用于自动避免碰撞的方法与流程

本发明涉及一种用于自动避免车辆(如机动车、尤其是轿车)与在该车辆周围环境中的物体碰撞的方法以及相应的控制设备。

背景技术：

在已知的用于城市交通的自动紧急制动系统中，红外传感器系统扫描车辆前方的车道区域并且检测静止的车辆和沿相同方向行驶的车辆。如果与在车辆前方的车道区域中出现的另一车辆的间距低于最低限度，则车辆自动被制动至停止。

同样已知这样的车辆，在所述车辆中在确定的运行情况中驾驶员辅助系统至少部分地解除驾驶员对车辆的驾驶。当然随着驾驶员暂时解除驾驶任务，其对车辆周围环境中的交通事件的注意力降低。

已知的驾驶员辅助系统借助决策算法和控制算法来执行驾驶任务，所述决策算法和控制算法访问一个或多个车辆传感器的数据作为输入参数。

已知的紧急制动系统和驾驶员辅助系统的决策算法和控制算法利用车辆传感器数据工作，这些车辆传感器数据本身或者由于处理而具有不精确性。如果在系统设计时未充分考虑不精确性，则这会对驾驶结果产生不利影响。

由现有技术已知自动避免车辆与其它物体碰撞的驾驶员辅助系统和方法。然而由于这种驾驶员辅助系统的错误解释，总是又出现不能实行的驾驶操纵或突然的、对于驾驶员来说不是必要的强烈的制动。

技术实现要素：

本发明的任务是，提供一种用于自动避免碰撞的方法，该方法避免现有技术的缺点，尤其是实现可靠的避免碰撞并且可低成本地执行。

所述任务通过根据权利要求1所述的用于自动避免车辆(如机动车、尤其是轿车)与在该车辆周围环境中的物体碰撞的方法来解决，在该方法中预测多条车辆路径并且分别估算这些车辆路径的车辆路径概率，利用成像的车辆传感器拍摄车辆周围环境，检测在车辆周围环境中的物体，预测车辆周围环境中的至少一条物体路径并且估算所述物体路径的物体路径概率，检查是否所述车辆路径中的一条车辆路径与所述至少一条物体路径碰撞并且在碰撞时计算与所述至少一条物体路径的碰撞概率，确定用于车辆与物体的总碰撞概率的估算标准(评估标准)并且检查该估算标准是否超过阈值，并且在超过阈值时触发避免碰撞操纵。

通过对多条潜在的车辆路径的预测(这些车辆路径分别被估算概率并且根据所述概率在做出碰撞操纵的决策时被考虑)更全面地代表了车辆的瞬时行驶情况，这提供坚实的决策基础。同样提供帮助的是：估算在车辆周围环境中检测到的物体的物体路径的物体路径概率。通过在考虑相应车辆路径或物体路径的概率的情况下形成用于总碰撞概率的估算标准，按照本发明的方法实现低的错误触发率。为此所需的算术操作是对实施本方法的车辆硬件仅提出较少要求的基本操作。

尤其是在车辆的驾驶员辅助模块上执行本方法，所述驾驶员辅助模块包括微型计算机和至车辆的物体检测模块的接口。尤其是所述成像的车辆传感器是产生由物体检测模块处理的视频数据流的摄像机模块。原则上也可以使用其它车辆传感器作为成像的车辆传感器，这些车辆传感器允许计算机处理和以二维和三维显示所探测的物体。尤其是，雷达传感器、光学雷达传感器、超声波传感器、cmos传感器、ccd传感器或上述传感器中的一个或多个的组合可以构成成像的车辆传感器。车辆传感器产生由物体检测模块处理的数据流。在物体检测模块中设定合适的算法用于物体检测，所述算法从(视频)数据流中检测物体、物体相对于车辆的位置以及物体相对于车辆的相对速度并且将其提供以通过所述方法进行处理。

物体在本发明的意义上是所有通过物体检测模块分类的物体，尤其是其它交通参与者、行人、骑自行车的人、交通指示牌、车辆和/或建筑物。

根据一种优选的实施方式，所述多条车辆路径由行驶动力学数据以及行驶动力学数据的误差概率分布来确定。作为行驶动力学数据，尤其是询问车辆的车辆速度、车轮转速、横摆率和/或转向角。尤其是由借助参数的行驶动力学模型来计算车辆路径。优选地，车辆路径通过行驶动力学模型的至少一个参数的变化来确定。尤其是，所述参数变化由一个或多个行驶动力学传感器和/或行驶动力学模型的误差或不精确性的概率分布得出。尤其是，所述概率分布作为关于与真实的行驶动力学数据和/或真实的车辆路径的偏差的函数给出。优选地，从查找表中查询误差概率分布。

根据一种优选的实施方式，预测多条物体路径并且分别估算这些物体路径的物体路径概率。在此，分别成对地检查是否所述车辆路径中的一条车辆路径和所述物体路径中的一条物体路径碰撞并且在碰撞时估算碰撞概率。

根据一种优选的实施方式，所述多条物体路径由物体检测数据和物体检测数据的误差概率分布来确定。尤其是，物体检测数据包括物体位置和/或物体相对于车辆的相对速度。尤其是，误差概率分布给出物体检测数据的误差或不精确性。尤其是，一个物体路径基于物体位置和/或物体的相对速度来计算并且多条物体路径根据误差概率分布由物体位置和/或相对速度的变化来计算。尤其是对于不同类型的物体检测数据(如物体位置和相对速度)和/或不同类型的行驶动力学数据(如横摆率和转向角)分别处理特定的误差概率分布并且确定相应的其它车辆路径和/或物体路径并且估算相应的概率。

根据一种优选的实施方式，所述碰撞概率由车辆路径概率和物体路径概率来确定。尤其是仅当关于特定的一对车辆路径和物体路径已确定碰撞时才确定所述碰撞概率。在一种替代的实施方式中，当确定没有碰撞时，所述碰撞概率设定为0。这具有如下优点：所有其余的计算步骤保持未改变并且不必对未碰撞的车辆路径-物体路径对进行额外的处理。尤其是所述碰撞概率通过将相应的车辆路径概率与物体路径概率相乘来计算。

根据一种优选的实施方式，用于车辆总碰撞概率的估算标准通过将多个碰撞概率求和形成。尤其是，所述估算标准通过将所有对的车辆路径和物体路径的碰撞概率相加形成。

根据一种优选的实施方式，所述估算标准通过将多个碰撞概率加权求和形成。尤其是，相应的车辆路径和物体路径对的碰撞概率根据所检测到的物体路径特性或物体种类进行加权。通过这些措施，较小概率的物体路径可以在碰撞考量中被较小地加权，或需要保护的物体(如人)在评价是否应触发避免碰撞操纵时较强地被考虑。

根据一种优选的实施方式，所述估算标准通过预先确定数量的最高的碰撞概率求和形成。为此，路径对的优先次序借助其碰撞概率形成并且仅考虑最优先的和最可能的路径对以计算评价标准。在一种替代的实施方式中，所述估算标准通过预先确定数量的随机选择的碰撞概率求和形成。利用所述措施可以可靠地预先计划和限制用于该方法步骤的计算时间。

根据一种优选的实施方式，检查车辆路径概率是否超过阈值并且仅对于超过阈值的车辆路径计算碰撞概率。优选地，车辆路径概率在所述实施方式中由行驶动力学数据的在车辆运行期间计算的误差概率分布来确定。尤其是，替代地或附加地也对于物体路径概率和物体路径实施这种检查并且将计算限于所选择的路径。

根据一种优选的实施方式，检测在车辆周围环境中的多个物体，给相应的物体分配相对于其它检测到的物体的优先级并且针对预先确定数量的最高优先级的物体实施所述方法步骤d)至g)。物体的优先级尤其是借助其物体种类、位置和其相对于车辆的相对速度来确定。尤其是对每个对象都计算总碰撞概率。优选地，物体的总碰撞概率在选择和计划避免碰撞操纵时被考虑。

根据一种优选的实施方式，所述避免碰撞操纵包括输出可听见的、可看见的和/或可感觉到的警告。尤其是向车辆的车辆驾驶员发出视觉的和/或声学的警告信号。替代地或附加地，可以向其它交通参与者发出视觉的和/或声学的外部警告，例如激活喇叭或灯光信号器。

根据一种优选的实施方式，所述避免碰撞操纵包括自动通过车辆系统改变车辆的速度。尤其是，车辆系统是摄像机模块，其中，制动或加速度预设优选直接通过车辆通信网络传输给制动控制装置、行驶动力学控制装置和/或发动机控制装置。在所述实施方式中，通过摄像机模块直接触发紧急制动动作。

根据一种优选的实施方式，所述避免碰撞操纵包括自动沿不与所述至少一条物体路径相交的路径和/或沿较低碰撞概率的路径引导车辆。尤其是，在考虑多个检测到的物体和其相应的潜在物体路径以及其概率的情况下确定用于避免碰撞操纵的路径。

根据一种优选的实施方式，所述避免碰撞操纵由集成于摄像机模块中的微处理器触发并且由至少一个车辆系统预先规定。尤其是，所述车辆系统是行驶动力学控制装置、发动机控制装置、制动控制装置或用于自动化行驶功能的中央处理器。

此外，根据本发明提供一种用于自动避免车辆与在该车辆的周围环境中的物体碰撞的控制设备，该控制设备包括具有微处理器的摄像机系统，或者该控制设备包括相对于摄像机系统单独的用于驾驶辅助任务的控制装置，在该微处理器上或在该控制装置上执行根据本发明所述的方法。

附图说明

通过借助附图对本发明的优选实施方式的以下描述可清楚地看出本发明的其它优点、特性和特征，在附图中：

图1示出车辆的示意图，借助三条车辆路径和一条物体路径在第一种示例中阐述按照本发明的方法，以及

图2示出车辆的示意图，借助三条车辆路径和两条物体路径在第二种示例中阐述按照本发明的方法。

具体实施方式

在图1中示例性地示出车辆10。在车辆10的未详细示出的摄像机系统上执行按照本发明的方法的一种优选的实施方式。在另一种未进一步示出的实施方式中，在相对于摄像机系统单独的用于驾驶辅助任务的控制装置上执行本方法。

在示例中，车辆10中的摄像机系统涵盖车辆10的周围环境的沿行驶方向位于前方的区域。摄像机系统的成像传感器提供图像数据流，集成于摄像机系统中的物体检测模块从图像数据流中检测物体20、即行人并且在连续的数据流内继续跟踪所述物体。物体检测模块从图像数据流中连续地确定物体20的瞬时位置及其速度和运动方向。速度和运动方向尤其是被提供作为具有至少两个方向分量的速度向量。基于物体20的瞬时位置、速度和运动方向在预先确定的评估(估算)时间范围外推物体路径22。尤其是在多个时刻计算将来的位置并且由此形成物体路径22。

对于车辆10，由瞬时行驶动力学数据、尤其是横摆率、转向角、横向加速度和/或在预先确定的时间范围内的速度来估计车辆路径16。尤其是使用单辙模型来估计。由横摆率、转向角、横向加速度和/或速度的误差概率分布估计出其它车辆路径12、16。由行驶动力学数据的误差概率分布也得出估计相应车辆路径12、14、16的相应概率或可靠性。例如，所估计的车辆路径16估算为具有为0.5的概率，并且车辆路径12、14分别估算为具有为0.25的概率。在另一种未进一步描述的实施例中(该实施例在其它方面是相同的)，行驶动力学数据的误差概率分布也考虑单辙模型或其它所使用的行驶动力学模型的模型不精确性以及针对时间范围的较晚时刻的估计的可靠性的时间相关性。

在图1的简化示例中，仅一个物体路径22由物体检测数据估计出并且估算为具有为1的概率。

车辆路径12、14、16分别被检查是否与物体路径22碰撞。为此，可以检查车辆沿相应的车辆路径在时间范围的相应时间点的估计位置与物体沿物体路径22的估计位置是否相一致。对于每条车辆路径12、14、16和每个物体20分别成对地进行比较。如果在时间范围内确定一个车辆路径12、14、16与一个物体路径22一致，即确定车辆10与物体20的潜在碰撞，那么计算相应的车辆路径12、14、16和物体路径22的碰撞概率。所述碰撞概率通过车辆路径概率与物体路径概率的乘积得出。

在图1中，路径估计的时间范围由车辆路径和物体路径箭头的长度表示。根据该图，物体路径22因此与车辆路径16和14相交，而不是与车辆路径12相交。对于车辆路径16与物体路径22的潜在碰撞得出1×0.5、即0.5的碰撞概率。对于车辆路径14与物体路径22的潜在碰撞得出1×0.25、即0.25的碰撞概率。

在计算潜在碰撞路径的碰撞概率之后计算用于车辆10与物体20的总碰撞概率的估算标准，其方式为将所碰撞的那对车辆路径和物体路径的碰撞概率求和。在示例中，总碰撞概率为0.75。

在简化的示例中，将总碰撞概率与阈值(例如0.7)进行比较。因为总碰撞概率超过阈值，所以触发避免碰撞操纵。在另一种实施例中(该实施例在其它方面与附图1的实施例一致)，连续地监控总碰撞概率并且确定总碰撞概率曲线的特性、如其斜率或在预先确定的时间段上的平均值并且将其与相应的阈值进行比较。尤其是，阈值根据行驶状况动态地适配。

作为避免碰撞操纵，车辆在最简单的情况下尽可能快地被制动至停止状态。为此，摄像机系统的微处理器发送紧急制动信号给制动控制装置，在该微处理器上执行按照本发明的避免碰撞方法。

在另一种实施方式中，该实施方式接下来没有另外说明对应于根据图1的示例，微处理器计算用于车辆的避让轨迹。为此，车辆10这样被操控，使得驶过潜在的确定与物体没有碰撞的车辆路径。因此，车辆这样被操控，使得无碰撞的车辆路径的车辆路径概率升高。

在图2中示出的按照本发明的方法的实施例与图1中所示的方法相同，因此附图标记和方法方式对应于对图1的解释。一个区别在于：对于物体20的瞬时位置、速度和运动方向存在误差概率分布。误差概率分布对于由物体检测模块提供的物体20的瞬时位置、速度和/或运动方向与相应的真实值的偏差给出概率。因此，对于物体数据已知，所述物体数据以何概率与真实的值有一定程度的偏差。借助关于瞬时位置、速度和/或运动方向的误差概率分布可以给出物体路径22的误差概率分布，该物体路径基于由物体检测模块提供的瞬时位置、速度和/或运动方向。因此，可以为物体路径22分配概率。此外，确定其它物体路径，即这样的基于有一定程度偏差的物体数据得到的物体路径，并且估算这些其它物体路径的与物体数据偏差相关的概率。

示例性地并且简化地，除了基于瞬时位置和瞬时速度向量确定的物体路径22之外，还示出另一条物体路径24，该物体路径由于瞬时位置和瞬时速度向量的不精确性或与真实值的偏差是潜在的物体路径。基于误差概率分布，物体路径22被估算为具有0.75的概率并且物体路径被估算为具有0.25的概率。

如在附图1的示例中那样，首先成对地分别检查车辆路径12、14、16和物体路径22、24是否在时间范围内碰撞。根据在示意图中箭头的长度可以看出，在图2的示例中，物体路径22与车辆路径14和16相交并且物体路径24与车辆路径16相交。假设如图1的示例中车辆路径概率相同，一对车辆路径16和物体路径22的碰撞概率为0.5×0.75，即0.375，并且一对车辆路径14和物体路径22的碰撞概率为0.25×0.25，即0.0625。对于车辆路径16与物体路径24的碰撞，碰撞概率为0.25×0.25，即0.0625。车辆10与物体20的碰撞的总概率作为所有碰撞的车辆路径和物体路径对的碰撞概率的总和得出、即0.375+0.0625+0.0625。在另一种实施方式中，该实施方式此外对应于如在图1和图2中所描述的方法，相应的路径对的碰撞概率在求和之前受到加权系数的影响。尤其是，预计在时间范围内的较早时刻发生碰撞的路径对比预计在时间范围内的较晚时刻发生碰撞的路径对获得较高的权重。优选地，加权系数在时间范围上线性地减小。

所有描述的实施方式和变型方案的特征可以任意组合，只要它们不相矛盾或作为排他的替代方案进行解释。

附图标记清单

10车辆

12、14、16车辆路径

20物体

22、24物体路径