借助机动车的不变安全状态进行运动规划
技术领域
本发明涉及用于借助机动车的不变安全状态进行运动规划的驾驶员辅助系统和方法，以及用于借助机动车的不变安全状态验证轨迹的驾驶员辅助系统。
背景技术
在本文件的范畴中，术语“自动驾驶”可以理解为具有自动的横向或纵向控制的驾驶或者具有自动的纵向和横向控制的自主驾驶。术语“自动驾驶”包括具有任何自动化程度的自动驾驶。示例性的自动化程度是辅助驾驶、部分自动驾驶、高度自动驾驶或完全自动驾驶。这些自动化程度由联邦公路研究所(BASt)定义(参见BASt出版物“Forschungkompakt”，版本11/2012)。在辅助驾驶中，驾驶员持续地执行纵向或横向控制，而系统在一定的限度内接管相应的其他功能。在部分自动驾驶(TAF)中，系统在一定时间段内和/或在特定情况下接管纵向和横向控制，其中驾驶员必须像在辅助驾驶中一样持续地监控系统。在高度自动驾驶(HAF)中，系统在一定时间段内接管纵向和横向控制，而驾驶员不必持续地监控系统；但是驾驶员必须在一定时间内能够接管车辆控制。在完全自动驾驶(VAF)中，对于特定的应用场景，系统可以在所有情况下自动进行驾驶；对于该应用场景不再需要驾驶员。根据BASt的定义的、上面所提到的四个自动化程度对应于SAE J3016标准(SAE-汽车工程学会)的SAE级别1至4。例如，根据BASt的高度自动驾驶(HAF)对应于SAE J3016标准的级别3。在SAE J3016中还规定了SAE级别5作为最高的自动化程度，该最高的自动化程度未包含在BASt的定义中。SAE级别5对应于无人驾驶，其中系统可以在整个行驶期间像人类驾驶员一样自动处理所有情况；通常不再需要驾驶员。
发明内容
本发明的目的在于，给出一种用于借助机动车的不变安全状态进行运动规划的驾驶员辅助系统和方法，以及一种用于借助机动车的不变安全状态来验证轨迹的驾驶员辅助系统。
该目的通过独立权利要求的特征来实现。在从属权利要求中描述了有利的实施方式。需要指出的是，从属于独立权利要求的权利要求的附加特征可以在没有独立权利要求的特征的情况下，或在仅与独立权利要求的特征的子集相组合的情况下形成自己的且独立于独立权利要求的所有特征的组合的发明，该发明可以作为独立权利要求、分案申请或后续申请的主题。这以同样的方式适用于说明书中所描述的可以形成独立于独立权利要求的特征的发明的技术教导。
本发明的第一方面涉及一种用于机动车的运动规划的驾驶员辅助系统。在这里，运动规划例如包括机动车的轨迹的规划或机动车的目标速度的规划。然后，所规划的机动车运动特别地可以由驾驶员辅助系统指定给机动车的至少一个执行器(例如，驱动部或转向部)，使得实现至少部分自动化的运行。备选地，可以借助例如用于听觉输出或视觉输出的至少一个输出装置向机动车驾驶员通知所规划的运动，使得该驾驶员可以通过操纵转向部、加速踏板和/或制动踏板来手动地执行所规划的运动。
在这里，机动车的安全状态是机动车在第一时间步长中的如下状态：在第一时间步长之后的至少一个第二时间步长中，机动车可以根据机动车的机动性从该状态转移到另一安全状态，而不会与道路使用者发生碰撞。
在这里，本发明基于以下认识：安全状态不同于“仅”无碰撞的状态。无碰撞状态是机动车不与道路使用者发生碰撞的状态。在这里，不考虑交通状况的时间维度。相反，在考虑无碰撞状态时基于以下隐含假设：机动车和道路使用者在特定的时间点发生碰撞或者不发生碰撞。在这里，在考虑安全状态时将附加地考虑机动车和道路使用者的未来可能的运动。在这里，安全状态例如为如下的状态，在这样的状态中，通过考虑机动车自身的机动性，在道路使用者未来可能的所有运动的情况下，机动车至少可以通过规避操作和/或制动操作来防止碰撞。因此，可以肯定的是，安全状态必然也是无碰撞状态。然而，并非每个无碰撞状态也都是安全状态。例如，其中机动车距道路使用者仅非常小的距离并且具有非常大的速度差的状态虽然是无碰撞的，因为就目前而言尚未发生碰撞。但是该状态并不安全，因为在未来的时间步长中，碰撞是不可避免的。
在这里，特别地，通过机动车的物理参数和机动车的周围环境(例如，车道)来预先确定机动车的机动性。在这里，机动性例如可以借助于车辆模型来表示。
在这里，特别地，机动车的机动性包括能够由机动车实现的、例如由最大可用制动力产生的减速度和/或能够由机动车实现的转向角。
在这里，特别地，机动车或道路使用者的状态包括机动车或道路使用者的空间位置、机动车或道路使用者的加速度、机动车或道路使用者的运动方向和/或机动车或道路使用者的运动速度。
此外，驾驶员辅助系统被设置为：针对至少一个未来的时间步长，基于机动车的当前状态来确定机动车和道路使用者的至少一个可能的未来状态。特别地，驾驶员辅助系统还可以被设置为确定至少一个其他道路使用者的可能状态的多个集合。
此外，驾驶员辅助系统被设置为：从机动车和道路使用者的可能的未来状态中选择机动车的安全的未来状态，并根据安全的未来状态来规划机动车的运动。
在这里，特别地，安全的未来状态的所选择的集合可以亚近似，以确保有效的选择。通过亚近似(Unterapproximation)进行安全状态的选择，根据其规划机动车的运动。这些所选择的安全状态中的每个安全状态实际上都是安全状态。然而，此外，未被选择的安全状态在机动车运动的规划中被认为是非安全状态。通过这种方式，可以实现在安全状态的有效选择和可用于规划机动车运动的状态空间之间的“折衷”。
在一个有利的实施方式中，驾驶员辅助系统包括可预设的规划期，该规划期确定了用于规划运动的未来的时间步长(t1、t2、t3)的数目。在这里，该规划期例如可以由机动车传感器的范围隐含地预设。备选地或附加地，该规划期例如还可以由机动车电子系统的运算能力预设。备选地或附加地，规划期还可以由用户定义，即，例如由机动车的驾驶员预设，或者在驾驶员辅助系统或机动车的开发中就已经被预设。
机动车的安全状态是机动车在第一时间步长中的如下状态：在规划期的在第一时间步长之后的所有时间步长中，机动车可以根据机动车的机动性分别从该状态至少转移到另一安全状态，而不会与道路使用者发生碰撞。
在另一有利的实施方式中，驾驶员辅助系统被设置为规划机动车的运动，使得机动车至少在一个未来的时间步长中处于安全状态。
在另一有利的实施方式中，驾驶员辅助系统被设置为：针对机动车和道路使用者的至少一个可能的如下未来状态，规划机动车的规避运动，根据机动车的机动性，机动车无法以不与道路使用者发生碰撞的方式从该未来状态转移到安全状态。规避运动例如可以为转向和/或制动操作。
在另一有利的实施方式中，驾驶员辅助系统被设置为：在确认车辆不处于安全状态时，激活机动车的至少一个保护系统。特别地，保护系统可以是从现有技术中已知的“预碰撞”系统，诸如皮带张紧器或机动车制动设备的预处理。在这里，本发明基于以下认识：非安全状态并不一定是碰撞状态，因为可能借助亚近似确定了安全状态。但是，在未来的时间步长中可能会发生碰撞。
作为激活保护系统的备选方案或附加方案，特别地，还可以重新分配机动车控制单元的运算能力。因此，例如在驾驶员辅助系统利用安全的未来状态的集合的亚近似工作的情况下，通过对在机动车控制单元上执行的过程进行重新定位，可以提供较高的运算能力，以用于较精确地计算安全的未来状态的集合。例如，已经释放的运算能力也可以用于较精确地确定轨迹。
在另一有利的实施方式中，驾驶员辅助系统包括可预设的规划期，该规划期确定了用于规划运动的未来的时间步长的数目。此外，驾驶员辅助系统被设置为：规划机动车的运动，使得在规划期的在第一时间步长之后的所有时间步长中，机动车都处于安全状态。
本发明的第二方面涉及一种用于验证机动车的轨迹的驾驶员辅助系统。在这里，机动车的安全状态是机动车在第一时间步长中的如下状态，在第一时间步长之后的至少一个第二时间步长中，机动车可以根据机动车的机动性从该状态转移到另一安全状态，而不会与道路使用者发生碰撞。
驾驶员辅助系统被设置为确定或接收机动车的轨迹，并且针对至少一个未来的时间步长，基于机动车的当前状态来确定机动车和道路使用者的至少一个可能的未来状态。
此外，驾驶员辅助系统被设置为：从机动车和道路使用者的可能的未来状态中选择机动车的安全的未来状态，并根据机动车的安全的未来状态来确定轨迹是否使机动车在至少一个未来的时间步长中转移到非安全状态。
本发明的第三方面涉及一种用于机动车的运动规划的方法，其中机动车的安全状态是机动车在第一时间步长中的如下状态，在第一时间步长之后的至少一个第二时间步长中，机动车可以根据机动车的机动性从该状态转移到另一安全状态，而不会与道路使用者发生碰撞。
在这里，该方法的一个步骤是，针对至少一个未来的时间步长，基于机动车的当前状态来确定机动车和道路使用者的至少一个可能的未来状态。
该方法的另一步骤是，从机动车和道路使用者的可能的未来状态中选择机动车的安全的未来状态。
该方法的另一步骤是，根据机动车的安全的未来状态来规划机动车的运动。
对于根据本发明第一方面的根据本发明的驾驶员辅助系统的以上说明以相应的方式还适用于根据本发明第二方面的根据本发明的驾驶员辅助系统和根据本发明第三方面的方法。根据本发明第二方面的根据本发明的驾驶员辅助系统的在这里和在权利要求中未明确说明的有利实施例以及根据本发明第三方面的根据本发明的方法的在这里和在权利要求中未明确说明的有利实施例对应于根据本发明第一方面的根据本发明的驾驶员辅助系统的上面所描述的或在权利要求中所描述的有利实施例。
附图说明
下面借助于附图基于实施例描述本发明。其中：
图1示出了根据本发明的方法的一个实施例；
图2示出了状态集合之间的示例性关系，并且
图3示出了根据本发明的驾驶员辅助系统的一个实施例。
具体实施方式
图1示出了一种用于借助驾驶员辅助系统FAS对机动车E进行运动规划的方法。
在这里，机动车E的安全状态是机动车E在第一时间步长中的如下状态，在第一时间步长之后的至少一个第二时间步长中，机动车E可以根据机动车E的机动性从该状态转移到另一安全状态，而不会与道路使用者V发生碰撞。
在这里，机动车E的机动性例如包括能够由机动车E实现的减速度和/或能够由机动车E实现的转向角。
机动车E或道路使用者V的状态又包括机动车E或道路使用者V的空间位置、机动车E或道路使用者V的加速度、机动车E或道路使用者V的运动方向、和/或机动车E或道路使用者V的运动速度。
该方法的一个步骤是，针对至少一个未来的时间步长t1、t2、t3，基于机动车E的当前状态l2；t0来确定机动车E和道路使用者V的至少一个可能的未来状态Z。
在这里，驾驶员辅助系统FAS包括可预设的规划期，该规划期确定了用于规划运动的未来的时间步长t1、t2、t3的数目。
在这里，例如从未来的时间步长t1、t2、t3分别与机动车和/或道路使用者的可能的车道l1、l2的组合中得出这些状态。因此，机动车E的未来状态Z的集合由状态t1；l1、t1；l2、t2；l1、t2；l2、t3；l1和t3；l2组成。
该方法的另一步骤是，从机动车E和道路使用者V的可能的未来状态Z中选择机动车E的安全的未来状态S。
例如，在考虑机动车的机动性的情况下，得出：未来状态Z中的状态t1；11、t1；12、t2；11、t2；12是安全状态，从而形成集合S。
在这里，安全的未来状态S的特征在于，例如通过制动操作，机动车E可以从这些安全的未来状态S中的每个安全的未来状态又进入到安全状态，而不会与道路使用者V发生碰撞。
在实施例中，状态t3；l2不是安全的，因为在该状态下，机动车E与道路使用者V之间的空间距离很小，使得取决于道路使用者V的行为，机动车E在其机动性范围内并不是在所有情况下都可以避免碰撞。例如，机动车E与道路使用者V之间的速度差的大小可以使得在道路使用者完全制动的情况下仍无法避免机动车E与道路使用者V之间的碰撞。
在实施例中，状态t3；l1虽然是无碰撞的，但并不是安全的。考虑到机动车E的当前信息状态，状态t3；l1对于机动车E是不危险的，因为道路使用者位于车道l2。然而，道路使用者V有可能突然变道到车道l1中。如果在这种假定的情况下机动车处于状态t3；l1，则——类似于状态t3；l2——将无法避免机动车E与道路使用者V之间的碰撞。
该方法的最后一步是，根据机动车E的安全的未来状态S来规划机动车E的运动。
在这里，驾驶员辅助系统FAS被设置为：规划机动车E的运动，使得机动车E至少在一个未来的时间步长t1、t2、t3中处于安全状态。
例如，机动车E的运动可以使得机动车E接近道路使用者V，然后将机动车E的速度减小为使得机动车E以安全距离跟随道路使用者V。
但是，如果例如根据机动车E的驾驶员的意愿，机动车E仍然要超过道路使用者V，则机动车E必须在短时间内进入非安全状态，例如进入“仅”无碰撞的状态。
在这种情况下，驾驶员辅助系统FAS可以被设置为：针对机动车E和道路使用者V的至少一个可能的如下未来状态Z，规划机动车E的规避运动，根据机动车E的机动性，机动车E无法以不与道路使用者V发生碰撞的方式从该未来状态转移到安全状态。机动车E的规避运动例如可以是变道到路肩。
此外，驾驶员辅助系统FAS可以被设置为：在确认车辆不处于安全状态S时，激活机动车E的至少一个保护系统。
图2示出了状态集合之间的示例性关系。在这里，集合Z例如包括机动车E的所有可能的未来状态。
集合K是所有可能的未来状态的集合Z的子集，集合K包括机动车E的所有可能的未来无碰撞状态，其中机动车E不与道路使用者V发生碰撞。
集合S是机动车E的所有可能的未来无碰撞状态的集合K的子集，集合S包括机动车E的所有未来的安全状态，其中机动车例如在无限的时间范围内不与道路使用者V发生碰撞。
图3示出了根据本发明的驾驶员辅助系统FAS的一个实施例。在这里，机动车E包括驾驶员辅助系统FAS。
在这里，驾驶员辅助系统FAS包括第一控制单元S，该第一控制单元S被设置为：针对至少一个未来的时间步长t1、t2、t3，基于机动车E的当前状态l2；t0来确定机动车E和道路使用者V的至少一个可能的未来状态Z。
此外，驾驶员辅助系统FAS包括第二控制单元P，该第二控制单元P被设置为：从机动车E和道路使用者V的可能的未来状态Z中选择机动车E的安全的未来状态S。
此外，驾驶员辅助系统FAS包括第三控制单元MC，该第三控制单元MC被设置为：根据安全的未来状态S来规划机动车E的运动。
