DE102019127176A1 - Controlling an autonomous vehicle - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Steuern eines autonom fahrenden Fahrzeugs bei niedriger Geschwindigkeit mittels eines Modells zur Wechselwirkung mit mindestens einem ungeschützten Verkehrsteilnehmer bereitgestellt, wobei Trajektorien zu künftigen Bewegungen des ungeschützten Verkehrsteilnehmers berechnet werden, auf dieser Basis Steuerungsbefehle geplant werden und die geplanten Steuerungsbefehle des autonomen Fahrzeugs in einer Informationsschleife in die Berechnungen der Trajektorien zu künftigen Bewegungen des ungeschützten Verkehrsteilnehmers gelenkt werden, bevor daraufhin überarbeitete Steuerungsbefehle an Aktoren des autonomen Fahrzeugs gesendet werden. Es wird weiterhin ein autonomes Fahrzeug zum Ausführen des Verfahrens bereitgestellt.A method is provided for controlling an autonomously driving vehicle at low speed by means of a model for interaction with at least one unprotected road user, with trajectories for future movements of the unprotected road user being calculated, control commands being planned on this basis and the planned control commands of the autonomous vehicle in an information loop into the calculations of the trajectories for future movements of the unprotected road user before revised control commands are sent to the actuators of the autonomous vehicle. An autonomous vehicle is also provided for carrying out the method.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines autonomen Fahrzeugs mittels eines Modells zur Interaktion zwischen dem Fahrzeug und ungeschützten Verkehrsteilnehmern.The invention relates to a method for controlling an autonomous vehicle by means of a model for the interaction between the vehicle and unprotected road users.
Im Bereich von Parkräumen sind ungeschützte Verkehrsteilnehmer, d.h. die sich nicht innerhalb einer schützenden Karosserie befinden, z.B. Fußgänger und/oder Radfahrer, einer besonderen Gefährdung ausgesetzt. Dies gilt besonders für den Fall autonomer Fahrzeuge. Für ein autonomes Fahrzeug ist es für eine sichere Funktion von zentraler Bedeutung, ungeschützte Verkehrsteilnehmer zu erkennen und ihre voraussichtliche Bewegung vorauszusehen. Dabei ist die Wechselwirkung zwischen einem autonomem Fahrzeug und einem ungeschütztem Verkehrsteilnehmer wesentlich, da eine Aktion des Fahrzeugs den ungeschützten Verkehrsteilnehmer beeinflussen kann und umgekehrt. Autonome Fahrzeuge sind hier Kraftfahrzeuge mit einem Antrieb durch eine Brennkraftmaschine, einen Elektromotor und/oder einen Hybridantrieb, die ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers fahren können.In the area of parking spaces, unprotected road users, i.e. those who are not inside a protective body, e.g. pedestrians and / or cyclists, are exposed to a particular risk. This is especially true in the case of autonomous vehicles. For an autonomous vehicle to function safely, it is of central importance to recognize unprotected road users and to anticipate their likely movement. The interaction between an autonomous vehicle and an unprotected road user is essential, since an action by the vehicle can influence the unprotected road user and vice versa. Autonomous vehicles are here motor vehicles with a drive by an internal combustion engine, an electric motor and / or a hybrid drive, which can drive without the influence of a human driver.
Im Straßenverkehr wird die Wechselwirkung zwischen autonomem Fahrzeug und ungeschützten Verkehrsteilnehmern bzw. Vorrechte eines der Verkehrsteilnehmer durch Verkehrszeichen geregelt. In Parkräumen liegt jedoch eine andere Situation vor, da hier die Priorität der Verkehrsteilnehmer oft unklar ist. Damit ist die Wechselwirkung schwierig, z.B. beim gewünschten Einfahren eines autonomen Fahrzeugs in eine Parklücke. Für den Fall, dass ein ungeschützter Verkehrsteilnehmer dem autonomen Fahrzeug die Vorfahrt gewähren möchte und stehenbleibt, ist das für eine einfache Steuerungsstrategie nicht erkennbar, so dass das Fahrzeug stoppt. Der ungeschützte Verkehrsteilnehmer könnte dann annehmen, dass das autonome Fahrzeug angehalten hat, um ihm die Vorfahrt zu gewähren.In road traffic, the interaction between the autonomous vehicle and unprotected road users or the privileges of one of the road users is regulated by traffic signs. The situation in parking areas is different, however, as the priority of road users is often unclear here. This makes the interaction difficult, e.g. when an autonomous vehicle drives into a parking space. In the event that an unprotected road user wants to give the autonomous vehicle the right of way and stops, this cannot be recognized by a simple control strategy, so that the vehicle stops. The unprotected road user could then assume that the autonomous vehicle has stopped to give it the right of way.
In herkömmlichen Steuerungsstrategien wird eine künftige Bewegung des ungeschützten Verkehrsteilnehmers als eine Trajektorie berechnet, die von Aktionen des entsprechenden autonomen Fahrzeugs unabhängig ist. Dabei wird für die Trajektorie in der Regel das ungünstigste Verhalten des ungeschützten Verkehrsteilnehmers angenommen. Dementsprechend ist die Steuerungsstrategie des autonomen Fahrzeugs sehr konservativ in dem Sinne, dass eine Kollision mit ungeschützten Verkehrsteilnehmern vermieden werden soll.In conventional control strategies, a future movement of the unprotected road user is calculated as a trajectory that is independent of the actions of the corresponding autonomous vehicle. As a rule, the most unfavorable behavior of the unprotected road user is assumed for the trajectory. Accordingly, the control strategy of the autonomous vehicle is very conservative in the sense that a collision with unprotected road users should be avoided.
Eine vorherberechnete künftige Bewegung eines Fußgängers wird z.B. in der Druckschrift
In der Druckschrift
In der Druckschrift
Keine der herkömmlichen Strategien zieht eine Interaktion zwischen dem autonomen Fahrzeug und dem ungeschützten Verkehrsteilnehmer in Betracht. Es besteht die Aufgabe, herkömmliche Strategien zum Parkraumverhalten von autonomen Fahrzeugen zu verbessern.None of the conventional strategies consider an interaction between the autonomous vehicle and the unprotected road user. The task is to improve conventional strategies for parking space behavior of autonomous vehicles.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen. Die besagten Ausführungsformen und Gegenstände der Ansprüche sind dabei in vorteilhafter Weise miteinander kombinierbar.This object is achieved by a method with the features of
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines autonomen Fahrzeugs bei niedriger Geschwindigkeit mittels eines mathematischen Modells zur Wechselwirkung zwischen dem Fahrzeug und mindestens einem ungeschützten Verkehrsteilnehmer in der Umgebung des autonomen Fahrzeugs, umfassend die Schritte:
- - Erfassen des ungeschützten Verkehrsteilnehmers mittels mindestens eines Sensors des Fahrzeugs,
- - Vorausberechnen der künftigen Bewegung des ungeschützten Verkehrsteilnehmers in Form mindestens einer Trajektorie,
- - Planen von Steuerungsbefehlen zur Fahrt des Fahrzeugs unter Berücksichtigung der Trajektorie zum Vermeiden einer Kollision,
- - Erteilen von Steuerungsbefehlen an Aktuatoren des Fahrzeugs,
- - Detection of the unprotected road user by means of at least one sensor of the vehicle,
- - Predicting the future movement of the unprotected road user in the form of at least one trajectory,
- - Planning of control commands for driving the vehicle taking into account the trajectory to avoid a collision,
- - Issuing control commands to actuators of the vehicle,
Kern der vorliegenden Erfindung ist dabei eine Interaktion von autonomen Fahrzeugen und ungeschützten Verkehrsteilnehmern. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorteilhaft eine Interaktion zwischen einem autonomen Fahrzeug und einem ungeschützten Verkehrsteilnehmer in die Berechnung künftiger Bewegungen des ungeschützten Verkehrsteilnehmers aufgenommen. Dabei basiert das mathematische Modell auf einem künstlichen neuronalen Netzwerk. Wesentlich ist der Erfindung, dass geplante Steuerungsaktionen des autonomen Fahrzeugs in die Vorhersage der Bewegung des ungeschützten Verkehrsteilnehmers einfließen. Das Bewegungsverhalten des autonomen Fahrzeugs besonders in einem Parkraum entspricht dadurch mehr dem eines menschlichen Fahrers als eines konservativen automatisierten Systems.The core of the present invention is an interaction between autonomous vehicles and unprotected road users. In the method according to the invention, an interaction between an autonomous vehicle and an unprotected road user is advantageously included in the calculation of future movements of the unprotected road user. The mathematical model is based on an artificial neural network. It is essential to the invention that planned control actions of the autonomous vehicle flow into the prediction of the movement of the unprotected road user. The movement behavior of the autonomous vehicle, especially in a parking space, corresponds more to that of a human driver than a conservative automated system.
Die Umgebung des autonomen Fahrzeugs umfasst dabei den Bereich, in dem es bei einer geplanten Bewegung des Fahrzeugs zu einer Kollision mit einem ungeschützten Verkehrsteilnehmer kommen könnte.The environment of the autonomous vehicle includes the area in which a planned movement of the vehicle could lead to a collision with an unprotected road user.
Niedrige Geschwindigkeit bedeutet, dass sich das autonome Fahrzeug im Vergleich zur Fahrt auf einer freien Fahrbahn den Gegebenheiten eines Parkraumes angemessen langsam bewegt. Beispielsweise kann für eine niedrige Geschwindigkeit Schritttempo angenommen werden, z.B. 4-6 km/h.Low speed means that the autonomous vehicle moves slowly compared to driving on a clear lane, depending on the conditions of a parking space. For example, walking pace can be assumed for a low speed, e.g. 4-6 km / h.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann anhand von zwei Modulen erklärt werden. Im ersten Modul wird eine künftige Bewegung eines ungeschützten Verkehrsteilnehmers berechnet. Dabei werden eine oder mehrere (N≥1) Trajektorien ermittelt, wobei vorzugsweise für jede vorausberechnete Trajektorie des ungeschützten Verkehrsteilnehmers eine Wahrscheinlichkeit berechnet wird. Im zweiten Modul wird eine Entscheidung getroffen, welche Steuerungsbefehle an entsprechende Aktoren des Fahrzeugs erteilt werden. Die Steuerungsbefehle werden vorzugsweise aus der Gruppe umfassend Betätigungen der Lenkung, der Leistungssteuerung des Antriebs und der Bremse ausgewählt. Die geplanten Steuerungsbefehle des autonomen Fahrzeugs fließen dann in die Vorhersage der Bewegung des ungeschützten Verkehrsteilnehmers ein. Bei Verbrennungskraftmaschinen können die Steuerungsbefehle auch die Drossel betreffen. In einer alternativen Ausführungsform kann das Verfahren auch mit einem Modul durchgeführt werden, das die Merkmale beider o.g. Module aufweist.The method according to the invention can be explained using two modules. In the first module, a future movement of an unprotected road user is calculated. In this case, one or more (N≥1) trajectories are determined, with a probability preferably being calculated for each precalculated trajectory of the unprotected road user. In the second module, a decision is made as to which control commands are issued to the corresponding actuators of the vehicle. The control commands are preferably selected from the group comprising actuations of the steering, the power control of the drive and the brake. The planned control commands of the autonomous vehicle then flow into the prediction of the movement of the unprotected road user. In internal combustion engines, the control commands can also relate to the throttle. In an alternative embodiment, the method can also be carried out with a module that has the features of both of the above-mentioned modules.
Vor dem Erteilen an die entsprechenden Aktoren werden die Steuerungsbefehle vorzugsweise auf ihr konvergentes Wirken überprüft. Dadurch wird vorteilhaft sichergestellt, dass eine Kollision mit dem ungeschützten Verkehrsteilnehmer vermieden werden kann. Bevorzugt wird dabei bei fehlender Konvergenz das Verfahren vom Vorausberechnen der künftigen Bewegung des ungeschützten Verkehrsteilnehmers an wiederholt. Das bedeutet, dass solange zwischen Modul
Vorzugsweise wird das Verfahren in einem Parkraum durchgeführt. In Parkräumen ist das Verfahren besonders vorteilhaft, weil es in der unübersichtlichen Umgebung das Verhalten von ungeschützten Verkehrsteilnehmers durch die gewollte Interaktion zwischen autonomem Fahrzeug und ungeschütztem Verkehrsteilnehmer mehr einbezieht als herkömmliche Verfahren. Dadurch wird die Sicherheit für die ungeschützten Verkehrsteilnehmer sowie die Performanz des autonomen Fahrzeugs im Sinne von Komfort und benötigter Zeit bis zum Abschluss des Manövers in dem Parkraum erhöht.The method is preferably carried out in a parking space. The method is particularly advantageous in parking spaces because in the confusing environment it takes into account the behavior of unprotected road users through the deliberate interaction between the autonomous vehicle and unprotected road user than conventional methods. This increases the safety for the unprotected road users and the performance of the autonomous vehicle in terms of comfort and the time required to complete the maneuver in the parking space.
Vorzugsweise ist der ungeschützte Verkehrsteilnehmer ein Fußgänger. Das Verfahren ist besonders vorteilhaft geeignet, auf der Basis der Interaktion zwischen autonomem Fahrzeug und ungeschütztem Verkehrsteilnehmer eine begonnene Bewegung des autonomen Fahrzeugs weiter- und zu Ende zu führen, und dabei die Sicherheit des Fußgängers zu gewährleisten.The unprotected road user is preferably a pedestrian. The method is particularly advantageously suitable, on the basis of the interaction between the autonomous vehicle and unprotected road user, to continue and complete a movement of the autonomous vehicle that has started, while ensuring the safety of the pedestrian.
Vorzugsweise werden die Sensoren zum Erfassen des ungeschützten Verkehrsteilnehmers ausgewählt werden aus der Gruppe umfassend eine Kamera, Radar, Lidar und Einrichtungen zur Fahrzeug-zu-Fahrzeug-, Fahrzeug-zu-Fußgänger- und Fahrzeug-zu-Fahrradfahrer-Kommunikation. Die ungeschützten Verkehrsteilnehmer können z.B. mit einem Mobilfunkgerät periodisch Zustandsdaten sendenThe sensors for detecting the unprotected road user are preferably selected from the group comprising a camera, radar, lidar and devices for vehicle-to-vehicle, vehicle-to-pedestrian and vehicle-to-cyclist communication. The unprotected road users can periodically send status data with a mobile radio device, for example
Bevorzugt bewegt sich das autonome Fahrzeug in dem Verfahren mit einer annähernd konstanten Geschwindigkeit. Vorteilhafterweise erhält der ungeschützte Verkehrsteilnehmer dadurch Klarheit über die geplante Bewegung des Fahrzeugs. Im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren, in denen autonome Fahrzeuge mit variierender Geschwindigkeit fahren und bei Erfassen eines ungeschützten Verkehrsteilnehmers stoppen, wird hier die Bewegung des Fahrzeugs vergleichsweise schnell und sicher zu Ende geführt.In the method, the autonomous vehicle preferably moves at an approximately constant speed. This advantageously provides the unprotected road user with clarity about the planned movement of the vehicle. In contrast to conventional methods in which autonomous vehicles drive at varying speeds and stop when an unprotected road user is detected, the movement of the vehicle is completed relatively quickly and safely here.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein autonomes Fahrzeug mit einer Steuerungseinrichtung, auf der ein erstes Modul zum Vorausberechnen einer Trajektorie eines ungeschützten Verkehrsteilnehmers mittels eines mathematischen Modells auf der Basis eines künstlichen neuronalen Netzwerks und ein zweites Modul zum Berechnen von Steuerungsbefehlen zum Bewegen des autonomen Fahrzeugs implementiert und ausgebildet sind, ein erfindungsgemäßes Verfahren zu steuern.A second aspect of the invention relates to an autonomous vehicle with a control device on which a first module for precalculating a trajectory of an unprotected road user using a mathematical model is based the basis of an artificial neural network and a second module for calculating control commands for moving the autonomous vehicle are implemented and designed to control a method according to the invention.
Die Vorteile des autonomen Fahrzeugs entsprechen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens.The advantages of the autonomous vehicle correspond to the advantages of the method according to the invention.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
-
1 eine Verkehrssituation mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs in einem Parkraum. -
2 ein Fließdiagramm eines herkömmlichen Verfahrens zum Steuern eines Manövers eines autonomen Fahrzeugs. -
3 ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
4 eine modulare Darstellung einer Einrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a traffic situation with an embodiment of a vehicle according to the invention in a parking space. -
2 Figure 12 is a flow diagram of a conventional method for controlling a maneuver of an autonomous vehicle. -
3 a flow diagram of an embodiment of the method according to the invention. -
4th a modular representation of a device for carrying out the method according to the invention.
In
Das erste Fahrzeug
Weiterhin ist das erste Fahrzeug
Der Sensor
Ein ungeschützter Verkehrsteilnehmer in dem Parkraum
In
Besteht zwischen den Effekten der geplanten Steuerungsbefehle keine Konvergenz, wird im Unterschied zum herkömmlichen Verfahren gemäß
Die modulare Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- ParkraumParking space
- 1010
- erste Fahrzeugfirst vehicle
- 1111
- weiteres Fahrzeuganother vehicle
- 2020th
- Sensorsensor
- 3030th
- SteuerungseinrichtungControl device
- 3131
- erstes Modulfirst module
- 3232
- zweites Modulsecond module
- 4040
- Fußgängerpedestrian
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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