DE102014215244A1 - Collision-free transverse / longitudinal guidance of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Ermittlung einer Soll-Trajektorie für die Steuerung und/oder Regelung der Quer-/Längsführung eines Fahrzeugs. Insbesondere wird ein Verfahren beschrieben, welches das Detektieren von ein oder mehreren Objekten in einer Umgebung des Fahrzeugs, auf Basis von Umfelddaten umfasst. Desweiteren umfasst das Verfahren das Durchführen einer globalen Planung, um in Abhängigkeit von den ein oder mehreren detektierten Objekten eine Vielzahl von potentiell möglichen Fahrmanövern zu ermitteln, sowie das Auswählen eines Fahrmanövers aus der Vielzahl von potentiell möglichen Fahrmanövern. Außerdem umfasst das Verfahren das Durchführen einer lokalen Planung, um für das ausgewählte Fahrmanöver eine Soll-Trajektorie für die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs zu ermitteln.The invention relates to a method and a corresponding device for determining a desired trajectory for the control and / or regulation of the transverse / longitudinal guidance of a vehicle. In particular, a method is described, which includes the detection of one or more objects in an environment of the vehicle, based on environmental data. Furthermore, the method comprises performing a global planning to determine a plurality of potentially possible driving maneuvers in dependence on the one or more detected objects, as well as selecting a driving maneuver from the multiplicity of potentially possible driving maneuvers. In addition, the method comprises performing a local planning in order to determine a desired trajectory for the longitudinal and / or transverse guidance of the vehicle for the selected driving maneuver.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Ermittlung einer Soll-Trajektorie für die Steuerung und/oder Regelung der Quer-/Längsführung eines Fahrzeugs.The invention relates to a method and a corresponding device for determining a desired trajectory for the control and / or regulation of the transverse / longitudinal guidance of a vehicle.
Die Realisierung eines teil- oder hochautomatisierten Fahrbetriebs eines Fahrzeugs (insbesondere eines Straßen-Kraftfahrzeugs) wird sowohl in der Forschung wie auch verstärkt in der Automobilindustrie vorangetrieben. Ein zentraler Aspekt des teil- oder hochautomatisierten Fahrbetriebs ist die Planung einer möglichst optimalen Trajektorie des Fahrzeugs, durch die Kollisionen mit anderen Verkehrsteilnehmern vermieden werden. Die Ermittlung einer derartigen Trajektorie (z. B. einer Ausweichtrajektorie) ist mit einem hohen Rechenaufwand verbunden, der von Steuergeräten in einem Fahrzeug typischerweise nicht oder nur begrenzt erbracht werden kann.The realization of a partially or highly automated driving operation of a vehicle (in particular a road motor vehicle) is driven forward both in research and increasingly in the automotive industry. A central aspect of the partially or highly automated driving operation is the planning of an optimal trajectory of the vehicle by which collisions with other road users are avoided. The determination of such a trajectory (eg an avoidance trajectory) is associated with a high level of computation, which typically can not be provided by control devices in a vehicle, or only to a limited extent.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine möglichst optimale Trajektorie für ein Fahrzeug mit einem reduzierten Rechenaufwand zu ermitteln. Insbesondere soll dabei der Rechenaufwand derart reduziert werden, dass eine Implementierung der Trajektorienplanung auf einem Steuergerät des Fahrzeugs ermöglicht wird.The present document deals with the technical task to determine the most optimal trajectory for a vehicle with a reduced computational effort. In particular, the computational effort is to be reduced in such a way that an implementation of the trajectory planning on a control device of the vehicle is made possible.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u. a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is solved by the independent claims. Advantageous embodiments are u. a. in the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung einer Trajektorie für die Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs (insbesondere eines Straßen-Kraftfahrzeugs) beschrieben. Das Verfahren kann beispielsweise auf einem Steuergerät des Fahrzeugs aufgeführt werden. Die ermittelte Trajektorie, insbesondere eine ermittelte Soll-Trajektorie, kann dazu verwendet werden, eine automatische Unterstützung eines Fahrers des Fahrzeugs in Bezug auf die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs bereitzustellen. Insbesondere kann in Abhängigkeit von der ermittelten Soll-Trajektorie eine Lenkvorgabe für eine Hilfskraftlenkung (Electronic Power Steering) des Fahrzeugs und/oder eine Verzögerungsvorgabe für eine Bremsanlage des Fahrzeugs und/oder ein Vorgabe für einen Antrieb des Fahrzeugs bestimmt und ggf. geregelt werden.According to one aspect, a method for determining a trajectory for the longitudinal and / or transverse guidance of a vehicle (in particular a road motor vehicle) is described. The method can be listed, for example, on a control unit of the vehicle. The determined trajectory, in particular a determined target trajectory, can be used to provide automatic assistance to a driver of the vehicle with regard to the longitudinal and / or transverse guidance of the vehicle. In particular, depending on the determined desired trajectory, a steering input for an auxiliary power steering (Electronic Power Steering) of the vehicle and / or a deceleration specification for a brake system of the vehicle and / or a specification for a drive of the vehicle can be determined and possibly regulated.
Das Verfahren kann das Ermitteln von Umfelddaten von ein oder mehreren Umfeldsensoren des Fahrzeugs umfassen. Die Umfelddaten können durch ein Umfeldmodel (UFM) des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Beispielsweise kann das Fahrzeug ein oder mehrere Kameras, ein oder mehrere Radarsensoren und/oder ein oder mehrere Lidarsensoren als Umfeldsensoren umfassen. Die Umfelddaten können Informationen bzgl. der Umgebung vor, seitlich neben und/oder hinter dem Fahrzeug umfassen. Auf Basis der Umfelddaten können so ein oder mehrere Objekte (und deren Position) in der Umgebung des Fahrzeugs detektiert werden. Beispielsweise kann ein Hindernis auf einer Straße vor dem Fahrzeug (welches auch als Ego-Fahrzeug bezeichnet wird) detektiert werden. Das Verfahren kann in einem solchen Fall eine Trajektorie für das Fahrzeug ermitteln, anhand der eine Kollision mit dem Hindernis vermieden werden kann. Desweiteren können z. B. weitere Fahrzeuge in der Umgebung des Fahrzeugs (z. B. auf anderen Fahrspuren) detektiert werden. Die Trajektorie kann derart ermittelt werden, dass es bei Umsetzung der Trajektorie zu keiner Kollision mit den weiteren Fahrzeugen kommt.The method may include determining environmental data from one or more environmental sensors of the vehicle. The environment data can be provided by an environment model (UFM) of the vehicle. For example, the vehicle may include one or more cameras, one or more radar sensors, and / or one or more lidar sensors as environment sensors. The environment data may include information regarding the environment in front of, beside and / or behind the vehicle. On the basis of the environmental data, one or more objects (and their position) can be detected in the surroundings of the vehicle. For example, an obstacle on a road in front of the vehicle (which is also referred to as an ego vehicle) can be detected. In such a case, the method can determine a trajectory for the vehicle, by means of which a collision with the obstacle can be avoided. Furthermore, z. B. further vehicles in the vicinity of the vehicle (eg., On other lanes) are detected. The trajectory can be determined in such a way that, when the trajectory is implemented, no collision occurs with the other vehicles.
Das Verfahren umfasst weiter das Durchführen einer globalen Planung, um in Abhängigkeit von den ein oder mehreren detektierten Objekten eine Vielzahl von potentiell möglichen Fahrmanövern zu ermitteln. Die potentiell möglichen Fahrmanöver können derart ermittelt werden, dass gewährleistet ist, dass die potentiell möglichen Fahrmanöver durch das Fahrzeug gefahren werden können (z. B. unter Berücksichtigung einer maximal möglichen Beschleunigung des Fahrzeugs sowie der Kollsionsfreiheit).The method further comprises performing global planning to determine a plurality of potentially possible driving maneuvers in dependence on the one or more detected objects. The potentially possible driving maneuvers can be determined in such a way that it is ensured that the potentially possible driving maneuvers can be driven through the vehicle (eg taking into account a maximum possible acceleration of the vehicle and the freedom from collision).
Im Rahmen der globalen Planung kann z. B. eine Vielzahl von unterschiedlichen örtlichen Zielbereichen für das Fahrzeug, auf Basis der Umfelddaten und unter Berücksichtigung (zumindest eines Teils) der ein oder mehreren detektierten Objekte, ermittelt werden. Die örtlichen Zielbereiche können disjunkt voneinander sein. Die örtlichen Zielbereiche können beispielsweise unterschiedliche Bereiche darstellen, zu denen das Ego-Fahrzeug fahren kann, um eine Kollision mit einem detektierten Hindernis zu vermeiden. Für jeden Zielbereich kann ein potentiell mögliches Fahrmanöver ermittelt werden.In the context of global planning can z. B. a plurality of different local target areas for the vehicle, on the basis of the environment data and taking into account (at least a part) of the one or more detected objects, are determined. The local target areas may be disjoint. For example, the local target areas may represent different areas to which the ego vehicle may travel to avoid collision with a detected obstacle. For each target area a potentially possible driving maneuver can be determined.
Die Vielzahl von potentiell möglichen Fahrmanövern kann z. B. einen Spurwechsel des Fahrzeugs auf eine links gelegene Fahrspur einer mehrspurigen Straße umfassen. Der entsprechende Zielbereich kann dabei auf der vom Ego-Fahrzeug links gelegenen Fahrspur liegen. Alternativ oder ergänzend kann die Vielzahl von potentiell möglichen Fahrmanövern einen Spurwechsel des Fahrzeugs auf eine rechts gelegene Fahrspur der mehrspurigen Straße umfassen. Der entsprechende Zielbereich kann dabei auf der rechts gelegenen Fahrspur liegen. Alternativ oder ergänzend kann die Vielzahl von potentiell möglichen Fahrmanövern eine Verzögerung oder Beschleunigung auf einer aktuell befahrenen Straße umfassen. Der entsprechende Zielbereich kann dabei auf einer Fahrspur des Ego-Fahrzeugs vor einer aktuellen Position des Ego-Fahrzeugs liegen.The variety of potentially possible driving maneuvers can be z. B. a lane change of the vehicle to a left lane one include multi-lane road. The corresponding target area can lie on the left lane of the ego vehicle. Alternatively or additionally, the plurality of potentially possible driving maneuvers may include a lane change of the vehicle to a right lane of the multi-lane road. The corresponding target area can lie on the right-hand lane. Alternatively or additionally, the plurality of potentially possible driving maneuvers may include a deceleration or acceleration on a currently traveled road. The corresponding target area can lie on a lane of the ego vehicle in front of a current position of the ego vehicle.
Das Verfahren umfasst weiter das Auswählen eines Fahrmanövers aus der Vielzahl von potentiell möglichen Fahrmanövern. Beispielsweise kann dazu ein Wert eines globalen Auswahlmaßes für jede der Vielzahl von potentiell möglichen Fahrmanövern ermittelt werden. Das globale Auswahlmaß kann z. B. von einer Kollisionswahrscheinlichkeit des Fahrzeugs mit den ein oder mehreren detektierten Objekten abhängen. Das globale Auswahlmaß kann somit z. B. dazu verwendet werden, ein Kollisionsrisiko des Ego-Fahrzeugs zu reduzieren. Alternativ oder ergänzend kann ein globales Auswahlmaß definiert werden, welches darauf ausgerichtet ist, einen Komfort für die Insassen des Fahrzeugs oder eine Sportlichkeit der Fahrweise des Fahrzeugs zu erhöhen. Das Fahrmanöver kann auf Basis der Werte des globalen Auswahlmaßes für die Vielzahl von potentiell möglichen Fahrmanövern ausgewählt werden. Insbesondere kann das Fahrmanöver mit dem höchsten oder niedrigsten Wert des globalen Auswahlmaßes ausgewählt werden.The method further includes selecting a driving maneuver from the plurality of potentially possible driving maneuvers. For example, a value of a global selection measure for each of the plurality of potentially possible driving maneuvers can be determined for this purpose. The global selection measure can, for. B. depending on a collision probability of the vehicle with the one or more detected objects. The global selection size can thus z. B. can be used to reduce the risk of collision of the ego vehicle. Alternatively or additionally, a global selection measure can be defined, which is aimed at increasing comfort for the occupants of the vehicle or sportiness of the driving style of the vehicle. The driving maneuver can be selected on the basis of the values of the global selection measure for the multiplicity of potentially possible driving maneuvers. In particular, the driving maneuver with the highest or lowest value of the global selection measure can be selected.
Im Rahmen der globalen Planung kann somit aus einer Vielzahl von möglichen Zielbereichen/Fahrmanövern, ein einziger Zielbereich/ein einziges Fahrmanöver ausgewählt werden. Die Ermittlung einer Soll-Trajektorie kann dann auf den ausgewählten Zielbereich/auf das ausgewählte Fahrmanöver beschränkt werden. Somit kann der Lösungsraum für mögliche Trajektorien substantiell verkleinert werden, was zu einer Reduzierung des Rechenaufwands für die Ermittlung der Soll-Trajektorie führt. Gleichzeitig kann durch eine geeignete Auswahl des Zielbereichs/der Soll-Trajektorie (z. B. durch eine Auswahl mittels eines globalen Auswahlmaßes) sichergestellt werden, dass weiterhin eine (nahezu) optimale Soll-Trajektorie ermittelt werden kann.In the context of global planning, a single target area / a single driving maneuver can thus be selected from a large number of possible target areas / driving maneuvers. The determination of a desired trajectory can then be limited to the selected target area / driving maneuver. Thus, the solution space for possible trajectories can be substantially reduced, which leads to a reduction of the computational effort for the determination of the desired trajectory. At the same time, it can be ensured by a suitable selection of the target area / target trajectory (for example by a selection by means of a global selection criterion) that an (almost) optimal target trajectory can continue to be determined.
Das Verfahren umfasst weiter das Durchführen einer lokalen Planung, um für das ausgewählte Fahrmanöver eine Soll-Trajektorie für die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs zu ermitteln. Insbesondere kann die lokale Planung auf das ausgewählte Fahrmanöver beschränkt werden. Mit anderen Worten, es kann ausschließlich für das ausgewählte Fahrmanöver/den ausgewählten Zielbereich eine Soll-Trajektorie berechnet werden. Somit kann der Rechenaufwand für die Ermittlung der Soll-Trajektorie reduziert werden.The method further comprises performing a local planning to determine a desired trajectory for the longitudinal and / or transverse guidance of the vehicle for the selected driving maneuver. In particular, the local planning can be limited to the selected driving maneuver. In other words, a desired trajectory can be calculated exclusively for the selected driving maneuver / the selected target area. Thus, the computational effort for the determination of the desired trajectory can be reduced.
Das Durchführen der globalen Planung kann das Ermitteln einer Vielzahl von vorläufigen Trajektorien für die entsprechende Vielzahl von potentiell möglichen Fahrmanövern umfassen. Dabei kann für jedes potentiell mögliche Fahrmanöver genau eine (repräsentative) vorläufige Trajektorie ermittelt werden. Der Wert des globalen Auswahlmaßes kann z. B. auf Basis der vorläufigen Trajektorie eines potentiell möglichen Fahrmanövers ermittelt werden. Somit können die vorläufigen Trajektorien dazu verwendet werden, ein bestimmtes Fahrmanöver auszuwählen. Aufgrund der limitierten Anzahl von Trajektorien, die für ein Fahrmanöver ermittelt werden, kann die Auswahl eines Fahrmanövers in effizienter Weise erfolgen.Performing the global scheduling may include determining a plurality of preliminary trajectories for the corresponding plurality of potentially possible driving maneuvers. In this case, exactly one (representative) provisional trajectory can be determined for each potentially possible driving maneuver. The value of the global selection measure can be z. B. based on the provisional trajectory of a potentially possible driving maneuver can be determined. Thus, the preliminary trajectories can be used to select a particular driving maneuver. Due to the limited number of trajectories that are determined for a driving maneuver, the selection of a driving maneuver can be done efficiently.
Desweiteren kann ein Modell zur Beschreibung einer vorläufigen Trajektorie verwendet werden, welches eine geringere Anzahl von Parametern aufweist als ein Modell zur Beschreibung der Soll-Trajektorie. Alternativ oder ergänzend kann im Rahmen der globalen Planung eine geringere Anzahl an Trajektorien ermittelt werden als bei der Ermittlung der Soll-Trajektorie bzw. zur Ermittlung einer vorläufigen Trajektorie kann eine geringere Anzahl von Trajektorien ermittelt werden als für die Ermittlung der Soll-Trajektorie. Wie in diesem Dokument dargelegt, können im Rahmen der Ermittlung einer möglichst optimalen Trajektorie eine Vielzahl von unterschiedlichen Trajektorien für unterschiedliche Annahmen (z. B. für unterschiedlichen Annahmen bzgl. eines Endzustands einer Trajektorie) ermittelt werden. Dabei kann die Anzahl von ermittelten unterschiedlichen Trajektorien (und damit die Anzahl der Annahmen) für eine vorläufige Trajektorie (bei der globalen Planung) geringer sein als für eine Soll-Trajektorie (bei der lokalen Planung). Mit anderen Worten, die vorläufigen Trajektorien können mit einer geringeren Genauigkeit ermittelt werden, als die von dem Verfahren bereitgestellte Soll-Trajektorie. Bei dem Modell zur Beschreibung einer Trajektorie kann es sich z. B. um ein Polynom einer bestimmten Ordnung handeln. Die Ordnung, welche für vorläufige Trajektorien verwendet wird, kann geringer sein als die Ordnung, die für die Soll-Trajektorie verwendet wird. Durch die Verwendung von vereinfachten Modellen zur Beschreibung der vorläufigen Trajektorie kann der Rechenaufwand der globalen Planung weiter reduziert werden.Furthermore, a model for describing a preliminary trajectory may be used, which has a smaller number of parameters than a model for describing the desired trajectory. Alternatively or additionally, a smaller number of trajectories can be determined in the context of global planning than in determining the desired trajectory or for determining a preliminary trajectory, a smaller number of trajectories can be determined than for determining the desired trajectory. As explained in this document, in the context of determining the best possible trajectory, a large number of different trajectories can be determined for different assumptions (eg for different assumptions with respect to a final state of a trajectory). The number of determined different trajectories (and thus the number of assumptions) for a provisional trajectory (in global planning) may be lower than for a desired trajectory (in local planning). In other words, the preliminary trajectories can be determined with a lower accuracy than the desired trajectory provided by the method. In the model for describing a trajectory, it may, for. B. can be a polynomial of a certain order. The order used for preliminary trajectories may be less than the order used for the desired trajectory. By using simplified models to describe the preliminary trajectory, the computational burden of global planning can be further reduced.
Die Vielzahl von potentiell möglichen Fahrmanövern kann mindestens ein potentiell mögliches Fahrmanöver für ein Fahren des Fahrzeugs (insbesondere für ein Vorwärtsfahren auf einer Straße) und mindestens ein potentiell mögliches Fahrmanöver für ein Parken des Fahrzeugs (insbesondere für ein Einparken) umfassen. Es können somit im Rahmen der globalen Planung immer die Fälle „Fahren” und „Parken” gleichzeitig betrachtet werden. Bei der Auswahl eines relevanten Fahrmanövers kann dann immer einer der beiden Fälle ausgeschlossen werden. Dennoch kann durch die parallele Betrachtung der Fälle „Fahren” und „Parken” ein fließender Übergang bei der Unterstützung des Fahrers zwischen den beiden Fällen bereitgestellt werden.The plurality of potentially possible driving maneuvers may include at least one potentially possible driving maneuver for driving the vehicle (in particular for driving forward on a road) and at least one potentially possible driving maneuver for parking the vehicle (in particular for parking). Thus, in the context of global planning, the cases "driving" and "parking" can always be considered simultaneously. When selecting a relevant driving maneuver can then always one of the two cases be excluded. Nevertheless, by considering the cases "driving" and "parking" in parallel, a smooth transition can be provided in assisting the driver between the two cases.
Das Detektieren von ein oder mehreren Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs kann das Detektieren von ein oder mehreren Objekten umfassen, die für ein Fahrmanöver beim Fahren des Fahrzeugs relevant sind. Desweiteren kann das Detektieren von ein oder mehreren Objekten das Detektieren von ein oder mehreren Objekten umfassen, die für ein Fahrmanöver beim Parken des Fahrzeugs relevant sind. Allgemeiner ausgedrückt, es können für die unterschiedlichen potentiell möglichen Fahrmanöver unterschiedliche ein oder mehrere Objekte detektiert werden, die für das jeweilige Fahrmanöver relevant sind. Im Rahmen der lokalen Planung können dann nur die ein oder mehreren Objekte berücksichtigt werden, die für das ausgewählte Fahrmanöver relevant sind. Die anderen Objekte in der Umgebung des Ego-Fahrzeugs können unberücksichtigt bleiben. So kann der Rechenaufwand für die Ermittlung einer Soll-Trajektorie im Rahmen der lokalen Planung reduziert werden.Detecting one or more objects in the environment of the vehicle may include detecting one or more objects that are relevant to a driving maneuver while driving the vehicle. Furthermore, detecting one or more objects may include detecting one or more objects that are relevant to a driving maneuver when parking the vehicle. More generally, different one or more objects that are relevant to the respective driving maneuver can be detected for the different potentially possible driving maneuvers. In the context of local planning, only the one or more objects that are relevant for the selected driving maneuver can then be taken into account. The other objects around the ego vehicle may be disregarded. Thus, the computational effort for the determination of a desired trajectory in the context of local planning can be reduced.
Das Durchführen der lokalen Planung kann das Ermitteln eines Anwendungsbereichs der Soll-Trajektorie umfassen. Der Anwendungsbereich kann dabei eine automatische Unterstützung nur für die Längsführung des Fahrzeugs (und nicht für die Querführung des Fahrzeugs), eine automatische Unterstützung nur für die Querführung des Fahrzeugs (und nicht für die Längsführung des Fahrzeugs), oder eine automatische Unterstützung sowohl für die Längsführung als auch für die Querführung des Fahrzeugs umfassen. Der Anwendungsbereich kann beispielsweise von einer Fahrerassistenzfunktion abhängen, für die die Soll-Trajektorie ermittelt wird. Beispielsweise kann bei einem Ausweichassistenten eine Soll-Trajektorie nur zur Unterstützung der Querführung des Fahrzeugs oder eine Soll-Trajektorie nur zur Unterstützung der Längsführung des Fahrzeugs ermittelt werden. Die Soll-Trajektorie kann dann in Abhängigkeit von (d. h. unter Berücksichtigung von) dem Anwendungsbereich ermittelt werden. Insbesondere kann durch die Berücksichtigung des jeweiligen Anwendungsbereichs im Mittel der Rechenaufwand zur Ermittlung der Soll-Trajektorie reduziert werden.Performing the local planning may include determining an application range of the desired trajectory. The scope of application may include automatic support only for the longitudinal guidance of the vehicle (and not for the lateral guidance of the vehicle), automatic support only for the lateral guidance of the vehicle (and not for the longitudinal guidance of the vehicle), or automatic support for both the longitudinal guidance as well as for the transverse guidance of the vehicle. The application area may depend, for example, on a driver assistance function for which the desired trajectory is determined. For example, in the case of an evasion assistant, a desired trajectory can be determined only to support the transverse guidance of the vehicle or a desired trajectory only to support the longitudinal guidance of the vehicle. The desired trajectory can then be determined as a function of (that is to say taking into account) the field of application. In particular, by taking into account the respective field of application, on average the computational outlay for determining the desired trajectory can be reduced.
Das Durchführen der lokalen Planung kann das Ermitteln einer Vielzahl von möglichen Trajektorien für das ausgewählte Fahrmanöver umfassen. Die möglichen Trajektorien können gemäß der für die Soll-Trajektorie erforderlichen Genauigkeit ermittelt werden. Durch die Ermittlung einer Vielzahl von unterschiedlichen möglichen Trajektorien kann sichergestellt werden, dass eine möglichst optimale Soll-Trajektorie (z. B. optimal in Hinblick auf eine Kollisionsvermeidung, den Komfort und/oder die Sportlichkeit) ermittelt werden kann. Die Soll-Trajektorie kann aus der Vielzahl von möglichen Trajektorien ausgewählt werden.Performing the local planning may include determining a plurality of possible trajectories for the selected driving maneuver. The possible trajectories can be determined according to the accuracy required for the desired trajectory. By determining a multiplicity of different possible trajectories, it is possible to ensure that the best possible desired trajectory (for example, optimally with regard to collision avoidance, comfort and / or sportiness) can be determined. The desired trajectory can be selected from the multiplicity of possible trajectories.
Das Ermitteln einer möglichen Trajektorie für das ausgewählte Fahrmanöver kann das Ermitteln von Anfangswerten für eine Vielzahl von Zustandsgrößen des Fahrzeugs an einem Anfangszeitpunkt der möglichen Trajektorie umfassen. Dabei kann die Vielzahl von Zustandsgrößen eine Position des Fahrzeugs, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Beschleunigung des Fahrzeugs und/oder einen Ruck des Fahrzeugs umfassten. Die Anfangswerte können sich aus dem aktuellen Zustand des Fahrzeugs ergeben. Desweiteren können Endwerte zu einem Endzeitpunkt der möglichen Trajektorie für die Vielzahl von Zustandsgrößen des Fahrzeugs ermittelt werden. Die Endwerte können sich z. B. aus der globalen Planung ergeben. Desweiteren kann die mögliche Trajektorie auf Basis der Anfangswerte, der Endwerte, dem Endzeitpunkt und auf Basis von einem Polynom mit 7. oder höherer/niedrigerer Ordnung bestimmt werden. Zur Berücksichtigung des Rucks ist dabei mindestens ein Polynom mit 7. Ordnung erforderlich. Dabei kann anhand des Polynoms die Position des Fahrzeugs entlang der möglichen Trajektorie bestimmt werden. Die Koeffizienten des Polynoms können auf Basis der Anfangswerte und der Endwerte ermittelt werden.Determining a possible trajectory for the selected driving maneuver may include determining initial values for a plurality of state variables of the vehicle at an initial instant of the possible trajectory. In this case, the plurality of state variables may include a position of the vehicle, a speed of the vehicle, an acceleration of the vehicle and / or a jerk of the vehicle. The initial values can result from the current state of the vehicle. Furthermore, end values can be determined at an end time of the possible trajectory for the plurality of state variables of the vehicle. The final values can be z. B. from global planning. Furthermore, the possible trajectory can be determined on the basis of the initial values, the end values, the end time and on the basis of a polynomial of the 7th or higher / lower order. To account for the jerk, at least one polynomial of 7th order is required. In this case, the position of the vehicle along the possible trajectory can be determined on the basis of the polynomial. The coefficients of the polynomial can be determined on the basis of the initial values and the final values.
Insbesondere können im Rahmen der lokalen Planung ein oder mehrere fahrdynamische Randbedingungen (z. B. Reibwert) ermittelt werden. Desweiteren können Randbedingung in Bezug auf eine Kollisionsfreiheit mit ein oder mehreren Objekten entlang der Soll-Trajektorie ermittelt und berücksichtigt werden. Die Soll-Trajektorie kann in Abhängigkeit von den ein oder mehreren fahrdynamischen Randbedingungen und mit Hinblick auf Kollisionsfreiheit ausgewählt werden. Somit kann sichergestellt werden, dass die ausgewählte Soll-Trajektorie auch tatsächlich durch das Fahrzeug umgesetzt werden kann.In particular, within the framework of local planning, one or more driving-dynamic boundary conditions (eg coefficient of friction) can be determined. Furthermore, boundary conditions with respect to a collision freedom with one or more objects along the desired trajectory can be determined and taken into account. The desired trajectory can be selected as a function of the one or more driving dynamic boundary conditions and with regard to freedom from collision. Thus, it can be ensured that the selected target trajectory can actually be implemented by the vehicle.
Alternativ oder ergänzend können im Rahmen der lokalen Planung Werte eines lokalen Auswahlmaßes für ein oder mehrere der Vielzahl von möglichen Trajektorien ermittelt werden. Das lokale Auswahlmaß kann von einer Kollisionswahrscheinlichkeit des Fahrzeugs mit den ein oder mehreren detektierten (und ggf. für das ausgewählte Fahrmanöver relevanten) Objekten abhängig sein. Die Soll-Trajektorie kann in Abhängigkeit von dem lokalen Auswahlmaß ausgewählt werden. So kann sichergestellt werden, dass durch die ausgewählte Soll-Trajektorie eine kollisionsfreie Unterstützung der Längs-/Querführung des Fahrzeugs erfolgt.Alternatively or additionally, as part of the local planning, values of a local selection measure for one or more of the plurality of possible trajectories can be determined. The local selection measure can be dependent on a collision probability of the vehicle with the one or more detected (and possibly relevant for the selected driving maneuver) objects. The desired trajectory can be selected as a function of the local selection measure. Thus it can be ensured that by the selected desired trajectory collision-free support of the longitudinal / lateral guidance of the vehicle takes place.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Trajektorie für die Quer- und/oder Längsführung eines Fahrzeugs beschrieben. Die Vorrichtung kann weiter eingerichtet sein, die Quer- und/oder Längsführung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von einer ermittelten Soll-Trajektorie zu unterstützen. Insbesondere kann die Vorrichtung einen Regler umfassen, der das Fahrzeug veranlasst, gemäß der ermittelten Soll-Trajektorie zu fahren. According to a further aspect, a device for determining a trajectory for the transverse and / or longitudinal guidance of a vehicle is described. The device can also be set up to support the transverse and / or longitudinal guidance of the vehicle as a function of a determined desired trajectory. In particular, the device may include a controller that causes the vehicle to travel in accordance with the determined desired trajectory.
Die Vorrichtung ist eingerichtet, Umfelddaten von ein oder mehreren Umfeldsensoren des Fahrzeugs und/oder von einem Umfeldmodell des Fahrzeugs zu empfangen, und auf Basis der Umfelddaten, ein oder mehrere Objekte in einer Umgebung des Fahrzeugs zu detektieren Die Vorrichtung ist weiter eingerichtet, eine globale Planung durchzuführen, um in Abhängigkeit von den ein oder mehreren detektierten Objekten eine Vielzahl von potentiell möglichen Fahrmanövern zu ermitteln, und ein Fahrmanöver aus der Vielzahl von potentiell möglichen Fahrmanövern auszuwählen. Außerdem ist die Vorrichtung eingerichtet, eine lokale Planung durchzuführen, um für das ausgewählte Fahrmanöver eine Soll-Trajektorie für die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs zu ermitteln.The device is configured to receive environmental data from one or more environmental sensors of the vehicle and / or from an environmental model of the vehicle, and based on the environmental data to detect one or more objects in an environment of the vehicle. The device is further equipped with global planning in order to determine a plurality of potentially possible driving maneuvers in dependence on the one or more detected objects, and to select a driving maneuver from the plurality of potentially possible driving maneuvers. In addition, the device is set up to carry out local planning in order to determine a desired trajectory for the longitudinal and / or transverse guidance of the vehicle for the selected driving maneuver.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung einer Trajektorie für die Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Anfangswerten für eine Vielzahl von Zustandsgrößen des Fahrzeugs. Die Vielzahl von Zustandsgrößen umfasst dabei eine Position des Fahrzeugs, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Beschleunigung des Fahrzeugs und einen Ruck des Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst weiter das Ermitteln von Endwerten zu einem Endzeitpunkt der Trajektorie für die Vielzahl von Zustandsgrößen des Fahrzeugs. Außerdem umfasst das Fahrzeug das Bestimmen einer Trajektorie auf Basis der Anfangswerte, der Endwerte, dem Endzeitpunkt und auf Basis von einem Polynom mit 7. oder höherer Ordnung.According to one aspect, a method for determining a trajectory for the longitudinal and / or transverse guidance of a vehicle is described. The method includes determining initial values for a plurality of state variables of the vehicle. The plurality of state variables includes a position of the vehicle, a speed of the vehicle, an acceleration of the vehicle and a jerk of the vehicle. The method further comprises determining end values at an end time of the trajectory for the plurality of state variables of the vehicle. In addition, the vehicle includes determining a trajectory based on the initial values, the end values, the end time, and a polynomial of the seventh or higher order.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (z. B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung zur Ermittlung einer Trajektorie für die Quer- und/oder Längsführung des Fahrzeugs umfasst.In another aspect, a vehicle (eg, a passenger car, a lorry, or a motorcycle) is described that includes the apparatus for determining a trajectory for the lateral and / or longitudinal guidance of the vehicle described in this document.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z. B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.In another aspect, a software (SW) program is described. The SW program may be set up to run on a processor (eg, on a control device of a vehicle) and thereby perform the method described in this document.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.In another aspect, a storage medium is described. The storage medium may include a SW program that is set up to run on a processor and thereby perform the method described in this document.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigtIt should be understood that the methods, devices and systems described herein may be used alone as well as in combination with other methods, devices and systems described in this document. Furthermore, any aspects of the methods, apparatus, and systems described herein may be combined in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined in a variety of ways. Furthermore, the invention will be described in more detail with reference to exemplary embodiments. It shows
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der technischen Aufgabe den Rechenaufwand für die Ermittlung einer Trajektorie eines Fahrzeugs (welches auch als Ego-Fahrzeug bezeichnet wird) zu reduzieren. In diesem Zusammenhang zeigt
Es wird daher ein schrittweises Vorgeben vorgeschlagen. Insbesondere wird vorgeschlagen, in einer globalen Planung einen Zielbereich aus einer Vielzahl von Zielbereichen auszuwählen. Beispielsweise kann im Rahmen der globalen Planung ermittelt werden, ob ein Längsmanöver stattfinden soll (z. B. ein Verbleib auf der gleichen Fahrbahn) oder ob ein Quermanöver stattfinden soll (z. B. ein Wechsel auf eine benachbarte Fahrbahn). Im Rahmen der globalen Planung kann z. B. für jede einer Vielzahl von möglichen Zielbereichen und/oder Fahrmanövern eine vorläufige Trajektorie ermittelt werden. In dem in
Die globale Planung kann dabei eine Trajektorienplanung mit reduzierter Genauigkeit umfassen. Beispielsweise kann bei der globalen Planung eine vorläufige Trajektorie
Bei der globalen Planung kann der gesamte zu Verfügung stehende Lösungsraum eingeschränkt werden, um den Aufwand für eine optimale Trajektorie
Beispielsweise kann bei der globalen Planung wie folgt vorgegangen werden: In einem ersten Schritt werden pro Fahrspur ein Vorderfahrzeug
Auf Basis der ermittelten vorläufigen Trajektorien
In dem in
Durch die Aufteilung der Trajektorienplanung in eine globale Planung und in eine anschließende lokale Planung kann der Aufwand zu Ermittlung einer (möglichst) optimalen Trajektorie
Eine Koordinator-Einheit
In den Unterblöcken
Die Auswahl kann z. B. in Abhängigkeit von ein oder mehreren Fahrerassistenzfunktionen des Fahrzeugs
In Abhängigkeit von der ausgewählten Kombination in Bezug auf die Längsführung/Querführung (d. h. in Abhängigkeit von dem Anwendungsbereich der zu ermittelnden Trajektorie) kann dann durch die Trajektorien-Berechnungseinheit
In einer ersten Auswahleinheit
In einer zweiten Auswahleinheit
Die so ermittelte Soll-Trajektorie
Die Planung einer Trajektorie
- • ein Korridorverlauf für ein Fahrmanöver;
- • eine Zieltrajektorie innerhalb des Korridors eines Fahrmanövers;
- • die Definition/Festlegung von statischen und dynamischen Objekten für eine globale Kollisionsprüfung im Rahmen der globalen Planung;
- • die Definition/Festlegung darüber, welcher Teil eines Korridors eines Fahrmanövers auf Kollisionen geprüft werden soll;
- • die Definition/Festlegung, ob die Möglichkeit von Kollisionen mit einzelnen Objekten geprüft werden soll;
- • die Definition des Verhaltens des Verfahrens bei Vorliegen einer ermittelten Kollision;
- • Festlegen eines Toleranzbandes für die
Ermittlung einer Trajektorie 111 ,112 ; - • Vorgabe, ob eine Trajektorie für die Längs- und/oder Querführung des
Fahrzeugs 100 ermittelt werden soll; - • Festlegen eines Kollisionsraums, der zu berücksichtigen ist; und/oder
- • Festlegen eines Planungshorizonts für die
Ermittlung einer Trajektorie 111 ,112 .
- • a corridor course for a driving maneuver;
- A target trajectory within the corridor of a driving maneuver;
- • the definition / definition of static and dynamic objects for a global collision check in the context of global planning;
- • the definition / determination of which part of a corridor of a driving maneuver should be checked for collisions;
- • the definition / determination of whether the possibility of collisions with individual objects should be checked;
- • the definition of the behavior of the procedure in the event of a detected collision;
- • Defining a tolerance band for the determination of a
trajectory 111 .112 ; - • Specification, whether a trajectory for the longitudinal and / or transverse guidance of the
vehicle 100 to be determined; - • defining a collision space to be considered; and or
- • Defining a planning horizon for the determination of a
trajectory 111 .112 ,
Die Entkrümmung ist beispielhaft in
Die Bestimmung einer Trajektorie
Zur Sicherstellung der Konvergenz der Optimierung und zur Bestimmung des globalen Optimums ist typischerweise die Konvexität des Optimierungsproblems nachzuweisen, was aufgrund der vorliegenden Nebenbedingungen typischerweise nicht gewährleistet werden kann. Somit müsste die Optimierung mit unterschiedlichen Initialbedingungen durchgeführt werden, um letztendlich das beste Ergebnis zu erreichen. Desweiteren ist bei Anwendung eines Optimierungsalgorithmus die maximale Anzahl an Iterationen und damit die erforderliche Rechenzeit schwer abzuschätzen, was für ein Steuergerät eines Fahrzeugs
Aus den genannten Gründen wird im Folgenden eine alternative Lösung des Optimierungsproblems herangezogen, welche die Struktur des gesamten Optimierungsproblems und das Wissen über die Beschränktheit der möglichen Lösungen ausnutzt. Damit kann eine erhebliche Reduktion des Rechenaufwands erreicht werden.For the reasons mentioned above, an alternative solution to the optimization problem is used below, which makes use of the structure of the entire optimization problem and the knowledge of the limitedness of the possible solutions. This can be a significant reduction of the computational effort can be achieved.
Die Quer- und Längsbewegung eines Fahrzeugs
Das insbesondere für die Querplanung verwendete Integratorsystem kann wie folgt definiert werden: wobei die Eingangsröße u der Ableitung des Rucks
Es kann gezeigt werden, dass sich der Zustandsvektor x(t) ergibt als It can be shown that the state vector x (t) results as
Dabei beschreiben die o. g. Gleichungen ein Polynom 7. Ordnung in Bezug auf den räumlichen Verlauf x1(t).The equations above describe a polynomial of the 7th order with respect to the spatial course x 1 (t).
Zur Lösung des Optimierungsproblems basierend auf einem Polynom 7. Ordnung kann folgendes Gütefunktional zugrundegelegt werden: To solve the optimization problem based on a polynomial of 7th order, the following quality functional can be used:
Die Parameter c0123 T = [c0, c1, c2, c3] berechnen sich aus den Anfangsbedingungen x(0) = x0 der Trajektorie
Die Parameter c4567 T = [c4, c5, c6, c7] berechnen sich aus den Endbedingungen x(tf) der Trajektorie
Die Endbedingungen können, wie in der obigen Formel, vorgegeben werden. Alternativ kann ein Referenzverlauf beschrieben durch xref = [x1,ref, x2,ref, x3,ref, x4,ref]T vorgegeben werden. Das Optimierungsziel liegt in dem Fall darin möglichst nahe an diesen Referenzverlauf zu kommen. In diesem Fall können die Parameter c4567 T wie folgt berechnet werden: The final conditions can be specified as in the above formula. Alternatively, a reference profile described by x ref = [x 1, ref , x 2, ref , x 3, ref , x 4, ref ] T can be specified. The optimization goal is to come as close as possible to this reference curve. In this case, the parameters c 4567 T can be calculated as follows:
Das Optimierungsproblem besteht nun darin sowohl die Endzeit bzw. den Endzeitpunkt tf als auch ggf. den Endzustand x(tf) für eine optimale Trajektorie
Insbesondere zur Berechnung einer Quer-Trajektorie können Polynome 7. Ordnung gewählt werden, um so die 3. Ableitung der Trajektorie
Als Auswahlmaß oder als Gütemaß für die Ermittlung einer Trajektorie
Dabei bewertet der erste Ausdruck, die Entwicklung der Ableitung des Rucks entlang der Trajektorie
Die Längsplanung kann in ähnlicher Weise erfolgen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass für die Längsplanung ein Polynom 4. oder 5. Ordnung ausreichend ist. Desweiteren kann durch eine Kombination (z. B. eine Summenbildung) der Auswahlmaße für die Querführung und für die Längsführung eine kombinierte Längs- und Querplanung erfolgen.The longitudinal planning can be done in a similar way. However, it has been shown that a 4th or 5th order polynomial is sufficient for longitudinal planning. Furthermore, a combination (eg a summation) of the selection dimensions for the transverse guidance and for the longitudinal guidance can be combined with longitudinal and lateral planning.
Zur Ermittlung einer optimalen Trajektorie, kann das Auswahlmaß J für unterschiedliche Werte von tf und/oder für unterschiedliche Endzustände x(tf) berechnet werden. Dazu können die o. g. Formeln verwendet werden. Es ergibt sich somit ein Verlauf des Auswahlmaßes J, wobei ein Minimalwert des Auswahlmaßes J den optimalen Wert für die Zeit tf und/oder für den Endzustand x(tf) angibt. In einem weiteren Schritt können dann ein oder mehrere Nebenbedingungen berücksichtigt werden.To determine an optimal trajectory, the selection measure J can be calculated for different values of t f and / or for different final states x (t f ). The above formulas can be used for this. This results in a course of the selection measure J, wherein a minimum value of the selection measure J indicates the optimum value for the time t f and / or for the final state x (t f ). In a further step, one or more secondary conditions can then be taken into account.
Die Nebenbedingungen können somit nachgelagert an die Optimierung berücksichtigt werden. Dazu kann die im Sinne des Kostenfunktionals J (d. h. des Auswahlmaßes) beste Trajektorie
Als Nebenbedingungen können Aktuator- und Fahrdynamikbegrenzungen berücksichtigt werden. Desweiteren kann die Kollisionsfreiheit mit prädizierten Objekttrajektorien von anderen Objekten/Fahrzeugen
Das in
Das Verfahren
Zur Ermittlung einer optimalen (Zustands-)Trajektorie
Die ermittelte Trajektorie
Somit können im Rahmen einer lokalen Planung präzise Soll-Trajektorien
Die in diesem Dokument beschriebene Struktur für die Ermittlung einer Trajektorie
Ggf. kann die Ermittlung einer Trajektorie an die Einstellung einer Fahrerpräferenz angepasst werden (z. B. an einen eingestellten Fahrerlebnisschalter). Beispielsweise kann ein Fahrer eine komfortable, eine ökonomische oder eine sportliche Einstellung des Fahrzeugs auswählen. Die Trajektorie kann dann in Abhängigkeit von einer derartigen Einstellung ermittelt werden.Possibly. the determination of a trajectory can be adapted to the setting of a driver preference (eg to a set driving experience switch). For example, a driver may select a comfortable, an economical, or a sporty attitude of the vehicle. The trajectory can then be determined as a function of such a setting.
Desweiteren können Anfangs-/Endbedingung Lenkwinkel-/Krümmungsänderung berücksichtigt werden. Außerdem kann ein Gütefunktional bei der globalen Planung nach Bedarf erweitert werden (z. B. durch Verwendung eines Backend, durch Berücksichtigung von Verkehrsschildern, etc.), um sich energetisch optimal im Straßenverkehr zu bewegen.Furthermore, the start / end condition steering angle / curvature change can be taken into account. In addition, a quality functional in the global planning can be extended as needed (eg by using a backend, by taking into account traffic signs, etc.) in order to move energetically optimally in the traffic.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not limited to the embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and figures are intended to illustrate only the principle of the proposed methods, apparatus and systems.
Claims (15)
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