用于管理自主车辆位置的系统和方法与流程

用于管理自主车辆位置的系统和方法
1.本发明涉及一种用于管理自主车辆位置的系统。本发明还涉及一种包括这种管理系统的自主车辆。本发明进一步涉及一种用于管理自主车辆位置的方法。本发明另外涉及一种警告系统，特别是一种用于驾驶员或远程操作员的视觉、触觉或声音警告系统。最后，本发明涉及一种数据合成系统。
2.在自主车辆中，通常会提供一定数量的传感器以提高车辆的性能。通常提供定位系统以在局部或全局参考系中定位车辆。用于检测和跟踪车辆运动的算法以及路径规划器通常与这种定位系统相关联。因此，为自主车辆提供准确的定位系统将会很重要。
3.然而，通常在自主车辆中使用的附加传感器(例如基于激光雷达、基于rtk-dgps或基于ins)价格昂贵并且可能会出现故障和/或错误。这会导致车辆失控的风险。
4.文件jp 2004271293教导了一种使用由gps(全球定位系统)提供的位置信息以及车辆的位置历史的导航设备和方法。gps数据只有在位于基于设备自身位置数据和位置历史的预测车辆位置范围内时才被定义为车辆的当前位置。否则，将车辆的估计位置设置为车辆的当前位置。针对各种速度值确定取向角和行进距离的各种阈值。车辆的估计位置是针对给定速度和取向角根据基于点的运动方程来计算的。
5.然而，该解决方案存在缺点。特别地，可以仅相对于车辆的当前状态来预测车辆的状态，而不考虑控制器。该解决方案使得只能预测车辆在单个未来时间间隔内的状态。
6.本发明的目的是提供一种用于管理自主车辆位置的系统和方法，该系统和方法弥补了上述缺点并且改进了现有技术中已知的系统和方法。特别地，本发明使得可以产生可靠的系统和方法，该系统和方法使得可以免除附加传感器的使用并且使得可以安全地免除定位系统中的临时错误。
7.为了实现该目的，本发明涉及一种用于管理车辆位置的方法，该方法包括以下步骤：
[0008]-估计该车辆在不同时间的第一位置，
[0009]-测量该车辆在这些同样的不同时间的第二位置，
[0010]-在这些第一位置与这些第二位置之间存在差异的情况下，将这些第一位置视为该车辆在这些不同时间的当前位置，
[0011]-当同一时间的第一位置与第二位置之间存在差异时，使计数器递增，
[0012]-当该计数器达到阈值时，将该车辆置于安全模式。
[0013]
该估计步骤可以包括：
[0014]-将该车辆的纵向模型和侧向模型组合在闭环中，以便计算该车辆的后续安全状态，特别是该车辆的后续位置，以及
[0015]-生成该车辆的安全状态，特别是该车辆的安全位置。
[0016]
在本技术中，安全状态优选地是车辆的未来或后续安全位置，这些位置被计算并且与旨在减轻使用传感器的定位系统中的各种劣化情况的操作模式相对应。
[0017]
例如，当车辆穿过隧道时，这可能是卫星定位劣化的典型情况，在隧道中，定位准确度受到负面影响，从厘米级误差变为40厘米的绝对误差。同时，刚穿过隧道后，车道宽度
从3.5米减小到2.5米，使得对于高速公路场景来说通常足够的准确度不足以确保车辆仍然在车道上行驶。在这种情况下，根据本发明的方法可以以这样一种方式实施，即在减慢速度曲线的同时增加准确度，从而允许gps定位系统有时间重新获得最大能力。继续将根据本发明的估计值与实际值进行比较，并且一旦重新获得gps的厘米级准确度后，就返回基于传感器的解决方案，从而重新启动方法和计数器。
[0018]
另一种可能劣化的情况可能是基于传感器的定位系统完全不起作用，但车辆必须继续以自主模式行驶，直到达到安全停车位置。安全驾驶激活被阻止，例如通过hmi中的颜色变化来指示。然后考虑导航系统中剩余路径的长度，以创建减速曲线，从而将车辆停在该路径的末端；并且本发明取代了定位系统，使得通过每次考虑车辆的当前位置来计算相对于路径的侧向误差。安全状态使得可以定义车辆的平稳减速，直到导航系统提供尽可能多的可靠信息，从而通过hmi警告驾驶员，使得驾驶员重新获得控制权。
[0019]
如本文档在下文进一步指示的，车辆的第一位置根据准确度椭圆确定，即通过收敛多个安全位置确定。因此，基于车辆的多个安全状态，确定车辆的第一位置。
[0020]
优选地，“纵向模型”意指使得可以根据车辆的当前纵向位置来确定/估计车辆的未来纵向位置的数学模型。
[0021]
优选地，“横向模型”意指使得可以根据车辆的当前横向位置来确定/估计车辆的未来横向位置的数学模型。
[0022]
该方法可以包括产生合成数据系统以补偿定位系统的自动定位系统中的单个或多个错误。
[0023]
在本技术中，合成数据是指根据本发明基于车辆模型生成的定位或位置数据，该车辆模型称为完整模型，在循环中使用侧向和纵向控制器。该模型由导航系统(或定位系统)馈送。这意味着使用相同的数据来馈送车辆控制器(即真实车辆的控制器)和馈送车辆模型，使得车辆的下一个真实位置与车辆的下一个gps位置相对应。合成数据具有与来自定位系统(positioning system或location system)的数据相同的结构或基本上相同的结构，优选地完全相同的结构，即x-y坐标和足以控制车辆的航向。合成数据是定义上述安全状态的数据，即每种安全状态由一组合成数据定义。
[0024]
例如，合成数据是纬度、经度、横坐标、纵坐标或航向。每项合成数据有利地由将在下文描述的估计安全位置模块提供。因此，一组合成数据使得可以定义车辆的安全状态。
[0025]
关于合成数据可以补偿错误的方式，可以考虑例如与上述穿过隧道相同的情况，其中，卫星定位系统的准确度降低到40cm的误差，这将导致车辆在没有本发明的情况下偏离其车道。然而，由于本发明集成了车辆的所有动力学以及控制响应，虽然它的确不能防止车辆随时间在其车道上漂移，但这种漂移远低于gps系统的漂移：本发明减少了定位不确定性并且因此提高了性能。
[0026]
该方法可以包括存储车辆的安全状态、特别是车辆的安全位置的步骤。
[0027]
该方法可以包括确定从所计算的安全位置获得的准确度椭圆的步骤。
[0028]
该估计步骤可以包括通过收敛多个计算的安全位置根据准确度椭圆来确定车辆的第一估计位置的步骤。
[0029]
该方法可以包括通过比较第二位置与准确度椭圆的关系、特别是在第二位置位于准确度椭圆之外时认为存在差异的步骤。
[0030]
本发明还涉及一种用于管理车辆位置的系统，该系统包括用于实施以上定义的方法的装置。
[0031]
该系统可以包括：
[0032]-用于指示自动定位系统中的错误的元件；以及
[0033]-用于在该自动定位系统中出现错误时激活紧急制动操纵的元件。
[0034]
本发明进一步涉及一种包括如上定义的系统的机动车辆。
[0035]
本发明还涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在计算机可读介质上的程序代码指令，当所述程序在计算机上运行时，这些程序代码指令用于实施如上所述的方法的步骤，或者计算机程序产品可从通信网络下载和/或存储在可由计算机读取的数据介质上和/或可由计算机执行，该计算机程序产品包括指令，当该程序由计算机运行时，这些指令使得该计算机实施如上所述的方法。
[0036]
本发明进一步涉及一种计算机可读数据存储介质，该计算机可读数据存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序包括用于实施如上所述的方法的程序代码指令，或者涉及一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括指令，这些指令在由计算机执行时使得该计算机实施如上所述的方法。
[0037]
最后，本发明涉及一种来自数据存储介质的信号，该信号承载如上定义的计算机程序产品。
[0038]
附图通过举例的方式示出了根据本发明的位置管理系统的一个实施例和根据本发明的位置管理方法的一种实施方式。
[0039]
[图1]图1示出了用于管理车辆位置的方法的一种实施方式的流程图。
[0040]
[图2]图2示出了用于管理自主车辆位置的系统的一个实施例。
[0041]
[图3]图3示出了图2类型的位置管理系统的估计安全位置模块的一个实施例。
[0042]
[图4]图4是展示了通过图3类型的估计安全位置模块的车辆纵向模型来考虑车辆的纵向响应的曲线图。
[0043]
本发明提供了一种用于管理自主车辆位置的系统，该系统被设计为连续检查系统的输出，这使得尤其可以评估其准确性。
[0044]
最初，使用可用的最新可靠位置信息来计算预测的车辆位置数据。该预测是使用车辆的完整模型进行的，包括车辆的内部控制逻辑。将估计数据和实际数据进行比较，以确定新的位置数据是否足够准确，从而允许检测到安全定位系统的频率下的任何潜在故障。如果没有检测到故障，则假定估计的安全数据是车辆的正确位置。
[0045]
这导致了这种用于管理车辆位置的系统的两个主要功能。该系统的第一个功能是它使得可以指示系统何时找到并提供准确的位置值。该系统的第二个功能是它使得可以确定系统何时达到极限，并且可能将车辆置于安全模式，特别是通过激活紧急制动。
[0046]
本发明提供了一种使用车辆的完整模型和控制算法的系统。这种系统能够以比常用定位系统更高的频率估计车辆的后续安全位置。
[0047]
这种系统使得可以获得临时安全位置点的包络椭圆，在该包络椭圆中应该找到车辆的下一个位置。这种椭圆考虑了车辆的当前动力学和车辆的估计未来动力学。
[0048]
这种用于管理车辆位置的系统能够使用所有可用的车辆信息。车辆的完整模型和控制算法能够考虑可用的最新信息来估计其余变量。
[0049]
本发明提供了一种用于管理车辆位置的方法，该方法包括以下步骤：
[0050]-估计该车辆在不同时间的第一位置，
[0051]-测量该车辆在这些同样的不同时间的第二位置，
[0052]-在第一位置与第二位置之间存在差异的情况下，将第二位置视为车辆在这些不同时间的当前位置，
[0053]-当同一时间的第一位置与第二位置之间存在差异时，使计数器递增，
[0054]-当该计数器达到阈值时，将该车辆置于安全模式。
[0055]
下面参考图1描述用于管理车辆位置的方法的一个实施例。
[0056]
在第一步骤e10中，在时间t初始化计数器。
[0057]
在第二步骤e20中，估计车辆在该时间t的位置，称为第一位置。
[0058]
在第三步骤e30中，测量车辆在该同一时间t的位置，称为第二位置。
[0059]
在第四步骤e40中，比较第一估计位置和第二测量位置。
[0060]
在第一估计位置与第二测量位置之间存在差异的情况下，在步骤e51中，第一估计位置被视为车辆在时间t的当前位置。在步骤e52中，计数器递增。如下文所解释的，第一估计位置可以由包含在几何图形、特别是椭圆中的一组位置构成。因此，如果测量位置在几何图形之外，则可以认为在第一估计位置与第二测量位置之间存在差异。
[0061]
在使计数器递增的步骤e52之后，如果计数器没有达到阈值，则从第二步e20开始重复该方法。如果计数器达到阈值，则在步骤e53中，将车辆置于安全模式。
[0062]
在第一估计位置与第二测量位置之间没有差异的情况下，在步骤e61中，第二测量位置被视为车辆在时间t的当前位置。因此，如果测量位置位于几何图形中，则可以认为在第一估计位置与第二测量位置之间存在一致性。
[0063]
然后从第一步e10开始重复该方法，从而重新初始化计数器。
[0064]
用于管理车辆位置的系统的一个实施例包括：
[0065]-用于估计车辆在不同时间的第一位置的装置7、8，
[0066]-用于测量车辆在这些同样的不同时间的第二位置的装置3，
[0067]-比较和解释装置9，该比较和解释装置能够在第一位置与第二位置之间存在差异的情况下将第一位置视为车辆在这些不同时间的当前位置，并且能够在第一位置与第二位置之间存在一致性的情况下将第二位置视为车辆在这些不同时间的当前位置，
[0068]-计数器23，该计数器能够在同一时间的第一位置与第二位置之间存在差异时递增，并且能够在同一时间的第一位置与第二位置之间存在一致性的情况下进行初始化，
[0069]-用于在计数器达到阈值时将车辆置于安全模式的装置25、29。
[0070]
当计数器尚未达到所述阈值时，就会出现短期错误或暂时错误。
[0071]
当计数器达到所述阈值时，就会出现长期错误或故障。
[0072]
计数器可以是差异发生计数器或时间计数器，特别是时间延迟计数器。阈值可以等于0.5秒或5秒。
[0073]
有利地，估计装置7、8包括：
[0074]-用于将车辆的纵向模型和侧向模型组合在闭环中的装置7，该装置能够计算车辆的后续安全状态，特别是车辆的后续位置，以及
[0075]-生成装置8，该生成装置能够生成车辆的安全状态，特别是车辆的安全位置。
[0076]
用于将车辆置于安全模式的装置可以包括紧急制动系统25。
[0077]
用于测量车辆的第二位置的装置3可以包括至少一个位置传感器，特别是gps类型的传感器。
[0078]
系统1可以进一步包括存储模块6，该存储模块能够存储车辆的安全状态，特别是车辆的安全位置。
[0079]
系统1可以进一步包括安全评估器8，该安全评估器能够基于由所述组合装置7计算的安全位置提供准确度椭圆。
[0080]
有利地，估计装置能够通过收敛由所述组合装置7计算的多个安全位置根据准确度椭圆来确定车辆的第一估计位置pe。
[0081]
有利地，用于确定车辆9的当前位置的装置能够通过与准确度椭圆的比较来考虑存在差异，特别是在第二测量位置位于准确度椭圆之外时。
[0082]
系统1可以包括用于测量方向盘角度的设备和用于测量角偏航率ωv的设备。
[0083]
本发明还涉及一种自主车辆，特别是自主机动车辆100，其包括用于管理上述类型的车辆的位置的系统1。
[0084]
下面参考图2描述用于管理自主车辆100的位置的系统1的一个实施例。
[0085]
安全定位系统1可以包括用于定位车辆3的自动化系统。
[0086]
用于定位车辆3的自动化系统例如包括一个或多个传感器，特别是位置传感器，例如gps类型的传感器。
[0087]
用于定位车辆3的自动化系统能够确定车辆的当前位置或定位。
[0088]
安全定位系统1可以包括两个主要操作阶段10、20。
[0089]
在第一阶段10，系统1包括用于计算车辆的至少一个可靠安全位置的装置。这使得可以确保自主车辆处于安全位置。
[0090]
在第二阶段20，系统1包括用于评估车辆位置的装置。系统1的第二阶段20使得可以将车辆保持在自主驾驶模式或将车辆置于安全模式，特别是：
[0091]-安全模式，其中驾驶不再是自主的，而是由车辆的乘员通过他们在界面上的动作来控制，和/或
[0092]-安全模式，其中系统激活自动安全制动系统以降低车辆的速度和/或使车辆停止，和/或
[0093]-安全模式，其中系统通过警告系统、特别是视觉警告系统来警告驾驶员或远程操作员，指示用于定位车辆3的自动化系统有故障。
[0094]
警告系统，除了视觉警告系统之外，可以是另一种类型，例如声音警告系统或触觉警告系统。
[0095]
界面可以包括车辆方向盘和/或车辆速度控制踏板。
[0096]
系统1的第二阶段20可以包括显示装置21。显示装置21旨在通知车辆驾驶员或远程操作员。
[0097]
显示装置21可以例如包括人机界面，特别是平视显示器。
[0098]
显示装置21可以例如连接到远程控制中心。
[0099]
系统1的第一阶段10可以包括用于确定车辆位置的模块9。
[0100]
系统1的第二阶段20可以包括位置评估器模块23。
[0101]
模块9使用用于定位车辆3的自动化系统的输出作为其主要输入。
[0102]
用于定位车辆3的自动化系统旨在提供关于车辆的信息(x-y坐标、位置等)。为简单起见，以下描述集中在x-y坐标上，但它可以很容易地应用于任何其他变量。
[0103]
系统1的第一阶段10可以进一步包括用于估计安全位置的块5。
[0104]
块5旨在基于先前存储在存储模块6中的安全位置信息计算车辆的多个后续安全位置。
[0105]
可以在块5中以低于或等于块5的最大频率的频率来计算多个后续安全位置。
[0106]
存储模块6包括例如车辆的先前位置t-θ，θ是系统1能够操作的最大时间范围。
[0107]
估计安全位置模块7提供车辆在时间t的μ
×
θ位置，μ是系统3与系统1之间的频率差。系统1的频率例如为10hz量级。
[0108]
在模块7的输出处获得的估计安全位置可以在安全评估器8中组合在一起。
[0109]
安全评估器8的功能是提供作为θ函数的准确度椭圆，该准确度椭圆使得可以将模块7提供的所有估计收敛到单个车辆安全位置点中。
[0110]
模块9旨在确定车辆的当前位置。车辆的当前位置尤其旨在被提供给车辆的其他自动化模块(感知、导航或控制模块)。
[0111]
在模块9中，根据在系统3的输出处获得的车辆位置pm与在安全评估器8中计算的准确度椭圆的关系来选择车辆的当前位置。
[0112]
如果在系统3的输出处获得的车辆位置pm位于在安全评估器8中计算的准确度椭圆之外，则模块9提供的车辆当前位置pf与在安全评估器8中计算的安全位置点pe相对应。
[0113]
如果在系统3的输出处获得的车辆位置pm位于在安全评估器8中计算的准确度椭圆内，则模块9提供的车辆当前位置pf与在系统3的输出处获得的车辆位置pm相对应。
[0114]
模块9将所选值pf传递给系统1的第二阶段20的位置评估模块23，并且(经由反馈)传递给系统1的第一阶段10的存储模块6。
[0115]
当安全评估器8中生成的中值pe被视为车辆的当前位置pf时，其之前的所有值也被收集在存储模块6中。
[0116]
模块9提供的所有数据都可以存储在模块6中，直到时间范围θ，目的在于区分循环中的单独故障(即轻微故障)和较长故障，这使得可以确定系统3在时间范围θ期间是否提供准确的数据或显示错误和/或故障。
[0117]
如果这些数据位于车辆应该位于其中的点的椭圆内，则这些数据是最新的可靠位置数据；或者如果这些数据位于椭圆之外，则它们是车辆的多个先前预测的安全状态，即它们对应于车辆系统1的故障。这使得可以获得关于短期和长期的对安全位置的评估。这使得可以确定车辆的当前位置以及相对于准确位置的潜在偏差。如有必要，这些数据可以用于将车辆置于安全模式，特别是激活自动制动系统。
[0118]
有利地，系统1的第二阶段20可以包括自动安全制动系统25或紧急制动系统，其输入连接到位置评估器模块23的输出。
[0119]
有利地，系统1的第二阶段20的位置评估器模块23可以包括计数器。
[0120]
位置评估器模块23的计数器旨在在系统3中检测到故障后即被触发。该信息是从在模块9的输出处提供的车辆位置pf获得的。
[0121]
考虑到以可接受的准确度提供的车辆位置pf，计数器可以基于给定的时间或距离
范围。
[0122]
位置评估器模块23可以提供两种可能的输出。
[0123]
模块23的第一输出对应于系统3再次提供准确数据的情况，这使得计数器停止。
[0124]
模块23的第二输出对应于计数器提供的值超过给定阈值的情况，这将激活自动安全制动系统25。
[0125]
系统1的第二阶段20可以进一步包括车辆路径规划器27。
[0126]
路径规划器27的输出也可以作为输入提供给位置评估器模块23。
[0127]
系统1的第二阶段20可以具有两个功能。
[0128]
第一个功能是通过包含在车辆(或远程控制中心)的平视显示器或人机界面21中的警告信号来用信号发送系统1中的故障。
[0129]
第二个功能是激活自动安全制动系统25。
[0130]
优选地，系统1的第二阶段20可以进一步包括连接到自动安全制动系统25的输出的致动器29。致动器29尤其旨在在出现临时错误的情况下校正车辆的位置。
[0131]
自动安全制动系统25可以包括自适应控制算法。这种自适应控制算法使得可以根据在车辆路径规划器27的输出处获得的最新可靠路径来执行平稳的制动操作。
[0132]
系统1的第二阶段20使得可以在降级状态下无危险或完全安全地最大化行驶距离。这使得可以最小化车辆的纵向减速度。当将车辆置于安全模式时，这会提高乘客的舒适度。
[0133]
系统1的第二阶段20的第一警告功能和第二制动功能各自有助于逐步警告驾驶员或远程操作员并在必要时使车辆停止。
[0134]
用于管理上述类型的车辆位置的系统的一个优点在于，可以在短期和长期内预测车辆的状态，这使得可以做出适当的决定，例如等待系统3再次运行或将车辆置于安全位置。
[0135]
下面参考图3更详细地描述用于管理图2类型车辆的位置的系统1的估计安全位置模块7的一个实施例。
[0136]
估计安全位置模块7使用车辆的完整模型和控制系统来基于已知的先前位置确定安全位置。
[0137]
本发明提出了使用车辆的组合纵向模型和侧向模型的估计安全位置模块7，纵向和侧向模型分别与纵向和侧向控制器相关联，以便基于模块6中存储的信息生成多个车辆安全位置。
[0138]
为此，模块7可以包括用于将车辆的纵向模型和侧向模型组合在闭环中的装置，以便计算车辆的后续安全状态，特别是车辆的后续安全位置。
[0139]
有利地，模块7可以包括包含车辆的侧向模型30的侧向块71和包含车辆的纵向模型40的纵向块72。
[0140]
下面描述了模块7的包括车辆的侧向模型30的侧向块71。
[0141]
模块7的侧向块71可以包括方向盘角度信息选择器31。
[0142]
车辆的侧向模型30旨在接收由选择器31提供的方向盘角度测量值作为输入。
[0143]
模块7的侧向块71可以进一步包括方向盘致动器模型33。
[0144]
选择器31旨在以估计安全位置模块7的频率检查新的方向盘角度测量结果是否可
用。如果不可用，则将方向盘致动器模型33生成的值用作车辆的侧向模型30的输入，作为方向盘角度测量结果。
[0145]
估计安全位置模块7的频率为例如100hz量级。
[0146]
车辆的侧向模型30尤其旨在提供测得的角偏航率值ω
ν
。
[0147]
为此，可以使用以下方程：
[0148]
[数学公式1]
[0149][0150]
[数学公式2]
[0151]yv
＝cvxv[0152]
其中：
[0153]
uv表示方向盘角度控制。
[0154]
状态向量为：
[0155]
[数学公式3]
[0156]
xv＝[y
v v
y ψ
v ωv]
t
[0157]
其中：
[0158]yv
为车辆的侧向位置；
[0159]
vy为侧向速度；
[0160]
ψ
ν
为偏航角；
[0161]
ωv为角偏航率。
[0162]
系统的矩阵av、bv和cv描述如下：
[0163]
[数学公式4]
[0164][0165]
[数学公式5]
[0166][0167]
[数学公式6]
[0168][0169]
其中：
[0170]cf
和cr分别为前轮和后轮的侧偏刚度；
[0171]vx
为车辆的速度；
[0172]
m为车辆的质量；
[0173]iz
为转动惯量；
[0174]
a和b分别为车辆重心与前后轮之间的距离。
[0175]
作为输入，侧向模型30一方面使用方向盘角度测量结果，另一方面使用从纵向模型40获得的纵向速度。
[0176]
侧向速度vy和角偏航率ωv在侧向模型30的输出处获得。
[0177]
从侧向模型30输出的这两项数据侧向速度vy和角偏航率ωv用于计算车辆在安全位置计算机50中的后续位置。
[0178]
模块7的侧向块71可以进一步包括用于自主车辆的侧向控制器35。
[0179]
这种侧向控制器35的操作可以基于车辆的当前路径与车辆的期望路径之间的角偏航率ωv的最小化。可以基于来自相机(或任何其他传感器)的数据来计算期望路径，以便生成一组路径点。
[0180]
侧向控制器35旨在一方面接收侧向模型30提供的角偏航率ω
ν
和车辆的另一模型(对应于参考路径)提供的角偏航率作为输入。侧向控制器35旨在比较分别对应于期望路径和参考路径的这两个角偏航率值。
[0181]
这使得可以调节侧向控制器35的性能，特别是根据以下方程：
[0182]
[数学公式7]
[0183]
δuv＝k
gain
(ω
vsouhait
é-ω
vmesur
é
)
[0184]
其中：
[0185]kgain
为取决于速度的参数，该参数使得可以获得期望路径的良好跟踪性能。
[0186]
在侧向控制器35的输出处获得的方向盘角度控制uv作为输入提供给方向盘致动器模型33。
[0187]
因此获得侧向整体系统或块71，包括车辆侧向模型30、车辆侧向控制器35和方向盘致动器模型33。
[0188]
包括车辆的侧向模型30的这种侧向块71的一个优点在于它考虑了各种限制，这使得可以获得真实模型。车辆侧向控制器35和方向盘致动器模型33起关键作用，因为车辆侧向模型30单独提供了关于实际道路性能的过于乐观的结果。
[0189]
下面描述了包括车辆的纵向模型40的模块7的纵向块72。
[0190]
模块7的纵向块72可以包括速度信息选择器41。
[0191]
模块7的纵向块72可以进一步包括用于自主车辆的纵向控制器45。
[0192]
车辆的纵向模型40旨在接收由车辆的纵向控制器45提供的速度控制命令作为输入。
[0193]
车辆的纵向控制器45的操作可以基于由速度信息选择器41提供的纵向速度v
x
与参考路径上的期望速度之间的速度误差的最小化。
[0194]
在车辆的纵向控制器45、车辆的侧向模型30和安全位置计算机50中使用的纵向速度值v
x
可以由速度信息选择器41提供。
[0195]
速度信息选择器41的一个功能是以估计安全位置模块7的频率检查新的纵向速度测量结果是否可用。如果不可用，则使用由车辆的纵向模型40生成的测得的安全速度值。
[0196]
车辆的纵向模型40旨在提供安全速度测量结果v
x
作为输出。
[0197]
车辆的纵向模型40可以通过将(多个)速度控制命令vc链接到(多个)速度测量结果v
x
的二阶传递函数来描述：
[0198]
[数学公式8]
[0199][0200]
其中：
[0201]
ωn为固有频率(单位：rad/s)，ζ为阻尼因子。
[0202]
这些值尤其取决于低级控制器的设计、节流和制动踏板偏移。
[0203]
上述类型的车辆的纵向模型40的一个优点是它使得可以以最佳方式考虑车辆的纵向响应。
[0204]
图4允许比较给定的速度控制命令曲线vc(曲线101)、由车载传感器测量的速度(曲线102)和从车辆纵向模型40获得的速度v
x
(曲线103)。如图4中清晰可见的，纵向模型40完全符合车辆的实际响应。
[0205]
一旦已经从侧向块71获得角偏航率ωv和侧向速度vy并且已经从纵向块72获得纵向速度v
x
，这些值就被用作安全位置计算机50的输入。
[0206]
安全位置计算机50使得可以获得安全位置坐标的导数特别是使用以下一般运动方程：
[0207]
[数学公式9]
[0208][0209]
[数学公式9]
[0210][0211]
安全位置坐标x、y是通过集成其各自的导数获得的。
[0212]
在安全位置计算机50的输出处获得的值x、y是估计安全位置模块7的输出。
[0213]
从最后的可靠位置，模块7以其频率估计下一个位置，从而更新两个连续位置点之间的可用数据(路径或速度，或方向盘角度测量结果)。因此获得一组x、y位置，然后将其传输到安全评估器8以获得车辆应该位于其中的椭圆及其中线。
[0214]
将安全评估器8的输出与从系统3获得的车辆当前位置进行核对，从而确定从系统3获得的车辆当前位置的质量，并提供此时车辆的最终位置pf。模块9的输出被用作车辆的新位置，该新位置作为单个点(在从系统3获得的车辆当前位置可靠的情况下)或作为点云(当系统3提供多于一个错误位置值时)(通过反馈)返回到安全位置存储模块6。
[0215]
上述类型的系统1的一个优点在于，它使得可以预测车辆的状态，同时考虑车辆和控制器在未来时间范围内的动态模型。因此，可以预测车辆的运动，同时考虑控制器在未来的动作。这通过抑制系统1的振荡来改善车辆的侧向响应。
[0216]
上述类型的系统1的另一个优点在于，它使得可以最大化自主车辆的安全性，同时免除自主驾驶传感器的使用。
[0217]
上述类型的系统1的另一个优点在于，它使得可以以更高的准确度估计车辆的未来位置。这样的系统1能够以高达100hz的频率(即显著高于常用定位系统的频率)来估计车辆的后续安全位置。
[0218]
这样的系统1在短期和长期范围内运行，以便识别用于定位车辆3的自动化系统中的临时故障(即短时间错误)或故障(即长时间错误)，以便校正这些错误或采取措施将车辆置于安全模式，特别是在发生故障时的自动安全制动操作。
[0219]
当计数器尚未达到所述阈值时，就会出现短期错误或暂时错误。
[0220]
当计数器达到所述阈值时，就会出现长期错误或故障。
[0221]
系统1可以包括用于在临时错误的情况下校正车辆位置的装置。
[0222]
系统1可以包括用于驾驶员或远程操作员的警告系统，特别是视觉、触觉或声音警告系统，以便指示长期错误或故障并激活紧急制动操作。警告系统，特别是视觉、触觉或声音警告系统，可以包括指示器，该指示器可以安装在显示装置21中。
[0223]
尽管本发明已经在自主汽车的情况下进行了描述，但本发明显然适用于任何类型的自主车辆，例如公共汽车或卡车。