CN113544611B - 用于运行自动化车辆的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于运行自动化车辆的方法，包括以下步骤：感测车辆的环境；提供所感测的环境的环境数据；环境数据被馈送给状况感测装置，该状况感测装置具有大于一的限定数量的状况感测元件；借助状况感测元件对车辆的环境进行计算建模；使用状况感测元件的模型的输出数据来操控驾驶员辅助系统；借助决策装置决策：将状况感测元件的模型的哪些输出数据用于对车辆的促动装置进行操控；使用决策出的输出数据来操控车辆的促动装置。

Description

用于运行自动化车辆的方法和设备

技术区域

本发明涉及一种用于运行自动化车辆的方法。本发明还涉及一种用于运行自动化车辆的设备。本发明还涉及一种计算机程序产品。

背景技术

现今，已使用来自环境传感器的数据，以便承担车辆的特定行驶任务。例如，环境传感器数据例如被用于控制紧急制动辅助(AEB，英语：Autonomous Emergency Braking，自主紧急制动)或者间距调节速度控制器(ACC，英语：Adaptive Cruise Control，自适应巡航控制)进行操控。典型地，由雷达传感器和/或摄像机来求取用于实现如AEB或者ACC这类功能的环境传感器数据。所有这些功能的共同点是，其作用区域严重受限。

DE102015222605A1公开一种用于机动车的辅助行驶、部分自动化行驶、高度自动化行驶、全自动化行驶或者无人行驶的方法。在此可以设置，所有子系统具有监控功能并且将其工作能力传送给控制器，其中，还可以设置，个别子系统在数量上传送工作能力而其他子系统仅在质量上传送哦工作能力。

EP1369288A2公开一种车辆控制装置，其包括车辆控制子系统。

发明内容

本发明的任务为，提供一种用于运行自动化车辆的改进的方法。

根据第一方面，该任务通过一种用于运行自动化车辆的方法来解决，该方法具有以下步骤：

-感测车辆的环境；

-提供所感测的环境的环境数据；

-向状况感测装置馈送该环境数据，该状况感测装置具有大于一的限定数量的状况感测元件；

-借助状况感测元件对车辆的环境进行计算建模；

-使用状况感测元件的模型的输出数据来进行驾驶员辅助系统的操控；

-借助决策装置决策：将状况感测元件的模型的哪些输出数据用于对车辆的促动装置进行操控；和

-使用决策出的输出数据来操控车辆的促动装置。

有利地，以这种方式能够实现直至5级的自动化行驶车辆(自主车辆)。有利地，这能够利用本发明通过节约地使用硬件资源来实现，由此，能够以相对较小的控制器实现该方法。由此，减小计算耗费并且能够实施更快的计算循环。由此，结果是，提供了一种具有实时能力的、用于运行自动化车辆的系统。

根据第二方面，利用一种用于运行自动化车辆的设备来解决该任务，该设备具有：

-用于感测车辆的环境并且用于提供所感测的环境的环境数据的环境传感器装置；

-具有大于一的限定数量的状况感测元件的状况感测装置，环境数据被馈送给所述状况感测装置，其中，借助状况感测元件能实施对车辆的环境的计算建模；

-驾驶员辅助系统，该驾驶员辅助系统能用状况感测元件的模型的输出数据来操控；

-决策装置，借助该决策装置能决策：状况感测元件的模型的哪些输出数据用于对车辆的促动装置进行操控；和

-车辆的促动装置，所述促动装置能用决策出的输出数据来操控。

该方法的有利扩展方案是从属权利要求的内容。

该方法的一种有利扩展方案设置，彼此独立地同步地求取状况感测元件的模型，其中，状况感测元件的模型至少部分地重叠。由此，辅助系统的稳健性，因为在一个状况感测元件失效的情况下激活的驾驶员辅助系统能够继续运行。

该方法的另一有利扩展方案设置，驾驶员辅助系统彼此独立且同步地实施。由此，也辅助该方法的独立性和稳健性。

该方法的另一有利扩展方案设置，由环境传感器装置的传感器为不同的状况感测元件提供不同的数据。例如可以设置，将视频摄像机用于车道和对象的识别，其中，由不同的状况感测元件使用这些不同的信息。

该方法的另一有利扩展方案的特点在于，借助每个状况感测元件的自估测装置来求取：对应的状况感测元件的模型有多么可信。由此，给决策载体提供“哪个状况感测元件可信，则选择该状况感测元件”的决策辅助。

该方法的另一有利扩展方案的特点在于，借助状况感测元件的模型为所有驾驶员辅助系统提供数据。由此，使用相同的状况感测元件数据来操控所有驾驶员辅助系统，由此，同样辅助该方法的稳健性。

该方法的另一有利扩展方案设置，驾驶员辅助系统决策：该驾驶员辅助系统处理哪个状况感测元件的哪些数据。由此，也有利地提高了该方法的稳健性。

该方法的另一有利扩展方案的特点在于，功能装置的决策装置决策：哪个驾驶员辅助系统处理哪些数据。由此，最终决策：对哪些数据进行处理和给哪个促动器馈送数据。

该方法的另一有利扩展方案设置，每个状况感测元件分别以相同的度量评价车辆的行为数据，其中，状况感测元件的度量包括下述中的至少一个：碰撞概率、资源节约、环境可持续发展性、合法性。在此，最重要的度量是尽可能小的碰撞概率，借助该尽可能小的碰撞概率能够尽可能地避免车辆的碰撞。

附图说明

下面，借助多个附图以其他特征和优点详细描述本发明。在此，所述设备的技术特征和优点以类似方式由来自所述方法的技术特征和设备得出。

附图中示出：

图1示出用于运行自动化车辆的传统设备的原理图；

图2示出另一用于运行自动化车辆的传统设备的另一示图；

图3示出所提出的用于运行自动化车辆的设备的第一实施方式的原理图；和

图4示出所提出的用于运行自动化车辆的方法的流程图的原理图。

具体实施方式

本发明的核心构思尤其是，在尽可能大的自动化车辆使用范围内实现行驶任务。有利地，以这种方式能够实现用于直至5级的自主行驶的(5级是限定自主行驶的)方法(5级的定义：“在人类驾驶员能够应对的所有行驶和环境条件下通过自动化行驶系统无例外地实施动态行驶任务的所有方面”)。

为此，根据本发明提出所谓的“多智能体方案(Multiagenten-Ansatz)”，该多智能体方案使得能够实现直至5级的自主行驶。在此，呈状况感测元件51a……51n形式的各个所谓的“智能体”使用待近似精确地确定的数学模型来简化所谓的“开放世界问题”(世界范围内可能的5级自主行驶)。在此，不同的智能体或者说状况感测元件51a……51n这样构造，使得它们的模型使用近似独立的状态。例如，一个状况感测元件51a……51n致力于车道的感测，另一个状况感测元件51a……51n致力于对象的感测，等。因此，所有状况感测元件51a……51n的总和覆盖自动化车辆为了自主行驶所需要的整个作用区域。

因此，有利地能实现，通过简化为待数学上近似精确地确定的模型能够以有限的硬件资源实时地实现开放世界问题的解决方案。

现今，车辆通常配备有不同的环境传感器(例如雷达、摄像机、超声波、激光雷达、红外摄像机等)。借助于这些环境传感器来感测环境数据。然后，根据这些环境数据能实现用于完成特定行驶任务的功能。通常，将确定的环境传感器特定地用于特定行驶任务，例如超声波传感器用于泊车任务，雷达传感器用于间距调节速度控制器，等。

在自主行驶功能的方面提出，设置来自多个不同的环境传感器的组合，以便实现硬件技术冗余。提出一种能够实现具有硬件和软件的技术冗余的自主行驶的方法。

驾驶员辅助系统是一种应解决行驶任务例如保持车道的系统。典型地，驾驶员辅助系统如图1中所示的那样起作用。

环境传感器装置10被用于求取环境数据20。在驾驶员辅助系统30a中分析环境数据20，其中，基于该分析的结果提出对行驶任务的解决方案。然后利用该行驶任务解决方案来操控例如呈(未示出的)车辆的转向装置和/或制动装置的形式的促动装置40。如果车辆具有多个驾驶员辅助系统30a……30n，则也可以存在这种逻辑的多个平行层次，例如像图2中所示的那样。

图3示出根据本发明的用于运行自动化车辆的设备100的一种实施方式。可以看出，在这里所提出的方法中，将状况感测装置50附加地嵌入到闭环的(closed loop)信息路径中。如在上述驾驶员辅助系统30a……30n的情况下那样，信息流在环境传感器装置10处开始。

该环境传感器装置求取环境数据20，其中，对来自环境传感器装置10的不同环境传感器(例如超声波、雷达、激光雷达、摄像机等)的环境数据进行可信度检验和融合。环境数据20优选由不同类型的传感器提供，由此，将不同传感器的传感器数据相比较。如果例如通过雷达传感器并且通过视频传感器识别到对象，则“该对象实际上存在”的可能性高。将经这样融合和可信度检验的信息转发给状况感测装置50。在状况感测装置50中，由多个呈状况感测元件51a……51n形式的智能体来进一步处理这些经预处理的环境数据20。

状况感测装置50的状况感测元件51a……51n将车辆的环境抽象为简化的数学模型。在此，状况感测装置50的每个状况感测元件51a……51n这样构造或编程，使得该状况感测元件使用近似独立的信息。例如，能够借助状况感测元件51a……51n限定对象的自由度，例如排除车辆在平坦高速公路上直行时在Z方向上的运动。因此，例如可以将一个状况感测元件51a……51n设置用于，基于如上述那样经预处理的环境数据来识别行车道标记或车道，而另一个状况感测元件51a……51n基于所述环境数据来求取运动对象之间的相互关系，等。因此，每个状况感测元件51a……51n承担如下任务：借助特定的度量(例如碰撞概率、资源节约、环境可持续发展性、车辆行为合法性，等)来评价不同的车辆行为。在此，度量“对象之间的碰撞概率”通常被赋予最高的优先级。优选，所有状况感测元件51a……51n使用相同的度量，使得由此能够相互比较不同的状况感测元件51a……51n以及由此生成的行为。

示例性的车辆行为是“在车道中行驶”、“实施车道变换”、“制动”、“加速”、“驶向停车位”等。例如，以下状况感测元件51a……51n可能具有重叠的作用区域：

状况感测元件A：观察所有可以配属于一个车道的对象；

状况感测元件B：观察所有对象。

在该示例中，所有由状况感测元件A感测到的对象在状况感测元件B的作用区域内。反之则，该说法不成立。

通过通用的度量组实现对不同行为的评价，其中，通过各个状况感测元件51a……51n利用其自身特定的度量来评价各个行为。

除行为的评价以外，各个状况感测元件51a……51n的另一任务是借助自估测装置52a……52n输出自估测。该自估测表明：通过对应的状况感测元件51a……51n对行为的评价有多么可信。优选，每个状况感测元件51a……51n的自估测基于对应的状况感测元件51a……51n为进行其计算所利用的输入信号质量量度来计算。此外，可以校验：状况感测元件51a……51n的基本假设是否能够在当前情况下被遵守。由状况感测装置50将经评价的行为和状况感测元件51a……51n的自估测转发给具有决策装置61的功能装置60。

在功能装置60中使用经评价的行为，以便实现各种不同的驾驶员辅助系统30a……30n(例如AEB、ACC、LKA(英语：lane keeping assist，车道保持辅助)等)，这些驾驶员辅助系统要实施行驶任务。在此，在限定的时间段内可以始终仅有单个驾驶员辅助系统30a……30n是激活的，因为各种不同的驾驶员辅助系统30a……30n处于相互竞争中。在此，将经评价的不同车辆行为以经可信度检验和融合的环境数据的形式相互比较。在此，选择以从属的行为尽可能好地满足所期望的行驶任务并在此对车辆来说意味着最低碰撞概率或者说碰撞风险的那种功能。

如果状况感测元件51a……51n报告：其自估测非常低，则功能装置60例如可以忽略该状况感测元件51a……51n的评价而使用另一状况感测元件51a……51n的评价。最后，基于针对一个行为的决策和从属的功能来操控促动装置40的例如呈车辆的转向装置和/或制动装置的形式的促动器。典型地，在ACC作为所选择的驾驶员辅助系统30a……30n的情况下，操控车辆的马达。典型地，在LKA作为所选择的驾驶员辅助系统的情况下，操控车辆的转向装置。在此，例如可以设置，利用轨迹数据来操控转向装置。因此，结果是，车辆根据经评价的行为实施其行驶任务。

可选地，也可以设置，通过多个不同的状况感测元件51a……51n来操控驾驶员辅助系统30a……30n。但在此并非绝对需要每个状况感测元件51a……51n能够实现每个功能。

所提出的方法相对于传统的经典驾驶员辅助系统尤其具有以下优点：

-通过状况感测元件51a……51n来实施从环境到简单数学模型的抽象，由此节约了硬件资源；

-通过状况感测元件51a……51n能够缩短计算时间并因此提供具有实时能力的系统；

-除了通过环境传感器装置10的多个环境传感器类型引起的硬件技术冗余以外，通过具有重叠作用区域的多个状况感测元件51a……51n来提供软件技术冗余。由此，结果是，该系统即使在一个状况感测元件51a……51n失效的情况下也继续有功能能力；

-特定任务能够通过专用智能体的开发来解决。例如，可以设置如下状况感测元件：该状况感测元件在例如所有环境传感器失效时仅基于本车辆数据。该状况感测元件能够用于使车辆制动或者将驾驶任务完全移交给人类驾驶员。

优选，设备100构造为车辆的电子控制器，在该电子控制器上执行(例如呈C++形式的程序代码的)计算机程序产品。

图4示出所提出的用于运行自动化车辆的方法的原理性流程图。

在步骤200中，执行车辆的环境的感测。

在步骤210中，提供所感测的环境的环境数据20。

在步骤220中，向状况感测装置50馈送环境数据20，该状况感测装置具有大于一的限定数量的状况感测元件51a……51n。

在步骤230中，借助状况感测元件51a……51n来实施对车辆的环境的计算建模。

在步骤240中，使用状况感测元件51a……51n的模型的输出数据来实施驾驶员辅助系统30a……30n的操控。

在步骤250中，借助决策装置61实现决策：将状况感测元件51a……51n的模型的哪些输出数据用于车辆的促动装置40的操控。

在步骤260中，使用决策出的输出数据来操控车辆的促动装置40。

有利地，根据本发明的方法能够实现为软件，该软件例如在车辆中的电子控制器上或者基于云在服务器装置上运行。以这种方式辅助该方法的简单可适配性。

在不偏离本发明核心的情况下，本领域技术人员可以以适当的方式修改和/或相互组合本发明的特征。

Claims (11)

1.一种用于运行自动化车辆的方法，所述方法具有以下步骤：

-感测车辆的环境；

-提供所感测的环境的环境数据(20)；

-给状况感测装置(50)馈送所述环境数据(20)，所述状况感测装置具有大于一的限定数量的状况感测元件(51a……51n)；

-借助所述状况感测元件(51a……51n)来对所述车辆的环境进行计算建模，其中，彼此独立地同步地求取所述状况感测元件(51a……51n)的所述模型，其中，所述状况感测元件(51a……51n)的所述模型至少部分地重叠，其中，每个状况感测元件(51a……51n)这样构造，使得所述状况感测元件使用独立的信息，其中，所有状况感测元件(51a……51n)的总和覆盖自动化车辆为了自主行驶所需要的整个作用区域；

-使用所述状况感测元件(51a……51n)的模型的输出数据进行驾驶员辅助系统(30a……30n)的操控；

-借助决策装置(61)来决策：将所述状况感测元件(51a……51n)的模型的哪些输出数据用于对所述车辆的促动装置(40)进行操控；和

-使用决策出的输出数据来操控所述车辆的所述促动装置(40)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述驾驶员辅助系统(30a……30n)彼此独立和同步地实施。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由环境传感器装置(10)的传感器为不同的状况感测元件(51a……51n)提供不同的数据。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助每个状况感测元件(51a……51n)的自估测装置(52a……52n)来求取：对应的状况感测元件(51a……51n)的所述模型有多么可信。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助所述状况感测元件(51a……51n)的所述模型为所有驾驶员辅助系统(30a……30n)提供数据。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述驾驶员辅助系统(30a……30n)决策，所述驾驶员辅助系统处理哪个状况感测元件(51a……51n)的哪些数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，功能装置(60)的决策装置(61)决策：哪个驾驶员辅助系统(30a……30n)处理哪些数据。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，每个状况感测元件(51a……51n)分别以相同的度量来评价所述车辆的行为数据，其中，所述状况感测元件(51a……51n)的度量包括下述中的至少一个：碰撞概率、资源节约、环境可持续发展性、合法性。

9.一种用于运行自动化车辆的设备(100)，所述设备设置用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法，所述设备具有：

-用于感测所述车辆的环境并且用于提供所感测的环境的环境数据(20)的环境传感器装置(10)；

-具有大于一的限定数量的状况感测元件(51a……51n)的状况感测装置(50)，所述环境数据(20)能被馈送给所述状况感测装置，其中，借助所述状况感测元件(51a……51n)能实施对所述车辆的环境的计算建模；

-驾驶员辅助系统(30a……30n)，所述驾驶员辅助系统能用所述状况感测元件(51a……51n)的模型的输出数据来操控；

-决策装置(61)，借助所述决策装置能够决策：将所述状况感测元件(51a……51n)的所述模型的哪些输出数据用于对所述车辆的促动装置(40)进行操控；和

-所述车辆的促动装置(40)，所述促动装置能用决策出的输出数据来操控。

10.根据权利要求9所述的设备(100)，其特征在于，所述设备构造为所述车辆的电子控制器。

11.一种具有程序代码单元的计算机程序产品，当所述程序代码单元在用于运行自动化车辆的电子设备(100)上运行或者存储在计算机可读的数据载体上时，所述程序代码单元用于实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。