用于对车辆进行轨迹规划的方法和设备与流程
1.本发明涉及一种用于对车辆进行轨迹规划的方法。本发明还涉及一种对应的设备、一种对应的计算机程序以及一种对应的存储介质。
背景技术：
2.在机器人技术和车辆技术领域，得出可靠的、通常没有碰撞的路径被称为路线规划。此外，在很大程度上局部的所谓的运动规划会考虑运动对象的动态约束和运动的时间曲线。这两个任务在专业用语方面被概括为术语“轨迹规划”。
3.k.kritayakirana.的论文autonomous vehicle control at the limits of handling.dissertation,stanford university,juni 2012(在操纵限制下的自动车辆控制，博士论文，斯坦福大学，2012年6月)以及j.filip.的论文trajectory tracking for autonomous vehicles.masterarbeit,tschechische technischeprag,juni 2018(对自动车辆的轨迹跟踪，硕士论文，捷克技术大学，布拉格，2018年6月)使用线性化的、单车道式的两轮车模型来进行运动规划。
4.b.gutjahr,l.和m.werling.在ieee发表的论文lateral vehicle trajectory optimization using constrained linear time-varying mpc(使用约束线性时变mpc的横向车辆轨迹优化)描述了用针对系统防撞的横向误差条件来进行侧向运动控制的运动学模型。
5.德国专利文献de 102017201569 a1提出了一种车辆动态数学模型，该模型包含状态变量、转向控制参量以及将来的道路干扰系数，该道路干扰系数限定了即将到来的道路曲率、车道的上坡和下坡。该方法确定最佳的转向控制信号，该转向控制信号包含反馈部分和前馈部分，其中前馈部分包含道路干扰系数。该方法确定针对当前的车道曲率的状态参数和调节参数，针对恒定速度、横摆角速率及横向速度的车辆稳态运动的横向倾斜率及倾斜率。然后，该方法针对可变的速度、横摆角速率及侧向速度的车辆动态运动引入新的状态参量和控制参量，该新的状态参量和控制参量是所预测的、将来的时间期间的状态参量和控制参量与稳态变量之差。
6.美国专利文献us 9645577 b1使用车辆运动模型来产生从车辆当前地点出发的、无限量的可能轨迹，并且使用性能标准来从这些量中选出最佳可能的轨迹。
7.美国专利文献us 20190235516 a1首先使用基于样条曲线的路线优化，然后使用基于样条曲线的速度轨迹优化。针对优化失败的情况，根据另一方法来产生绕行轨迹。
技术实现要素：
8.根据独立权利要求，本发明提供了一种用于对车辆进行轨迹规划的方法、一种对应的设备、一种对应的计算机程序、以及一种对应的机器可读的存储介质。
9.本发明的目的是，将车辆稳定化从呈电子稳定化系统或防抱死系统形式的纯速度稳定化扩展成沿所期望的行驶路径的广泛意义上的位置稳定化，以改善在困难的行驶情况
下对车辆运动的控制并防止控制损耗、并达到与专业驾驶员相似的能力水平。该方法的目的还在于：在车辆测试的框架下减轻驾驶员的负担，降低其疲劳度，并提高测试路段的安全性、可重复性及负荷率。在此，所提出的方案的难点在于运动学上的运动规划和位置稳定化技术。
10.在此背景下，根据本发明的运动规划解决方案的优势在于其适合用于在私人测试场地进行车辆的自动耐久测试。因为考虑到运动规划框架下的各种行驶路线状态，这种运动规划解决方案还被证明是特别稳健的。在此，通过在车辆的牵引力限值内进行操作以及与其他车辆保持安全距离来确保所需的安全性。最后，所提出的运动规划解决方案允许在所谓的嵌入式系统以及尤其现代控制设备中使用。
11.本发明的其他有利的设计方案在从属专利权利要求中给出。例如，如果运动路线优化失败，那么可以确定绕行路线，该绕行路线部分地满足借助期望的行驶路径和外部干扰影响计算出的辅助条件。这允许规划补偿轨迹，该补偿轨迹可以实现在变道、超车过程或回避绕行等情况下通过局部重新规划来跟踪所追求的路线。
12.还可以提出的是，将优化的运动路线上的纵向加速度和曲率作为控制指令馈送给控制装置并由控制装置将其转换成单独的踏板运动和转向运动。以此方式产生模块化的软件部件，该软件部件可以实时地在自动车辆上进行运动规划。
13.因此对应的实施方式实现了如下目的：将控制指令的序列建立成使得期望的行驶路径(基本上由所追求的车辆位置的序列构成)与基于当前车辆状态、车辆运动模式和控制指令所预测的行驶路径的偏差减小，同时满足诸如轮胎的地面附着力的最大值以及行驶绕过已知障碍物的辅助条件。
附图说明
14.在附图中示出了本发明的多个实施例并且在以下将详细地进行说明。
15.图1示出了基于分级式架构的第一实施方式。
16.图2示出了基于一体式架构的第二实施方式。
17.图3展示了本地规划程序中所使用的部件的相互关系，其中箭头指示了信号流方向。
具体实施方式
18.图1基于与自动车辆的级联式软件架构兼容的接口展示了所提出的架构。在此，将在根据方法13局部规划的运动路线上的纵向加速度和曲率作为控制指令14馈送给控制装置15，该控制装置将控制指令14转换成车辆的踏板运动和转向运动16。
19.图2中示出的基于模型的框架结构可以实现为系统扩展发动机、驱动系和转向柱的动态特性的模型，以便直接借助运动路线例如根据模型预测地调节(模型预测控制，model predictive control,mpc)踏板运动和转向运动16。
20.在两个设计方案中，在位置评估11的框架下确定的方法13的输入值12包含：行驶路径或路线(例如呈行驶路线中心和行驶路线边缘或期望的地理坐标的形式)、车辆状态(例如呈位置、行驶方向和速度的形式)、以及针对行驶行为(例如在轮胎的地面附着力方面)及其他运动物体和障碍物的最高速度及位置和速度的相关辅助条件。
21.现在借助图3来详细阐述例如在车辆上由软件控制的方法13的工作流程。
22.在第一步骤(1)中，行驶路径存储器存储在总规划层面上最后确定的车辆理想行驶路径并规律地提供较窄的时间窗期间的预览。例如考虑基于调查或基于抽样的规划，该规划能够以较小的速度来进行。
23.在第二步骤(2)中，在状态监测的框架下评估车辆状态以及作用于车辆的干扰影响。
24.在第三步骤(3)中，借助行驶路径和干扰影响2来计算当前的循迹误差/路线偏差(spurfehler)，例如呈沿行驶路径及横向于行驶路径的路线偏移和位置偏移的形式。
25.在第四步骤(4)中，借助行驶路径和干扰影响2来汇总要注意的辅助条件并且将其与在第一步骤(1)中所观察的时间窗的每个时段进行关联。诸如根据地图预测的道路走向或当前天气等从外部预先给定的条件以及诸如车道状况或障碍物和运动物体的地点等由其他车载软件模块得出的动态条件都是可设想的。
26.在第五步骤(5)中，从所存储的行驶路径出发迭代地优化运动路线，使得减小循迹误差3并抑制干扰影响2，然而并不有损辅助条件4。
27.在第六步骤(6)中，基于第一至第四步骤(1-4)根据明确的计算规则在没有实时优化的情况下确定绕行路线6，以便针对优化算法5失效的情况提供替代方案。
28.最后，在分级式架构的情况下，在下一层级将这样确定的运动或绕行路线6馈送给动态行驶控制装置(15-图1)；或者在一体式架构的情况下，使其直接成为通过模型预测来调节踏板运动和转向运动(16-图2)的基础。
技术特征：
1.一种用于对车辆进行轨迹规划的方法(13)，其特征在于：-存储所述车辆的期望的行驶路径(1)，-观察对所述车辆的外部的干扰影响(2)，-根据所述行驶路径(1)和所述干扰影响(2)来计算循迹误差(3)和辅助条件(4)，以及-对运动路线进行优化(5)，使得在所述辅助条件(4)内减小所述循迹误差(3)。2.根据权利要求1所述的方法(13)，其特征在于：-如果对所述运动路线的优化(5)失败，那么确定绕行路线(6)，所述绕行路线部分地满足所述辅助条件(4)。3.根据权利要求1或2所述的方法(13)，其特征在于：-根据所存储的行驶路径(1)来进行优化(5)，使得干扰影响(2)被抑制。4.根据权利要求1至3之一所述的方法(13)，其特征在于：-连同所述干扰影响(2)一起观察所述车辆的状态，以及-还根据所述状态来进行所述计算(3，4，5)。5.根据权利要求1至4之一所述的方法(13)，其特征在于：-通过位置评估(11)来确定所述行驶路径(1)，以及-控制所述车辆的踏板运动和转向运动(16)，使得所述车辆跟随所述运动路线。6.根据权利要求5所述的方法(13)，其特征在于：-将所述运动路线上的纵向加速度和曲率作为控制指令(14)馈送给控制装置(15)，以及-由所述控制装置(15)将所述控制指令(14)转换成踏板运动和转向运动(16)。7.根据权利要求5所述的方法(13)，其特征在于：-直接根据所述运动路线基于模型或通过模型预测来调节所述踏板运动和转向运动(16)。8.一种尤其是用于实施根据权利要求1至7之一所述的方法(13)的设备，其特征在于：-用于存储所述行驶路径(1)的行驶路径存储器，-用于至少监测所述干扰影响(2)的器件，-用于计算所述循迹误差(3)的器件，-用于计算所述辅助条件(4)的器件，以及-用于优化(5)所述运动路线的器件。9.一种计算机程序，所述计算机程序被配置成用于实施根据权利要求1至7之一所述的方法(13)的所有步骤(1-6)。10.一种机器可读的存储介质，所述存储介质存储有根据权利要求9所述的计算机程序。
技术总结
本发明提供一种用于对车辆进行轨迹规划的方法，该方法具有以下特征：存储车辆的期望的行驶路径；观察对车辆的外部干扰影响(2)；借助行驶路径和干扰影响(2)来计算循迹误差(3)和辅助条件(4)；以及对运动路线进行优化(5)，使得在辅助条件(4)内减小循迹误差(3)。本发明还提供一种对应的设备、一种对应的计算机程序、以及一种对应的存储介质。以及一种对应的存储介质。以及一种对应的存储介质。
