避免碰撞方法、道路使用者车辆、其它车辆和计算机程序与流程
本公开涉及一种用于在易受伤害的道路使用者车辆和附近的车辆之间避免碰撞的方法。本公开还涉及相应的易受伤害的道路使用者车辆、相应的另外的车辆以及相应的计算机程序。
背景技术：
在城市中，涉及骑车者的事故风险很高。事故通常是由部分骑车者的不正确行为造成的，也可能是其他道路使用者造成的。通常，在不正确或禁止使用道路、错误进入流量交通、未调整速度或在转弯期间的不正确行为的情况下发生事故。
因此，本申请涉及用于易受伤害的道路使用者车辆例如自行车的安全包的重要方面。根据这个概念，关于位置、速度、方向和其他参数比如自行车大小、倾斜角度、骑车者的加速度的无线电消息将被发送到附近的当地道路使用者。这些消息由适当装备的周围车辆处理，并且在发生危险时，导致驾驶员在涉及自动驾驶技术时被警告或启动自动避免碰撞操纵。这类系统在汽车领域已为人所知。
从de10245796a1中已知一种确定正在使用移动电话的道路使用者的当前运动模式的方法。这种方法涉及在连续的无线电定位时刻的基础上连续确定道路使用者的位置。确定位置的矢量链以及移动电话的速度的矢量序列。因此，道路使用者的相应位置与数字道路地图的链接即所谓的“地图匹配技术”用于确定道路使用者的运动方式。
从de10334203a1中已知一种用于在道路上组织交通的方法，其旨在最小化道路事故。易受伤害的道路使用者特别是行人或两轮车的位置可以通过这种道路使用者的移动电话来确定。根据本公开的方法的核心是，至少在可调节范围内，在该范围内移动的两个交通使用者自动地进行直接相互通信并且彼此通知他们的运动。通过道路使用者的直接的且最重要的是基于情况的自动相互通信是控制中心的中间参与，以清除多余的情况。节省了宝贵的时间，并且可以迅速触发自动警告以及可能的自动干预，从而可以安全地防止发生事故。
从de102008012655a1中已知一种用于确定第一和第二车辆之间的相对位置的装置。为了确定两个车辆之间的相对位置，具有某些元数据的相邻车辆的位置数据将被传送到另一车辆。传送例如通过直接的车辆间通信或通过中心站的绕行而发生。元数据可用于选择可用的卫星以用于其他车辆中的位置确定。以这种方式，可以最小化由两个车辆中的不同卫星选择导致的系统误差，从而用gps信号进行位置确定。在卫星信号并不总是易于接收的内城区域中，还可以评估用于位置确定的来自方向传感器、距离传感器和方向盘角度传感器的信号。
鉴于上述现有技术，仍然存在一个问题，即仅基于卫星导航的位置确定对于与易受伤害的道路使用者车辆相关的避免碰撞的目的而言不够精确。例如，用gps信号确定的位置精度为±7.5m。
因此，需要改进位置确定方法以增加易受伤害的道路使用者的安全性。这对应于本发明旨在解决的问题。
技术实现要素：
该目的通过根据权利要求1的用于在易受伤害的道路使用者车辆和周围车辆之间避免碰撞的方法、根据权利要求5的易受伤害的道路使用者车辆、根据权利要求10的车辆和根据权利要求11的计算机程序来实现。从属权利要求包括如下所述的本发明的有利的进一步发展和改进。
该解决方案一方面基于易受伤害的道路使用者车辆的适应性，特别是通过vru车辆与vru使用者的便携式设备(比如智能手机或平板电脑)之间的交互来对易受伤害的道路使用者车辆的精确定位。
优点是该解决方案独立于用于直接v2v或d2d通信(wlan802.11p，lte-v，5g)的技术而工作。
首先，提到易受伤害的道路使用者车辆将配备至少一个测距传感器，其支持除全球导航卫星系统gnss之外的独立位置确定，比如全球定位系统gps、globalnajanawigazionnajasputnikowajasistemaglonass、galileo或北斗。此外，通过vru车辆和便携式使用者设备之间的交互来确定高精度位置。该交互包括将位置检测传感器数据传送到所述便携式通信设备的步骤。无线通信技术可用于该数据传送，比如蓝牙或zigbee通信。在所述便携式通信设备中，然后执行评估所述接收位置检测传感器数据并从中为易受伤害的道路使用者车辆导出位置数据的步骤。特别是对于测距传感器数据形式的位置检测传感器数据，执行的步骤是执行地图匹配技术以细化位置数据。它遵循将细化的位置数据传送到易受伤害的道路使用者车辆的步骤，并且在易受伤害的道路使用者车辆中将细化的位置数据分配到周围车辆的步骤。因此，周围车辆可以利用所接收的位置数据来估计vru车辆的轨迹，确定碰撞的风险并最终采取行动以避免碰撞。该解决方案具有几个重要优点。通常，vru使用便携式通信设备比如智能电话或平板电脑。这些便携式通信设备通常配备有gps模块并提供卫星导航的特征。它还具有足够的cpu能力来执行演进算法。另一方面，vru车辆更适合参与直接d2d或v2v通信。例如，它的尺寸比便携式通信设备更大，并且可以在不同的位置配备多个天线。安装天线的位置可以更好地直接观察卫星导航系统的卫星以及其他道路参与者。它还配备了高容量电池，因此可以为延长的直接d2d或v2v通信阶段提供足够的电力。
也被视为本发明的实施例的替代解决方案是，空(bare)位置检测传感器数据不被传送到便携式设备，而是从位置检测传感器数据导出的完成位置数据。在这种情况下，不需要执行评估位置检测传感器数据和导出便携式设备中的位置数据的步骤。
另一优点措施是，如果易受伤害的道路使用者车辆配备有至少两个不同的位置检测传感器，并且在便携式通信设备中，执行的步骤是利用从接收的不同位置检测传感器导出的位置数据执行数据融合算法。两者都有助于主观地提高位置确定的精度。
为了提高vru车辆的使用者的安全性，有利的是，周围车辆基于在分配步骤中接收的位置数据执行计算易受伤害的道路使用者车辆的轨迹的步骤，确定碰撞的风险以及碰撞的风险是否超过一定水平，执行碰撞避免操纵和/或向周围车辆的驾驶员输出警告信息。如果应支持协同驾驶和/或自动驾驶，则无论如何都需要将这种算法安装在车辆中。由于使用者完全没有受到保护，因此使用vru车辆进行自动避免碰撞操纵更加困难。
对于vru车辆和便携式通信设备之间的通信，特别是对于传送位置检测传感器数据的步骤，有利的是借助于短程无线通信技术比如蓝牙或zigbee来执行。这些通信系统是标准化的并且在市场上容易获得并且可以在不引起高成本的情况下实现。在开始路线之前，使用者只需要将他的便携式通信设备与vru车辆相关联。这可以在之前建立配对时自动完成。
对于易受伤害的道路使用者车辆，比如自行车、摩托车、踏板车、轮椅或滚轮，如果它包括至少两个不同的位置检测传感器、通信模块和天线模块则是有利的。
如果所述天线模块包括至少两个用于应用天线分集技术的天线，比如对应于多输入单输出的miso、对应于单输入多输出的simo或对应于多输入多输出处理的mimo，则是更有利的。当与分集方案结合使用时，这改善了通信对抗干扰的鲁棒性。
还有利于提高位置确定的准确性的是，如果至少两个位置检测传感器包括至少两个传感器，车轮嘀嗒(tick)传感器、惯性测量单元和绝对定位系统模块，比如gps、glonass、galileo或北斗。
这里，进一步有利的是，通信模块能够根据对应于无线lan的wlan802.11p、对应于长期演进车辆的lte-v或对应于第5代移动通信技术的5gd2d的系统之一执行车对车通信v2v或设备到设备通信d2d。这些技术也是指定的，可以在没有主观研究和开发工作的情况下实施。
该提案还涉及一种相应的车辆，其适于在根据权利要求1至4中任一项所述的方法中执行周围车辆的步骤。
对于相应的计算机程序，有利的是，计算机程序包括程序步骤，当在计算机中运行时执行以下步骤：评估所述接收位置检测传感器数据并导出易受伤害的道路使用者车辆的位置数据，执行地图匹配技术用于细化位置数据并将细化的位置数据传递给易受伤害的道路使用者车辆，其最终通知附近的其他车辆。该计算机程序优选地以app的形式实现，该app可以安装在易受伤害的道路使用者的便携式设备上，比如如前所述的智能电话或平板电脑。
进一步有利的是，如果计算机程序还包括程序步骤，在计算机中运行时执行的步骤是利用从不同位置检测传感器导出的位置数据执行数据融合算法。这种数据融合算法引起对计算时间的高要求，使得在便携式通信设备上更好地执行这种类型的计算，如果它以智能手机或平板电脑的形式出现，则配备有强大的中央处理单元cpu。
在这种情况下，绝对位置数据以绝对值表示机动车辆在特定时间的测量位置，例如在utm或wgs84参考坐标系中。可选地，绝对位置数据也可以具有方向，例如机动车辆运动的当前方向。位置和方向的组合通常被称为姿势。该位置通常在笛卡尔坐标系中二维表示。
另一方面，测距位置数据指示机动车辆的自动运动或相对运动，例如在任意限定的参考坐标系中或在所谓的车辆坐标系(“车身框架”)中。在这种情况下，自动运动在每种情况下相对于机动车辆的先前位置指示。
对于易受伤害的道路使用者车辆和根据该提案的另外的车辆以及根据所要求的提案的计算机程序，相应的优点是显而易见的。
附图说明
附图中示出了本发明的示例性实施例并且下面参考附图对其进行更详细地解释。
在附图中，不同的附图示出了：
图1是典型的交通情况的示意图，其中易受伤害的道路使用者车辆穿过周围较大车辆的路径；
图2是根据该提案的配备有附加部件的易受伤害的道路使用者车辆的自行车；
图3是根据该提案的易受伤害的道路使用者车辆的电子部件的框图；以及
图4是根据该提案的避免碰撞的过程的图示。
具体实施方式
本说明书说明了本发明的原理。因此，应当理解，本领域技术人员将能够设计出各种布置，这些布置虽然未在本文中明确描述或示出，但体现了本公开的原理。
本文引用的所有示例和条件语言旨在用于教育目的，以帮助读者理解本公开的原理和发明人为促进技术而提供的概念，并且应被解释为不限于这些具体叙述的示例和条件。
此外，这里叙述本公开的原理、方面和实施例的所有陈述以及其具体示例旨在包含其结构和功能等同物。另外，这些等同物旨在包括当前已知的等同物以及将来开发的等同物，即开发的执行相同功能的任何元件，而不管结构如何。
因此，例如，本领域技术人员将理解，本文呈现的图表示体现本公开原理的说明性电路的概念视图。
可以通过使用专用硬件以及能够执行与适当软件相关的软件的硬件来提供图中所示的各种元件的功能。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供，其中一些处理器可以是共享的。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为专指能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(dsp)硬件、用于存储软件的只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)和非易失性存储器。
还可以包括其他硬件、传统的和/或定制的。类似地，图中所示的任何开关仅是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互、或甚至手动地执行，特定技术可由实施者选择，如从上下文中更具体地理解。
在本发明的权利要求中，表示为用于执行指定功能的装置的任何元件旨在包含执行该功能的任何方式，例如包括a)执行该功能的电路元件的组合或b)任何形式的软件，因此包括固件、微代码等，与用于执行该软件以执行该功能的适当电路相结合。由这些权利要求限定的公开在于，由各种所述装置提供的功能被组合并以权利要求所要求的方式结合在一起。因此认为任何能够提供这些功能的装置都等同于这里所示的装置。
图1示出了涉及易受伤害的道路使用者车辆的典型交通情况。易受伤害的道路使用者车辆被例示为自行车并且用附图标记10标记。自行车仅是易受伤害的道路使用者车辆的一个示例。其他示例是摩托车、踏板车、轮椅或滚轮。此列举并非详尽无遗，且存在其他变体，例如segway个人运输车或自平衡独轮车等。
另一车辆用附图标记20标记。该车辆是具有3、4或更多个车轮的更大尺寸的车辆。术语“车辆”应理解为具有内燃机或电动机的机动车辆的总称。无论是乘用车、卡车、公共汽车、农用车辆还是建筑机械。该清单并非详尽无遗，且包括其他车辆类别。
对于这些类型的车辆，存在多种通信技术。长期以来，车辆参与移动通信，并且现在通过合作或自动驾驶技术出现，还关注车辆直接通信，这是为此目的所必需的。开发了用于车辆通信的各种系统。示例包括基于wlan的车辆通信，也称为“ad-hoc域”，以及移动无线电网络领域中的车辆通信。然而，在基于移动无线电的技术的情况下，基站必须将消息从车辆发送到车辆。这是在所谓的“基础设施领域”中进行通信的领域。对于未来的移动无线电产生，车辆直接通信也成为可能。在lte中，根据长期演进，该变体被称为对应于lte车辆的lte-v，并且在5g倡议的情况下，该变体通常被称为用于设备二设备通信的d2d。
这种车辆20配备有通信模块，其用作用于在移动无线电网络中通信的发送和接收单元。来自车辆20(上行链路)和到车辆20(下行链路)的所有消息经由用于移动无线电小区的基站30或者在直接车辆通信(侧链路)的情况下直接在多个车辆20之间路由。如果车辆20在该移动无线电小区内，则它们在基站30处登记或登录。如果它们离开移动小区，则它们被切换到相邻小区(切换)并因此在基站20取消或注销。基站30还提供对因特网的访问，以便在移动无线电小区中向车辆20或所有其他移动无线电使用者提供因特网数据。
这种移动无线电技术是标准化的，并且在此参考移动无线电标准的相应规范。作为移动无线电标准的现代示例，参考3gpp倡议和lte标准(长期演进)。许多相关的etsi规范目前在版本14中可用。以下作为示例提及：etsits136213v13.0.0(2016-05)；演进的通用地面无线电接入(e-utra)；物理层过程(3gppts36.213版本13.0.0发布13)。
图2示出了自行车10的示例，该自行车10为了提案的目的而通过通信技术进行了增强。图2中所示的附图标记表示车载通信单元11、两个天线12(一个安装在自行车的后端，另一个安装在自行车的前部)、车轮嘀嗒单元wtu13、gps模块15以及电池16。在图2所示的例子中，自行车对应于配备有电动机17的电动自行车。因此，电池16是可充电的，并且电池16的容量很大。
图3现在示出了自行车10配备的通信系统的框图。这里，应注意，相同的部件标有相同的附图标记，这些附图标记也在图2中使用。车轮嘀嗒传感器13仅传递关于自行车车轮的旋转运动的信息。这提供了有关自行车从参考点开始移动的距离的信息。惯性测量单元14通过使用一个或多个加速度计检测加速度和使用一个或多个陀螺仪检测旋转速率来工作。对于摩托车，存在易于获得并且也可以用于自行车的imu。它们基本上测量纵向和横向方向的加速度，但也测量自行车的倾斜角度。存在测量6个自由度的imu。为了进一步增加精度，3d指南针可以集成到imu，以增加另外3个自由度。此类信息主要用于电子牵引力控制的目的。如上所述，gps模块15通过卫星导航传递绝对位置。
车载单元11是通信模块，其包括如上所述的wlan模块或lte调制解调器。
在下文中，假设车载单元11包括lte调制解调器。该lte调制解调器符合如上所述的直接车辆二车辆通信ltev的规范。这种直接v2v通信利用了各种lte规范中规定的侧链路通信方向。车载单元11还可以配备蓝牙通信协议栈，使得该模块能够与相关的蓝牙伙伴站交换消息。
现在借助于图4描述用于避免碰撞的方法。
开始时，骑车者通过蓝牙通信将他的移动电话连接到自行车10。这对应于众所周知的蓝牙关联过程。自行车和智能手机可以连续通信。在下文中，我们描述了避免碰撞的过程：
自行车使用所述gps模块15测量位置。在自行车10处比在便携式通信装置处更好地执行该任务，因为自行车可以配备有更好的天线，与便携式设备相比，该天线具有更好的与天空的直接视觉连接。用于移动通信的若干天线12也可以安装在自行车10上，以利用天线分集技术，特别是接收分集，例如对应于多输入单输出的miso技术。
自行车10通过所述车轮嘀嗒单元13获取关于车轮运动的信息。这只能在带有传感器的自行车10上进行—这在便携式通信设备上是不可能的。此外，自行车10通过所述惯性测量单元(imu)14接收关于运动和定向/倾斜的信息以及来自gps模块15的gps数据。自行车10将记录的数据发送到便携式通信设备。所有这些都发生在图4的步骤101中。
智能手机在步骤102和103中评估位置传感器数据并计算自行车的位置数据。利用在步骤101中收集的记录的原始数据执行计算。智能手机计算自行车位置的方式基本上是已知的处理。例如，智能手机和平板电脑无论如何都能够计算智能手机的绝对位置，因为它们通常配备有导航app，例如谷歌公司的商标“谷歌地图”。位置的计算在步骤103中进行。步骤102和103是可选的，如果gps模块自己提供完成的位置数据，则将省略。
便携式设备在步骤104中执行与位置数据的地图匹配步骤以改善位置质量。地图匹配技术将测量位置与关于地图中对象的位置和几何的地图信息进行映射，以便在地图中确定对象的最可能位置。此外，在传统导航系统中使用地图匹配技术，以便参考这种现有技术解决方案以获得进一步的细节。
不同的传感器系统、带wts和imu传感器的测距仪和gps为自行车位置传递不同的结果。两个位置结果都可能出错。在步骤105中，然后将数据融合技术应用于不同的位置数据。该技术能够合并不同的位置结果。利用该技术，主观地增加了位置确定的精度。此外，数据融合技术，有时也称为“传感器融合”，在现有技术中是已知的。申请人参考申请号为de102017108130.5的申请人的在先申请，以获得关于数据融合技术的进一步细节。
地图匹配技术要求频繁更新地图数据以高精度地执行该步骤。数据融合技术包括对计算支出的高要求。因此，这些步骤应该在便携式设备上比在自行车10上更好地执行。
在步骤106中将完成的位置发送回自行车10。
在步骤107中，自行车将关于完成的位置(见上文)和自行车10的尺寸的信息分发给所有道路使用者。这是使用允许与环境直接通信的可能通信技术之一来实现的(802.11p，lte-v，未来5gd2d技术)。与便携式设备相比，该信息的分发可以明显更好地进行：如上所述，它可以配备更好的天线用于v2v、d2d或车2车直接通信。此外，信号的连续发射也需要能量。与在便携式设备上相比，这可以更容易地设置在自行车上。
接收自行车10位置信息的周围车辆使用它来自行计算自行车轨迹。该轨迹描述了在特定时间段内的自行车运动，该时间段通常还包括未来的时间段，使得车辆20具有对自行车10将去往何处的估计，以便能够估计碰撞的风险。在步骤108中预测自行车轨迹并且在步骤110中计算碰撞的风险。如果车辆20识别出某种碰撞风险，则其向驾驶员输出警告消息。该解决方案的替代实施例是车辆自动执行碰撞避免操纵而不等待驾驶员的反应。这里，车辆可以执行强制动动作或紧急制动动作以避免与自行车碰撞。
thomasduure博士在duisburg-essen大学的题为“bewertungvonmess-und
应该理解，所提出的方法和装置可以以各种形式的硬件、软件、固件、专用处理器或其组合来实现。专用处理器可以包括专用集成电路(asic)、精简指令集计算机(risc)和/或现场可编程门阵列(fpga)。优选地，所提出的方法和装置被实现为硬件和软件的组合。此外，软件优选地实现为有形地体现在程序存储设备上的应用程序。应用程序可以上载到包括任何合适架构的机器并由其执行。优选地，该机器在具有诸如一个或多个中央处理单元(cpu)、随机存取存储器(ram)和输入/输出(i/o)接口的硬件的计算机平台上实现。计算机平台还包括操作系统和微指令代码。这里描述的各种过程和功能可以是微指令代码的一部分或者是应用程序的一部分(或其组合)，其通过操作系统执行。另外，各种其他外围设备可以连接到计算机平台，例如附加数据存储设备和打印设备。
应该理解，图中所示的元件可以以各种形式的硬件、软件或其组合来实现。优选地，这些元件在一个或多个适当编程的通用设备上以硬件和软件的组合实现，其可包括处理器、存储器和输入/输出接口。在本文中，短语“联接”被定义为意指直接连接或通过一个或多个中间部件间接连接。这样的中间部件可以包括基于硬件和软件的部件。
应进一步理解，因为附图中描绘的一些组成系统部件和方法步骤优选地以软件实现，所以系统部件(或处理步骤)之间的实际连接可以根据所提出的方法和装置的编程方式而不同。在给出本文的教导的情况下，相关领域的普通技术人员将能够设想所提出的方法和装置的这些及类似的实施方式或配置。
本公开不限于这里描述的示例性实施例。存在许多不同的适应和发展的范围，这些适应和发展也被认为属于本公开。
附图标记列表
10自行车
11车载单元
12天线
13车轮嘀嗒传感器
14imu模块
15gps模块
16电池
20周围车辆
101传送位置检测传感器数据的步骤
102评估位置检测传感器数据的步骤
103获取位置数据的步骤
104执行地图匹配技术的步骤
105执行数据融合技术的步骤
106传送高精度位置数据的步骤
107分配高精度位置数据的步骤
108计算易受伤害的道路使用者车辆轨迹的步骤
109确定碰撞风险的步骤
110警告周围车辆的驾驶员的步骤
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