用于为车辆提供对象的轨迹走向的方法、装置、计算机程序和计算机程序产品

摘要

在所述方法中，提供对象的(20)的预定的第一数量的所检测到的位置(Pi)，所述位置(Pi)参照车辆(10)的车辆坐标系(K)提供。根据预定的第二数量的所提供的位置确定第二坐标系(K′)。将所提供的位置变换到第二坐标系(K′)中并且确定逼近所提供的位置在第二坐标系(K′)中的轨迹走向的函数。为函数的预定的第三数量的采样点确定所述函数在相应的采样点处的至少一个解析特性。将相应的采样点的坐标和所述至少一个解析特性变换到车辆坐标系(K)中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于为车辆、特别是为自主和半自主驾驶车辆提供对象的轨迹走向(Bahnverlauf)的方法。本发明还涉及一种用于为车辆提供对象的轨迹走向的装置。本发明还提供用于为车辆提供对象的轨迹走向的一种计算机程序和一种计算机程序产品。

背景技术

由于存储和计算容量有限，在自主或半自主驾驶车辆中，有时通过数学函数局部或部分地将自车(本车)和他车的道路走向和行驶轨迹模型化。道路轨迹的和行驶轨迹的走向主要在车辆刚性的坐标系中描述，例如在按DIN ISO-8855的车辆坐标系中描述。因此能在储存和计算耗费方面极为有效地描述他车的近似平行于或几乎平行于自车的轨迹(本车轨迹)延伸的道路走向和轨迹走向。

发明内容

本发明基于的任务是，提供一种方法、一种装置、一种计算机程序以及一种计算机程序产品，它们使得能为各种不同的交通场景高效地提供对象的轨迹走向。

该任务通过独立权利要求的特征解决。本发明的有利的扩展设计方案在从属权利要求中说明。

按照第一个方面，本发明的特征在于一种用于为车辆提供对象的轨迹走向的方法。本发明的特征还在于一种装置，其中，该装置构造用于，实施用于为车辆提供对象的轨迹走向的方法。

在所述方法中，提供对象的预定的第一数量的所检测到的位置，其中，所述位置参照车辆的车辆坐标系提供。根据预定的第二数量的所提供的位置确定第二坐标系。将所提供的位置变换到第二坐标系中并且确定函数，所述函数逼近或者说近似所提供的位置在第二坐标系中的走向。针对所述函数的预定的第三数量的采样点，确定函数在相应的采样点中的至少一个解析特性。将相应的采样点的坐标和所述至少一个解析特性变换到车辆坐标系中。

第一、第二和/或第三数量可以是相同的或不同的。

所述对象优选涉及运动的对象。所述对象可以尤其是他车或者说其他车辆。所述对象在检测所述位置的时间点上处在车辆的预定的周围环境中。

有待确定的函数——所述函数逼近所提供的位置在第二坐标系中的走向——优选是显函数，例如按照关系式y＝f(x)。

车辆坐标系是三维的笛卡尔坐标系，车辆相对该坐标系静止。它例如涉及在DIN标准ISO 8855中详述的坐标系。这种坐标系也称为以本车为中心的坐标系或本车坐标系。所述方法也能用于三维的情形。但接下来以二维的应用为出发点，即例如以在DIN标准ISO8855中详述的坐标系中z＝0为出发点。

所检测到的位置分别通过位置数据值表征。所检测到的位置描述了对象的轨迹走向或者说路径走向，所述轨迹走向或者说路径走向可以用于轨迹。轨迹描述了关于时间的状态变化(例如位置、方向、速度矢量和加速度矢量等)，根据该状态变化可以在使用驾驶操纵的情况下控制对象、特别是车辆。轨迹曲线(Bahnkurve)或者轨迹通常是在多维空间内的一维的子流形。轨迹可以沿着有待由车辆驶过的行驶表面、例如道路延伸。轨迹描述了车辆此时正处于何地或者在未来将处于何地。

额外地，确定第二坐标系，因而车辆使用至少两个坐标系。优选这样确定第二坐标系，使得所检测到的位置数据参照第二坐标系的轨迹走向可以通过变量的单个显函数加以描述。

优选地，在预定的接口处提供变换到车辆坐标系中的坐标和所述至少一个解析特性。所述变换到车辆坐标系中的坐标和所述至少一个解析特性例如储存在预定的存储区域中并且紧接着用于本车的不同的控制功能。可能的应用例就是在横向行驶时对减速的控制。

上述方法使得能有利地拓宽当前的辅助和安全功能的系统极限并且在一般的交通场景中(在一般的交通场景中，无法通过数学显函数在车辆相关的坐标系中表示轨迹走向)用相似的节省资源的估算方法对轨迹走向建模和进行重建。无法通过变量的显函数在车辆坐标系中表示轨迹走向的场景，例如包括：

-横向于本车行驶方向的对象；

-穿行环形交通的对象；和

-在交叉路口转弯或者一般在狭窄的弯道中改变行驶方向的对象。

借助上述方法也能够确定或者估算这些行驶的或经过的轨迹的解析参量或解析特性，如切角和/或曲率，其中，无法通过变量的显函数在车辆坐标系中表示所述轨迹走向。

资源需求通过拓展迄今为止已知的建模和估算方法仅微乎其微地额外上升。实现了在存储和计算容量十分有限的控制装置上的集成。

在按照第一个方面的可选的设计方案中，所检测到的位置储存在了环形缓冲器中。环形缓冲器具有带固定的容量大小的存储器阵列。与传统的存储器阵列不同的是，当缓冲器满了并且有另外的元素存放到环形缓冲器中时，覆盖最旧的内容。这样做的优点是，可以简单和有效地通过迭代来实现对分别加以评估的第一数量的所检测到的位置进行调用。

在按照第一个方面的另外的可选的设计方案中，直接相继地检测到的位置具有最小间距。这使得，在确保足够精确地描绘轨迹走向的强烈变化的同时也将存储需求保持得很小。

在按照第一个方面的另外的可选的设计方案中，在直接相继地检测到的位置之间的最小间距与车辆的当前速度和/或对象的当前偏航角和/或之前确定的轨迹的针对对象的当前位置所确定的曲率有关，所述轨迹包括对象的当前位置。所检测到的位置的相应的间距因此可以是不同的。可以有利地确保，轨迹曲线的走向可以通过三阶多项式足够精确地进行逼近或者说近似。

在按照第一个方面的另外的可选的设计方案中，根据因子λ确定第二坐标系，该因子代表了全部第三数量的所检测到的位置中的两个时间上最后检测到的位置之间的实际间距与最小间距的商。因子λ优选等于所述商。这使得能以很少的计算耗费确定第二坐标系并且确保了附加的坐标系的连续的移动。

在按照第一个方面的另外的可选的设计方案中，通过至少三阶的多项式对所提供的位置在第二坐标系中的走向进行逼近或者说近似。这使得能足够精确和高效地确定轨迹曲线的不同的点处的解析参量。

在按照第一个方面的另外的可选的设计方案中，借助卡尔曼滤波确定多项式的相应的多项式系数。这使得能足够精确和高效地估算多项式系数。

在按照第一个方面的另外的可选的设计方案中，函数的对应最初检测到的位置和最后检测到的位置的点形成了函数的轨迹曲线的一个区段的起点和终点，这个区段代表了所提供的位置在第二坐标系中的走向。所述区段被划分成了预定的第四数量的采样点，所述采样点通过它们的弧长表征。针对相应的采样点，确定切角和/或曲率和/或曲率变化作为函数的所述至少一个解析特性。这些解析特性可以有利地用于表征对象在车辆坐标系中的轨迹走向，该轨迹走向足够精确地描述了对象的实际的轨迹走向。

在按照第一个方面的另外的优选的设计方案中，针对预定的第五数量的采样点分别提供数据组，该数据组包括采样点参照车辆坐标系的坐标和变换到车辆坐标系中的所述至少一个解析特性。

第一、第二、第三、第四和/或第五数量可以分别相同或不同。

按照另一个方面，本发明的特征还在于一种计算机程序，其中，该计算机程序构造用于执行第一个方面的方法。

按照另一个方面，本发明的特征还在于一种计算机程序产品，其包括可执行程序代码，其中，程序代码在通过数据处理装置运行时实施第一个方面的方法。

第一个方面的可选的设计方案再次也适用于另外的方面。

计算机程序产品尤其包括能由数据处理装置读取的介质，程序代码储存在该介质上。

计算机程序可以在中央的数据处理装置或非中央的数据处理装置上运行。

要指出的是，本发明的一些可能的特征和优点在本文中参照不同的实施方式加以说明。本领域技术人员认识到，所述方法和所述设备的特征能以合适的方式组合、适配或交换，以便达到本发明的另外的实施方式。

接下来借助示意性的附图阐释本发明的实施例。

附图说明

图中：

图1a示出了车辆的示例性的轨迹；

图1b示出了他车的示例性的轨迹走向；

图1c示出了他车的另外的示例性的轨迹走向；

图2示出了用于为车辆提供对象的轨迹走向的程序的示例性的流程图；

图3a示出了他车参照第二坐标系的示例性的一系列所检测到的位置；

图3b示出了他车参照另一个第二坐标系的另一条示例性的轨迹曲线；和

图3c示出了，为了逆变换，将从所述另外的轨迹走向得出的轨迹曲线分成若干区段。

结构或功能相同的元件在所有图中均用相同的附图标记标注。

具体实施方式

图1a示出了在下文中称为本车的第一车辆10的示例性的轨迹。

轨迹的走向可以参照本车的车辆坐标系K作为函数y＝f(x)加以描述。例如用至少三阶的多项式来表示所述图。

图1b示出了对象20的、例如处在本车附近的他车的轨迹走向的示例性的走向。

图1c示出了对象20的、例如处在本车附近的他车的轨迹走向的另一个示例性的走向。轨迹具有大曲率，使得轨迹的走向无法通过参照本车10的车辆坐标系K的显函数来表示。

图2示出了用于为车辆10提供对象20的轨迹走向的示例性的程序。

所述程序可以由一种装置进行处理。该装置例如构造在车辆10的控制装置中。

所述装置也可以称为用于为车辆10提供对象20的轨迹走向的装置。

所述装置为此尤其具有计算单元、程序和数据存储器以及例如一个或多个通信接口。程序和数据存储器和/或计算单元和/或通信接口可以构造在一个结构单元中和/或分布到多个结构单元上。

为此在所述装置的程序和数据存储器上储存特别是用于为车辆提供对象的轨迹走向的程序。

所述程序在步骤S1中开始，在步骤S1中可以在必要时初始化变量。

在步骤S3中提供车辆10的对象20的预定的第一数量的所检测到的位置Pi，其中，提供参照车辆10的车辆坐标系K的位置。

对象20的位置例如由传感器、例如激光雷达传感器检测。传感器可以是所述装置的一部分或者可以构造成单独的单元。在检测所述位置的时间点上，对象20处在车辆10的预定的周围环境中。预定的周围环境可以例如由激光雷达传感器的作用范围确定和因此预定。激光雷达例如构造用于，将所检测到的位置Pi传送或转交给所述程序。

所检测到的位置数据Pi例如储存在环形缓冲器中。

图3a示出了对象20的、例如他车的一系列所检测到的位置Pi。当前所检测到的位置Pi处在对象20的一系列时间上相继地检测的位置中的最前方。

第一数量的所检测到的位置Pi例如处在20至30个位置的范围内。25个位置例如分别储存在环形缓冲器中并加以评估。对第一数量的所检测到的位置Pi的限制基本上受可用的存储和/或计算容量决定。

每当在对象20的当前位置和移入到环形缓冲器的时间上最后一次测量之间存在预定的最小间距时，那么这个当前位置就作为另外的位置储存在环形缓冲器中。

在直接相继地检测到的位置Pi之间的最小间距例如与车辆10的当前速度和/或对象20的当前偏航角和/或之前确定的轨迹的针对对象20的当前位置所确定的曲率有关，所述轨迹包括对象20的当前位置。

因此在所检测到的位置Pi之间的间距经常是不同的。

在步骤S5(图2)中，根据预定第二数量的所提供的位置确定第二坐标系K′。第二坐标系K′例如具有彼此垂直的第一轴x′和第二轴y′。例如借助图3a更为详细地阐释第二坐标系K′的确定。

例如根据接下来也称为航点的四个所检测到的位置Pi确定第二坐标系K′。有利的是，根据四个或四个以上的航点确定第二坐标系K′。

第二坐标系K′的原点优选在轨迹走向的中央的区段中选择。例如当第一数量的航点为25个时，第二坐标系K′的原点设置到第11个航点附近。

例如这样来选择第一轴x′，即，第一轴包括矢量

其中，适用于矢量

其中，λ是因子，所述因子代表了全部第三数量的所检测到的位置Pi中的两个在时间上最后检测到的位置(在图3a中用数字0和1标注)之间的实际间距与所述最小间距的商。因子λ优选等于在全部第三数量的所检测到的位置Pi中的两个时间上最后检测到的位置Pi之间的实际间距与所述最小间距的商。

因子λ表明了有多“接近”环形缓冲器的重新存放。当λ＝1时，符合最小间距并且将新的航点存放在环形缓冲器中。当λ＝0时，在航点n和航点n+1之间的间距等于零，也就是说，这才刚存放了一个航点。因子λ用于选择第二坐标系K′，以便确保，到环形缓冲器中的唯一一次输入(其移动了经缓冲的测量的指数)不会导致在选择坐标系时的大跳跃。

矢量

k1＝min(WP-1，14) 方程(4)

k2＝k1-1， 方程(5)

k3＝max(k1-5，1) 方程(6)

k4＝max(k1-6，0) 方程(7)

其中，WP指定了第一数量的航点。

这意味着，当选择了25个航点时，使用第十四个航点、第十三个航点、第九个航点和第八个航点。

第二坐标系K′参照车辆坐标系K通过其原点(x

利用上述算法来确定第二坐标系K′具有的优点是：所选择的第二坐标系K′有很大概率与应当模型化的轨迹曲线的中央的区段几乎相切地延伸。这使得也能借助三阶多项式足够精确地对极为动态的操纵、如对他车的转向进行近似计算。

也能以其它方式和方法确定第二坐标系K′。

在步骤S7(图2)中，将所提供的位置变换到第二坐标系K′中，因而这些位置的坐标参照第二坐标系K′。此外，确定一个函数，所述函数逼近所提供的位置在第二坐标系K′中的轨迹走向。图3b示出了针对另外的交通场景的相应的轨迹走向。

所述函数例如包括三阶多项式。多项式的阶数根据准确度要求也可以有不同的选择、特别是选择成更高阶。例如执行用于确定多项式系数的线性回归。多项式系数例如借助用最小二乘的逼近进行估算，所述逼近描述了K′中代表对象20的轨迹走向的路径段的形状。

若使用要求初始状态的最小二乘算法，那么将先前循环(利用近似)所产生的多项式转化到坐标系K′中。

使用第一个航点和最后一个航点来参照第二坐标系K′的第一轴x′确定函数的轨迹曲线的对轨迹走向模型化的区段的终点E或起始点A的坐标。

因此针对每个在特定的时间间隔中探测的对象20可以确定第二坐标系K′以表示相应的多项式并且确定所估算的多项式的多项式系数、如a0、a1、a2、a3、...以及确定相应的第二坐标系K′的第一轴x′的限定了有待观察的区段的末端的坐标xs′、xe′。

在步骤S9中(图2)，为所述函数的预定的第三数量的采样点AP确定函数在相应的采样点处的至少一个解析特性。

在图3c中阐明了解析的曲线特征在预定的测量部位处的计算和变换。

一旦解析地描述曲线(在此作为连续函数的图形)，那么可以推导出曲线在特定的点处的解析特性，如切角Φ、曲率κ或者曲率变化κs。

因为针对切角Φ、κ、κs(关于弧长)的导数，适用如下简单的关系式：

Φ＝Φ′-β 方程(7)

κ＝κ′ 方程(8)

κs＝κs′ 方程(9)

其中，Φ′、κ′、κs′是在第二坐标系K′中的导数，那么可能的是，计算在第二坐标系K′中的值，然后将它们再次变换回到车辆坐标系K中。

在第二坐标系K′中，这些参量通过多项式函数y＝f(x)的导数在所选择的点(x

Φ′(x

κ′(x

κs′(x

其中，f

在步骤S11中(参看图2)，将相应的采样点的坐标和所述至少一个解析特性变换到车辆坐标系K中并且例如储存在预定的存储区域中。

因为多项式在单独的坐标系中、也就是说在第二坐标系K′中表示，所以无法直接在车辆坐标系K中的相应的对应点(x0、y0)上推断出曲线特性。

因此例如提供曲线接口，所述曲线接口回复在采样点AP处的分别通过其弧长s表征的曲线特征。所估算的区段的末端在此设置为s＝0。

因为欧氏变换下弧长是不变的，所以可以直接在第二坐标系K′中确定对应的采样点，也就是说，直接在第二坐标系K′中使用给定值，以便推断出所述曲线上的对应的采样点(x0′、y0′)。

所述接口然后例如借助具有5个元素(x0、y0、Φ、κ、κs)的阵列为相应的采样点AP、也就是说为相应的弧长提供采样点AP的相应的坐标和相应的曲线特征。

在步骤S13中可以结束所述程序。优选为下一组所检测到的位置Pi执行该程序。例如在新的循环中重新测量对象的位置。一旦达到与先前所存放的测量的最小距离，也就是说λ＝1，那么就将这个位置添加到环形缓冲器。紧接着在重新运行程序时评估这个新的数据组。

附图标记列表：

10 车辆

20 对象

A 起始点

AP 采样点

E 终点

K 车辆坐标系

K′ 第二坐标系

Pi 所检测到的位置

S1...S13 程序步骤