CN105303887A - 用于监视车辆的期望轨迹的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监视车辆的期望轨迹的方法，所述方法包括以下步骤：检测所述车辆的环境；基于所检测的环境求取空闲空间；以及基于所述空闲空间在无碰撞方面检验所述期望轨迹，以便求取所述期望轨迹的行驶是否将导致碰撞。本发明还涉及用于监视车辆的期望轨迹的设备。本发明还涉及计算机程序。

Description

用于监视车辆的期望轨迹的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于监视车辆的期望轨迹的方法和设备。本发明还涉及一种计算机程序。

背景技术

在高度自动的行驶中出于安全性原因在行驶由车辆计算的期望轨迹之前对其进行监视是绝对必要的。原则上通常是，借助所有所探测的对象在碰撞方面检验期望轨迹。如果一个期望轨迹导致碰撞，则该期望轨迹将被分类为无意义的并且不被行驶。然而一般困难的是，确定对象的实际大小、尤其是宽度和长度。尤其环境传感器——例如雷达传感器或单目摄像机通常在最好情况下能够识别一个对象位于可见范围中的任意位置。通常，传感器不能够确定对象的准确轮廓。因此，期望轨迹的基于所探测的对象的检查是困难的。

上述环境传感器也不能够提供如下信息，即是否直至该对象实际上不存在其他的对象。这基本上归因于，通常应用对象传感器。因此，此外也可以应用主动的空闲空间传感器，其直接测量空闲空间。对象是整个“被占据空间”的近似，但是并不真实描绘该被占据空间(基于传感器的能力)。对象传感器尤其可能忽视对象，这通常是一个大问题。如果空闲空间传感器忽视了空闲空间，则在安全技术上来说通常没有问题。

发明内容

因此，本发明所基于的任务可以视为在于，提供一种用于监视期望轨迹的方法，该方法能够实现期望轨迹的在无碰撞方面的更简单的检查。

本发明所基于的任务也可以视为在于，提出用于监视期望轨迹的相应设备。

本发明所基于的任务也可以视为在于，提供相应的计算机程序。

所述任务借助于独立权利要求的相应主题解决。本发明的有利的构型是相应的从属权利要求的主题。

根据一个方面提供一种用于监视车辆的期望轨迹的方法，所述方法包括以下步骤：

检测所述车辆的环境；

基于所检测的环境求取空闲空间；以及

基于所述空闲空间在无碰撞方面检验所述期望轨迹，以便求取所述期望轨迹的行驶是否将导致碰撞。

根据另一方面提供一种用于监视车辆的期望轨迹的设备，所述设备包括：

用于检测所述车辆的环境的检测装置；和

处理装置，其用于基于所检测的环境求取空闲空间并且基于所述空闲空间在无碰撞方面检验所述期望轨迹，以便能够求取所述期望轨迹的行驶是否将导致碰撞。

根据又一方面提供一种计算机程序，其包括程序代码，用于当在计算机上执行计算机程序时实施用于监视车辆的期望轨迹的方法。

根据又一方面提供一种车辆，该车辆包括用于监视车辆的期望轨迹的设备。

有利地能够实现一种期望轨迹的与模型无关的并且可靠的监视。这尤其通过以下方式：基于空闲空间测量在无碰撞方面检验期望轨迹而不是如在现有技术中那样基于在车辆环境中探测的对象的大小。通常不感兴趣的是，什么正好(存在的对象具有什么轮廓，所述对象的轮廓因此在任何情况下对于估计规划起着非常次要的作用)位于非空闲的空间中。优选仅仅以下对于期望轨迹的检验是重要的，已经在空闲空间中规划或求取该期望轨迹。因此通过基于空闲空间在无碰撞方面检验期望轨迹的方式，可以有利地均衡已知环境传感器的不足，即这些已知环境传感器通常不能够确定对象的准确轮廓。由此引起期望轨迹的可靠监视。尤其有利的是，在车辆自动行驶的范围中应用本发明。在这样的行驶中车辆不再由驾驶员控制或引导。相反地，在自动行驶期间自动地并且自主地也就是独立自主地控制或引导车辆(在自动行驶模式中运行车辆)。因此根据一种实施方式设置，本发明的步骤在车辆自动行驶期间执行。相应地，所述设备构造用于如果在自动行驶模式中运行车辆，也就是自动地引导该车辆，则实施所述方法步骤。

应注意，根据一种实施方式，用于测量空闲空间的环境传感器仅仅主动地即测量空闲(即其构造用于仅仅测量空闲)，也就是说环境传感器构造用于不高估空闲空间，而是如果可能，仅仅低估空闲空间并且不采取对象假设(例如表述：见到距离20m处的对象，也就是说，“直到那里必须是空闲的。”显然不是这样的环境传感器的表述，所述环境传感器构造为空闲空间传感器)。

根据一种实施方式设置，空闲空间基于格栅或微粒(partikel)。在基于微粒的空闲空间中，该空闲空间通常划分为一个格栅，其中，格栅的各个单元分别具有一个变量，该变量是该单元通过一个对象占据的概率。基本上静态情景被良好地覆盖。应用微粒过滤器的方案也允许以相同方案不仅处理静态情况而且处理动态情况。

根据另一实施方式设置，基于所述空闲空间求取配置空间，其中，所述配置空间是描述所述车辆的无碰撞轨迹的一个空间，其中，在所述配置空间中在无碰撞方面检验所述期望轨迹。通过应用这样的配置空间尤其引起如下技术优点，即可以直接、快速并且可靠地实施期望轨迹的在无碰撞方面的检查。这是因为配置空间正好是一个这样的空间，该空间描述了车辆的无碰撞轨迹。也就是说，在配置空间中延伸的全部轨迹不会导致碰撞。

在另一实施方式中，为了求取所述配置空间而将基于格栅的空闲空间的空闲面与车辆大小和车辆方向的车辆模型进行卷积，从而所述配置空间求取为包括多个单元的格栅，所述多个单元所有表示为可行驶的，其中，为了在无碰撞方面检验所述期望轨迹而检查所述期望轨迹是否完全位于所述格栅中。

也就是说，有利地为了求取配置空间而考虑车辆大小和车辆方向。这尤其基于卷积。因此可以有利地确保，如果该车辆基于其空间上的延展并且基于其在空间中相应的方向位于空闲空间边界处但在空闲空间内，则位于空闲空间边界处但在空闲空间之外的对象不与该车辆碰撞。卷积优选对于车辆的所有可能的方向实施。因此尤其求取多维配置空间。车辆尺寸(车辆大小)的认识通常是必然需要的，如果在本说明书的范围中由“模型无关性”描述，则“模型无关性”涉及如下，即空闲空间自身的测量与其他待测量的交通参与者的模型无关(例如立体摄像机采用用于测量的强的模型假设，而激光雷达没有)。模型总是不准确的并且降低地描述真实性，因此可以避免这一点。但是自身车辆的“模型”是非常精确的，精确到毫米。因此这不是模型，而是仅为车辆延展。

配置空间是一个n维超级空间，其通过系统(在此在其环境中的车辆)的独立的空闲度(Freiheit)形成或求取。每个实际的运动是配置空间中的一个轨迹。不同于相空间，配置空间不描绘各个元素(例如障碍物或者环境中的其他对象)的冲量(impuls)，因此仅仅表示系统的当前配置或当前状态，而不可以导出各个元素的进一步运动。

因此有利地产生了具有适当的尺度和尺寸的格栅，其方式是，格栅单元的空闲度或可行驶性的特征在于，单元完全位于配置空间中。因此，所述格栅是一个描述车辆的所有无碰撞轨迹的空间。

因此，完全位于格栅中的期望轨迹不导致碰撞。因为格栅的全部单元的特征为空闲的或可行驶的。在此，期望轨迹由开始到目标点限定在配置空间中、也就是在格栅中的一系列相邻的点。

根据另一实施方式设置，分别借助于多个环境传感器检测所述车辆的环境，其中，所述环境的仅仅以下区域表示为可行驶的：在所述区域中全部环境传感器都没有探测到对象，从而所述空闲空间仅仅包括表示为可行驶的区域。

由此尤其引起了技术上的优点，即限定了用于可行驶区域的排除标准。排除标准因为以下而因此不再可以表示为空闲的一个区域：即对于该区域环境传感器中的仅仅一个示出该区域借助于一个对象占据。这与是否全部其他环境传感器正好将该区域表示为可行驶无关。因此有利地提高了在确定一个区域是否空闲时的安全性。

例如具有两种类型的环境传感器：对象传感器和明确的空闲空间传感器。对象传感器测量对象，在此涉及所述排除标准。空闲空间传感器明确测量空闲空间，其方式是，所述空闲空间传感器例如直接以多个相叠走向的激光射束测量地面。通过这种方式可以确保，没有对象位于两个激光射束之间，该区域因此是空闲的。由此，因此根据一种实施方式设置，设有至少一个来自每个传感器类别(对象传感器和自由空间传感器)的环境传感器。这对于轨迹检验是有利的。

根据另一实施方式，环境传感器优选相同或例如不同地形成。

根据一种实施方式，环境传感器元件选自以下组的环境传感器：雷达传感器、超声波传感器、激光雷达传感器、红外线传感器、视频传感器、尤其立体摄像机的一个或多个视频传感器或者单目摄像机的视频传感器。

根据一种实施方式，所述一个环境传感器(或者所述多个环境传感器)是空闲空间传感器，所述空闲空间传感器构造用于测量空闲空间。也就是说，空闲空间传感器可以测量、即测量车辆环境中的空闲空间。空闲空间传感器例如是激光雷达传感器，优选是多平面激光雷达传感器。

关于所述方法的实施方式类似地由关于设备的实施方式得出，并且反之亦然。也就是说，关于所述方法的特征、优点或实施方案由关于设备的实施方式得出，并且反之亦然。这尤其意味着，该设备构造用于实施根据本发明的方法。相应地，检测装置相应地构造。相应地，处理装置相应地构造。因此，检测装置尤其包括多个环境传感器。

附图说明

在下文中根据优选实施例进一步阐明本发明。附图示出：

图1：用于监视车辆的期望轨迹的方法的流程图；

图2：用于监视车辆的期望轨迹的设备；

图3：空闲空间的测量；

图4：基于根据图3的空闲空间求取或计算配置空间；以及

图5：基于根据图4的配置空间检验具有碰撞的期望轨迹。

在下文中对于相同特征可以使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出用于监视车辆的期望轨迹的方法的流程图。

根据步骤101检测车辆的环境。在步骤103中基于所检测的环境求取空闲空间。在步骤105中，基于所求取的空闲空间在无碰撞方面检验期望轨迹，以便求取期望轨迹的行驶是否将导致碰撞。

根据检验的结果例如可以设置，丢弃期望轨迹，其中，求取一个新的期望轨迹，随后又可以类似地在无碰撞方面检验该新的期望轨迹。期望轨迹尤其借助于期望轨迹计算装置求取或计算，该期望轨迹计算装置优选由根据本发明的设备所包括。期望轨迹尤其基于所检测的环境来求取。

图2示出用于监视车辆的期望轨迹的设备201。

设备201包括用于检测车辆的环境的检测装置203。设备201还包括处理装置205，其用于基于所检测的环境求取空闲空间并且基于空闲空间在无碰撞方面检验期望轨迹以便能够求取期望轨迹的行驶是否将导致碰撞。

在一种未示出的实施方式中，检测装置203包括多个环境传感器。该设备优选构造用于实施根据本发明的方法。

图3示出车辆301，该车辆行驶在道路303上。附图标记305指示波浪状的符号元素，所述符号元素应通过符号表示：车辆301借助于一个或多个环境传感器传感式地检测其环境。这借助于根据本发明的设备的检测装置。亦即，车辆301包括根据本发明的设备。这在图3至5中为清楚起见未示出。

附图标记307指示位于车辆301的环境中的对象。附图标记309指示隧道，车辆301驶向该隧道。附图标记310指示车辆，该车辆在道路303上位于隧道309的隧道入口之前。

因此，借助于检测装置传感式地检测车辆301的环境，从而基于所检测的环境可以求取空闲空间。该空闲空间通过附图标记311表示。亦即，没有对象位于空闲空间311中。因此，空闲空间311相应于空闲的或者可行驶的行驶面。

如果所求取的空闲空间是基于格栅的空闲空间，也就是如果可以基于格栅地代表相应的空闲空间，则在无碰撞方面的检验可以视为如下：

在第一步骤中，例如计算配置空间，该配置空间例如可以通过以下方式计算：基本上将空闲面与车辆301的模型(关于大小和方向)进行卷积。优选地，这对于车辆301的所有可能的方向实施并且引起多维的配置空间。所述配置空间是n维超空间，其通过系统的独立空闲度形成。每个实际的运动表示配置空间中的一个轨迹。不同于相空间，配置空间不描绘各个元素(在此例如对象307和另一车辆310)的冲量，因此仅仅示出系统的当前配置或者当前状态，而不能够导出各个元素的进一步运动。

由此形成具有适当的尺度和尺寸的格栅，其中，格栅的单元的空闲度或者可行驶性的特征在于，单元完全位于配置空间中。因此，格栅包括多个单元并且因此是描述车辆301的所有无碰撞的轨迹的空间。

“适当的”在此尤其根据环境中的所预期的对象的尺寸表示：如果仅仅预期车辆(例如在高速公路上)，则具有50厘米×50厘米的大小的格栅元(也就是单元)足够，如果人们在城市情景中作为行人在半途中，则需要最大10厘米×10厘米的元。

图4示出所求取的配置空间。该配置空间以附图标记401表示。可以看出，配置空间401相比于根据图3的空闲空间301较不显著地延展。这是因为现在还考虑车辆301的大小和方向。因此，即使车辆301在配置空间401的边界处行驶，但是在配置空间401内，车辆301将不与对象307、310碰撞，该对象直接位于配置空间401的边界处，但是在配置空间401之外。

图5示出所求取的或者所计算的具有碰撞的期望轨迹的检验。附图标记501指示该具有碰撞的期望轨迹。可以看出，期望轨迹501没有完全位于配置空间401内。该期望轨迹部分地位于配置空间401之外。因此，该轨迹501的行驶将导致车辆301将与在隧道309之前的车辆310碰撞。在该情况下，丢弃具有碰撞的期望轨迹501并且求取新的期望轨迹。

本发明可以有利地尤其用于高度自动的并且自主的行驶。本发明尤其也可以用在自动技术和机器人技术中。亦即，期望轨迹也可以是自动设备、自动设施、自动机器或机器人的期望轨迹。与车辆相关联地所做的实施方案类似地也适用在机器人或自动机器或自动设施的应用中。亦即，在本发明的其他方面和实施方式中在前述和下述实施方案中自动设备、自动设施、自动机器或机器人可以代替车辆。

总而言之，因此提供了用于高度自动行驶的监视设备和监视方法。根据本发明的监视设备或根据本发明的监视方法基于空闲空间测量，所述空闲空间测量例如可以由单个传感器，如激光雷达传感器或高分辨率的雷达传感器，或者由多个环境传感器例如雷达传感器以及立体视频摄像机的组合实施。因此，对于本发明需要至少一个环境传感器，所述至少一个环境传感器可以主动测量或检测车辆环境中的空闲空间。在一种实施方式中，可以以有利的方式将其他环境传感器的、存在的对象测量作为排除标准计算到空闲空间确定或空闲空间求取中。例如可以基于格栅或微粒表示空闲空间测量。

在此尤其不是特别重要相关的是，准确并且完全测量实际存在的空闲空间。仅仅通常必须确保的是，在以下位置或区域处也实际上是空闲空间：在所述位置或区域处环境传感器测量空闲空间。因此由轨迹检验的角度来看仅仅重要的是，空闲空间测量不提供误报。漏报的比率是不重要的并且不影响安全性，而是在任何情况下影响所监视的整个系统(也就是例如期望轨迹计算装置)的可用性，该整个系统求取或计算期望轨迹。

Claims (7)

1.一种用于监视车辆(301)的期望轨迹(501)的方法，所述方法包括以下步骤：

检测(101)所述车辆(301)的环境；

基于所检测的环境求取(103)空闲空间(311)；以及

基于所述空闲空间(311)在无碰撞方面检验(105)所述期望轨迹(501)，以便求取所述期望轨迹(501)的行驶是否将导致碰撞。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述空闲空间(311)基于格栅或微粒。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于所述空闲空间(311)求取配置空间(401)，其中，所述配置空间(401)是描述所述车辆(301)无碰撞轨迹的一个空间，其中，在所述配置空间(401)中在无碰撞方面检验所述期望轨迹(501)。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，为了求取所述配置空间(401)而将基于格栅的空闲空间(311)的空闲面与车辆大小和车辆方向的车辆模型进行卷积，从而所述配置空间(401)求取为包括多个单元的格栅，所述多个单元所有表示为可行驶的，其中，为了在无碰撞方面检验所述期望轨迹(501)而检查所述期望轨迹(501)是否完全位于所述格栅中。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，分别借助于多个环境传感器检测所述车辆(301)的环境，其中，所述环境的仅仅以下区域表示为可行驶的：在所述区域中全部环境传感器都没有探测到对象(307、310)，从而所述空闲空间(311)仅仅包括表示为可行驶的区域。

6.一种用于监视车辆(301)的期望轨迹(501)的设备(201)，所述设备包括：

用于检测所述车辆(301)的环境的检测装置(203)；和

处理装置(205)，其用于基于所检测的环境求取空闲空间(311)并且基于所述空闲空间(311)在无碰撞方面检验所述期望轨迹(501)，以便能够求取所述期望轨迹(501)的行驶是否将导致碰撞。

7.一种计算机程序产品，其包含程序代码，用于当在计算机上执行计算机程序时实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法。