專利名稱：用于避免碰撞的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于自動避免交通工具與其他對象的碰撞的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)或方法例如適用于自動避免無人駕駛的可控飛行器與其他飛行器或與靜止障礙物的碰撞。
背景技術(shù)：
本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，提供用于控制交通工具的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法保證交通工具可靠地避開靜止或運動的障礙物。可能的碰撞將被避免。下面應(yīng)將概念“交通工具”理解成陸地交通工具、水上交通工具(例如船舶)、水下交通工具(例如潛艇)、空中交通工具(例如飛機)、以及太空交通工具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個示例涉及一種用于控制交通工具以自動避免該交通工具與障礙物碰撞的方法。該方法包括下列步驟對該交通工具之前的障礙物進行識別和定位，其中障礙物相對于交通工具的相對位置通過其坐標被確定；測量所識別的障礙物的相對速度；根據(jù)相應(yīng)的相對位置和相對速度判斷在交通工具與障礙物之間是否存在碰撞危險；當存在與障礙物碰撞的危險時執(zhí)行下列步驟根據(jù)已知的測量誤差計算障礙物周圍的不確定區(qū)域；計算不確定區(qū)域的邊緣處的避開點；定義圍繞避開點的具有一半徑的保護區(qū)；定義具有預(yù)先給定的曲率半徑的圓形軌道狀避開路線；在臨界距離的情況下將交通工具控制為使得交通工具遵循圓形軌道狀避開路線，其中圓形軌道狀避開路線與保護區(qū)相切。本發(fā)明的另一示例涉及一種用于識別障礙物并且計算交通工具中的避開動作 (Ausweichman5ver)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括下列部件自動駕駛單元，用于控制交通工具的運動，其中該自動駕駛單元具有用于接收描述交通工具的額定運動的運動參數(shù)的接口，并且該自動駕駛單元被構(gòu)造為根據(jù)運動參數(shù)將交通工具控制為使得交通工具的實際運動近似地對應(yīng)于額定運動；傳感器單元，具有至少一個第一環(huán)境傳感器，所述第一環(huán)境傳感器被構(gòu)造為對障礙物進行定位并且提供與障礙物的相對位置和障礙物的相對速度有關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元，其被構(gòu)造為編輯傳感器數(shù)據(jù)并且提供相對位置和相對速度的測量值； 用于計算避開動作的單元，其被構(gòu)造為根據(jù)測量值計算避開動作的額定運動的運動參數(shù)并且將這些運動參數(shù)提供給自動駕駛單元的接口。本發(fā)明的另一示例涉及一種用于識別障礙物并且計算交通工具中的避開動作的方法。該方法包括下列步驟借助于第一環(huán)境傳感器對障礙物進行定位并且提供相應(yīng)的表示障礙物的相對位置和相對速度的傳感器數(shù)據(jù)；編輯傳感器數(shù)據(jù)并且提供相對位置和相對速度的測量值；根據(jù)測量值計算避開動作的額定運動的運動參數(shù)；以及將這些運動參數(shù)輸送給自動駕駛單元的接口以控制交通工具的運動，其中該自動駕駛單元被構(gòu)造為根據(jù)運動參數(shù)將交通工具控制為使得交通工具的實際運動近似地對應(yīng)于額定運動。


下面的附圖和進一步的描述將有助于更好地理解本發(fā)明。不一定將附圖中的元素理解為是限制，更確切地說重點在于示出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的附圖標記表示相應(yīng)的部分。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的示例的框圖，該系統(tǒng)包括傳感器單元、數(shù)據(jù)處理單元和用于計算避開動作的單元；
圖2示出具有攝像機和雷達傳感器以確定障礙物的相對位置和相對速度的傳感器單元的實際構(gòu)造；
圖3示出由數(shù)據(jù)處理單元執(zhí)行的對距離矢量和速度矢量到水平面中的投影，其中交通工具在該水平面內(nèi)運動；
圖4 一 6示例性地示出根據(jù)本發(fā)明的用于避開和避免碰撞的方法在靜止障礙物情況下的變形方案；
圖7示出對障礙物周圍的不確定區(qū)域的計算，其中選擇不確定區(qū)域的角點作為避開點； 圖8a — c示例性地示出根據(jù)本發(fā)明的用于避開和避免碰撞的方法在運動非協(xié)作障礙物的情況下的變形方案；
圖9a、b示例性地示出運動非協(xié)作障礙物與所測量和所計算的量之間的關(guān)系； 圖10示例性地示出用于在運動非協(xié)作障礙物的情況下計算避開路線的坐標變換； 圖11示出與障礙物的運動走廊交叉的避開路線； 圖12示出在考慮到障礙物情況下的障礙物的運動走廊。
具體實施例方式用于安全地導(dǎo)航和避免碰撞的系統(tǒng)通常履行兩個不同的任務(wù)，即第一規(guī)劃要控制的交通工具從其當前位置到給定航路點的路線，并且第二持續(xù)地探測該路線上的障礙物并且必要時發(fā)起避開動作。第一任務(wù)(到航路點的路線規(guī)劃)一般被提前解決，也就是說，路線規(guī)劃不在行駛期間進行，而是在出發(fā)以前或在飛行器的情況下在起飛以前(Pre-Flight Planning (飛行前規(guī)劃))進行。第二任務(wù)(識別障礙物和避開)必須連續(xù)地在行駛或飛行期間進行。在所規(guī)劃路線的范圍內(nèi)探測到根據(jù)先驗(a prior)未知的障礙物的情況下，必須決定是否有必要避開。如果是這種情況，則必須規(guī)劃合適的避開動作并且離開預(yù)先規(guī)劃(飛行前規(guī)劃)的路線。在避開動作結(jié)束以后，計算到原來所規(guī)劃路線的下一航路點的新路線。在識別到障礙物以后，對該障礙物進行分類并且根據(jù)該分類計算合適的避開動作。該分類根據(jù)靜止的和運動的障礙物或協(xié)作的和非協(xié)作的障礙物進行。協(xié)作的障礙物本身嘗試根據(jù)與所觀測的交通工具/飛機相同的原理進行避開，而非協(xié)作障礙物忽略該交通工具/飛機。因此，可以區(qū)分出三類障礙物。第一是靜止障礙物，這些障礙物顯然總是非協(xié)作的，第二是運動的非協(xié)作障礙物，并且第三是運動的協(xié)作障礙物。屬于這三類的計算避開動作的方法是非常類似的，并且基于相同的原理。為簡單起見，首先描述針對靜態(tài)障礙物的避開。在此，利用下面描述的系統(tǒng)所控制的交通工具(例如飛機)也被稱為“自有交通工具”。在計算用于避免碰撞的避開路線時，按照如下方式進行假定到障礙物的距離不
允許低于特定的最小距離(
)。在較小的局部障礙物周圍可以假定交通工具(例如飛機)不允許侵入的圓形安全區(qū)域(具有半徑R%1SK)。為了考慮到兩次測量之間的掃描時間ΔΤ,可以將半 SRgrisk進一步擴大以自有交通工具以速度V1在掃描時間ΔΤ內(nèi)所經(jīng)過的路程 (R^sa ^ 0通+ ν^Δ )。交通工具之前的平面區(qū)域——自有交通工具在其中運動或
將在其中運動并且在其中可能在下一時間出現(xiàn)必須對其做出反應(yīng)的障礙物——借助于機載傳感器單元被持續(xù)地監(jiān)測。在識別到障礙物的情況下，計算自有交通工具經(jīng)過障礙物的避開軌道。該避開軌道由圓弧(具有半徑ρ )以及可選地由直線段構(gòu)成，其中該直線段以相切的方式連接到該圓弧上，并且該圓弧以相切的方式連接到自有交通工具在避開動作開始以前的運動軌道上。圓弧的半徑ρ對應(yīng)于避開軌道的與相應(yīng)速度有關(guān)的最小曲率半徑。最遲在不再能夠避免自有交通工具侵入到所識別障礙物周圍的安全區(qū)域中以前根據(jù)預(yù)先計算出的避開軌道來控制自有交通工具，其中避開軌道于是與安全區(qū)域相切。但是在專門探討避開方法以前，首先應(yīng)當闡述總系統(tǒng)。圖1中示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的示例性的系統(tǒng)。為了可以在交通工具中控制該系統(tǒng)以識別障礙物并且計算避開動作，該系統(tǒng)包括控制交通工具的運動的自動駕駛單元。該自動駕駛單元可以具有用于接收運動參數(shù)的接口。所述運動參數(shù)描述交通工具的額定運動，并且自動駕駛單元根據(jù)運動參數(shù)將交通工具控制為使得交通工具的實際運動近似地對應(yīng)于額定運動。在飛機的情況下， 這樣的運動參數(shù)通常是升降舵和方向舵的角度調(diào)節(jié)或者對滾動角、俯仰角和偏航角或角速度的預(yù)先給定。此外，該系統(tǒng)包括具有至少一個第一環(huán)境傳感器的傳感器單元，所述第一環(huán)境傳感器被構(gòu)造為對障礙物進行定位并且提供與障礙物的相對位置和障礙物的相對速度有關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)。第一環(huán)境傳感器例如可以是光學(xué)傳感器，尤其是攝像機。在此，可以使用在可見光范圍或紅外光范圍內(nèi)工作的攝像機。作為另外的部件，該系統(tǒng)可以具有數(shù)據(jù)處理單元，該數(shù)據(jù)處理單元被構(gòu)造為編輯傳感器數(shù)據(jù)并且提供所定位的障礙物的相對位置和相對速度的測量值以用于進一步處理。 該數(shù)據(jù)編輯例如可以在于數(shù)據(jù)簡化或者將三維現(xiàn)實以數(shù)學(xué)方式簡化到二維模型。在下面還將更詳細地探討該投影(參見關(guān)于圖3的描述)。作為第三部件，根據(jù)圖1的系統(tǒng)包括用于計算避開動作的單元。該單元也可以集成在自動駕駛單元中。但是在飛行的情況下，關(guān)鍵性的經(jīng)濟上的優(yōu)點可以是，使用已經(jīng)被認證用于飛行的具有所定義的外部接口的自動駕駛單元。于是為了在飛行中的使用，僅須認證根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，而不是自動駕駛儀。用于計算避開動作的單元被構(gòu)造為，根據(jù)相對位置和相對速度的測量值來計算避開動作的額定運動的運動參數(shù)并且將這些運動參數(shù)提供給自動駕駛單元的接口。潛在的障礙物通常在由方位角￥和仰角0確定的方向上以距離F^n.:位于該交通工具之前。在此，環(huán)境傳感器(攝像機，雷達傳感器)檢測交通工具之前的區(qū)域并且確定所觀測障礙物的距離Rwhw、方位角ψ、仰角θ、以及相對速度V，并且提供作為傳感器數(shù)據(jù)的這些量以用于進一步處理。為了獲得更精確的測量結(jié)果，傳感器單元可以包含雷達傳感器作為第二環(huán)境傳感器。在這種情況下，該傳感器單元被構(gòu)造為對第一和第二環(huán)境傳感器的傳感器數(shù)據(jù)進行匯集(“sensor fusion (傳感器融合)”)，并且從包含在傳感器數(shù)據(jù)中的信息中計算出障礙物的方位角ψ、仰角θ和距離Rwhsk、以及相對速度V。傳感器單元可以從由攝像機所生成的圖像數(shù)據(jù)中識別出潛在的障礙物并且將這些障礙物分類。如果障礙物例如是飛機，則可以基于該圖像來識別飛機類型?；谠摲诸?， 可以從數(shù)據(jù)庫中確定所觀測障礙物(飛機)的實際大小。從每個障礙物的實際大小及其在圖像上的大小中可以計算出所觀測障礙物與飛機之間的距離。也可以從障礙物在攝像機的圖
像中的位置中計算出方位角Y和仰角0。當借助于圖像處理方法從攝像機圖像中(粗略)近似地確定障礙物的相對位置、尤其是方向(即方位角和仰角)并且然后使僅具有顯著更小視場(“field of view (視場)”)的雷達傳感器在所觀測障礙物的方向上擺動時，獲得測量中的較高精確度。然后，可以利用雷達傳感器以比利用攝像機的近似測量更高的精確度來測量相對位置和相對速度。圖2中示出傳感器單元，尤其是攝像機和可擺動的雷達傳感器的視場。如果在攝像機圖像上可識別出多個障礙物，則傳感器單元能夠識別潛在的障礙物并且根據(jù)其“危險性”對這些障礙物排序。最危險的是由于相對于該交通工具的相對位置和相對速度而最有可能發(fā)生碰撞的那種障礙物。尤其是在飛行中，常常將與圓形軌道狀的可能的避開路線的中心點最接近的障礙物列為最危險的對象。該中心點在自有交通工具右邊或左邊與當前飛行軌道相距一法向距離(Normalabstand)，該法向距離對應(yīng)于圓形軌道狀避開路線的曲率半徑。然后，雷達傳感器對準被列為最危險的障礙物。根據(jù)圖1的系統(tǒng)如上面提到的那樣包括數(shù)據(jù)處理單元。該數(shù)據(jù)處理單元可以被構(gòu)造為將障礙物的相對位置投影到水平面中，以便確定水平距離并且將該水平距離作為相對位置的測量值來提供。利用這樣的投影，在現(xiàn)實中為三維的問題被簡化成二維問題。該簡化在飛行或海下航行中也是適宜的，因為出于效率的原因，通常在特定飛行高度內(nèi)進行避開動作，并且(除了必須發(fā)起非避開動作的例外情況以外)不進行向上或向下的避開。這種
避開動作將比平面中的避開動作需要多得多的能量。于是，水平距離Rmk從實際測量的
距離RsmH中通過與仰角θ的余弦相乘而得出。水平速度νΡΡα7的計算以類似方式進行。數(shù)據(jù)處理單元的另一任務(wù)是在識別出許多障礙物的情況下進行數(shù)據(jù)簡化。每個障礙物的相對位置都具有不確定區(qū)域，即具有關(guān)于距離RflKHM的測量誤差以及關(guān)于角度ψ
和θ的測量誤差。如果現(xiàn)在多個障礙物彼此接近或者識別出非常大的障礙物(例如墻)，則
可以將多個測量點合并起來并且針對合并的障礙物(或者大的障礙物)計算出具有相應(yīng)擴大的不確定范圍的總相對位置。當障礙物突然——例如從上方或從下方——運動到交通工具之前并且然后比臨
界距離Pd3X更接近地位于交通工具之前的區(qū)域中時，不實施常規(guī)的避開動作。在這種情
況下，不能觀測到障礙物的靠近，該障礙物實際上突然出現(xiàn)在傳感器單元的視場中。這樣的情況被稱為“Near Miss (危險接近)”，并且要求非避開動作，該非避開動作也可以向右或向左或者向上或向下發(fā)起，并且在非避開動作的情況下也可以使飛機短時地超過其負荷極限。此外，用于計算避開動作的單元可以包括用于對障礙物進行分類的單元。該單元被構(gòu)造為基于測量數(shù)據(jù)對障礙物進行分類，以便由此推斷出障礙物的行為(Verhalten)。在該分類的情況下，從傳感器數(shù)據(jù)中確定該障礙物是靜態(tài)(不運動)的對象、運動的協(xié)作對象、還是運動的非協(xié)作對象。應(yīng)將協(xié)作對象理解成如下的對象該對象在避開時遵守預(yù)先定義的規(guī)則(例如與自有交通工具相同的規(guī)則)和行為方式。非協(xié)作對象忽略該交通工具并且保持其迄今為止的運動軌道。然后根據(jù)相對位置和相對速度(即其在水平面內(nèi)投影的分量) 以及分類的結(jié)果，計算出避開路線的運動參數(shù)并且將這些運動參數(shù)提供給自動駕駛單元的接口。然后，自動駕駛單元控制交通工具處的相應(yīng)的執(zhí)行器(例如在飛機情況下為升降舵和方向舵)，使得該交通工具執(zhí)行所計算出的避開路線。圖3至7更詳細地示出避開路線的計算。用于計算避開路線以自動避免交通工具與障礙物的碰撞的方法包括在下面進一步描述并且在圖3至7中示出的步驟。上面已經(jīng)描述的障礙物識別構(gòu)成該計算的基礎(chǔ)。在第一步驟，對交通工具之前的障礙物進行定位，其中障礙物相對于交通工具的相對位置由其坐標(例如球面坐標，即距離、方位角、仰角)來確定。所識別的障礙物的相對速度必須同樣被確定。這例如可以利用雷達傳感器來進行。此后根據(jù)相應(yīng)的相對位置和相對速度對所識別的障礙物進行判斷在交通工具與相應(yīng)的障礙物之間是否存在碰撞危險。如果識別出碰撞危險，則按下面闡述的方式進行避開動作的計算
根據(jù)已知的測量誤差計算障礙物周圍的不確定區(qū)域。這樣的不確定區(qū)域在靜態(tài)障礙物的情況下具有圓環(huán)段的形式。圖7中示出標稱位置。處的障礙物周圍的不確定區(qū)域。該障礙物以方位角V以標稱距離Reksk位于交通工具Ai之前。該角度的不確定區(qū)域Γ是如下區(qū)間
并且該距離的不確定區(qū)域Σ是
Σ [ Rfi^mK ‘ ‘ Rh in， Rsrm : ‘ Rhax ； ο總不確定區(qū)域是由點“點1”、“點2”、“點3”和“點4”構(gòu)成的圓環(huán)段。四個點的笛卡兒坐標(χ坐標，y坐標)按如下方式來計算
點 1 : (Rsv^F-Ril Ξ h) COS (ψ"ψκ Η) , (R.WMSK-RnIh) SlH (ψ - ψ滯I)]
2 [ (Rskwsk^Rmax) COS {ψ-ψΜ!Μ) , {RS:,:N5,;+Rmax) sin (ψ^ψ ΙΝ)]
點 3 : [ (Rsemss+Rmax) cos (Ψ+Ψμαχ) , (Rsensk+Hmax) sin (ψ+ψΜΑκ) 3
點 4 : [ (RS3.』S -RM",,} COS (ψ+ψκ,κ) IRsfns^-Rmiη) Sin (ψ+ψΜΑΚ) J。從交通工具來看，點“點4”是位于最右邊的點，并且在向右避開的情況下是與圓形避開路線的中心點最接近的點。因此，當使用上面提到的關(guān)于障礙物“危險性”的標準時， 處于不確定區(qū)域的最外部的點處的障礙物最危險。因此為了保證魯棒的避開，必須在最壞的情況下避開點“點4”。在這種情況下，“魯棒”的意思是，在考慮到測量誤差情況下的避開路線更為安全并且與障礙物保持所期望的最小距離。因此，點4是被避開的點，因此該點在下面被稱為避開點。在向左避開的情況下，避開點將是點“點1”。根據(jù)圖4至6闡述了另一方法，其中為清楚起見不再示出不確定區(qū)域。僅僅示出
11用表示的避開點。在靜止障礙物的情況下，定義圍繞避開點具有半徑RRISK的圓形保護區(qū)SZ。交通
工具不應(yīng)侵入到該保護區(qū)SZ中。因此仍然保證交通工具不比最小距離RRISK更靠近障礙物。交通工具總是在(近似為)圓形的避開路線上進行避開。該假定對于飛行器以及陸地交通工具和船舶的計算而言足夠精確。避開路線的圓形軌道具有最小可能的半徑ρ ,但是已知該半徑ρ與交通工具的速度有關(guān)。與障礙物的距離被持續(xù)地測量。在臨界距離的情況下， 發(fā)起避開動作(也就是說利用相應(yīng)的運動參數(shù)來控制自動駕駛儀)，使得圓形軌道狀避開路線ER與保護區(qū)SZ相切。該臨界距離扮徹RSENSE,MIN (參見圖4)可以直接從所測量的量中計算出來。作為必須發(fā)起避開動作的標準，可以在靜止障礙物的情況下給出下列不等式
權(quán)利要求
1.一種用于控制交通工具以自動避免交通工具與障礙物碰撞的方法；該方法包括下列步驟對交通工具之前的障礙物進行識別和定位，其中障礙物相對于交通工具的相對位置通過其坐標來確定；測量所識別的障礙物的相對速度；根據(jù)相應(yīng)的相對位置和相對速度來判斷在交通工具與障礙物之間是否存在碰撞危險；當存在與障礙物碰撞的危險時執(zhí)行下列步驟根據(jù)已知的測量誤差計算障礙物周圍的不確定區(qū)域；計算不確定區(qū)域的邊緣內(nèi)或邊緣處的避開點；定義圍繞避開點的具有一半徑的保護區(qū)；定義具有預(yù)先給定的曲率半徑的圓形軌道狀避開路線；在臨界距離的情況下對交通工具進行控制，使得交通工具遵循圓形軌道狀避開路線， 其中圓形軌道狀避開路線與保護區(qū)相切。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在測量穿過交通工具延伸的水平面之下或之上的障礙物的相對位置和相對速度以后，將相應(yīng)的相對位置及相對速度投影到該水平面中， 并且將所投影的位置及速度用作為用于計算不確定區(qū)域、避開點以及保護區(qū)的測量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在交通工具位于圓形軌道狀避開路線上期間，測量到障礙物的距離，并且如果到障礙物的距離增加，則離開圓形軌道狀避開路線并且發(fā)起反向運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中在發(fā)起反向運動以后，當航路點與方位基點 (Himmelsrichtung)以及交通工具與方位基點之間的角度差小于預(yù)先給定的閾值時啟用航路點方向上的軌道調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中所識別的障礙物被分類成組，及第一組 “靜止障礙物”、第二組“運動的協(xié)作障礙物”、以及第三組“運動的非協(xié)作障礙物”，其中協(xié)作障礙物遵守預(yù)先定義的用于避開的規(guī)則并且非協(xié)作障礙物忽略交通工具。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中根據(jù)作為靜止障礙物、運動的協(xié)作障礙物或運動的非協(xié)作障礙物的分類來確定不確定區(qū)域并且由此確定避開點。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6之一所述的方法，其中在靜止障礙物的情況下根據(jù)下列公式確定靜止的不確定區(qū)域的四個角點
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在應(yīng)當向右避開時點4是避開點，并且在應(yīng)當向左避開時點1是避開點。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中根據(jù)按照下面的規(guī)則的避開方法來確定避開點 在向右避開的情況下點4在向左避開的情況下點1。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中針對運動的協(xié)作障礙物，將保護區(qū)擴寬協(xié)作障礙物的避開半徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中在靜止障礙物的情況下，一旦滿足下列不等式， 就達到臨界距離2 ·ρ -R,:;^ + R,.τ.Sκ" + 2 -p-R-; Ms￡:-sin ψ) — RstN> C, 其中ρ是避開軌道的半徑，Rusx是圓形保護區(qū)的半徑，Ψ是障礙物的所測量的方位角，并且RS5.:Mf;『.;是障礙物與交通工具之間的所測量的距離。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中在靜止障礙物的情況下，一旦對于來自不確定區(qū)域F的任意方位角ψ以及對于來自不確定區(qū)域Σ的任意距離Rskhm滿足下列不等式， 就達到臨界距離
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中在運動的協(xié)作障礙物的情況下，一旦滿足下列不等式，就達到臨界距離
14.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中在靜止障礙物的情況下，一旦對于來自不確定區(qū)域F的任意方位角ψ以及對于來自不確定區(qū)域￡的任意距離Rskmm滿足下列不等式， 就達到臨界距離
15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中在運動的非協(xié)作障礙物的情況下預(yù)先計算碰撞。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中通過分析不等式
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中考慮Χ.，:、Rs^wjPv的不確定區(qū)域。
18.根據(jù)權(quán)利要求5或15所述的方法，其中保護區(qū)是障礙物的運動走廊，該運動走廊的寬度對應(yīng)于與障礙物要保持的最小距離(Rmsk)的兩倍。
19.根據(jù)權(quán)利要求5或15所述的方法，其中保護區(qū)是障礙物的運動走廊，該運動走廊的最小寬度是與障礙物要保持的最小距離(Rmsk)的兩倍，其中該走廊每長度單位加寬 2sin (Cl)的值，其中《對應(yīng)于障礙物的所測量的速度矢量的最大角度誤差。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中障礙物之前的由走廊定義的保護區(qū)僅在長度 + 上伸展，其中民+㈣是障礙物與交通工具之間要保持的最小距離，Vn.是障礙物的所測量的速度，并且t是交通工具在避開軌道上再次離開走廊所需的時間。
21.根據(jù)權(quán)利要求5至20之一所述的方法，其中在流體的情況下，將靜止障礙物作為動態(tài)非協(xié)作障礙物來處理，該動態(tài)非協(xié)作障礙物具有相對于交通工具的與流體速度相反但是具有與流體速度相同的絕對值的相對速度。
22.一種用于識別障礙物并且計算交通工具中的避開動作的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括下列部件自動駕駛單元，用于控制交通工具的運動，其中該自動駕駛單元具有用于接收描述交通工具的額定運動的運動參數(shù)的接口，并且該自動駕駛單元被構(gòu)造為根據(jù)運動參數(shù)將交通工具控制為使得交通工具的實際運動近似地對應(yīng)于額定運動；傳感器單元，具有至少一個第一環(huán)境傳感器，所述第一環(huán)境傳感器被構(gòu)造為對障礙物進行定位并且提供與障礙物的相對位置和障礙物的相對速度有關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元，其被構(gòu)造為編輯傳感器數(shù)據(jù)并且提供所述相對位置和相對速度的測量值；用于計算避開動作的單元，其被構(gòu)造為根據(jù)測量值來計算避開動作的額定運動的運動參數(shù)并且將所述運動參數(shù)提供給自動駕駛單元的接口。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中障礙物以特定的方位角和特定的仰角位于交通工具之前并且與交通工具具有特定距離，并且其中環(huán)境傳感器檢測交通工具之前的區(qū)域并且作為傳感器數(shù)據(jù)提供障礙物的距離、方位角、仰角以及相對速度。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的系統(tǒng)，其中傳感器單元具有第二環(huán)境傳感器，其中第一環(huán)境傳感器是光學(xué)傳感器并且第二環(huán)境傳感器是雷達傳感器。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的系統(tǒng)，其中傳感器單元被構(gòu)造為將至少第一和第二環(huán)境傳感器的傳感器數(shù)據(jù)匯集并且從包含在傳感器數(shù)據(jù)中的信息中計算障礙物的方位角、仰角以及距離和相對速度。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中第一光學(xué)傳感器是提供交通工具的環(huán)境圖像的平面攝像機，并且傳感器單元被構(gòu)造為一對圖像上潛在的障礙物進行識別和分類； 一基于所述分類從數(shù)據(jù)庫中確定障礙物的實際大?。灰约耙粡拿總€障礙物和圖像的實際大小中計算相應(yīng)障礙物與交通工具之間的距離。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或沈所述的系統(tǒng)，其中雷達傳感器能夠擺動，并且光學(xué)傳感器是提供交通工具的環(huán)境圖像的平面攝像機，并且傳感器單元被構(gòu)造為一對圖像上潛在的障礙物進行識別并且近似地確定所述障礙物與交通工具的相對位置；一根據(jù)預(yù)先給定的標準按照所識別的障礙物的危險性對所述所識別的障礙物進行排序并且選出最危險的障礙物；一基于近似地確定的相對位置使雷達傳感器在最危險的障礙物的方向上擺動；以及一借助于雷達傳感器以比近似地確定的相對位置更高的精確度測量相對位置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中障礙物的危險性的標準是相應(yīng)障礙物的相對位置，其中與圓形避開路線的中心點相距最小的障礙物被選為最危險的障礙物。
29.根據(jù)權(quán)利要求23至觀之一所述的系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)處理單元被構(gòu)造為將障礙物的相對位置投影到水平面中，以便確定水平距離并且將該水平距離作為相對位置的測量值來提供。
30.根據(jù)權(quán)利要求23至298之一所述的系統(tǒng)，其中每個障礙物的相對位置的由傳感器單元所提供的傳感器數(shù)據(jù)分別處于一個不確定區(qū)域中，并且數(shù)據(jù)處理單元被構(gòu)造為通過如下方式來簡化傳感器數(shù)據(jù)將多個彼此接近的障礙物合并成一個障礙物，并且針對合并的障礙物計算具有相應(yīng)擴大的不確定區(qū)域的總相對位置。
31.根據(jù)權(quán)利要求22至30之一所述的系統(tǒng)，其中用于計算避開動作的單元被構(gòu)造為在障礙物的距離小于臨界距離時計算非避開動作的運動參數(shù)。
32.根據(jù)權(quán)利要求22至31之一所述的系統(tǒng)，其中用于計算避開動作的單元包括用于對障礙物進行分類的單元，該單元被構(gòu)造為基于測量數(shù)據(jù)對障礙物進行分類以便由此推斷出障礙物的行為。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中用于對障礙物進行分類的單元被構(gòu)造為從傳感器數(shù)據(jù)中確定該障礙物是靜態(tài)對象、運動協(xié)作對象、還是運動非協(xié)作對象。
34.根據(jù)權(quán)利要求32或33所述的系統(tǒng)，其中用于計算避開動作的單元被構(gòu)造為根據(jù)危險障礙物的相對位置和相對速度以及所述分類的結(jié)果來計算避開路線的運動參數(shù)并且將所述運動參數(shù)提供給自動駕駛單元的接口。
35.一種用于識別障礙物并且計算交通工具中的避開動作的方法；該方法包括下列步驟借助于第一環(huán)境傳感器對障礙物進行定位并且提供相應(yīng)的表示障礙物的相對位置和相對速度的傳感器數(shù)據(jù)；編輯傳感器數(shù)據(jù)并且提供相對位置和相對速度的測量值； 根據(jù)測量值來計算避開動作的額定運動的運動參數(shù)；以及將所述運動參數(shù)輸送給自動駕駛單元的接口以控制交通工具的運動，其中自動駕駛單元被構(gòu)造為根據(jù)運動參數(shù)將交通工具控制為使得交通工具的實際運動近似地對應(yīng)于額定運動。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，進一步包括測量障礙物的距離、方位角、仰角和相對速度，其中所述距離、方位角和仰角表示交通工具之前的障礙物的相對位置。
37.根據(jù)權(quán)利要求35或36所述的方法，其中第一環(huán)境傳感器是提供環(huán)境圖像的光學(xué)傳感器；該方法進一步包括提供被構(gòu)造成雷達傳感器的第二環(huán)境傳感器的傳感器數(shù)據(jù)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，進一步包括對光學(xué)傳感器和雷達傳感器的傳感器數(shù)據(jù)進行匯集，并且從包含在傳感器數(shù)據(jù)中的信息中計算出障礙物的方位角、仰角以及距離和相對速度。
39.根據(jù)權(quán)利要求37或至38所述的方法，其中光學(xué)傳感器是至少一個提供交通工具的環(huán)境圖像的平面攝像機；該方法進一步包括基于平面攝像機的傳感器數(shù)據(jù)對圖像上的潛在障礙物進行識別和分類； 基于所述分類從數(shù)據(jù)庫中確定障礙物的實際大??；以及從每個障礙物和圖像的實際大小中來計算相應(yīng)障礙物與交通工具之間的距離。
40.根據(jù)權(quán)利要求38或至39所述的方法，進一步包括 基于平面攝像機的傳感器數(shù)據(jù)對圖像上的潛在障礙物進行識別；基于平面攝像機的傳感器數(shù)據(jù)近似地確定障礙物與交通工具的相對位置； 根據(jù)預(yù)先給定的標準按照所識別的障礙物的危險性對所述所識別的障礙物進行排序并且選出最危險的障礙物；基于近似地確定的相對位置使雷達傳感器在最危險的障礙物的方向上擺動；以及借助于雷達傳感器以比近似地確定的相對位置更高的精確度來測量相對位置。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中障礙物的危險性的標準是相應(yīng)障礙物的相對位置，其中與圓形避開路線的中心點相距最小的障礙物被選為最危險的障礙物。
42.根據(jù)權(quán)利要求36至41之一所述的方法，進一步包括 將障礙物的相對位置投影到水平面中，以便確定水平距離； 提供該水平距離作為相對位置的測量值。
43.根據(jù)權(quán)利要求36至42之一所述的方法，其中每個障礙物的相對位置的傳感器數(shù)據(jù)分別處于一個不確定區(qū)域中；該方法進一步包括將多個彼此接近的障礙物合并為一個障礙物；針對合并的障礙物來計算具有相應(yīng)擴大的不確定區(qū)域的總相對位置，以便由此簡化傳感器數(shù)據(jù)。
44.根據(jù)權(quán)利要求35至43之一所述的方法，進一步包括 在障礙物的距離小于臨界距離時計算非避開動作的運動參數(shù)。
45.根據(jù)權(quán)利要求35至44之一所述的方法，進一步包括基于測量數(shù)據(jù)對所識別的障礙物進行分類，以便由此推斷出障礙物的行為。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中對障礙物的分類包括下列內(nèi)容 基于傳感器數(shù)據(jù)確定該障礙物是靜態(tài)對象、運動協(xié)作對象、還是運動非協(xié)作對象。
47.據(jù)權(quán)利要求45或46所述的方法，進一步包括根據(jù)最危險障礙物的相對位置和相對速度以及分類的結(jié)果來計算避開路線的運動參數(shù)；以及將所述運動參數(shù)提供給自動駕駛單元的接口。
全文摘要
公開有一種用于控制交通工具以自動避免該交通工具與障礙物碰撞的方法。該方法包括下列步驟對交通工具之前的障礙物進行識別和定位，其中障礙物相對于交通工具的相對位置通過其坐標被確定；測量所識別的障礙物的相對速度；根據(jù)相應(yīng)的相對位置和相對速度判斷在交通工具與障礙物之間是否存在碰撞危險；當存在與障礙物碰撞的危險時執(zhí)行下列步驟根據(jù)已知的測量誤差計算障礙物周圍的不確定區(qū)域；計算不確定區(qū)域的邊緣內(nèi)或邊緣處的避開點；定義圍繞避開點的具有半徑()的保護區(qū)；定義具有預(yù)先給定的曲率半徑()的圓形軌道狀避開路線；在臨界距離的情況下將交通工具控制為使得交通工具遵循圓形軌道狀避開路線，其中圓形軌道狀避開路線與保護區(qū)相切。
文檔編號G05D1/02GK102160006SQ200980135928
公開日2011年8月17日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者M·納德希恩, P·朗塔勒 申請人:空中偵察辨識和避免技術(shù)有限責(zé)任公司