1.本发明涉及一种用于避免车辆与具有突出结构的对象的碰撞的方法，本发明还涉及一种避免车辆与具有突出结构的对象的碰撞的设备和一种计算机程序产品。
背景技术：
2.目前，自动驾驶车辆的防撞技术主要侧重于及时的预警响应和精准的避障轨迹规划。然而已经观察到，有些交通对象在其后部具有拖车牵引器或悬垂货物一类的突出结构，这类突出结构可能会由于其特别小的横截面或特殊几何形状而很难通过常见车载传感器识别到。此外，不同于一般追尾事故，与这类突出结构碰撞时通常缺少前车车尾的缓冲作用，因此一旦自动驾驶车辆不能足够早地制动或躲避，则乘客舱可能会由于突出结构的明显侵入而严重受损，进而导致乘客受到致命伤害。
3.为此，现有技术中提出一种避免主车辆与正在牵引另一物体的目标车辆碰撞的方法，在该方法中，通过主车辆和目标车辆的行驶轨迹预测潜在碰撞区域，并结合车辆牵引对象的长度信息调整主车辆的速度。
4.还已知一种车辆控制方法，其中，主车辆基于来自目标的反射波对前车后端进行探测，然后主车辆根据探测结果对前车后端与主车辆之间的距离执行控制。当识别到前车后端的探测结果无法被准确获得时，中止主车辆的车辆间距控制并切换成由驾驶员直接接管。
5.然而，目前已知的上述解决方案仍存在诸多不足，特别是，现有技术中仅提出通过紧急引导干预来规避与突出结构的潜在碰撞，而未考虑到在最坏情况下通过何种措施来尽可能减轻这种突出结构对乘客的伤害。
6.在这种背景下，期待提供一种针对具有突出结构的对象的改进的自动防撞策略，以避免或减轻碰撞下的乘客伤害。
技术实现要素：
7.本发明的目的在于提供一种用于避免车辆与具有突出结构的对象的碰撞的方法、一种避免车辆与具有突出结构的对象的碰撞的设备和一种计算机程序产品，以至少解决现有技术中的部分问题。
8.根据本发明的第一方面，提出一种用于避免车辆与具有突出结构的对象的碰撞的方法，所述方法包括以下步骤：
9.s1：沿着车辆的行驶方向探测在面向车辆的一侧上具有突出结构的对象；
10.s2：求取车辆与所述突出结构的相对位置关系和相对运动关系；
11.s3：根据相对位置关系和相对运动关系检查是否存在所述车辆与所述突出结构的碰撞风险；以及
12.s4：在存在所述碰撞风险的情况下，控制车辆朝着使车辆至少局部远离突出结构的安全方向偏转。
13.本发明尤其包括以下技术构思：在此不仅基于与突出结构的相对位置关系和相对运动关系实现碰撞预防，而且即使在碰撞无论如何都会发生的最不利情况下，也能够利用安全偏转策略来使车辆对威胁做出适当响应，从而使由于突出结构的特殊形状而给乘客带来的伤害减轻。
14.可选地，在所述步骤s4中，通过预测在发生碰撞情况下突出结构与车辆的乘客舱的接触面积、突出结构侵入乘客舱的位置和/或程度来确定所述安全方向，其中，将车辆的能够使所述接触面积减小、使侵入乘客舱的程度减小和/或使侵入乘客舱的位置转移到不存在乘员的位置处的偏转方向确定为安全方向。
15.由此，实现以下技术优点：在制定紧急避障策略时，有利地将乘客舱与突出结构的相互作用关系考虑在内，这不仅使避免碰撞的成功率增加而且还为车辆乘员提供改进的安全性。
16.可选地，通过检测在车辆的横向上的障碍物存在性来确定所述安全方向，其中，将车辆的不存在障碍物、尤其不存在跟随交通流的一侧确定为安全方向。
17.由此，实现以下技术优点：通过了解车辆避障路径上的其他障碍物存在性，能够避免车辆在执行避障过程中受到二次伤害。
18.可选地，控制车辆朝着使车辆至少局部远离突出结构的安全方向偏转包括：
19.为车辆的车轮分配制动力，使得所述车辆在一侧上相比于另一侧较强地制动；和/或
20.将转向扭矩施加到车辆的车轮上。
21.由此，实现以下技术优点：在此不要求为车辆规划出完整避障轨迹，而是可以使车辆在执行紧急制动的同时实现横向漂移，从而在尽可能短的响应时间内充分减小人员受伤风险。
22.可选地，所述步骤s3包括：
23.基于当前的相对位置关系，预测在车辆主动保持当前的相对运动关系情况下车辆与突出结构的潜在碰撞位置和/或潜在碰撞时间；以及
24.在潜在碰撞位置处于车辆的预定义区域内和/或潜在碰撞时间小于预定义时间段的情况下，判断出存在所述碰撞风险。
25.由此，实现以下技术优点：在掌握潜这种位置信息和时间信息的情况下，能够更全面地认识到碰撞的威胁性，由此能够更有针对性地选择和触发相应的紧急措施。
26.可选地，在所述步骤s3中，在车辆的自动制动功能已被触发和/或驾驶员已发出人工干预的情况下，附加地基于由自动制动功能和/或人工干预引起的相对运动关系变化和/或相对位置关系变化确定所述潜在碰撞位置和/或所述潜在碰撞时间。
27.由此，实现以下技术优点：如果车辆自身的自动驾驶系统或驾驶员已经触发了一系列引导干预，则在规划避障措施时考虑这一点是非常有利的，由此尤其能够避免所规划的车辆控制策略与车辆正在遵循的制动或转向轨迹相反，从而导致避障效果被减弱。
28.可选地，所述步骤s1包括：
29.沿着车辆的行驶方向获取车辆的前方道路环境的图像；以及
30.借助经训练的图像分类器和/或人工神经网络在所述图像中识别如下对象：该对象在面向车辆的一侧上具有悬垂货物、牵引机构和/或浮雕装饰。
31.由此，实现以下技术优点：利用图像处理算法能够特别良好地识别出拖车牵引杆等不同类型的突出结构，这在其他车载传感器由于太弱的反射波而无法正常实现感知功能时为车辆避障提供了非常可靠的数据基础。
32.根据本发明的第二方面，提供一种用于避免车辆与具有突出结构的对象的碰撞的设备，所述设备用于执行根据本发明的第一方面所述的方法，所述设备包括：
33.探测模块，其被配置为能够沿着车辆的行驶方向探测在面向车辆的一侧上具有突出结构的对象；
34.求取模块，其被配置为能够求取车辆与所述突出结构的相对位置关系和相对运动关系；
35.检查模块，其被配置为能够根据相对位置关系和相对运动关系检查是否存在所述车辆与所述突出结构的碰撞风险；以及
36.控制模块，其被配置为能够在存在所述碰撞风险的情况下，控制车辆朝着使车辆至少局部远离突出结构的安全方向偏转。
37.根据本发明的第三方面，提供一种计算机程序产品，其中，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序用于在被计算机执行时实施根据本发明的第一方面所述的方法。
附图说明
38.下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：
39.图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于避免车辆与具有突出结构的对象的碰撞的设备的框图；
40.图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于避免车辆与具有突出结构的对象的碰撞的方法的流程图；
41.图3示出了图2中的方法的两个方法步骤的流程图；
42.图4示出了图2中的方法的另一方法步骤的流程图；
43.图5a和5b示出了在一个示例性应用场景中使用根据本发明的方法来求取车辆与突出结构的相对位置关系和相对运动关系的示意图；以及
44.图6示出了在一个示例性应用场景中使用根据本发明的方法来控制车辆向安全方向执行偏转的示意图。
具体实施方式
45.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。
46.图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于避免车辆与具有突出结构的对象的碰撞的设备的框图。
47.如图1所示，车辆2包括根据本发明的设备1。在此，该车辆2例如还包括由前视摄像机11、左视摄像机12、后视摄像机13、右视摄像机14构成的全景视觉感知系统、雷达传感器
15以及激光雷达传感器16。借助这些车载环境传感器，车辆2例如能够执行倒车辅助、障碍物探测、道路结构识别等多种功能以支持部分自主行驶或完全自主行驶。在此应注意，车载环境传感器除了包括在图1中示出的传感器还可能包括其他类型及数量的传感器，本发明对此不进行具体限制。
48.为了能够控制车辆2避免与具有突出结构的对象碰撞，设备1例如包括探测模块10、求取模块20、检查模块30和控制模块40。探测模块10用于沿着车辆的行驶方向探测在面向车辆的一侧上具有突出结构的对象。在该示例中，探测模块10例如连接到车辆的前视摄像机11，以便从那里接收车辆2的前方道路环境的图像。然而也能够想到的是，探测模块10连接到车辆的后视摄像机13，以便在车辆2向后方行驶(例如倒车)情况下获取车辆2后方道路环境的图像。然后，在探测模块10中例如借助经训练的图像分类器和/或人工神经网络从所接收的图像中识别在面向车辆的一侧上具有突出结构的对象，这些对象例如包括：在后部具有悬垂货物的车辆、带有牵引机构的拖车和/或在其后部具有浮雕装饰的车辆。此外，探测模块10例如还连接到车辆2的雷达传感器15和激光雷达传感器16，从而例如能够借助附加的探测数据对图像识别结果进行验证或补充。
49.探测模块10连接到求取模块20并用于将相应的探测结果提供给求取模块20。当沿着车辆的行驶方向探测到在面向车辆的一侧上具有突出结构的对象时，求取模块20求取车辆与该突出结构的相对位置关系和相对运动关系。为此，求取模块20例如同样连接到车辆2的前视摄像机11以及其他类型的传感器15、16，以便基于图像识别技术和辅助测距技术确定车辆相对于该突出结构的间距、角度、速度和/或加速度等信息。此外，求取模块20例如还连接到或包括运动传感器和定位单元，从而能够连续地记录车辆2自身的运动和方位信息。
50.检查模块30从求取模块20接收相对位置关系和相对运动关系，然后通过执行相应的分析处理来判断是否存在车辆与该突出结构的碰撞风险。
51.在存在上述碰撞风险的情况下，检查模块30将触发信号发送给控制模块40，以便触发车辆2的相应控制。控制模块40例如连接到车辆的四个车轮51、52、53、54并配置成通过为车轮51、52、53、54分配制动力和/或通过向车轮51、52、53、54施加转向扭矩来控制车辆2朝着安全方向偏转，该安全方向能够使车辆2至少局部地远离突出结构。
52.图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于避免车辆与具有突出结构的对象的碰撞的方法的流程图。该方法示例性地包括步骤s1-s4，并且例如可以在使用图1所示的设备1的情况下实施。
53.在步骤s1中，沿着车辆的行驶方向探测在面对车辆的一侧上具有突出结构的对象。在本发明的意义上，“沿着车辆的行驶方向”尤其包括车辆的前方道路环境和/或后方道路环境，然而这也包括位于车辆行驶路线上或可能与车辆行驶路线存在交叉的任何道路区段。在此，“面向车辆的一侧”理解为：从车辆当前的行驶方向观察，对象的该侧与车辆的前部或后部基本上相互对置。
54.在此，例如可以预先借助大量带有标注信息的并从不同角度拍摄的照片或人工合成图像训练图像分类器和/或人工神经网络。在完成训练后，可以将车辆前方或后方道路环境的图像输入到相应的图像分类器和/或人工神经网络中，以便例如能够得到所拍摄的图像中的不同交通对象的类别、尺寸、轮廓、大小等方面特征，然后由此筛选出在面向车辆的一侧上具有突出结构的对象。
55.在随后的步骤s2中，求取车辆与突出结构的相对位置关系和相对运动关系。在本发明的意义上，相对位置关系例如包括车辆相对于突出结构的纵向距离、横向距离、高度以及方位角，相对运动关系例如包括车辆相对于突出结构的速度、加速度和/或轨迹方向。在此，例如可以借助运动传感器连续地检测车辆自身的运动和前方对象的运动。此外，还可以从布置在车辆本地或云端的存储器中调取关于车辆外部尺寸的信息。同时，基于图像识别技术获取关于突出结构的外部尺寸的信息。基于这些运动信息和尺寸信息，可以相应地计算出车辆与该突出结构的相对位置关系和运动关系。
56.接下来在步骤s3中，根据所求取的相对位置关系和相对运动关系检查是否存在车辆与该突出结构的碰撞风险。此处的碰撞风险并不仅仅表示车辆在不采取进一步措施的情况下将会与前方对象发生碰撞，而是进一步指出车辆在碰撞情况下会与该对象的突出结构发生相互作用。为了执行这种检查，例如可以判断车辆是否处于与突出结构的碰撞路线上并且碰撞时间是否低于阈值时间。
57.在步骤s4中，当预测到存在这种碰撞风险时，控制车辆朝着使车辆至少局部远离突出结构的安全方向偏转。在此，这种潜在的安全方向例如表示车辆的左右侧中对于车辆而言不那么危险的一侧，这通常为车辆的右侧，然而这种安全方向也可具体结合乘客舱的潜在受损程度和/或车辆横向上的交通流来定义。在该步骤中，例如控制车辆如此执行自动避障，以使车辆的至少存在乘员的部位能够通过转向而避开或者较少地与突出结构接触。
58.图3示出了图2中的方法的两个方法步骤的流程图。在该示例性实施例中，图2中的方法步骤s3例如包括步骤s31-s36。
59.在步骤s2中，求取出车辆与突出结构的相对位置关系和相对运动关系。
60.接下来在步骤s31中，例如检查车辆的自动制动功能是否已被触发或者是否存在人工干预。作为示例，例如可以通过检测车辆的速度和/或加速度变化来判断是否已经启用车辆的紧急制动功能。作为示例，例如可以通过检测由驾驶员引起的方向盘转动、制动踏板的操纵等来判断驾驶员是否已经意识到潜在的碰撞风险并采取了相应措施。
61.如果未识别到这种来自系统或驾驶员的干预行为，则在步骤s32中预测在车辆主动保持与突出结构的上述当前相对关系的情况下车辆与突出结构的潜在碰撞位置和/或潜在碰撞时间。主动保持当前的相对运动关系例如包括：假设车辆不改变速度、加速度和/或当前行驶方向。
62.相反，如果识别到干预行为，则在步骤s33中实时地求取车辆与突出结构之间的更新的相对位置关系和相对运动关系，并在步骤s34中在考虑主动干预行为引起的相对位置关系和相对运动关系的变化的情况下预测潜在碰撞位置和/或潜在碰撞时间。
63.随后在步骤s35中，例如检查潜在碰撞位置是否处于车辆的预定义区域内和/或潜在碰撞时间是否小于预定义时间段。在此，车辆的预定义区域例如包括车辆的乘客舱或者乘客舱中存在人员的部位。预定义时间段例如被定义为驾驶员从开始响应到触发主动制动的最小时间段。
64.如果判断出潜在碰撞位置处于车辆的预定义区域内或者潜在碰撞时间小于预定义时间段，则在步骤s36中判断出存在本发明意义上的碰撞风险。
65.反之，则从步骤s35跳转回到步骤s2，以便继续监测车辆与突出结构的相对位置关系和相对运动关系并持续地判断碰撞风险。
66.图4示出了图2中的方法的另一方法步骤的流程图。在该示例性实施例中，图2中的方法步骤s4例如包括步骤s41-s45。
67.在步骤s41中，预测发生碰撞时突出结构与车辆的乘客舱的接触面积、突出结构侵入乘客舱的位置和/或侵入乘客舱的程度。
68.在步骤s42中，结合突出结构与乘客舱的接触面积、侵入位置和/或侵入程度来初步确定安全方向。在此，例如将车辆的能够使接触面积减小、侵入位置迁移到车辆的不存在乘客的部位处和/或使侵入程度减小的偏转方向确定为安全方向。
69.在步骤s43中，进一步检查在所确定的安全方向上是否存在障碍物。在此，例如可以借助车辆的全景视觉感知系统检测在该安全方向上是否存在其他车道，此外还可以检测在该安全方向上是否存在其他车辆或行人。
70.如果判断出不存在障碍物，则在步骤s45中控制车辆朝着已经确定的安全方向偏转。作为示例，这可以通过为车辆的车轮分配制动力来实现，使得车辆在一侧上相比于另一侧较强地制动。作为另一示例，也可以通过将转向扭矩施加到车辆的车轮上来实现确定的转向角。在此，尤其可以根据在发生碰撞时突出结构与乘客舱的接触面积大小、侵入乘客舱的程度和/或位置调整所分配的制动力大小和/或向车轮施加的转向扭矩的大小，以更加精确地控制车辆向预期方向漂移的程度。
71.如果在步骤s43中判断出在该安全方向上存在障碍物，则表示车辆向该安全方向上偏转时仍存在较大碰撞风险，因此在这种情况下，在步骤s44中相应地修改初始确定的安全方向或者重新确定安全方向。
72.图5a和5b示出了在一个示例性应用场景中使用根据本发明的方法来求取车辆与突出结构的相对位置关系和相对运动关系的示意图。
73.在图5a-5b所示场景中，车辆200正在沿着确定的行驶方向行驶，在车辆200前方存在带有突出结构301的货车300。在此，“车辆前方”并不仅仅表示完全位于车辆行驶方向上或者说完全定位在车辆纵向轴线的延长线上，而是也包括如下情况：货车300相对于车辆200存在纵向偏移，同时也存在横向偏移。货车300上的突出结构301例如可以是加装到货车300后部的牵引机构、悬挂货物或浮雕装饰，然而也可能是货车300的车身外观的固有部分。
74.图5a例如以俯视图示出车辆200以及其前方道路环境中的货车300。在此，为了确定车辆200与货车300的突出结构301的相对位置关系和相对运动关系，首先在车辆200上选取第一参考点ref 1，该第一参考点ref1例如位于车辆200的纵轴线上并尤其位于车辆前轮牵引杆上。然后再在货车300的突出结构301上选取第二参考点ref 2，该第二参考点ref 2例如为突出结构301的横截面的中心点。基于适当的图像识别算法，例如可以容易地计算出第一参考点ref 1与第二参考点ref 2之间的纵向距离x和横向距离y。
75.图5b例如以侧视图示出车辆200和货车300。在此，例如还可以计算出第一参考点ref 1和第二参考点ref 2分别相对于地面的第一高度h1和h2。在此，尤其还可以借助相应的车载传感器探测车辆200与突出结构之间的相对速度，由于车辆200自身的外观尺寸已经被预先存储并例如默认为已知的，因此可以基于两个参考点之间的纵向距离x、横向距离y以及相对高度容易地推断出车辆200与突出结构301之间的潜在碰撞位置和/或潜在碰撞时间。
76.图6示出了在一个示例性应用场景中使用根据本发明的方法来控制车辆向安全方
向执行偏转的示意图。
77.在图6所示场景中，例如已经识别到车辆200的前方的货车300在后部具有突出结构301，并且在车辆200不主动减速或不改变行驶方向的情况下，该突出结构301将会侵入车辆200的乘客舱并在车辆200上形成侵入区域201。可以看出，该潜在的侵入区域201例如位于整个乘客舱的左侧部分并尤其覆盖了驾驶员所在区域，这种形式的侵入意味着极大的生命威胁。通过了解这种信息例如可以认识到：如果车辆200在执行制动的同时向右调转车头，则会使侵入区域201尽可能减小，由此使车辆乘员受伤的风险显著降低。此外，例如还可以借助车载环境传感器检测车辆横向上的障碍物存在性，并发现：在车辆200左侧相邻车道上存在正在驶来的另一车辆400，而在车辆200右侧则不存在这类障碍物。同样能够想到的是，检测突出结构301在横向上的延伸，从而在规划安全偏转方向时有利地考虑到这一点(例如优先将突出结构的横向延伸和高度方向上延伸较小的一侧确定为安全方向)。结合上述认知，可以将车辆200的右侧确定为安全方向。
78.为了实现车辆200朝着该安全方向的偏转，例如将不同大小的制动力分配给车辆200的两侧车轮。具体地，例如给车辆200的左侧车轮分配第一制动力f1，而给车辆200的右侧车轮分配第二制动力f2，可以看出，第一制动力f1小于第二制动力f2。通过制动力的这种分配方式，例如可以在右侧上较强地制动车轮200，从而利用制动力的差异提供车辆向右侧的自动偏转。如图6所示，当车辆200与突出结构301发生接触时，由于车辆200已基本上使其前部完成向右偏转，因此可以至少使局部驾驶舱免受突出结构301的侵入，从而保护了驾驶员的生命安全。
79.尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。