)连接到转向单元(13)以提供转向援助。
9、 如前面权利要求中任一项所述的系统，其中将所述处理单元 (11)连接到制动单元(14)以提供制动援助。
10、 一种处理单元(ll),用于如权利要求1至9中任一项所述的系统(1)中。
11、 一种交通工具(2),其包括如权利要求1至9中任一项所述 的系统(1)。
12、 一种为交通工具(2)提供驾驶辅助信息的方法，该交通工 具包括用于收集关于所述交通工具及其周围环境的传感器数据的传 感器单元(10)和用于处理所述传感器数据的处理单元(11)，所述 方法包括如下步骤-根据所述传感器数据确定成对加速度值的成本，每对加速度值 表示所述交通工具的纵向和横向加速度； -选择一对最小成本的加速度值，以及 -提供包括所述一对最小成本的加速度值的驾驶辅助信息。
13、 如权利要求12所述的方法，其中所述加速度值具有离散值。
14、 如权利要求13所述的方法，其中预先确定初始组的对。
15、 一种计算机程序产品，包括指令程序，其被配置为当由可编 程计算机执行所述指令程序时，使所述可编程计算机来实施如权利要 求12至14中任一项所述的方法。
全文摘要
一种交通工具(2)包括用于收集传感器数据的传感器单元(10)，和用于处理传感器数据的处理单元(11)。一种提供驱动驾驶辅助信息的方法包括以下步骤-根据传感器数据确定成对加速度值的成本，每对加速度值表示交通工具的纵向和横向加速度；-选择一对最小成本的加速度值，以及-提供包括所述一对最小成本的加速度值的驾驶辅助信息。所述处理单元(10)可以被设置来向交通工具的驾驶员提供可视的，可听的和/或触摸的驾驶辅助信息，和/或提供转向辅助。
文档编号G06Q10/00GK101652284SQ200880004603
公开日2010年2月17日 申请日期2008年2月22日 优先权日2007年2月22日
发明者杰罗恩·普罗格, 汉斯-马丁·杜瑞豪夫, 皮耶特·詹·舒特斯 申请人:荷兰应用物理学研究组织