CN112005284A - 用于将车辆的未来驾驶操纵与至少一个同伴车辆的同伴操纵进行协作协调的方法和设备 - Google Patents

用于将车辆的未来驾驶操纵与至少一个同伴车辆的同伴操纵进行协作协调的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于将车辆(100)的未来驾驶操纵与至少一个同伴车辆(104)的同伴操纵进行协作协调的方法，其中从同伴车辆(104)接收同伴数据包(202)并且同伴数据包(202)包含由同伴参考轨迹(206)组成的同伴轨迹集合(200)，以及使用同伴参考轨迹(206)选择来自于用于车辆(100)的轨迹集合(106)中的轨迹(108)作为用于车辆(100)的参考轨迹(110)，其中选择相对于同伴参考轨迹(206)无碰撞的轨迹(108)，使用限界轨迹(111、113)对轨迹集合(106)中的轨迹(108)进行评定，以及使用参考努力值(114)从轨迹集合(106)中的轨迹(108)中选择至少一条协作轨迹(300)，其中数据包(120)包含参考轨迹(110)，以及协作轨迹(300)被发送到同伴车辆(104)。

Description

用于将车辆的未来驾驶操纵与至少一个同伴车辆的同伴操纵 进行协作协调的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于将车辆的未来驾驶操纵与至少一个同伴车辆的同伴操纵进行协作协调的方法和设备。
背景技术
车辆可以经由无线电与另一车辆以及与基础设施安装交换信息。例如，车辆可以在其检测范围内检测对象，并且传输描述检测到的对象的对象消息。另一车辆可以因此包括以其自身的计算在其自身检测范围之外的、由该车辆检测的对象。而且，该车辆可以提供表示其规划路线的路线消息，以使得能够改进其他车辆的路线规划。
DE 10 2007 058 538 A1描述一种控制交通中的危险情况的方法。
DE 10 2012 011 994 A1描述一种支持操纵车辆的驾驶员辅助和/或安全功能的方法。
DE 10 2015 221 817 A1描述一种驾驶操纵的分布式协调的方法。
发明内容
针对这种背景，根据独立权利要求所述的，这里呈现的方法引入一种将车辆的未来驾驶操纵与至少一个同伴车辆的同伴操纵进行协作协调的方法、对应的设备、以及最后是对应的计算机程序产品。这里呈现的方法的有利的进一步发展和改进由说明书得出并且在从属权利要求中进行了描述。
本发明的优点
本发明的实施例可以有利地使不同车辆的未来驾驶操纵能够在相互同意的情况下进行协调，使得没有车辆必须执行不成比例的大转向干预、制动干预和/或加速干预以使交通畅通。可以使用诸如控制单元的设备实施用于该目的的方法。为了执行方法，可以使用和/或分析例如由传感器、测量仪器或类似设备提供的信号、测量值等。方法可以完全或部分自动地实施。可能不会排除人为干预，但可能不是必要的。
提出一种将车辆的未来驾驶操纵与至少一个同伴车辆的同伴操纵进行协作协调的方法，所述方法包括以下步骤：
从同伴车辆接收同伴数据包，其中同伴数据包包含同伴轨迹集合，所述同伴轨迹集合包括同伴车辆的同伴参考轨迹以及可选地包括至少一条同伴轨迹，其中所述同伴数据包还包含表征同伴参考轨迹的同伴参考努力值以及可选地包含表征同伴轨迹的同伴努力值；
使用同伴参考轨迹以及可选地使用同伴轨迹，选择来自于用于车辆的轨迹集合中的轨迹作为车辆的参考轨迹，其中所述轨迹集合中的轨迹被选择作为参考轨迹，该轨迹在碰撞范围内与同伴参考轨迹无碰撞以及可选地与同伴轨迹无碰撞；
使用下限轨迹和上限轨迹对所述轨迹集合中的参考轨迹和其他轨迹进行评定，其中所述参考轨迹被分配参考努力值，以及所述轨迹每一个被分配努力值，其中下限轨迹表示用于车辆的具有最小可能驾驶努力的当前理想轨迹并且定义努力值空间的下限值，以及上限轨迹表示具有用于协作的当前最大可接受驾驶努力轨迹并且定义所述努力值空间的上限值；
使用参考努力值、下限值、上限值、同伴参考努力值以及可选地使用同伴努力值确定协作需求值，所述协作需求值表示是通过协作请求改善自身情况还是满足同伴车辆的协作请求更有作用；
使用参考努力值和协作需求值从所述轨迹集合的轨迹中选择至少一条协作轨迹，其中作为协作轨迹，如果协作需求值表示将向同伴车辆提供协作，选择具有在参考努力值和上限值之间的努力值的轨迹作为备选轨迹，或者其中作为协作轨迹，如果协作需求值表示将从同伴车辆请求协作，选择具有参考努力值和下限值之间的努力值的轨迹作为需求轨迹；
向同伴车辆传输数据包，其中所述数据包包含参考轨迹和与参考轨迹相关联的参考努力值，以及至少协作轨迹和与协作轨迹相关联的努力值。
换句话说，这里提出一种用于将车辆的未来驾驶操纵与至少一个同伴车辆的同伴操纵进行协作协调的方法，所述方法包括以下步骤：
从同伴车辆接收同伴数据包，所述同伴数据包包含用于同伴车辆的至少一条同伴参考轨迹的同伴轨迹集合，所述同伴数据包还包含表征同伴参考轨迹的同伴参考努力值；
使用同伴参考轨迹、以及如果适用的话使用同伴需求轨迹，选择来自于用于车辆的轨迹集合中的轨迹作为用于车辆的参考轨迹，其中所述轨迹集合中的轨迹被选择为参考轨迹，该轨迹在碰撞范围内与同伴参考轨迹无碰撞，并且如果所需的附加努力是可以接受的，则附加地实现同伴需求轨迹；
使用下限轨迹和上限轨迹评定轨迹集合中的参考轨迹和其他轨迹，其中参考轨迹被分配参考努力值，并且轨迹被分别分配努力值，其中下限界轨迹表示用于车辆的具有最小可能驾驶努力的当前理想轨迹并且定义努力值空间的下限值，以及上限轨迹表示具有用于协作的当前最大可接受驾驶努力轨迹并且定义努力值的上限值空间；
确定协作需求值，所述协作需求值指示是通过协作请求改善自身情况还是准予同伴车辆协作请求更有作用；
使用参考努力值和协作需求值从所述轨迹集合中的轨迹中选择至少一条协作轨迹，其中作为协作轨迹，如果协作需求值表示将向同伴车辆提供协作，选择具有参考努力值和上限值之间的努力值的轨迹作为备选轨迹，或者其中作为协作轨迹，如果协作需求值表示将从同伴车辆请求协作，选择具有参考努力值和下限值之间的努力值的轨迹作为需求轨迹。
向同伴车辆发送数据包，其中所述数据包包含参考轨迹和与参考轨迹相关联的参考努力值，以及至少协作轨迹和与协作轨迹相关联的努力值，其中努力值空间标准化为由以下事实定义的间隔：两个限界轨迹的努力值由跨车辆的相同值表示。
有关本发明的实施例的想法可以被认为(除了其他方面)是基于以下描述的思想和发现。
车辆的驾驶操纵可以理解为转向、制动和/或加速车辆。车辆的驱动机构可以通过阻力扭矩制动车辆并且通过驱动扭矩使车辆加速。车辆的制动***可以通过制动扭矩制动车辆。车辆的转向***可以使车辆转向转向角。驾驶操纵取决于速度。例如，车辆的当前速度确定当前最小可驱动曲线半径。通过在转向之前制动，可以驱动较小的曲线半径。
车辆可以被描述为自身车辆或自我车辆。在车辆的设备中，可以执行本文描述的方法。车辆可以至少部分地由驾驶员控制。出于该目的，驾驶员可以从设备接收驾驶指令。驾驶操纵也可以至少部分地由控制单元控制。车辆也可以由控制单元完全或部分自主地控制。
同伴车辆是另一车辆。形容词“同伴”在文本中也用于区分与同伴车辆相关联的其他术语。同伴车辆由同伴驾驶员或同伴控制单元转向。这里呈现的方法也可以在同伴车辆的同伴设备上实施。同伴操纵可以理解为同伴车辆的驾驶操纵。从同伴车辆的角度来看，这里呈现的方法也可以用互换的角色来执行，从而术语“车辆”和“同伴车辆”以及相关联的特征被互换。
轨迹描述了状况(例如位置、方向、速度矢量和加速度矢量等)随时间变化，在该状况上可以使用驾驶操纵控制车辆。轨迹是多维的，特别是二维或三维的。例如，如果车辆的状况由概率分布表示，则轨迹也可以是无限维的。轨迹也可以被定义为包围本地不确定性的封套。轨迹可以沿着将由车辆驾驶的驾驶表面(例如道路)延伸。因此，轨迹描述车辆在什么时间的位置以及未来车辆的位置。至少在预测范围内规划轨迹。例如预测范围可以由车辆的传感器范围确定。预测范围可以取决于速度。碰撞范围可以小于或等于预测范围。碰撞范围也可以取决于速度。如果轨迹以车辆和同伴车辆每个彼此间具有至少最小距离这样的方式驶向碰撞范围，则该轨迹被评定为无碰撞。
轨迹集合将一组可能轨迹组合起来，这些轨迹在公共点处相交或开始于公共点。公共点可以是车辆在当前时间的当前位置。在公共点处，对于轨迹集合的所有轨迹，车辆以相同的速度和相同的方向行驶。轨迹集合的轨迹都至少稍有不同。对于该轨迹集合的所有轨迹，至少一个驾驶操纵是不同的。轨迹集合的不同轨迹可以彼此交叉。这里可以经由不同的轨迹在同一未来时间点到达未来位置。
数据包可以是自包含消息。数据包可以被称为操纵协调消息。可以经由通信接口将数据包从车辆传输到同伴车辆。反之亦然，同伴车辆可以经由通信接口向车辆提供同伴数据包。数据包或同伴数据包可以包含针对车辆预先规划的单个轨迹的单个轨迹信息。车辆或同伴车辆传输至少两条轨迹的轨迹信息。特别地，数据包包含针对车辆预先规划的轨迹集合的不同轨迹的轨迹信息。例如，轨迹可以被映射为彼此固定距离处的位置坐标的序列。距离可以是空间的或时间的。在空间距离的情况下，位置坐标提供有时间戳。轨迹也可以被映射为参数化。这里轨迹可以在数学上描述为曲线图。轨迹可以在各部分中描述。
数据包包含针对每条轨迹的努力值，其中可以将努力值的努力值空间标准化为由以下事实定义的间隔：两条限界轨迹的努力值由跨车辆的相同值表示。因此，轨迹的努力值是可比较的，而不必再现对每条轨迹的个别驾驶操纵的驾驶努力。
努力值描述行驶轨迹中的一条轨迹所需的驾驶努力。对于不同的车辆，驾驶努力可能不同。例如，在相同的轨迹上，敏捷、轻型车辆的驾驶努力可能比大的重型车辆的驾驶努力低。不改变速度和方向的恒定驾驶进行可以被评定为较低的驾驶努力或根本没有驾驶努力。强制动被评定为与弱制动相比高的驾驶努力。强加速度可以被评定为与弱加速度相比高的驾驶努力。窄曲线半径可以被评定为与宽曲线半径相比高的驾驶努力。努力值将沿着相应的轨迹所需的驾驶努力组合成数值。因此，具有极端驾驶操纵的轨迹被评定为与具有较弱驾驶操纵的轨迹相比高的努力值。
轨迹可能相交。如果不同车辆在不同时间到达轨迹的交点，并且彼此间始终是至少最小距离，则将这些轨迹被评定为无碰撞。在轨迹方向上的最小距离可以比跨轨迹的最小距离大。最小距离可以取决于速度。如果最小距离小于碰撞范围，则将轨迹评定为易于碰撞。
参考轨迹可以是实际上待由车辆驱动的轨迹。参考轨迹可以被称为目标轨迹。在考虑同伴参考轨迹的情况下选择参考轨迹。如果所需的附加努力是可接受的，则在考虑同伴轨迹的情况下附加选择参考轨迹。参考努力值指示驾驶参考轨迹所需的驾驶努力。通过与对应于下限轨迹的努力的最小驾驶努力和对应于上限轨迹的努力的最大驾驶努力相比较，确定参考努力值。最小驾驶努力可以被评定为-1的努力值。最大驾驶努力可以被评定为1的努力值。轨迹的努力值和参考轨迹的参考努力值可以介于1和-1之间。具有比参考轨迹高的驾驶努力的轨迹可以具有比参考努力值高的努力值。具有比参考轨迹低的驾驶努力的轨迹可以具有比参考努力值小的努力值。
协作轨迹可以是备选轨迹或需求轨迹。协作轨迹是备选轨迹还是需求轨迹由其努力值与参考努力值之比确定。如果努力值大于参考努力值，则协作轨迹是备选轨迹。如果努力值小于参考努力值，则协作轨迹为需求轨迹。
可以通过使用协作准备度值确定用于准予协作的当前最大可接受的附加驾驶努力。可以预先确定协作准备度值。例如，如果车辆应该驾驶更多的协作轨迹，则车辆的驾驶员可以增加协作准备度值。同样，如果车辆将驾驶较少的协作轨迹，则驾驶员可以降低协作准备度值。
可以使用下限轨迹和/或上限轨迹和/或参考轨迹确定协作准备度值。协作准备度值可以是例如比下限轨迹的下限值和/或参考轨迹的努力值高的因数。
数据包还可以包含下限轨迹和/或上限轨迹。同伴数据包还可以包含同伴下限轨迹和/或同伴上限轨迹。通过传输限界轨迹中的至少一条，可以将参考努力值与同伴车辆或车辆本身联系起来。因此，可以更好地估计车辆或同伴车辆进行协作的准备度。
如果同伴车辆是次要的，则同伴参考轨迹可以被分类为本车中的同伴需求轨迹。在这种情况下，可以选择在碰撞范围内与其他需求轨迹无碰撞的轨迹作为参考轨迹。如果同伴车辆基于交通规则必须让路，则它是次要的。通过改变分类，选择自身轨迹时存在更多可能性。
可以使用同伴参考努力值和同伴努力值确定同伴协作准备度值。可以使用同伴协作准备度值选择协作轨迹。例如，同伴协作准备度值可以是同伴参考努力值和同伴努力值的计算平均值。同伴协作准备度值越低，同伴车辆就越协作。同伴协作准备度值越高，同伴车辆进行协作的意愿就越低。对于非常协作的同伴车辆，需求轨迹可以作为协作轨迹被传输，这给了车辆更多的优势。
车辆可以选择具有比上限轨迹更低的努力值的轨迹作为备选轨迹，以便发信号通知该车辆仍然具有协作储备，但是不认为在当前情况下有必要充分利用它们。
可以选择轨迹作为协作轨迹，该轨迹的努力值是比参考努力值更接近上限值至少一个协作量。协作轨迹的较高努力值可以用于发信号通知进行协作的准备度，因为它指示比参考轨迹高的驾驶努力也是可以接受的。
可以将同伴轨迹集合变换为轨迹的计算时间。由于同伴数据包和数据包的数据传输以及该方法的计算时间，同伴轨迹可能示出相对于自身轨迹的时间偏移。借助时间变换，可以更精确地区分碰撞。因为可以更精确地确定同伴车辆的未来位置，所以可以减小安全距离。
可以例如以软件、或硬件、或以软件和硬件(诸如在控制单元中)的混合形式实施方法。
此外，这里呈现的方法建立了一种设备，该设备被配置为以适当的单元执行、控制或实施这里呈现的方法的变型的步骤。
设备可以是具有用于处理信号或数据的至少一个计算单元、用于存储信号或数据的至少一个存储单元、以及用于读取或输出嵌在通信协议中的数据的至少一个接口和/或通信接口的电子设备。计算单元可以是例如信号处理器、所谓的***ASIC、微处理器或微控制器，用于处理本车和/或同伴车辆的传感器信号并且取决于传感器信号输出数据信号。存储单元可以是例如闪存、EPROM或磁存储单元。接口可以被配置为用于从传感器读取传感器信号的传感器接口和/或被配置为用于向致动器输出数据信号和/或控制信号的致动器接口。通信接口可以被配置为无线和/或有线地读取或输出数据。接口也可以是软件模块，例如，在其他软件模块旁边的微控制器上。
同样有利的是具有程序代码的计算机程序产品或计算机程序，程序代码可以存储在机器可读的载体或存储介质(诸如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器)上，并且特别是在程序产品或程序在计算机或设备上执行的情况下，用于执行、实施和/或控制根据以上描述的实施例中的一个的方法的步骤。
指出的是，本文关于不同实施例描述本发明的可能特征和优点中的一些。本领域技术人员将认识到的是，可以以适当的方式组合、修改或交换方法和设备的特征，以达到本发明的其他实施例。
附图说明
在下文中，参考附图描述了本发明的实施例，其中附图和说明书均不应解释为对本发明的限制。
图1示出具有根据实施例的设备的车辆的表示。
图2示出具有轨迹集合和同伴轨迹集合的车辆和同伴车辆的表示。
图3示出根据实施例的具有与同伴轨迹集合匹配的轨迹集合的车辆和同伴车辆的表示。
图4示出根据实施例的具有彼此匹配的轨迹集合的车辆和同伴车辆的表示。
这些附图仅是示意性的，而没有按比例绘制。附图中相同附图标记指示相同或相似作用的特征。
具体实施方式
当协调车辆之间的操纵以增加舒适性、效率和安全性等时，这可以称为协作驾驶。直接车辆对车辆的通信(V2V)的可能性以及车辆自动化程度的增加促进了这一点。
在不同场景中，可以执行车辆之间的不同类型的操纵协调的方法。
例如，在避开障碍物时可以实现操纵协调。其中，所涉及的车辆首先传输许多可能的规避轨迹。轨迹分别描述状况随时间变化或车辆的位置随时间变化。因此，它对车辆在未来某个时间点处的位置进行编码。轨迹可以被非参数地表示为例如位置点的序列、或随时间变化的离散分布或连续分布，或被参数地表示为取决于时间的图形，例如呈多项式或回旋曲线的形式、或者离散分布或连续分布的流。在此过程中，所谓的备选轨迹被传输到相邻的车辆。随后从备选轨迹的可能组合的数量中，选择一种将预期损害最小化或完全避免的轨迹。组合的评定还考虑相应备选轨迹的优先级。
操纵协调也可以在一般道路交通状况下进行。如果需要，车辆可以以轨迹的形式传输关于其当前驾驶行为以及其意图驾驶行为的信息。另一车辆检查其是否可以实现对正在传输的车辆的意图操纵，并且根据具体情况通过调整其参考轨迹来隐含地确认这一点，使得已经传输其预期操纵的车辆将能够执行该意图操纵。
协作操纵协调的另一种可能性是基于传递两条轨迹的想法。其中规划的轨迹和期望的轨迹被传输，规划的轨迹描述当前规划的操纵，期望的轨迹描述车辆想要执行的操纵，例如因为它比当前规划的效率更高。规划的轨迹与期望的轨迹的不同之处在于，车辆规划的轨迹始终没有碰撞，而期望的轨迹始终与规划的轨迹有碰撞。如果现在车辆从另一车辆接收作为同伴愿望的、与其规划的轨迹(自我规划)相碰撞的期望的轨迹，则它会借助全局成本标准检查是否可以实现备选操纵以使得同伴愿望成为可能、并且通过改变自我规划进行协作，使得不再与同伴愿望相碰撞。
本发明的实施例
图1示出具有设备102的车辆100的表示，设备102用于将车辆100的未来驾驶操纵与至少一个其他车辆104的驾驶操纵进行协作协调。这里车辆100正在其他车辆104后面的道路上驾驶。其他车辆104可以称为同伴车辆104。车辆100的传感器检测车辆100附近的当前交通状况。替代地或额外地，车辆100经由无线电接收关于交通状况的信息。取决于交通状况，车辆的***根据车辆100的当前可能轨迹108规划轨迹集合106，并且轨迹108中的一条轨迹被选择为参考轨迹110。轨迹108描述预先计算的一系列位置坐标，如果车辆100使用诸如转向、制动或加速的驾驶操纵沿着轨迹108行驶，则车辆100未来将会处于这些位置坐标。实际上选择参考轨迹110来进行驾驶。
在规划期间，还规划了下限轨迹111和上限轨迹113。对于下限轨迹111，所有其他车辆104被忽略并且仅考虑静态障碍物和道路边界。因此，下限轨迹111被规划为好像车辆100独自在道路上驾驶。上限轨迹113基本上与下限轨迹相反。例如，当规划上限轨迹113时，可以规划所有必要的驾驶操纵，以便避免其他道路使用者并且进行让路。
轨迹108都具有相同的原点。这里原点位于车辆100的当前位置。参考预测范围规划轨迹集合106。预测范围指示车辆100在一段时间后将位于哪个位置坐标。取决于车辆100如何被加速、制动和/或转向，轨迹108具有不同的长度并且在不同的位置坐标处结束。例如，这里示出具有最大减速度的轨迹108、具有车道改变的轨迹108、没有转向干预和制动干预的参考轨迹110、具有规避操纵的轨迹108以及具有适度制动干预的轨迹108。
这里示例性地以设备102中的努力值112分别评估轨迹集合106的轨迹108。其中，与两个限界轨迹111、113比较进行评定。这里限界轨迹111、113被分配了努力值范围的极值。这里限界值为-1和+1。下限轨迹111定义下限界值。上限轨迹113定义上限界值。轨迹108与限界轨迹111、113中的一条轨迹越相似，其努力值112越接近相应的限界值。参考轨迹110也因此被评定为参考努力值114。
因此，这里具有车道改变的轨迹108被评定为0.3的努力值112。具有规避操纵的轨迹108被评定为0.4的努力值112。参考轨迹110被评定为0.2的努力值114，以及具有适度制动干预的轨迹108被评定为0.25的努力值112。
在实施例中，具有大于参考努力值114的努力值112的轨迹108被称为备选轨迹116。具有小于参考努力值的努力值的轨迹108被称为需求轨迹118。
设备102将数据包120发送到其他车辆104。数据包120包含关于参考轨迹110、参考努力值114和轨迹集合106的轨迹108中的至少一条轨迹的信息。相关联的努力值112也经由数据包120传输。
图2示出具有轨迹集合106和同伴轨迹集合200的车辆100和同伴车辆104的表示。以使得车辆100将经由入口坡道驾驶到多车道道路上这样的方式规划轨迹集合106。以使得车辆100将在进入口坡道的加速车道的大约一半处改变到道路的右侧车道这样的方式规划参考轨迹110。作为其他可能性，规划了轨迹108，其中车辆100在加速车道上停留更长的时间并在稍后点处改变到右侧车道、或在加速车道上制动。如图1所示，相对于上限轨迹113和下限轨迹111，参考轨迹110和其他轨迹108分别被评定为参考努力值114或努力值112。
没有强加速的方便的车道改变被评定为-0.2的努力值112，适度减速度的方便的车道改变被评定为0.7。参考轨迹110具有0.2的参考努力值114。
同伴车辆104已经在道路的右侧车道上驾驶。车辆100从同伴车辆104接收同伴数据包202，同伴数据包202具有关于经规划的同伴轨迹集合200的信息。针对同伴车辆104，同伴轨迹206被规划为在道路的右侧车道上恒定驾驶。在备选轨迹204上，同伴车辆104在右侧车道上加速或制动。在另一轨迹204上，规划了将车道改变到左侧车道。此外，同伴参考努力值207为-1.0，在这种情况下对应于下限轨迹，同伴轨迹204的同伴努力值208被存储在同伴数据包202中。车道改变被评定为0.6，加速被评定为0.2，以及通过施加拖曳扭矩的轻微制动被评定为-0.8。同伴参考努力值207和同伴努力值208与同伴车辆104的下限轨迹111和上限轨迹113有关。
在车辆100中，识别出车辆100需要协作，因为参考轨迹110将导致与同伴参考轨迹206的碰撞212，并且同伴车辆104具有通行权。因此，检查轨迹集合106的其余轨迹108是否存在碰撞212。还识别出，车辆100不能从加速车道改变为没有与当前同伴参考轨迹206发生碰撞212的道路，因为道路的右侧车道被同伴车辆104占据。
在仅有的无碰撞轨迹108上，车辆100将在加速车道上制动。
图3示出根据实施例的具有与同伴轨迹集合200匹配的轨迹集合106的车辆100和同伴车辆104的表示。该表示基本上对应于图2中的表示。这里车辆100已经从轨迹108中选择了仅有的无碰撞轨迹108作为参考轨迹110。在新参考轨迹110上，车辆100现在被制动在加速车道上以使同伴车辆104在右侧车道上通过。
额外地，从轨迹108中选择至少一条协作轨迹300。协作轨迹300与同伴参考轨迹206易于碰撞，但是与其他同伴轨迹204中的至少一条轨迹无碰撞。
如图1所示，在数据包120中将具有参考努力值114的新参考轨迹110和具有其相关联的努力值112的协作轨迹108传输到同伴车辆104。
在同伴车辆104中，现在还针对碰撞212对同伴参考轨迹206进行检查。识别出：需要协作的车辆100已经选择它的无碰撞参考轨迹110，并且请求协作轨迹300作为可能的备选方案。
图4示出根据实施例的具有彼此匹配的轨迹集合106、200的车辆100和同伴车辆104的表示。该表示基本上对应于图2和图3中的表示。这里同伴车辆104已经对接收到的参考轨迹110以及接收到的协作轨迹300做出了反应，并且进而已经选择具有轻微减速的同伴轨迹204作为新同伴参考轨迹206。
该信息在新同伴数据包202中被传输到车辆100。识别出协作轨迹300现在与新同伴参考轨迹206没有碰撞，并且选择具有迟点将车道改变到右侧车道的协作轨迹300作为新参考轨迹110。该信息再次在新数据包120中被传输到同伴车辆104。
换句话说，这里呈现的方法提出了一种基于可选轨迹的协作驾驶操纵的分布式协调。
这里呈现的方法描述了一种基于轨迹交换的协作操纵协调方法。这里关于当前规划轨迹或参考轨迹以及可能轨迹(例如规避操纵(备选轨迹)或预期操纵(需求轨迹))的信息与相关联的努力评定一起传递。这使得参与的车辆能够协调出最佳共同操纵(以最低的总努力)。并非总是精确地传递一条单个期望轨迹，这在复杂场景下增加了选择数量并且提高了互利协作的可能性。是否实现需求轨迹的决策不是基于对其他车辆的成本进行假设的全局成本函数。因此，为了进行最佳的决策，不需要在所有车辆制造商中均是相同的成本函数，可以免除容易出错的假设。每个车辆在内部计算自身成本，然后以标准化的方式将其传输给其他车辆。参考轨迹不需要无条件的无碰撞，因为无碰撞也可能是由于以下事实引起的：所考虑的轨迹的预测范围(投影的持续时间)不匹配，例如如果协作伙伴中的一个使用<1s的极短预测范围。在这种情况下，参考轨迹的碰撞将很少发生。在其他的极端中，很大的预测范围将始终导致碰撞，这将触发需求轨迹的持续发送。“正确的”预测范围取决于具体情况。
使用这里呈现的方法，协作不需要主动询问。这里可以借助备选轨迹由车辆提供协作，该车辆已经预先认识到未来需要另一车辆的协作，例如因为该车辆由于其卓越的传感器技术具有更全面的环境模型。
此外，可能的是协商或优化操纵协调。例如，如果第二车辆想要协作，则第一车辆可以发送迫使第二车辆将速度降低20km/h的需求轨迹。这里呈现的方法中，第二车辆可以传达出以10km/h的速度减速是可以接受的，然后该第二车辆将会准备进行协作。其中参考轨迹的具体改变是不必要的，使得对车辆控制的直接干预被避免。因此，实现了非约束性的连续协商/优化。
使用这里呈现的方法，轨迹的纯粹信息传输发生。分布式协作操纵协调包括两个部分。首先，提出具有一组规则的协议，该协议允许车辆进行通信。其次，提出使用该协议执行不同的协作操纵协调的方法。基本原理是车辆交换轨迹集合或一定数量的轨迹或轨迹集群。该数量由一条“参考轨迹”、0至n条“备选轨迹”和/或0至m条“需求轨迹”组成。
“参考轨迹”是车辆当前遵循的轨迹，并且由驾驶控制器/驾驶员作为目标参数来实施。该“参考轨迹”始终被通信。“备选轨迹”描述比参考轨迹“更昂贵”、但如果可用的话车辆将愿意驾驶的操纵。“备选轨迹”被可选地通信。“需求轨迹”描述期望的操纵，该期望的操纵是车辆由于较低的“成本”而想要驾驶，但车辆当前不能驾驶，例如因为所需的操纵空间被其他车辆占用。“需求轨迹”被可选地通信。这些轨迹(参考轨迹、需求轨迹、备选轨迹)没有通过ID或标记显式地编码。而是，除了这样的轨迹之外，还为每条轨迹传输成本值。这使得能够与其他轨迹相关地设置每条轨迹，并从中得出它们的含义和优先级。每条轨迹的成本值的传递使其他道路使用者可以确定正在传输的车辆的成本函数的局部近似值。如果随时间总体地评定成本值和相关联轨迹，这将特别成功。
成本可以被定义为“协作成本”。这有助于传送关于从协作中获利多少、和/或准予协作将会产生多少附加努力的信息。
额外地，规定对于每条轨迹，可以可选地指定类别。该类别有助于在同伴车辆或其他车辆的操纵规划中考虑轨迹。
如果车辆遵循“紧急轨迹”，然后该车辆处于技术性(例如轮胎爆胎)或与情况相关的紧急情况(例如，孩子跑到道路上)，即它将无法遵守正常的交通规则(例如，在高速公路上停车)或对其他车辆构成潜在危险(由于严重的制动/转向)。
“协作提议”表示向其他车辆用以实现它们的需求轨迹的提议。可以借助所寻址车辆的V2X ID、经由附加可选字段指定相关车辆。
如果将轨迹标记为“紧急车辆”类别，则该轨迹上的车辆在值时具有特殊的优先级(对于这样的车辆，信息已经包括在CAM(协作意识消息)中)。
可以与V2X ID的字段结合地使用类别“建议”，以发送轨迹作为特定其他车辆的操纵建议。本文使用轨迹的协作成本值来实施协调概念。轨迹的成本值这里定义为“协作成本”。它们由两条限界轨迹的成本决定。在考虑到这种情况下通过协作可以实现的最佳可能轨迹被给定的值为-1，因为车辆会从协作中受益，并且该轨迹被称为下限轨迹。作为在放弃自身成本下使同伴愿望成为可能的让步恰好可接受的轨迹被定义具有值1，并且该轨迹称为上限轨迹。相应地对包括参考轨迹的其他轨迹进行分类。这可以通过设置它们的成本来完成，这些成本是由本地成本函数相对于两个限界轨迹建立的。
如果对于最佳可能轨迹(＝下限轨迹)，在能够协作的所有其他车辆都被忽略的环境中确定自我轨迹，则可以足够准确地实现两个限界的确定，因为这些车辆在最佳情况下允许任何协作愿望，而忽略了驾驶物理学。上限轨迹的确定并不清楚，该上限轨迹反映了允许其他车辆轨迹的哪些让步仍然可以接受。确定上限轨迹的一种方法是例如全局成本限界的定义。这里，然后选择一条轨迹，其成本例如为比参考成本值和/或参考努力值高20％。可以从例如参考轨迹或最佳可能轨迹、或者优选地从两者的组合确定参考成本。成本上限也可以取决于操纵/情况进行调整。在手动驾驶的情况下，可以从协作请求中的驾驶员行为学习成本限界，然后该成本限界将是自适应的。
这两个限界的精确性(分别为它们的成本)不如基本趋势(分别为彼此之间的关系)重要。在此过程中，两个限界轨迹的发送不是绝对必要的，并且在有其他轨迹需求/备选轨迹时可以被省略，车辆认为这将从整体上更好地解决协作情况。然而，对于这里呈现的概念很重要的是，每个车辆除了其参考轨迹之外还传输至少一条备选轨迹作为整体协作提议。如果几种具有相似限界成本的操纵是可能的(在高速公路上：制动或车道改变)，则为每个操纵传输备选轨迹是有帮助的。
现在，需要协作以便产生适应的需求轨迹的车辆可以使用传达的备选轨迹，而不必从另一车辆的角度评估本车状况。需要协作的车辆试图找到一种无碰撞的情况，并从接收到的备选轨迹的可能组合中针对自身需要提供最佳解决方案。现在，相关联的轨迹作为需求轨迹被传输。该轨迹相对于自身限界轨迹的自我成本用于计算协作成本的值。其他车辆接收需求轨迹，并且由于该轨迹指其传输的备选轨迹(已经确定为可接受的)，因此存在良好机会：它们接受协作请求并相应地调整其参考轨迹，从而在下一步中原始需求轨迹也可能成为参考轨迹。
如果车辆将其确定的上限轨迹作为备选轨迹发送，则准予协作的车辆对于每个协作请求将产生最大成本。因此，如果有需要的车辆发送了另一条需求轨迹，该条需求轨迹从请求方的角度来看并不表示最好地利用了由备选轨迹表示的情况，而是在一定程度上适应了协作准予方(“友好”需求轨迹)，那么它是“协作的”。实际上，这可以例如通过“驾驶到高速公路上的一方”比将会必要的时候加速得更快的事实来实现。
换句话说，从一组可能自我轨迹中，不是选择最便宜的轨迹，而是选择例如比最便宜的轨迹贵20％的一条轨迹。
在相反的情况下，如果同伴车辆没有将限界轨迹作为备选轨迹发送(对应地成本值小于1)，则可以通过尝试的方式传输需求轨迹，该需求轨迹更接近于自身下限轨迹，例如就成本而言它介于最佳可能解决方案和考虑到备选轨迹的最佳解决方案之间。其他车辆接收两条需求轨迹，并且实现对它们最有利的一条轨迹。在本文中，它们有可能决定它们想要适应请求方到什么程度。相对于传输的参考轨迹对传输的需求轨迹的协作成本的评估在该过程中可以有所帮助。
如果车辆准予协作请求并调整其参考轨迹，则其传输的协作成本的值会增加，因为限界轨迹将在很大程度上保持恒定。根据该值随时间的变化，其他车辆可能会读取例如正在发送的车辆进行协作的准备度如何变化，并且可能的是正在进行的协作期间进行重新调整。如果该值接近1，那么协作请求车辆应该选择对本车更昂贵并且更加适应于协作准予车辆(例如在并道时更多加速)的轨迹。如果值接近-1，则可以选择更有利于本车的轨迹。另外，参考轨迹的“协作成本”的过程可以示出车辆当前的“协作”程度(即，向车辆发送协作请求是否有意义)。如果值接近1或等于1，则车辆当前几乎不愿意让步。
在车辆中，方法可以按以下步骤执行：
接收其他车辆的操纵协调消息(如果适用的话，进行时间对准，即，如果车辆是次要的，则变换为当前时间，和/或将同伴参考轨迹重新分配为需求轨迹)。
确定自身参考轨迹，参考轨迹与碰撞范围内的其他参考轨迹无碰撞。
确定下限轨迹，即最佳情况需求轨迹(忽略所有协作车辆)，它定义下限成本C＝-1。
将上限轨迹，即最坏情况备选轨迹，确定为恰好可接受的协作提议(例如，具有比参考轨迹成本和最佳情况轨迹成本的组合高20％的成本)，这定义了成本上限C＝1。
可选地，可以确定其他备选轨迹，该轨迹没有将自身协作能力加重到限界(例如，具有仅比参考轨迹的成本和最佳情况轨迹的成本的组合高10％的成本)。
可以通过确定“现实的”需求轨迹(具有最低自我成本的轨迹，与其他备选轨迹和/或参考轨迹的元组中的一个无碰撞)来引入自身愿望。如果考虑的备选轨迹中的一条具有协作成本C＝1，则在确定“友好”需求轨迹时可以确定具有比“现实”轨迹高20％的自我成本的轨迹。如果不能找到现实的无碰撞解决方案，则可以在试验的基础上传输最佳情况轨迹。
为了准予协作，可以从其他车辆的参考轨迹/备选轨迹/需求轨迹形成无碰撞元组，其中包括至少一条需求轨迹。对于上述元组中的每个，可以确定最具有自我成本效益的解决方案。总体上，可以选择最具自我成本效益的解决方案。其他车辆的“友好需求轨迹”的解决方案可能会获胜。
作出关于实施协作准予的最终决策，如果决策是肯定的，调整参考轨迹。
最终，传输参考轨迹、(一条或多条)备选轨迹以及(一条或多条)需求轨迹(如果适用)。
该概念包括每条具有一个成本值的轨迹以及对轨迹进行分类和归类的可能性。轨迹分类为参考轨迹、需求轨迹和备选轨迹。备选轨迹可以理解为协作提议。参考轨迹在定义的观察时间内易于碰撞。观察时间到期后，要求没有碰撞。即使车辆的参考轨迹不发生碰撞，备选轨迹和需求轨迹也是合理的。
因此，车辆可以预防/主动地传达其愿意驾驶的轨迹，因为缺点在其自身成本函数内是可以接受的。在对相应车辆施加影响之前，可能的是协商协作。这提供了有效地优化参与协作的车辆的操纵的机会。此外，由于对所有协作伙伴的偏好经由努力值或成本进行明确地编码和传达，因此存在极大地减少计算需求的可能性，从而可以免除对其他车辆的大量成本分析。传递的成本值增加了成功协作的机会，因为可以更精确地估计协作伙伴的成本。如果适用，则可以完全省略对同伴成本的本地估计。接收到的同伴轨迹中的一条轨迹的成本也可以在车辆中进行本地估计。如果适用，则可以将所有同伴成本的接收成本值标准化。这样可以以较低的计算量粗略地比较自身成本和同伴成本。类别的引入可以更好地支持操纵规划算法。
描述一种在若干车辆之间的协作操纵协调的方法，方法基于车辆之间的轨迹信息的周期性或基于事件的(即，当满足某些条件时)交换。首先描述传输的信息。然后以不同的方法变型描述协调概念。
首先，对不同轨迹定义用于传输的规则。交换的轨迹信息在下文中被描述为交换的轨迹集合或轨迹簇，它由车辆的参考轨迹、M(M≥0)个数量的需求轨迹，N个数量(N≥0)的备选轨迹以及针对每条传递轨迹的相对成本值C(-1≤C≤1)组成。
参考轨迹例如通过总是在消息中排在第一而被明确指示。替代地或额外地，它也可以由显式标记识别。对于每条轨迹，可以传输诸如协作提议/紧急轨迹/部署轨迹等的特殊分类。每条轨迹可以补充其他车辆的V2X ID列表，该轨迹通过其分类引用该列表。
例如在诸如为紧急车辆通道或避开障碍物形成过道的特殊情况下，类别“提议”可以用于向其随后可能跟随的同伴车辆提出轨迹。
轨迹的相对成本值设置如下。参考轨迹具有在-1<C0<1范围内的成本值C0。需求轨迹具有C<C0的成本值。备选轨迹具有C>C0的成本值。
参考轨迹是车辆当前遵循的轨迹，并且是驾驶控制器/驾驶员的目标量。参考轨迹原则上应该没有碰撞，但是对于在预测范围阈值以上或碰撞时间(TTC)阈值以上的有限时间段，可能会发生碰撞。如果发生碰撞，则根据StVO(道路交通法规)进行解决。根据StVO次要车辆可以解决碰撞。因此，优先车辆可以继续发送其碰撞的轨迹。
备选轨迹是这样的轨迹：其成本比参考轨迹高，但是如果适用则车辆仍然愿意驾驶。“如果适用”这里表示“有储备”，即例如在备选轨迹可以成为参考轨迹之前，可能需要驾驶员的同意。另外，可以进行总体情况的评定，其中检查自身附加成本是否被其他车辆的足够收益所抵消(从本地角度来看)。可选地，可以以其不与所有其他参考轨迹碰撞的方式规划备选轨迹。
需求轨迹是更好地满足期望目的地的轨迹，因此比参考轨迹更有利。需求轨迹与其他轨迹碰撞。“其他轨迹”应被理解为同伴参考轨迹。如果这些轨迹例如由于不同规划范围时间太短，如果与参考轨迹的内部外推发生碰撞就足够了。
轨迹簇的交换轨迹不仅仅被视为欧几里得空间中的轨迹，还可以是其他可能空间中的轨迹。示例是沿着车道中心的Frenet空间，其中轨迹可能包括相应车道的指示以及车道中心随时间变化的部分。以这样的方式，可以在结构化交通空间(＝例如具有车道标记的高速公路)中有效地传递轨迹簇。
在实施例中，涉及的车辆在其环境上使用与协作无关地交换的消息，诸如自我状态或传感器信息。以这种方式，例如通过在同伴传感器数据的帮助下更清楚地对情况进行分类，可以使其他道路使用者的轨迹更加合理。
例如，从其情况分析中识别出另一汽车将例如驶向高速公路然后需要协作的车辆可能已经主动提供协作。通过生成合适的备选轨迹并将其发送(可选地还设置“协作提议”类别)来做到这一点。驾驶车辆然后可以立即产生并传输合适的需求轨迹。随即主车道上的车辆将调整其参考轨迹。这里描述的计算效率更高的概念基于车辆(或多或少地)永久提供协作的事实。
在某些情况下，将轨迹作为建议发送给其他车辆可能会有所帮助。例如，在想要在高速公路上形成供紧急车辆进入的过道的紧急车辆的情况下。这样的建议作为对驾驶员的提示对于手动驾驶车辆可能是有用的。如果没有足够的时间进行协调，则在突发紧急情况下(避免未预期到的障碍物)可能会发生另一种可能使用。建议在模糊情况下也可能会有所帮助，诸如许多车辆同时处于左前右的十字路口。出于该目的，车辆为其他车辆计算轨迹，将其标记为“建议”，并且为其提供所寻址车辆的V2X ID。建议轨迹被附加到操纵协作消息并被发送。在这种情况下，建议轨迹的成本值无关紧要。其他车辆接收消息并看到该消息包含针对它们的建议。在它们通常的轨迹确定范围内，其他车辆评估建议的合理性并且在适用时给予优先考虑。优点是，如果有可能的备选内部解决方案，它们将提出由中心位置协调的变型。因此，这里描述的方法使得能够进行中心操纵协调。
使用这里呈现的方法，可以实现协作操纵的有效优化。每个车辆发送这些轨迹的几种变型，而不是仅发送一条需求轨迹或一条备选轨迹。借助传达的协作成本，其他车辆可以知道其偏好。正在接收车的辆现在可以直接选择其优选解决方案。另外，它又可以围绕其自身的解决方案进一步确定并发送许多需求轨迹或备选轨迹。
可以在以下资源中找到关于这里呈现的方法的技术背景的附加信息：
https://www.imagine-online.de/home/(called up on 26January 2018)Projekt IMAGinE-Intelligente
Figure BDA0002739720290000161
Automatisierung-kooperativeGefahrenvermeidung in Echtzeit
Werling et al.,“Optimal trajectories for time-critical streetscenarios using discretized terminal manifolds“,The International Journal ofRobotics Research,2011
Düring et al.,“Adaptive Cooperative Maneuver Planning Algorithm forConflict Resolution in Diverse Traffic Situations”,International Conferenceon Connected Vehicles and Expo,2014
DE10 2016 209 330 A1
DE10 2012 011 994 A1
最后，应注意，诸如“具有”、“包括”等术语不排除其他元件或步骤，以及诸如“一”或“一个”的术语并不排除多个。权利要求中的附图标记不被认为是限制。

Claims (11)

1.一种将车辆(100)的未来驾驶操纵与至少一个同伴车辆(104)的同伴操纵进行协作协调的方法，所述方法包括以下步骤：
从所述同伴车辆(104)接收同伴数据包(202)，其中所述同伴数据包(202)包含用于所述同伴车辆(104)的同伴参考轨迹(206)以及可选的至少一条同伴轨迹(204)的同伴轨迹集合(200)，其中所述同伴数据包(202)还包含表征所述同伴参考轨迹(206)的同伴参考努力值(207)以及可选地还包含表征所述同伴轨迹(204)的同伴努力值(208)；
使用所述同伴参考轨迹(206)以及可选地使用所述同伴轨迹(204)，选择来自于用于所述车辆(100)的轨迹集合(106)中的轨迹(108)作为用于所述车辆(100)的参考轨迹(110)，其中所述轨迹集合(106)中的轨迹(108)被选择作为参考轨迹(110)，该轨迹(108)在碰撞范围内与所述同伴参考轨迹(206)无碰撞以及可选地与所述同伴轨迹(204)无碰撞；
使用下限轨迹(111)和上限轨迹(113)对所述轨迹集合(106)中的所述参考轨迹(110)和其他轨迹(108)进行评定，其中所述参考轨迹(110)被分配参考努力值(114)，以及所述轨迹(108)每一个被分配努力值(112)，其中所述下限轨迹(111)表示用于所述车辆(100)的具有最小可能驾驶努力的当前理想轨迹并且定义努力值空间的下限值，以及所述上限轨迹(113)表示具有用于协作的当前最大可接受驾驶努力的轨迹并且定义所述努力值空间的上限值；
使用所述参考努力值(114)、所述下限值、所述上限值、所述同伴参考努力值(207)以及可选地使用所述同伴努力值(208)确定协作需求值，其中所述协作需求值表示是通过协作请求改善自身情况还是准予对于其他车辆的协作请求更有作用；
使用所述参考努力值(114)和所述协作需求值从所述轨迹集合(106)中的轨迹(108)中选择至少一条协作轨迹(300)，其中作为协作轨迹(300)，如果所述协作需求值表示将向所述同伴车辆(104)提供协作，则选择具有在所述参考努力值(114)和所述上限值之间的努力值(112)的轨迹(108)作为备选轨迹，或者其中作为协作轨迹(300)，如果所述协作需求值表示将从所述同伴车辆(104)请求协作，则选择具有在所述参考努力值(114)和所述下限值之间的努力值(112)的轨迹(108)作为需求轨迹；
向所述同伴车辆(104)传输数据包(120)，其中所述数据包(120)包含所述参考轨迹(110)和与所述参考轨迹(110)相关联的所述参考努力值(114)，以及至少协作轨迹(300)和与所述协作轨迹(300)相关联的所述努力值(112)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在评定的步骤中，使用参考努力值确定所述当前最大可接受驾驶努力。
3.根据权利要求2所述的方法，其中使用所述下限轨迹(111)和/或所述参考轨迹(110)确定所述参考努力值。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在传输的步骤中，所述数据包(120)还包含所述下限轨迹(111)和/或所述上限轨迹(113)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在接收的步骤中，如果所述同伴车辆(104)是次要的，则所述同伴参考轨迹(206)被分类为同伴需求轨迹(204)，由此随后在选择所述碰撞范围内无碰撞的轨迹(108)作为所述参考轨迹(110)时不再考虑所述同伴车辆。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在接收的步骤中，使用所述同伴参考努力值(207)和所述同伴努力值(208)确定同伴协作准备度值，其中在选择的步骤中，使用所述同伴协作准备度值进一步选择所述协作轨迹(300)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在选择的步骤中，选择轨迹(108)作为所述协作轨迹(300)，所述协作轨迹(300)的努力值(112)比所述参考努力值(114)更接近所述上限值至少一协作量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在接收的步骤中，所述同伴轨迹集合(200)被变换为轨迹(108)的计算时间。
9.一种设备(102)，其中所述设备被适配用于在对应单元中执行、实施和/或控制根据前述权利要求中任一项所述的方法。
10.一种计算机程序产品，被适配用于执行、实施和/或控制根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
11.一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质上存储有根据权利要求10所述的计算机程序产品。
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