DE102022205090A1 - Method for planning a trajectory - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Planen einer Trajektorie für ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs basierend auf einem die Zeitdauer der Trajektorie beschränkenden Suchraum, wobei der Suchraum basierend auf dem aktuellen kinematischen Zustand des Fahrzeugs, dem zu erreichenden kinematischen Zustand des Fahrzeugs und zumindest einem weiteren Randparameter des Fahrmanövers bestimmt wird.The invention relates to a method for planning a trajectory for a driving maneuver of a vehicle based on a search space that limits the duration of the trajectory, the search space being based on the current kinematic state of the vehicle, the kinematic state of the vehicle to be achieved and at least one further boundary parameter of the driving maneuver is determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Planen einer Trajektorie für ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs, bei dem zunächst ein fahrsituationsabhängiger Suchraum, der sich auf die Zeitdauer der Trajektorie bezieht, bestimmt wird und innerhalb des Suchraums mehrere Trajektorien berechnet werden, von denen eine Trajektorie basierend auf einem Auswahlkriterium ausgewählt wird, um das Fahrmanöver durchzuführen.The invention relates to a method for planning a trajectory for a driving maneuver of a vehicle, in which a driving situation-dependent search space, which relates to the duration of the trajectory, is first determined and several trajectories are calculated within the search space, one of which is based on a selection criterion is selected to carry out the driving maneuver.
Im Stand der Technik sind bereits Verfahren zur Planung einer Trajektorie von einem Startzustand zu einem Endzustand bekannt. Bei den bekannten Verfahren wird vor der Trajektorienplanung ein Suchintervall für die Trajektoriendauer festgelegt. Anschließend werden in dem Suchintervall mehrere Trajektorien berechnet, die eine unterschiedliche Trajektoriendauer aufweisen. Nach der Berechnung der Trajektorien wird geprüft, welche Trajektorien kollisionsfrei fahrbar sind und es wird diejenige Trajektorie ausgewählt, die die geringsten Kosten (Kosten in Bezug auf Fahrkomfort und/oder anderen vorgegebenen Zielen) aufweist.Methods for planning a trajectory from a starting state to a final state are already known in the prior art. In the known methods, a search interval for the trajectory duration is defined before trajectory planning. Several trajectories that have different trajectory durations are then calculated in the search interval. After the trajectories have been calculated, it is checked which trajectories can be driven without collision and the trajectory that has the lowest costs (costs in terms of driving comfort and/or other specified goals) is selected.
Problematisch bei den bekannten Planungsverfahren ist, dass die Bestimmung des Suchraums sehr unspezifisch erfolgt. In dem Suchraum erfüllen daher eine Vielzahl der berechneten Trajektorien nicht die vorgegebenen Randbedingungen, so dass diese später zu verwerfen sind. Damit werden eine Vielzahl von nicht zulässigen Trajektorien berechnet, was zu einer nicht effektiven Nutzung der zur Verfügung stehenden Rechenressourcen führt.The problem with the known planning methods is that the search space is determined in a very unspecific manner. In the search space, a large number of the calculated trajectories do not meet the specified boundary conditions, so that they have to be rejected later. This means that a large number of impermissible trajectories are calculated, which leads to ineffective use of the available computing resources.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Planen einer Trajektorie eines Fahrzeugs anzugeben, das eine Berechnung einer zulässigen Trajektorie in recheneffizienter Weise ermöglicht.Based on this, it is the object of the invention to provide a method for planning a trajectory of a vehicle, which enables a permissible trajectory to be calculated in a computationally efficient manner.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Fahrerassistenzsystem zum Planen einer Trajektorie eines Fahrzeugs ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 15.The task is solved by a method with the features of
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Planen einer Trajektorie für ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Zunächst wird ein am Ende der Trajektorie zu erreichender kinematischer Zielzustand des Fahrzeugs empfangen oder berechnet. Der kinematische Zielzustand ist zumindest durch eine erste und eine zweite kinematische Größe des Fahrzeugs definiert, wobei die zweite kinematische Größe die zeitliche Ableitung der ersten kinematischen Größe ist. Der kinematische Zielzustand kann beispielsweise den Abstand zu einem stationären oder bewegten Zielobjekt (beispielsweise einem vorausfahrenden Fahrzeug) angeben, an dem sich das Fahrzeug nach Durchfahren der Trajektorie befinden soll. Zudem kann der kinematische Zielzustand die Geschwindigkeit angeben, die das Fahrzeug im kinematischen Zielzustand haben soll.
- First, a kinematic target state of the vehicle to be achieved at the end of the trajectory is received or calculated. The kinematic target state is defined at least by a first and a second kinematic quantity of the vehicle, the second kinematic quantity being the time derivative of the first kinematic quantity. The kinematic target state can, for example, indicate the distance to a stationary or moving target object (for example a vehicle in front) at which the vehicle should be after traveling through the trajectory. In addition, the kinematic target state can indicate the speed that the vehicle should have in the kinematic target state.
Anschließend wird eine minimale Zeitdauer einer Trajektorie bestimmt, die ausgehend vom aktuellen kinematischen Zustand des Fahrzeugs, auch als kinematischer Startzustand bezeichnet, zum Erreichen des kinematischen Zielzustands des Fahrzeugs nötig ist. Der kinematische Zielzustand ist insbesondere ein zeitvarianter Zustand. Die minimale Zeitdauer kann diejenige Zeitdauer sein, die unter Berücksichtigung der physikalischen Randbedingungen und der aktuellen Fahrsituation mindestens zum Erreichen des kinematischen Zielzustands benötigt wird. Die Bestimmung der minimalen Zeitdauer erfolgt basierend auf der ersten und zweiten kinematischen Größe und zumindest einem Maximalwert und zumindest einem Minimalwert einer dritten kinematischen Größe, wobei die dritte kinematische Größe die zeitliche Ableitung der zweiten kinematischen Größe ist.A minimum time duration of a trajectory is then determined which, based on the current kinematic state of the vehicle, also referred to as the kinematic start state, is necessary to reach the kinematic target state of the vehicle. The kinematic target state is in particular a time-variant state. The minimum time period can be the time period that is at least required to reach the kinematic target state, taking into account the physical boundary conditions and the current driving situation. The minimum time period is determined based on the first and second kinematic quantities and at least one maximum value and at least one minimum value of a third kinematic quantity, the third kinematic quantity being the time derivative of the second kinematic quantity.
Daraufhin wird ein Suchraum für die Zeitdauer der zu planenden Trajektorie basierend auf der minimalen Zeitdauer der Trajektorie bestimmt. Der Suchraum gibt ein Intervall für die Zeitdauer der zu planenden Trajektorie an. Die zuvor bestimmte minimale Zeitdauer der Trajektorie gibt die untere Grenze des Suchraums bzw. des Intervalls vor.A search space for the duration of the trajectory to be planned is then determined based on the minimum duration of the trajectory. The search space specifies an interval for the duration of the trajectory to be planned. The previously determined minimum duration of the trajectory specifies the lower limit of the search space or interval.
Nach dem Bestimmen des Suchraums werden mehrere unterschiedliche Werte von Zeitdauern von Trajektorien innerhalb des Suchraums ermittelt.After determining the search space, several different values of time durations of trajectories within the search space are determined.
Zu den ermittelten Werten von Zeitdauern von Trajektorien wird anschließend jeweils eine Trajektorie berechnet. Dadurch entsteht ein Satz von Trajektorien mit unterschiedlichen Zeitdauern, die in dem Suchraum liegen.A trajectory is then calculated for the determined values of time durations of trajectories. This creates a set of trajectories with different time durations that lie in the search space.
Zuletzt werden die Trajektorien untereinander verglichen und es wird eine Trajektorie basierend auf zumindest einem Auswahlkriterium ausgewählt. Vorzugsweise wird anschließend ein Fahrvorgang zumindest zeitweise basierend auf der ausgewählten Trajektorie durchgeführt.Finally, the trajectories are compared with each other and a trajectory is selected based on at least one selection criterion. Preferably, a driving process is then carried out at least temporarily based on the selected trajectory.
Der technische Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch die Berechnung einer minimalen Zeitdauer des Suchraums eine effektive Bestimmung des Suchraums möglich wird. Dadurch kann der Suchraum abhängig von dem kinematischen Startzustand und dem kinematischen Zielzustand des Ego-Fahrzeugs derart bestimmt werden, dass dieser - ohne gesonderte Applikation - sehr konkret auf die jeweilige Fahrsituation angepasst ist. Dadurch wird der Rechenaufwand für die Berechnung einer geeigneten Trajektorie minimiert, da die Wahrscheinlichkeit der Bestimmung ungeeigneter Trajektorien reduziert wird.The technical advantage of the method according to the invention is that an effective determination of the search space is possible by calculating a minimum time duration of the search space. As a result, the search space can be determined depending on the kinematic starting state and the kinematic target state of the ego vehicle in such a way that it is adapted very specifically to the respective driving situation - without a separate application. This minimizes the computational effort required to calculate a suitable trajectory, as the probability of determining unsuitable trajectories is reduced.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die erste kinematische Größe der Abstand zu einer zu erreichenden Zielposition des Fahrzeugs, die zweite kinematische Größe die Geschwindigkeit des Fahrzeugs relativ zu einem Umgebungsobjekt und die dritte kinematische Größe die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs relativ zu einem Umgebungsobjekt. Eine Relativgeschwindigkeit und/oder Relativbeschleunigung wird vorzugsweise dann als zweite und/oder dritte kinematische Größe herangezogen, wenn die zu erreichende Zielposition selbst eine sich bewegende Position ist, beispielsweise eine in einem gewissen Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug gewählte Position (z.B. bei Steuerung des Fahrzeugs durch einen Abstandsregeltempomat). Dadurch kann das Verfahren zur Planung von Trajektorien verwendet werden, bei denen der kinematische Zielzustand durch einen Abstand, beispielsweise zu einem vorausfahrenden Objekt, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung festgelegt wird.According to an exemplary embodiment, the first kinematic quantity is the distance to a target position of the vehicle to be reached, the second kinematic quantity is the speed of the vehicle relative to an surrounding object and the third kinematic quantity is the longitudinal acceleration of the vehicle relative to an surrounding object. A relative speed and/or relative acceleration is preferably used as a second and/or third kinematic variable when the target position to be reached is itself a moving position, for example a position selected at a certain distance from a vehicle in front (e.g. when controlling the vehicle by an adaptive cruise control). This means that the method can be used to plan trajectories in which the kinematic target state is determined by a distance, for example to an object in front, the speed and the acceleration.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die erste kinematische Größe der laterale Versatz des Fahrzeugs zu einer zu erreichenden, in Fahrtrichtung verlaufenden Ziellinie, die zweite kinematische Größe die laterale Geschwindigkeit des Fahrzeugs und die dritte kinematische Größe die Querbeschleunigung des Fahrzeugs. Damit kann das Verfahren zur Planung von lateralen Trajektorien verwendet werden. Es versteht sich, dass das Verfahren auch zur Planung von Trajektorien verwendet werden kann, bei denen das Fahrzeug an einen kinematischen Zielzustand gesteuert werden soll, der durch in Längsrichtung und Querrichtung vorgegebene Zielparameter definiert ist. Im Falle der lateralen Fahrzeugsteuerung kann ein Relativkoordinatensystem in Form eines Frenet-Koordinatensystems verwendet werden.According to one exemplary embodiment, the first kinematic variable is the lateral offset of the vehicle to a target line to be reached that runs in the direction of travel, the second kinematic variable is the lateral speed of the vehicle and the third kinematic variable is the lateral acceleration of the vehicle. This means that the method can be used to plan lateral trajectories. It is understood that the method can also be used to plan trajectories in which the vehicle is to be controlled to a kinematic target state, which is defined by target parameters specified in the longitudinal and transverse directions. In the case of lateral vehicle control, a relative coordinate system in the form of a Frenet coordinate system can be used.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die erste kinematische Größe die Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs, die zweite kinematische Größe die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs und die dritte kinematische Größe der Längsruck des Fahrzeugs. Damit kann das Verfahren zur Planung von Trajektorien verwendet werden, die nicht von einem Umgebungsobjekt, beispielsweise einem vorausfahrenden Fahrzeug, abhängen, sondern beispielsweise lediglich der Trajektorienplanung bei Einsatz einer Geschwindigkeitsregelanlage ohne Einschränkung durch ein vorausfahrendes Fahrzeug dienen.According to one exemplary embodiment, the first kinematic quantity is the longitudinal speed of the vehicle, the second kinematic quantity is the longitudinal acceleration of the vehicle and the third kinematic quantity is the longitudinal jerk of the vehicle. This means that the method can be used to plan trajectories that do not depend on an environmental object, for example a vehicle in front, but are used, for example, only for trajectory planning when using a cruise control system without being restricted by a vehicle in front.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Zielzustand zeitvariant und durch den Ursprung eines Relativkoordinatensystems definiert. Ein Beispiel für einen zeitvarianten Zustand ist, wenn das Ego-Fahrzeug mittels der Trajektorie eine bestimmte, sich mit einem Umgebungsobjekt (beispielsweise einem Drittfahrzeug) mitbewegte Position erreichen soll.According to one embodiment, the target state is time-variant and defined by the origin of a relative coordinate system. An example of a time-variant state is when the ego vehicle is supposed to use the trajectory to reach a specific position that moves along with an environmental object (for example a third-party vehicle).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die minimale Dauer der Trajektorie dadurch bestimmt, dass das Fahrzeug in einem ersten Teilbereich der Trajektorie zunächst unter Berücksichtigung eines Maximalwerts der dritten kinematischen Größe und in einem daran anschließenden zweiten Teilbereich der Trajektorie unter Berücksichtigung eines Minimalwerts der dritten kinematischen Größe bewegt wird. Die dritte kinematische Größe kann beispielsweise die die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs relativ zu einem Umgebungsobjekt sein. Dadurch wird eine theoretisch mögliche minimale Dauer der Trajektorie erhalten, und zwar unter Ausnutzung des Maximalwerts und des Minimalwerts der dritten kinematischen Größe. Die minimale Dauer der Trajektorie kann beispielsweise dann auf die zuvor beschriebene Weise bestimmt werden, wenn das Ego-Fahrzeug aktuell langsamer ist als im zu erreichenden kinematischen Zielzustand.According to one exemplary embodiment, the minimum duration of the trajectory is determined by the vehicle being moved in a first sub-area of the trajectory, first taking into account a maximum value of the third kinematic variable, and in a subsequent second sub-area of the trajectory taking into account a minimum value of the third kinematic variable. The third kinematic variable can be, for example, the longitudinal acceleration of the vehicle relative to an environmental object. This results in a theoretically possible minimum duration of the trajectory, using the maximum value and the minimum value of the third kinematic quantity. The minimum duration of the trajectory can, for example, be determined in the manner described above if the ego vehicle is currently slower than in the kinematic target state to be achieved.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die minimale Dauer der Trajektorie dadurch bestimmt, dass das Fahrzeug in einem ersten Teilbereich der Trajektorie zunächst unter Berücksichtigung eines Minimalwerts der dritten kinematischen Größe und in einem daran anschließenden zweiten Teilbereich der Trajektorie unter Berücksichtigung eines Maximalwerts der dritten kinematischen Größe bewegt wird. Die dritte kinematische Größe kann wiederum beispielsweise die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs relativ zu einem Umgebungsobjekt sein. Dadurch wird eine theoretisch mögliche minimale Dauer der Trajektorie erhalten, und zwar unter Ausnutzung des Maximalwerts und des Minimalwerts der dritten kinematischen Größe. Die minimale Dauer der Trajektorie kann beispielsweise dann auf die zuvor beschriebene Weise bestimmt werden, wenn das Ego-Fahrzeug aktuell schneller ist als im zu erreichenden kinematischen Zielzustand.According to one exemplary embodiment, the minimum duration of the trajectory is determined by the vehicle in a first sub-area of the trajectory initially taking into account a minimum value of the third kinematic variable and in a subsequent second sub-area of the trajectory rie is moved taking into account a maximum value of the third kinematic variable. The third kinematic variable can in turn be, for example, the longitudinal acceleration of the vehicle relative to an environmental object. This results in a theoretically possible minimum duration of the trajectory, using the maximum value and the minimum value of the third kinematic quantity. The minimum duration of the trajectory can, for example, be determined in the manner described above if the ego vehicle is currently faster than in the kinematic target state to be achieved.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Maximalwert für die zweite kinematische Größe bereitgestellt. Die Berechnung der minimalen Dauer der Trajektorie erfolgt unter Berücksichtigung des Maximalwerts der zweiten kinematischen Größe. Dadurch können Geschwindigkeitsbegrenzungen bei der Berechnung der minimalen Trajektoriendauer berücksichtigt werden.According to one exemplary embodiment, a maximum value for the second kinematic variable is provided. The minimum duration of the trajectory is calculated taking into account the maximum value of the second kinematic quantity. This allows speed limitations to be taken into account when calculating the minimum trajectory duration.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden ein Maximalwert und ein Minimalwert für eine vierte kinematische Größe bereitgestellt, wobei die vierte kinematische Größe die zeitliche Ableitung der dritten kinematischen Größe ist. Die Berechnung der minimalen Dauer der Trajektorie erfolgt unter Berücksichtigung des Maximalwerts und/oder des Minimalwerts der vierten kinematischen Größe. Die vierte kinematische Größe kann insbesondere der Längsruck und/oder der Querruck des Fahrzeugs sein. Der Maximalwert kann einen positiven Schwellwert und der Minimalwert einen negativen Schwellwert für den Längsruck und/oder Querruck definieren. Durch die Berücksichtigung des Maximalwerts und/oder des Minimalwerts der vierten kinematischen Größe kann bei der Berechnung der minimalen Trajektoriendauer berücksichtigt werden, dass aus Komfortgründen kein sofortiges Umschalten von einer maximalen Längs- oder Querbeschleunigung auf eine minimale Längs- oder Querbeschleunigung oder umgekehrt möglich ist, sondern Beschränkungen des Längs- und/oder Querrucks zu beachten sind. Dadurch wird eine realitätsnähere Bestimmung der minimalen Dauer der Trajektorie ermöglicht.According to one embodiment, a maximum value and a minimum value are provided for a fourth kinematic quantity, the fourth kinematic quantity being the time derivative of the third kinematic quantity. The minimum duration of the trajectory is calculated taking into account the maximum value and/or the minimum value of the fourth kinematic quantity. The fourth kinematic variable can in particular be the longitudinal jerk and/or the transverse jerk of the vehicle. The maximum value can define a positive threshold value and the minimum value can define a negative threshold value for the longitudinal jerk and/or transverse jerk. By taking into account the maximum value and/or the minimum value of the fourth kinematic variable, when calculating the minimum trajectory duration, it can be taken into account that, for reasons of comfort, an immediate switch from a maximum longitudinal or lateral acceleration to a minimum longitudinal or lateral acceleration or vice versa is not possible, but rather Limitations of longitudinal and/or transverse jerk must be observed. This enables a more realistic determination of the minimum duration of the trajectory.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die obere Grenze des Suchraums basierend auf der minimalen Dauer der Trajektorie und einer vorgegebenen Länge des Suchraums bestimmt. Damit weisen die Suchräume jeweils fahrsituationsunabhängig die gleiche Länge auf.According to one embodiment, the upper limit of the search space is determined based on the minimum duration of the trajectory and a predetermined length of the search space. This means that the search spaces each have the same length, regardless of the driving situation.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die obere Grenze des Suchraums basierend auf der Zeitdauer, in der sich ein Umgebungsobjekt temporär im Fahrkorridor befindet, bestimmt. Das Umgebungsobjekt kann beispielsweise den Fahrkorridor des Ego-Fahrzeugs kreuzen. Damit ist das Umgebungsobjekt für die Trajektorienplanung nur für eine begrenzte Zeit relevant. Die obere Grenze des Suchraums, d.h. die maximale Zeitdauer der zu planenden Trajektorie, kann derart gewählt werden, dass diese der Zeitdauer entspricht, in der sich das Umgebungsobjekt im Fahrkorridor des Ego-Fahrzeugs befindet.According to one embodiment, the upper limit of the search space is determined based on the length of time in which an environmental object is temporarily in the travel corridor. The environmental object can, for example, cross the driving corridor of the ego vehicle. This means that the environmental object is only relevant for trajectory planning for a limited time. The upper limit of the search space, i.e. the maximum time period of the trajectory to be planned, can be selected such that it corresponds to the time period in which the environmental object is in the travel corridor of the ego vehicle.
Alternativ kann bei iterativer Trajektorienberechnung die obere Grenze des Suchraums basierend auf der minimalen Dauer der Trajektorie und der zuletzt ermittelten Trajektoriendauer bestimmt werden. Damit kann die Länge des Suchraums basierend auf den zuvor erhaltenen Ergebnissen der Trajektorienberechnung bestimmt werden.Alternatively, with iterative trajectory calculation, the upper limit of the search space can be determined based on the minimum duration of the trajectory and the last determined trajectory duration. This allows the length of the search space to be determined based on the previously obtained results of the trajectory calculation.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Zeitdauern, basierend auf denen die Trajektorien berechnet werden, im Suchraum zumindest zeitweise gleichverteilt gewählt. Dies gilt insbesondere bei einer Planung einer Trajektorie, die einen zu erreichenden kinematischen Zielzustand bzw. ein Umgebungsobjekt, das den kinematischen Zielzustand beeinflusst, erstmalig berücksichtigt. Dadurch decken die Trajektorien den Suchraum gleichmäßig ab.According to one exemplary embodiment, the time durations based on which the trajectories are calculated are selected to be uniformly distributed at least at times in the search space. This applies in particular when planning a trajectory that takes into account for the first time a kinematic target state to be achieved or an environmental object that influences the kinematic target state. This means that the trajectories cover the search space evenly.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Trajektorie des Fahrzeugs iterativ neu berechnet, wobei bei der Neuberechnung der Trajektorie eine veränderte Diskretisierung oder Verteilung der Zeitdauern im Suchraum erfolgt, und zwar derart, dass der Abstand der Zeitdauern in einem ersten Bereich des Suchraums um eine Zeitdauer, die einer in einem vorherigen Iterationsschritt ausgewählten Trajektorie zugeordnet ist, enger gewählt wird als außerhalb dieses ersten Bereichs des Suchraums. Durch die ungleichmäßige Verteilung der Trajektoriendauern im Suchraum abhängig von der Zeitdauer der ausgewählten Trajektorie des vorherigen Iterationsschritt kann eine für das Fahrmanöver vorteilhafte Trajektorie schneller und effizienter gefunden werden. Die ungleichmäßige Verteilung der Trajektoriendauern im Suchraum hat weiterhin den Vorteil, dass die absolute Länge des Suchraums eine untergeordnete Rolle spielt, da auch bei großzügiger Auslegung der Suchraumlänge bevorzugt Stützstellen im Bereich der relevanten Trajektoriendauer ausgewählt werden.According to one exemplary embodiment, the trajectory of the vehicle is iteratively recalculated, with the recalculation of the trajectory resulting in a changed discretization or distribution of the time durations in the search space, in such a way that the distance between the time durations in a first area of the search space is increased by a time period that is one assigned to the trajectory selected in a previous iteration step is chosen narrower than outside this first area of the search space. Due to the uneven distribution of the trajectory durations in the search space depending on the duration of the selected trajectory of the previous iteration step, a trajectory that is advantageous for the driving maneuver can be found more quickly and efficiently. The uneven distribution of the trajectory durations in the search space also has the advantage that the absolute length of the search space plays a subordinate role, since even with a generous design of the search space length, support points in the area of the relevant trajectory duration are preferably selected.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel basiert das zumindest eine Auswahlkriterium auf dem maximal auftretenden Längsruck des Fahrzeugs in Fahrtrichtung, dem Querruck des Fahrzeugs und/oder dem Ruckintegral der durch die Trajektorie vorgegebenen Fahrzeugbewegung. Dadurch kann beispielsweise eine auf den Komfort optimierte Trajektorie erhalten werden. Alternativ können auch andere Kriterien, beispielsweise die Trajektoriendauer, zur Auswahl einer Trajektorie herangezogen werden.According to one exemplary embodiment, the at least one selection criterion is based on the maximum longitudinal jerk of the vehicle in the direction of travel, the lateral jerk of the vehicle and/or the jerk integral of the vehicle movement predetermined by the trajectory. This makes it possible, for example, to obtain a trajectory that is optimized for comfort. Alternatively, other criteria, for example the trajectory duration, can also be used to select a trajectory.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Trajektorien durch eine Polynomfunktion beschriebene Trajektorien. Dadurch können die Trajektorien mit einem reduzierten Rechenaufwand berechnet werden.According to one embodiment, the trajectories are trajectories described by a polynomial function. This allows the trajectories to be calculated with reduced computational effort.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Trajektorien durch ein numerisches Optimierungsverfahren bestimmt.According to another exemplary embodiment, the trajectories are determined by a numerical optimization method.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Fahrerassistenzsystem zum Planen einer Trajektorie für ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs. Das Fahrerassistenzsystem umfasst zumindest eine Recheneinheit. Die zumindest eine Recheneinheit ist dazu konfiguriert, die folgenden Schritte zu vollziehen:
- - Empfangen oder berechnen eines am Ende der Trajektorie zu erreichenden kinematischen Zielzustands des Fahrzeugs, der zumindest durch eine erste und eine zweite kinematische Größe des Fahrzeugs definiert ist, wobei die zweite kinematische Größe die zeitliche Ableitung der ersten kinematischen Größe ist;
- - Bestimmen einer minimalen Zeitdauer einer Trajektorie, die ausgehend vom aktuellen kinematischen Zustand des Fahrzeugs zum Erreichen des kinematischen Zielzustands des Fahrzeugs nötig ist, basierend auf der ersten und zweiten kinematischen Größe und zumindest einem Maximalwert und zumindest einem Minimalwert einer dritten kinematischen Größe, wobei die dritte kinematische Größe die zeitliche Ableitung der zweiten kinematischen Größe ist;
- - Bestimmen eines Suchraums für die Zeitdauer der zu planenden Trajektorie basierend auf der minimalen Zeitdauer der Trajektorie;
- - Ermitteln mehrerer unterschiedlicher Werte von Zeitdauern von Trajektorien innerhalb des Suchraums;
- - Berechnen der Trajektorien zu den ermittelten Werten von Zeitdauern von Trajektorien;
- - Vergleichen der Trajektorien untereinander und Auswählen einer Trajektorie basierend auf zumindest einem Auswahlkriterium.
- - receiving or calculating a kinematic target state of the vehicle to be achieved at the end of the trajectory, which is defined at least by a first and a second kinematic quantity of the vehicle, the second kinematic quantity being the time derivative of the first kinematic quantity;
- - Determining a minimum time period of a trajectory that is necessary, based on the current kinematic state of the vehicle, to reach the target kinematic state of the vehicle, based on the first and second kinematic quantities and at least one maximum value and at least one minimum value of a third kinematic quantity, the third kinematic quantity is the time derivative of the second kinematic quantity;
- - determining a search space for the duration of the trajectory to be planned based on the minimum duration of the trajectory;
- - Determining several different values of time durations of trajectories within the search space;
- - Calculating the trajectories based on the determined values of time durations of trajectories;
- - Comparing the trajectories with each other and selecting a trajectory based on at least one selection criterion.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.Further developments, advantages and possible applications of the invention also emerge from the following description of exemplary embodiments and from the figures. All described and/or illustrated features, individually or in any combination, are fundamentally the subject of the invention, regardless of their summary in the claims or their relationship. The content of the claims is also made part of the description.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 beispielhaft eine schematische Darstellung einer Fahrsituation eines Fahrzeugs, für die eine Trajektorie geplant werden soll; -
2 beispielhaft ein Weg-Geschwindigkeitsdiagramm, das die kinematischen Zusammenhänge zum Erreichen eines kinematischen Zielzustands verdeutlicht; -
3 beispielhaft ein Weg-Geschwindigkeitsdiagramm, das die kinematischen Abläufe eines Fahrzeugs, die ausgehend von einem kinematischen Startzustand zur Erreichung eines kinematischen Zielzustands basierend auf einer Trajektorie mit minimaler Trajektorienzeitdauer vollzogen werden, verdeutlicht; -
4 beispielhaft ein Weg-Geschwindigkeitsdiagrammähnlich dem der 3 , wobei die maximal erreichbare Geschwindigkeit sowie der maximale Ruck beim Übergang von der maximalen Beschleunigung zur minimalen Beschleunigung begrenzt sind; -
5 beispielhaft der Beschleunigungsverlauf zu den kinematischen Abläufen gemäß4 ; -
6 beispielhaft die Darstellung eines Suchraums, der durch die minimale Trajektorienzeitdauer tmin und die maximale Trajektorienzeitdauer tmax definiert ist, wobei der Stern die Trajektorienzeitdauer der ausgewählten Trajektorie des vorherigen Iterationsschritts und die Punkte die nicht-äquidistante Diskretisierung des Suchraums illustrieren. -
7 beispielhaft die kinematischen Abläufe eines Fahrzeugs während einer Geschwindigkeitsregelung (cruise control), die ausgehend von einem auf den kinematischen Zielzustand bezogenen kinematischen Startzustand S zur Erreichung des kinematischen Zielzustands Z basierend auf einer Trajektorie mit minimaler Trajektorienzeitdauer vollzogen werden und bei denen ein oberes Beschleunigungslimit Anwendung findet; -
8 beispielhaft die kinematischen Abläufe eines Fahrzeugs während einer Geschwindigkeitsregelung ähnlich der7 , wobei kein Beschleunigungslimit Anwendung findet; -
9 beispielhaft und schematisch die Veranschaulichung eines lateralen Fahrmanövers in Form eines Spurwechsels, bei dem ebenfalls das beschriebene Verfahren zur Anwendung kommen kann; und -
10 beispielhaft ein Blockdiagramm, das die Verfahrensschritte des Verfahrens zur Planung einer Trajektorie für ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs veranschaulicht.
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1 By way of example, a schematic representation of a driving situation of a vehicle for which a trajectory is to be planned; -
2 an example of a path-velocity diagram that illustrates the kinematic relationships for achieving a kinematic target state; -
3 by way of example, a path-velocity diagram that clarifies the kinematic processes of a vehicle that are carried out starting from a kinematic starting state to achieve a kinematic target state based on a trajectory with a minimum trajectory duration; -
4 For example, a path-velocity diagram similar to that of3 , where the maximum achievable speed and the maximum jerk are limited during the transition from maximum acceleration to minimum acceleration; -
5 For example, the acceleration curve for the kinematic processes according to4 ; -
6 For example, the representation of a search space that is defined by the minimum trajectory time period t min and the maximum trajectory time period t max , where the star represents the trajectory time period selected trajectory of the previous iteration step and the points illustrate the non-equidistant discretization of the search space. -
7 For example, the kinematic processes of a vehicle during cruise control, which are carried out starting from a kinematic starting state S related to the kinematic target state to achieve the kinematic target state Z based on a trajectory with a minimum trajectory duration and in which an upper acceleration limit is applied; -
8th For example, the kinematic processes of a vehicle during speed control similar to this7 , where no acceleration limit applies; -
9 an exemplary and schematic illustration of a lateral driving maneuver in the form of a lane change, in which the method described can also be used; and -
10 By way of example, a block diagram that illustrates the procedural steps of the method for planning a trajectory for a driving maneuver of a vehicle.
Die vom Fahrerassistenzsystem geplante Trajektorie bestimmt die kinematischen Zustände des Fahrzeugs 1 entlang der Fahrstrecke, die basierend auf der Trajektorie zurückgelegt wird. Die Trajektorie weist insbesondere einen kinematischen Zielzustand Z und einen kinematischen Startzustand S auf. Der kinematische Zielzustand Z wird beispielsweise als Ursprung eines Relativkoordinatensystems definiert. Der kinematische Zielzustand kann beispielsweise die Position, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Fahrzeugs 1 am Ende der Trajektorie relativ zu einem Umgebungsobjekt des Fahrzeugs angeben. Die Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung kann sich dabei auf die Längs- und/oder Querrichtung beziehen. Der kinematische Startzustand S kann die Position, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Fahrzeugs 1 zu Beginn der Trajektorie relativ zum kinematischen Zielzustand Z angeben. Die Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung kann sich dabei wiederum auf die Längs- und/oder Querrichtung beziehen.The trajectory planned by the driver assistance system determines the kinematic states of the
Das Fahrzeug 1 weist eine Sensorik 3 auf, die zur Erfassung von Umgebungsinformationen ausgebildet ist. Die Sensorik 3 kann beispielsweise zumindest einen Radarsensor, Ultraschallsensoren, zumindest eine Kamera und/oder zumindest einen LIDAR-Sensor umfassen. Des Weiteren weist das Fahrzeugs 1 zumindest eine Recheneinheit R auf, die zur Beurteilung der Umgebungsinformationen und zur Vornahme von Fahrentscheidungen ausgebildet ist.The
Im gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich das Umgebungsobjekt 2, im gezeigten Fall ein Drittfahrzeug, vor dem Fahrzeug 1 auf derselben Fahrspur. Das Umgebungsobjekt 2 kann sich selbst bewegen. Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Umgebungsobjekt 2 lediglich temporär im Fahrschlauch FS des Fahrzeugs vorhanden sein, beispielsweise den Fahrschlauch queren.In the exemplary embodiment shown, the surrounding
Die Recheneinheit R des Fahrzeugs 1 ist vorzugsweise dazu konfiguriert, die Kinematik des Umgebungsobjekts 2 zu bestimmen und beispielsweise die Bewegungsbahn des Objekts 2 zu prädizieren. Dadurch kann die Berechnung der Ego-Trajektorie des Fahrzeugs 1 unter Berücksichtigung der Bewegung des Umgebungsobjekts 2 erfolgen.The computing unit R of the
Bei bekannten Verfahren zur Trajektorienplanung ist es nötig einen Suchraum für die Zeitdauer der zu bestimmenden Trajektorie festzulegen. Nachfolgend wird ein Verfahren beschrieben, das es ermöglicht, den Suchraum für die Trajektorienzeitdauer vorteilhaft einzugrenzen, so dass die Anzahl von zu berechnenden Trajektorien und damit der Rechenaufwand bei der Ermittlung einer fahrbaren Trajektorie, die darüber hinaus zumindest ein vorgegebenes Auswahlkriterium erfüllt, verringert wird.In known methods for trajectory planning, it is necessary to define a search space for the duration of the trajectory to be determined. A method is described below that makes it possible to advantageously limit the search space for the trajectory duration, so that the number of trajectories to be calculated and thus the computational effort in determining a drivable trajectory that also fulfills at least one predetermined selection criterion is reduced.
Der Suchraum SR für die Zeitdauer einer Trajektorie weist eine minimale Zeitdauer tmin und eine maximale Zeitdauer tmax auf. Das Verfahren bestimmt zunächst die minimale Zeitdauer tmin basierend auf dem kinematischen Startzustand S des Fahrzeugs 1 und dem kinematischen Zielzustand Z des Fahrzeugs 1. Zudem werden bei der Berechnung der minimalen Zeitdauer tmin Randbedingungen der Kinematik des Fahrzeugs 1, wie beispielsweise die maximal zulässige Längs- und/oder Querbeschleunigung und/oder der maximal zulässige Längs- bzw. Querruck berücksichtigt.The search space SR for the duration of a trajectory has a minimum duration t min and a maximum duration t max . The method first determines the minimum time period t min based on the kinematic starting state S of the
Allgemein kann die minimale Zeitdauer tmin zur Erreichung des kinematischen Zielzustands auch unter Berücksichtigung anderer kinematischer Größen erfolgen, nämlich einer ersten kinematischen Größe und einer zweiten kinematischen Größe, wobei die zweite kinematische Größe die zeitliche Ableitung der ersten kinematischen Größe ist.In general, the minimum time period t min to achieve the kinematic target state can also be made taking into account other kinematic variables, namely a first kinematic variable and a second kinematic variable, where the second kinematic variable is the time derivative of the first kinematic variable.
Der kinematische Zielzustand Z kann sich auf eine ortsfeste Zielposition beziehen oder auf eine Zielposition, die sich selbst bewegt, beispielsweise aufgrund der Bewegung eines vorausfahrenden Fahrzeugs, wie dies in
Kinematische Zustände im ersten und vierten Quadranten des Koordinatensystems in
Kinematische Zustände im ersten und zweiten Quadranten des Koordinatensystems in
Die gekrümmten Linien, die in dem zweiten und vierten Quadranten des Koordinatensystems eingezeichnet sind, beziehen sich auf kinematische Randbedingungen, die bei der Trajektorienplanung zu berücksichtigen sind. Allgemein umfassen die kinematische Randbedingungen einen Maximalwert und einen Minimalwert einer dritten kinematischen Größe. Die dritte kinematische Größe ist dabei die zeitliche Ableitung der zweiten kinematischen Größe.The curved lines drawn in the second and fourth quadrants of the coordinate system refer to kinematic boundary conditions that must be taken into account when planning the trajectory. In general, the kinematic boundary conditions include a maximum value and a minimum value of a third kinematic quantity. The third kinematic quantity is the time derivative of the second kinematic quantity.
Im Ausführungsbeispiel der
Der kinematischen Startzustand S zeichnet sich dadurch aus, dass das Fahrzeug 1 aktuell von der Zielposition ZP weiter beabstandet ist als im kinematischen Zielzustand Z gewünscht und dass das Fahrzeug 1 aktuell eine geringere Geschwindigkeit aufweist als im kinematischen Zielzustand Z gewünscht.The kinematic starting state S is characterized in that the
Der kinematische Zielzustand Z kann in minimaler Zeit dadurch erreicht werden, dass das Fahrzeug 1 ausgehend von dem kinematischen Startzustand S zunächst mit der maximal zulässigen Beschleunigung beschleunigt wird. Damit wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 erhöht und der aktuelle kinematische Zustand bewegt sich in Richtung des in
Die minimale Zeitdauer tmin kann in dem in
Falls der kinematische Startzustand S oberhalb der S-förmigen Kurve liegt, wird die minimale Trajektoriendauer basierend auf den inversen Abläufen ermittelt, um den kinematischen Zielzustand Z basierend auf einer Trajektorie mit minimaler Trajektorienzeitdauer zu erreichen. D.h. es wird eine Trajektorie für das Fahrzeug 1 ermittelt, bei der das Fahrzeug 1 zunächst maximal verzögert wird, bis die Kurve mit maximaler Beschleunigung erreicht ist (gepunktete Linie) und anschließend wird das Fahrzeug 1 mit der maximal zulässigen Beschleunigung beschleunigt, bis der kinematische Zielzustand Z erreicht ist.If the kinematic starting state S is above the S-shaped curve, the minimum trajectory duration is determined based on the inverse processes in order to achieve the kinematic target state Z based on a trajectory with a minimum trajectory duration. This means that a trajectory is determined for the
Falls der kinematische Startzustand S oberhalb der S-förmigen Kurve liegt, kann die minimale Zeitdauer tmin wie folgt berechnet werden:
wobei wiederum s0 der Abstand des Fahrzeugs zur Zielposition und v0 die Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs jeweils zum Beginn der Trajektorie sind, wobei amin und amax die minimale und die maximale Relativbeschleunigung des Fahrzeugs 1 relativ zum kinematischen Zielzustand (beispielsweise einem bewegten Umgebungsobjekt 2) und wobei vu die Geschwindigkeit des Fahrzeugs am Umschaltpunkt sind.If the kinematic starting state S is above the S-shaped curve, the minimum time period t min can be calculated as follows:
where again s 0 is the distance of the vehicle to the target position and v 0 is the relative speed of the vehicle at the start of the trajectory, where a min and a max are the minimum and maximum relative acceleration of the
Es versteht sich, dass eine sprunghafte Änderung von maximaler Beschleunigung zu maximaler Verzögerung des Fahrzeugs 1 zu einem unendlich hohen Längsruck führt, was physikalisch nicht möglich ist und daher nur zur vereinfachten Berechnung angenommen wird. Um die Berechnung der minimalen Trajektorienzeitdauer tmin auf einer realistischeren Basis zu vollziehen, können ein Maximal- und ein Minimalwert einer vierten kinematischen Größe herangezogen werden. Die vierte kinematische Größe ist die zeitliche Ableitung der dritten kinematischen Größe. Die vierte kinematische Größe kann insbesondere der Längsruck oder der Querruck des Fahrzeugs 1 sein.It is understood that a sudden change from maximum acceleration to maximum deceleration of the
Nach der Bestimmung der minimalen Zeitdauer der Trajektorie tmin kann der Suchraum SR für die Trajektoriendauern festgelegt werden, d.h. der Suchraum von Trajektoriendauern, in dem mehrere Trajektorien berechnet werden, um eine von diesen berechneten Trajektorien basierend auf zumindest einem Auswahlkriterium auszuwählen.After determining the minimum time duration of the trajectory t min , the search space SR for the trajectory durations can be determined, ie the search space of trajectory durations in which several trajectories are calculated in order to select one of these calculated trajectories based on at least one selection criterion.
Der Suchraum SR kann dabei eine vorgegebene Zeitspanne umfassen, d.h. die maximale Zeitdauer der Trajektorie tmax wird durch Addieren der vorgegebenen Zeitspanne zu der minimalen Zeitdauer der Trajektorie tmin berechnet.The search space SR can include a predetermined time period, ie the maximum time period of the trajectory t max is calculated by adding the predetermined time period to the minimum time period of the trajectory t min .
Alternativ kann die obere Grenze des Suchraums SR, d.h. die maximale Zeitdauer der Trajektorie tmax durch die Zeitdauer festgelegt sein, in der ein Umgebungsobjekt 2 überhaupt für die Trajektorienberechnung relevant ist. Bei dem Umgebungsobjekt 2 kann es sich beispielsweise um ein Objekt handeln, das sich temporär in dem Fahrschlauch FS befindet und diesen nach einer gewissen Zeitspanne wieder verlässt. Das Umgebungsobjekt 2 kann beispielsweise ein den Fahrschlauch des Fahrzeugs 1 kreuzendes Drittfahrzeug sein.Alternatively, the upper limit of the search space SR, ie the maximum time period of the trajectory t max , can be determined by the time period in which an
Nach der Festlegung des Suchraums werden mehrere Trajektorien jeweils mit einer unterschiedlichen Trajektoriendauer, die im Suchraum SR liegen, berechnet.After defining the search space, several trajectories each with a different trajectory duration, which lie in the search space SR, are calculated.
Nach der Berechnung mehrerer unterschiedlicher Trajektorien des Fahrzeugs 1 mit unterschiedlichen Trajektoriendauern werden diese Trajektorien miteinander verglichen. Nach dem Vergleichen der Trajektorien wird eine der berechneten Trajektorien ausgewählt, und zwar basierend auf einem Auswahlkriterium. Anschließend wird das Fahrzeug 1 zumindest über eine gewisse Wegstrecke basierend auf dieser ausgewählten Trajektorie bewegt.After calculating several different trajectories of the
Als Auswahlkriterium kann beispielsweise der maximal auftretende Längsruck des Fahrzeugs 1 und/oder das Ruckintegral verwendet werden. Auch eine Kombination dieser Kriterien für die Auswahl der Fahrtrajektorie ist möglich.For example, the maximum longitudinal jerk of the
Die Berechnung der minimalen Zeitdauer tmin unter Berücksichtigung von Begrenzungen des Längsrucks kann für den Fall, dass der kinematische Startzustand S unterhalb der S-förmigen Kurve liegt, wie folgt berechnet werden:
Das Verfahren wird vorzugsweise iterativ in mehreren aufeinanderfolgenden Iterationszyklen vollzogen. Vorzugsweise werden in einem ersten Iterationsschritt des Verfahrens die Trajektorien basierend auf einer gleichmäßigen Diskretisierung des Suchraums SR berechnet. D.h. die Abstände zwischen den aufeinanderfolgenden diskreten Werten der Trajektoriendauer sind gleich.The method is preferably carried out iteratively in several successive iteration cycles. Preferably, in a first iteration step of the method, the trajectories are calculated based on a uniform discretization of the search space SR. This means that the distances between the successive discrete values of the trajectory duration are the same.
Nach dem ersten Iterationsschritt erfolgt vorzugsweise eine iterative Neuberechnung der Trajektorie des Fahrzeugs 1. Bei dieser Neuberechnung der Trajektorie kann der Suchraum SR nicht äquidistant diskretisiert werden, wie dies in
Der wesentliche Unterschied ist, dass der kinematische Startzustand S und der kinematische Zielzustand Z des Fahrzeugs 1 durch die Parameter erste kinematische Größe Geschwindigkeit v, die zweite kinematische Größe Beschleunigung a und einen Maximal- und Minimalwert einer dritten kinematischen Größe, nämlich des Längsrucks j bestimmt wird.The essential difference is that the kinematic starting state S and the kinematic target state Z of the
Die Begrenzung des Längsrucks j führt zu den in den
Die minimaler Trajektorienzeitdauer tmin kann in diesem Fall derart bestimmt werden, dass angenommen wird, dass das Fahrzeug ausgehend von dem kinematischen Startzustand S unter Zugrundelegung des maximalen Längsrucks bis zur maximalen Beschleunigung amax beschleunigt wird (erster Schaltpunkt S1), anschließend diese maximale Beschleunigung amax beibehalten wird, bis der zweite Schaltpunkt S2 erreicht wird, und dann das Fahrzeug 1 mit dem minimalen Längsruck den kinematischen Zielzustand Z erreicht.In this case, the minimum trajectory duration t min can be determined in such a way that it is assumed that the vehicle is accelerated from the kinematic starting state S based on the maximum longitudinal jerk up to the maximum acceleration a max (first switching point S1), then this maximum acceleration a max is maintained until the second switching point S2 is reached, and then the
In diesem Fall kann die minimale Trajektorienzeitdauer tmin wie folgt berechnet werden:
- v0: Geschwindigkeit des Fahrzeugs am kinematischen Startzustand S;
- a0: Beschleunigung des Fahrzeugs am kinematischen Startzustand S;
- amax: maximal zulässige Beschleunigung des Fahrzeugs;
- jmin: minimal zulässiger Längsruck des Fahrzeugs;
- jmax: maximal zulässiger Längsruck des Fahrzeugs.
- v 0 : speed of the vehicle at the kinematic starting state S;
- a 0 : Acceleration of the vehicle at the kinematic starting state S;
- a max : maximum permissible acceleration of the vehicle;
- j min : minimum permissible longitudinal jerk of the vehicle;
- j max : maximum permissible longitudinal jerk of the vehicle.
In diesem Fall kann die minimale Trajektorienzeitdauer tmin wie folgt berechnet werden:
wobei v0 die Geschwindigkeit und a0 die Beschleunigung des Fahrzeugs 1 zum Startzeitpunkt, au die Beschleunigung des Fahrzeugs im Schaltpunkt und jmin und jmax der minimal und der maximal zulässige Längsruck des Fahrzeugs 1 sind.In this case, the minimum trajectory time duration t min can be calculated as follows:
where v 0 is the speed and a 0 is the acceleration of
Für den Fall, dass die kinematischen Startzustände S oberhalb der S-förmigen Kurve liegen und die maximal zulässige Beschleunigung amax des Fahrzeugs 1 erreicht wird, bevor die S-förmige Kurve des minimalen bzw. maximalen Längsrucks des Fahrzeugs erreicht wurde, kann die minimale Trajektorienzeitdauer tmin wie folgt berechnet werden:
Für den Fall, dass die kinematischen Startzustände S oberhalb der S-förmigen Kurve liegen und die maximal zulässige Beschleunigung amax des Fahrzeugs 1 nicht erreicht wird, bevor die S-förmige Kurve des minimalen bzw. maximalen Längsrucks des Fahrzeugs erreicht wurde, kann die minimale Trajektorienzeitdauer tmin wie folgt berechnet werden:
Der wesentliche Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen besteht darin, dass mittels des Verfahrens anstelle oder zusätzlich zu einer Trajektorienplanung in Längsrichtung eine Trajektorienplanung in Querrichtung vollzogen wird. Dabei ist die erste kinematische Größe vorzugsweise der laterale Versatz zu der zu erreichenden Zielposition ZP, die zweite kinematische Größe vorzugsweise die laterale Geschwindigkeit und die dritte kinematische Größe vorzugsweise die laterale Beschleunigung des Fahrzeugs 1.The main difference to the aforementioned exemplary embodiments is that the method is used to carry out trajectory planning in the transverse direction instead of or in addition to trajectory planning in the longitudinal direction. The first kinematic variable is preferably the lateral offset to the target position ZP to be achieved, the second kinematic variable is preferably the lateral speed and the third kinematic variable is preferably the lateral acceleration of the
In dem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise ein Spurwechsel von einer ersten Fahrspur auf eine zweite Fahrspur vollzogen. Auch in diesem Ausführungsbeispiel werden die kinematischen Zustände des Fahrzeugs 1 in Bezug auf den durch die Trajektorie zu erreichenden kinematischen Zielzustand Z vollzogen, und zwar derart, dass die kinematischen Zustände des Fahrzeugs 1 beispielsweise in Bezug auf einen Frenet Referenz-Frame gemessen werden, dessen Ursprung der kinematische Zielzustand Z des Fahrzeugs 1 ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Koordinate (xfrenet) in Längsrichtung (d.h. parallel zu der Fahrspurbegrenzung) und die zweite Koordinate (yfrenet) in Querrichtung (d.h. senkrecht zu der Fahrspurbegrenzung) orientiert.In the exemplary embodiment, for example, a lane change is carried out from a first lane to a second lane. In this exemplary embodiment, too, the kinematic states of the
Zunächst wird ein am Ende der Trajektorie zu erreichender kinematischer Zielzustand des Fahrzeugs empfangen oder berechnet. Dieser ist zumindest durch eine erste und eine zweite kinematische Größe des Fahrzeugs definiert, wobei die zweite Größe die zeitliche Ableitung der ersten Größe ist.First, a kinematic target state of the vehicle to be achieved at the end of the trajectory is received or calculated. This is defined at least by a first and a second kinematic quantity of the vehicle, the second quantity being the time derivative of the first quantity.
Anschließend wird eine minimale Zeitdauer einer Trajektorie bestimmt, die ausgehend vom aktuellen kinematischen Zustand des Fahrzeugs zum Erreichen des kinematischen Zielzustands des Fahrzeugs nötig ist. Die Bestimmung der minimalen Zeitdauer basiert auf der ersten und zweiten kinematischen Größe und zumindest einem Maximalwert und zumindest einem Minimalwert einer dritten Größe, wobei die dritte Größe die zeitliche Ableitung der zweiten Größe ist (S11).A minimum time duration of a trajectory is then determined which, based on the current kinematic state of the vehicle, is necessary to reach the target kinematic state of the vehicle. The determination of the minimum time period is based on the first and second kinematic quantities and at least one maximum value and at least one minimum value of a third quantity, the third quantity being the time derivative of the second quantity (S11).
Daraufhin wird ein Suchraum für die Zeitdauer der zu planenden Trajektorie basierend auf der minimalen Zeitdauer der Trajektorie bestimmt (S12).A search space for the duration of the trajectory to be planned is then determined based on the minimum duration of the trajectory (S12).
Innerhalb dieses Suchraums werden anschließend mehrere unterschiedliche Werte von Zeitdauern von Trajektorien bestimmt (S13). Zu diesen ermittelten Werten von Zeitdauern von Trajektorien werden nachfolgend Trajektorien berechnet (S14).Within this search space, several different values of time durations of trajectories are then determined (S13). Trajectories are subsequently calculated for these determined values of time durations of trajectories (S14).
Zuletzt werden die Trajektorien untereinander verglichen und es wird eine Trajektorie basierend auf zumindest einem Auswahlkriterium ausgewählt (S15).Finally, the trajectories are compared with each other and a trajectory is selected based on at least one selection criterion (S15).
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die Patentansprüche definierte Schutzbereich verlassen wird.The invention has been described above using exemplary embodiments. It is understood that numerous changes and modifications are possible without departing from the scope of protection defined by the patent claims.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- UmgebungsobjektEnvironment object
- 33
- Sensorik Sensors
- FRFR
- FahrtrichtungDirection of travel
- FSFS
- FahrschlauchDriving tube
- RR
- RechnereinheitComputer unit
- ss
- AbstandDistance
- SS
- kinematischer Startzustandkinematic starting state
- SRS.R
- SuchraumSearch space
- ZZ
- kinematischer Zielzustandkinematic target state
- ZPZP
- ZielpositionTarget position
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022205090.8A DE102022205090A1 (en) | 2022-05-23 | 2022-05-23 | Method for planning a trajectory |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022205090.8A DE102022205090A1 (en) | 2022-05-23 | 2022-05-23 | Method for planning a trajectory |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022205090A1 true DE102022205090A1 (en) | 2023-11-23 |
Family
ID=88599942
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022205090.8A Pending DE102022205090A1 (en) | 2022-05-23 | 2022-05-23 | Method for planning a trajectory |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022205090A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014215244A1 (en) | 2014-08-01 | 2016-02-04 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Collision-free transverse / longitudinal guidance of a vehicle |
DE102015209066A1 (en) | 2015-05-18 | 2016-11-24 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Cost-reduced trajectory planning for a vehicle |
-
2022
- 2022-05-23 DE DE102022205090.8A patent/DE102022205090A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014215244A1 (en) | 2014-08-01 | 2016-02-04 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Collision-free transverse / longitudinal guidance of a vehicle |
DE102015209066A1 (en) | 2015-05-18 | 2016-11-24 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Cost-reduced trajectory planning for a vehicle |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
RATHGEBER, Christian: Trajektorienplanung und -folgeregelung für assistiertes bis hochautomatisiertes Fahren. Berlin: Technische Universität Berlin, 2016. S. 1-144. URL: https://depositonce.tu-berlin.de/items/7363cd1f-ce9b-477b-b824-35f1213f58bb [abgerufen am 2022-12-01]. Dissertation. |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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