DE102015016544A1

DE102015016544A1 - Verfahren zum Finden einer Ausweichtrajektorie für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015016544A1
Application number: DE102015016544.5A
Authority: DE
Inventors: Frank Bonarens; Jens Ferdinand
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-06-22
Also published as: CN107010057A; US20170186322A1

Abstract

Ein Verfahren zum Finden einer Ausweichtrajektorie zum Umfahren eines Hindernisses (3, 5) für ein Fahrzeug (1) auf einer Fahrbahn (2) umfasst die Schritte: a) Festlegen einer zur Fahrbahn (2) parallelen Komponente (x) einer Kandidaten-Trajektorie durch Wählen von Gewichtungskoeffizienten (b(0) k) einer ersten gewichteten Summe von orthogonalen Funktionen der Zeit (S3–S6); b) Festlegen einer zur Fahrbahn orthogonalen Komponente (y) der Kandidaten-Trajektorie durch Wählen von Gewichtungskoeffizienten (c(0) k) einer zweiten gewichteten Summe der orthogonalen Funktionen (S3–S6); c) Berechnen (S9, S16) eines Optimierungsparameters (TTC*) für die Kandidaten-Trajektorie und d) Verändern (S13) wenigstens eines Koeffizienten wenigstens einer der Summen und Wiederholen des Schritts c), wenn der Optimierungsparameter (TTC*) ein Abbruchkriterium nicht erreicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Finden einer Ausweichtrajektorie, auf der ein Fahrzeug ein Hindernis umfahren kann, sowie Mittel zum Durchführen des Verfahrens.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung von Kollisionen eines Fahrzeugs mit einem Hindernis sind aus EP 2 141 057 A1 bekannt. Dieses Dokument sieht vor, die Trajektorie des Fahrzeugs anhand der Messsignale diverser Sensoren zu prognostizieren und im Falle einer übermäßigen Annäherung der prognostizierten Trajektorie an das Hindernis Kollisionsvermeidungssteuerinformation an eine Bremssteuereinheit und eine Lenksteuereinheit auszugeben. eine Warnung auszugeben. Es bleibt jedoch offen, wie die Kollisionsvermeidungssteuerinformation beschaffen sein kann und wie sie in der Bremssteuereinheit und der Lenksteuereinheit verarbeitet werden kann, um eine drohende Kollision tatsächlich zu vermeiden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, das tatsächlich eine Vermeidung einer Kollision mit einem erfassten Hindernis ermöglicht.
Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst, indem in einem Verfahren zum Finden einer Ausweichtrajektorie zum Umfahren eines Hindernisses für ein Fahrzeug auf einer Fahrbahn

a) eine zur Fahrbahn parallele Komponente einer Kandidaten-Trajektorie durch Wählen von Gewichtungskoeffizienten einer ersten gewichteten Summe von orthogonalen Funktionen der Zeit festgelegt wird,
b) eine zur Fahrbahn senkrechte Komponente der Kandidaten-Trajektorie durch Wählen von Gewichtungskoeffizienten einer zweiten gewichteten Summe der orthogonalen Funktionen festgelegt wird,
c) ein Optimierungsparameters für die Kandidaten-Trajektorie berechnet wird, und
d) wenigstens ein Koeffizient wenigstens einer der Summen verändert wird und der Schritt c) wiederholt wird, wenn der Optimierungsparameter ein Abbruchkriterium nicht erreicht.

Als Optimierungsparameter kann insbesondere die Zeit bis zu einer erwarteten Kollision auf der Kandidaten-Trajektorie dienen.
Abbruchkriterium kann dann zweckmäßigerweise sein, dass diese Zeit länger ist als die zum Zurücklegen der Kandidaten-Trajektorie benötigte Zeit.
Es kann vorgesehen werden, dass eine Kandidaten-Trajektorie nur dann als Ausweichtrajektorie berücksichtigt wird, wenn sie eine oder mehrere der folgenden Randbedingungen erfüllt:

– die Einhaltung einer Obergrenze der Beschleunigung des Fahrzeugs, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die Beschleunigung des Fahrzeugs, egal in welcher Richtung, durch den Reibungskoeffizienten zwischen Reifen und Fahrbahn begrenzt ist,
– Einhaltung einer Untergrenze des Abstands des Fahrzeugs zum Hindernis, da die Kollisionsvermeidung in jedem Fall scheitert, wenn dieser Abstand 0 wird;
– Verschwinden der zur Fahrbahn orthogonalen Geschwindigkeitskomponente des Fahrzeugs am Ende der Ausweichtrajektorie. Wenn es nämlich nicht gelingt, eine Ausweichtrajektorie zu finden, die diese Bedingung erfüllt, dann bedeutet dies, dass es zwar möglicherweise gelingt, das Hindernis zu umfahren, dass aber anschließend das Fahrzeug aufgrund seiner nichtverschwindenden Transversalgeschwindigkeit von der Fahrbahn getragen wird.

Die Berücksichtigung dieser Randbedingungen kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So kann insbesondere die Einhaltung der Obergrenze der Beschleunigung überprüft werden, indem für jede Kandidaten-Trajektorie eine skalarwertige Kostenfunktion berechnet wird.
Bei anderen Randbedingungen, insbesondere jenen, die das Ende der Ausweichtrajektorie betreffen, kann von vornherein in Schritt a) oder b) wenigstens für wenigstens einen Koeffizienten derjenige Wert gewählt wird, der zusammen mit vorher gewählten Werten anderer Koeffizienten die Randbedingung erfüllt, so dass Trajektorien, die, da sie den Randbedingungen nicht genügen, ohnehin nicht als Ausweichtrajektorien in Frage kommen, auch gar nicht erst als Kandidaten-Trajektorien ausgewählt und untersucht werden können.
Um systematisch nach einer günstigen Ausweichtrajektorie suchen zu können, ist es nützlich, die Kandidaten-Trajektorien parametrisieren zu können. Dies gelingt mit Hilfe der Gewichtungskoeffizienten; durch sie reduziert sich das Problem, eine ideale oder wenigstens angenähert ideale Ausweichtrajektorie zu finden, auf das Finden eines Punkts in einem vieldimensionalen Vektorraum, wobei die Zahl der Dimensionen des Vektorraums der Zahl von Gewichtungskoeffizienten der parallelen und der orthogonalen Komponente entspricht.
Die parallele und die orthogonale Komponente können jeweils Polynome sein. Insbesondere kommen trigonometrische oder algebraische Polynome in Betracht, d. h. die orthogonalen Funktionen sind die Funktionen der Form
deren Periode T der Dauer der Ausweichtrajektorie entspricht und bei denen k ganzzahlige Werte von 0 bis n hat, oder es sind die Potenzfunktionen mit ganzzahligem Exponenten. Die – auch als ganzrationale Funktionen bezeichneten – algebraischen Polynome sind wegen ihrer einfachen Berechenbarkeit bevorzugt.
Um das Finden einer geeigneten Ausweichtrajektorie zu beschleunigen, ist es wünschenswert, unter den Gewichtungskoeffizienten möglichst viele vorab sinnvoll festzulegen, so dass sie nicht iterativ optimiert werden müssen. Da die Koordinatenwerte des Fahrzeugs parallel oder orthogonal zur Fahrbahn zum aktuellen Zeitpunkt bekannt sind (bzw. zu Null angenommen werden können), kann wenigstens einer dieser Koordinatenwerte als Koeffizient eines Terms nullter Ordnung wenigstens eines der Polynome vorgegeben werden.
Wenn die Polynome algebraische Polynome sind, kann ferner als Koeffizient eines Terms erster Ordnung wenigstens eines der Polynome die erste Ableitung nach der Zeit des Koordinatenwerts des Fahrzeugs parallel oder orthogonal zur Fahrbahn zum aktuellen Zeitpunkt vorgegeben werden, mit anderen Worten: die – üblicherweise durch ein Tachometersignal bekannte – aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs parallel zur Fahrbahn und die – daraus ggf. anhand des Lenkradeinschlagwinkels o. dgl. berechnete – aktuelle Geschwindigkeit senkrecht zur Fahrbahn werden als Koeffizienten von Termen erster Ordnung eingesetzt.
Des weiteren kann als Koeffizient eines Terms zweiter Ordnung wenigstens eines der Polynome die zweite Ableitung nach der Zeit des Koordinatenwerts des Fahrzeugs parallel oder orthogonal zur Fahrbahn – d. h. die direkt gemessene oder anhand der bekannten Geschwindigkeit berechnete Beschleunigung – des Fahrzeugs vorgegeben werden.
So kann die Dimension des Optimierungsproblems vorab um bis zu 6 reduziert werden. Der Rechenaufwand, der getrieben werden muss, bis eine brauchbare Ausweichtrajektorie gefunden wird oder deren Existenz mit hinreichender Gewissheit verneint werden kann, kann dadurch erheblich verringert werden.
Je höher die Ordnung der Polynome ist, um so genauer kann eine beliebige Ausweichtrajektorie durch die Polynome approximiert werden, und um so höher ist die Gewissheit, dass wenn eine geeignete Ausweichtrajektorie existiert, diese auch gefunden werden kann. Deshalb sollte jedes Polynom wenigstens zwei Terme umfassen, deren Koeffizienten in Schritt c) variiert werden.
Andererseits sollten zur Begrenzung des Rechenaufwands in Schritt c) maximal vier Terme jedes Polynoms variiert werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben, das in der Lage ist, in einer Gefahrensituation schnell und zuverlässig eine geeignete Ausweichtrajektorie zu finden.
Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst durch ein Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Umgebungssensor und einer Recheneinheit, die mit dem Umgebungssensor verbunden ist, um bei Erfassung eines Hindernisses in der Umgebung des Fahrzeugs durch den Umgebungssensor das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
Die Recheneinheit kann wenigstens mit einer Lenkung des Fahrzeugs verbunden sein, um das Fahrzeug entlang der Ausweichtrajektorie um das Hindernis herumzulenken. Um, wenn nötig, das Fahrzeug auf der Ausweichtrajektorie auch beschleunigen und/oder bremsen zu können, sollte die Recheneinheit vorzugsweise auch mit einer Motor- und/oder Bremssteuerung verbunden sein.
Gegenstand der Erfindung sind ferner ein Computerprogrammprodukt, welches Instruktionen umfasst, die bei Ausführung auf einem Computer diesen befähigen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen oder als Recheneinheit in einem Fahrerassistenzsystem wie oben beschrieben zu arbeiten, ein computerlesbarer Datenträger, auf dem solche Instruktionen aufgezeichnet sind, sowie eine Recheneinheit für ein Fahrerassistenzsystem mit

a) Mitteln zum Festlegen einer zur Fahrbahn parallelen Komponente einer Kandidaten-Trajektorie durch Wählen von Gewichtungskoeffizienten einer ersten gewichteten Summe von orthogonalen Funktionen;
b) Mitteln zum Festlegen einer zur Fahrbahn orthogonalen Komponente der Kandidaten-Trajektorie durch Wählen von Gewichtungskoeffizienten einer zweiten gewichteten Summe der orthogonalen Funktionen;
c) Mitteln zum Berechnen eines Optimierungsparameters für die Kandidaten-Trajektorie und
d) Mitteln zum Verändern von Koeffizienten wenigstens einer der Summen und Reaktivieren der Mittel c), wenn der Optimierungsparameter ein Abbruchkriterium nicht erreicht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen
1 eine typische Verkehrssituation, in der das Fahrerassistenzsystem anwendbar ist;
2 ein Blockdiagramm des Fahrerassistenzsystems; und
3 ein Flussdiagramm eines Arbeitsverfahrens des Fahrerassistenzsystems.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, das mit dem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem ausgestattet und auf einer Fahrbahn 2, hier einer zweispurigen Straße, unterwegs ist. Ein am Straßenrand parkendes Fahrzeug blockiert einen Teil einer Fahrspur 4 der Fahrbahn 2, auf der das Kraftfahrzeug 1 unterwegs ist, und stellt so ein Hindernis 3 dar, dem das Kraftfahrzeug 1 ausweichen muss, um eine Kollision zu vermeiden.
Ein weiteres Fahrzeug 5 ist auf einer Gegenspur 6 der Fahrbahn 2 unterwegs. Wenn das Kraftfahrzeug 1, um dem Hindernis 3 auszuweichen, in Richtung der Gegenspur 6 ausweicht, darf dadurch keine Kollision mit dem Fahrzeug 5 provoziert werden.
2 zeigt ein Blockdiagramm des Fahrerassistenzsystems 7, mit dem das Kraftfahrzeug 1 ausgestattet ist. Zu dem Fahrerassistenzsystem 7 gehört ein Tachometer 17 und ein Umgebungssensor 8, hier eine Kamera, die auf die vor dem Kraftfahrzeug 1 liegende Fahrbahn 2 ausgerichtet ist, um sowohl deren Verlauf als auch eventuell auf der Fahrbahn 2 vorhandene Hindernisse 3 wie etwa das parkende Fahrzeug zu erfassen. Alternativ kann zur Hinderniserfassung auch ein Radarsensor vorgesehen sein.
Um die Zuverlässigkeit der Erkennung des Straßenverlaufs mithilfe der Kamera 8 zu verbessern, kann ein an sich bekanntes Navigationssystem 9 vorgesehen sein, das Daten über den Verlauf der gegenwärtig befahrenen Fahrbahn 2 zur Verfügung stellt.
Ein Lenkradsensor 10 kann zur Erfassung des vom Fahrer am Lenkrad des Kraftfahrzeugs 1 eingestellten Winkels und zur Abschätzung eines daraus resultierenden Wegverlaufs des Kraftfahrzeugs 1 dienen; ergänzend kann ein Beschleunigungssensor 11 vorgesehen sein, um Beschleunigungen in Fahrzeuglängs- und Querrichtung zu erfassen, denen das Kraftfahrzeug 1 auf seinem Weg ausgesetzt ist.
Eine Recheneinheit 12, typischerweise ein Microcomputer, ist mit den Sensoren 8, 10, 11, 17 und dem Navigationssystem 9 verbunden. Ein erstes auf diesem Microcomputer laufendes Dienstprogramm 13 dient zur Ermittlung einer voraussichtlichen Trajektorie, auf der sich das Kraftfahrzeug 1 von seiner in 1 gezeigten gegenwärtigen Position weiterbewegen wird. Unter Trajektorie wird hier eine Kurve in einem mehrdimensionalen Raum verstanden, zu dessen Koordinaten hier wenigstens die zwei Ortskoordinaten x und y, parallel bzw. senkrecht zur Fahrbahn 2, sowie eine Zeitkoordinate gehören. Die Ermittlung der voraussichtlichen Trajektorie basiert auf den Daten, die der Tachometer 17, der Lenkradsensor 10 und der Beschleunigungssensor 11 zur bisherigen Trajektorie des Kraftfahrzeugs 1 liefern, gegebenenfalls unter Berücksichtigung des weiteren Verlaufs der Fahrbahn 2, wie er aus den Daten des Navigationssystems 9 und/oder der Kamera 8 ableitbar ist.
Wenn sich das Kraftfahrzeug 1 in der jüngsten Vergangenheit auf der Fahrbahn 2 geradeaus bewegt hat und der weitere Verlauf der Fahrbahn 2, sofern bekannt, auf einen weiterhin geradlinigen Verlauf der Fahrbahn 2 hindeutet, dann ermittelt das Dienstprogramm 13 im Schritt S1 des Flussdiagramms der 3 als voraussichtliche Trajektorie die in 1 mit 14 bezeichnete, geradlinige Trajektorie.
Allgemein kann die voraussichtliche Trajektorie 14 in Form von zwei Polynomen, jeweils für Koordinaten x parallel zur Fahrbahn 2 und y senkrecht dazu, dargestellt werden: x(t) = b₀ + b₁t + b₂t² + b₃t³ + b₄t⁴ + b₅t⁵ y(t) = c₀ + c₁t + c₂t² + c₃t³ + c₄t⁴ + c₅t⁵ wobei – entsprechend der Annahme, dass das Koordinatensystem x, y sich mit dem Fahrzeug bewegt – die Anfangsposition (b₀, c₀) ohne Beschränkung der Allgemeinheit gleich Null gesetzt werden kann, (b₁, c₁) und (b₂, c₂) jeweils die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs 1 zum gegenwärtigen Zeitpunkt t = 0 angeben und die übrigen Koeffizienten durch Anpassen der Polynome an mit Hilfe der Sensoren 8, 10, 11, 17 ermittelte Positionen oder Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs zu einem in der Vergangenheit liegenden Zeitpunkt ermittelt werden können.
Basierend auf dieser voraussichtlichen Trajektorie 14 und den Daten des Umgebungssensors 8 überprüft das Dienstprogramm 13, ob ein Hindernis 3 existiert, mit dem das Kraftfahrzeug 1 beim Fahren der voraussichtlichen Trajektorie 14 kollidieren könnte (Schritt S2). Diese Überprüfung umfasst zum einen eine Auswertung der aktuellen Daten des Umgebungssensors daraufhin, ob ein fahrzeugfremdes Objekt innerhalb des von dem Umgebungssensor 8 überwachten Umgebungsbereichs vorhanden ist, und zum anderen, unter Zuhilfenahme von in der Vergangenheit vom Umgebungssensor 8 gelieferten Daten, eine Prognose der Trajektorie des Objekts.
Die Prognosen der Trajektorien von Fahrzeug und Objekt erstrecken sich jeweils über eine gleiche Zeitspanne T von wenigen Sekunden Dauer in die Zukunft. Eine Kollisionsgefahr wird bejaht, wenn innerhalb dieser Prognosezeitspanne irgendwann einmal der Abstand zwischen Fahrzeug und Objekt einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, d. h. wenn auf Grundlage der prognostizierten Trajektorien die Restzeit TTC bis zu einer Kollision kleiner als T ist. Dieser Grenzwert des Abstands kann 0 sein, vorzugsweise hat einer einen positiven Wert, so dass eine Kollisionsgefahr nicht nur bei Prognose einer tatsächlichen Kollision bejaht wird, sondern bereits dann, wenn ein Sicherheitsabstand zwischen Fahrzeug und Objekt nicht eingehalten werden kann.
Wenn eine Kollisionsgefahr verneint wird, kehrt das Verfahren zum Ausgangspunkt zurück und beginnt nach einer vorgegebenen Wartezeit Δt erneut mit der Ermittlung S1 der voraussichtlichen Trajektorie.
Im Falle der in 1 gezeigten Verkehrssituation wird in Schritt S2 das Bestehen einer Kollisionsgefahr mit dem parkenden Fahrzeug 3 erkannt, während sich das Fahrzeug am Punkt 16 befindet. In diesem Fall verzweigt das Verfahren zu Schritt S3, um zunächst eine Kandidaten-Ausweichtrajektorie festzulegen. Die Kandidaten-Ausweichtrajektorie umfasst wie die voraussichtliche Trajektorie 14 zwei Polynome der Form x(t) = b⁽⁰⁾ ₀ + b⁽⁰⁾ ₁t + b⁽⁰⁾ ₂t² + b⁽⁰⁾ ₃t³ + b⁽⁰⁾ ₄t⁴ + b⁽⁰⁾ ₅t⁵ y(t) = c⁽⁰⁾ ₀ + c⁽⁰⁾ ₁t + c⁽⁰⁾ ₂t² + c⁽⁰⁾ ₃t³ + c⁽⁰⁾ ₄t⁴ + c⁽⁰⁾ ₅t⁵.
Wenn die Koordinaten in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem angegeben werden, werden die Koeffizienten nullter Ordnung b⁽⁰⁾ ₀, c⁽⁰⁾ ₀ in S3 mit dem Wert 0 initialisiert.
Der Koeffizient 1. Ordnung b⁽⁰⁾ ₁ wird in S4 mit der vom Tachometer 17 erfassten Longitudinalgeschwindigkeit v_x des Fahrzeugs initialisiert. Anhand des vom Lenkradsensor 10 erfassten Einschlagwinkels wird der Krümmungsradius r der aktuellen Bahn des Fahrzeugs berechnet und daraus und aus der Longitudinalgeschwindigkeit v_x die aktuelle Transversalgeschwindigkeit v_y berechnet und als Koeffizient c⁽⁰⁾ ₁ gesetzt.
Als Koeffizienten b⁽⁰⁾ ₂, c⁽⁰⁾ ₂ können in Schritt S5 die vom Sensor 11 erfassten Beschleunigungen a_x, a_y in Fahrtrichtung bzw. quer dazu gesetzt werden; alternativ besteht die Möglichkeit, sie durch numerisches Ableiten von zu verschiedenen Zeiten erhaltenen Werten von Longitudinal- und Transversalgeschwindigkeit v_x, v_y, zu berechnen.
Für die verbleibenden Koeffizienten b⁽⁰⁾ ₃, b⁽⁰⁾ ₄, b⁽⁰⁾ ₅, c⁽⁰⁾ ₃, c⁽⁰⁾ ₄, c⁽⁰⁾ ₅ wird in Schritt S6 ein Anfangswert festgesetzt; dieser kann für die im Folgenden als frei variabel bezeichneten Koeffizienten z. B. fest vorgegeben oder das Ergebnis einer zufälligen Auswahl innerhalb eines vorgegebenen endlichen Intervalls sein.
Bei der Auswahl der Anfangswerte für die Koeffizienten werden Randbedingungen berücksichtigt; wenn z. B. eine dieser Randbedingungen ist, dass die Beschleunigung in zur Fahrbahn paralleler Richtung am Ende des Ausweichmanövers 0 sein soll, dann sind von den Koeffizienten b⁽⁰⁾ ₃, b⁽⁰⁾ ₄, b⁽⁰⁾ ₅ nur zwei frei wählbar, der dritte, vorzugsweise b⁽⁰⁾ ₅, wird in Abhängigkeit von den beiden anderen Koeffizienten so berechnet, dass die Randbedingung a_x(T) = x ..(T) = 2b⁽⁰⁾ ₂T + 6b⁽⁰⁾ ₃T + 12b⁽⁰⁾ ₄T ² + 20b⁽⁰⁾ ₅T³ = 0 erfüllt wird.
Für die Bewegung quer zur Fahrbahn können zwei Randbedingungen einzuhalten sein, nämlich dass am Ende des Ausweichmanövers die Koordinate y(T) quer zur Fahrbahn 0 ist, d. h. das Fahrzeug sich wieder ordnungsgemäß auf seiner ursprünglichen Fahrspur befindet, und dass die Quergeschwindigkeit v_y = 0 ist. Hier können nach freier Auswahl eines der Koeffizienten, etwa c⁽⁰⁾ ₃, beide anderen Koeffizienten c⁽⁰⁾ ₄, c⁽⁰⁾ ₅ durch die Randbedingungen bestimmt sein.
Für die getroffene Auswahl von Koeffizienten wird in Schritt S7 eine Kostenfunktion berechnet. Die Kostenfunktion enthält wenigstens einen Summanden der Form
der ein Maß für das Maximum der Beschleunigung liefert, der das Fahrzeug während der Dauer der Kandidaten-Trajektorie, von t = 0 bis t = T, ausgesetzt ist. Wenn A einen durch den Reibungskoeffizienten der Räder auf der Fahrbahn vorgegebenen Grenzwert a_max überschreitet, dann beinhaltet die Kandidaten-Trajektorie Stellen, an denen die erforderliche Beschleunigung des Fahrzeugs das physikalisch mögliche Maß überschreitet, und kann folglich vom Fahrzeug nicht gefahren werden. Eine solche Kandidaten-Trajektorie wird in S8 verworfen.
Wenn die Kandidaten-Trajektorie fahrbar ist, wird auf Grundlage dieser Kandidaten-Trajektorie die bis zu einer Kollision verbleibende Zeit TTC* in Schritt S9 erneut abgeschätzt. Dabei wird berücksichtigt, dass auf der Kandidaten-Trajektorie zwar möglicherweise die Kollision mit Fahrzeug 3 vermieden werden kann, stattdessen aber die Möglichkeit einer Kollision mit dem Fahrzeug 5 neu auftritt. Wenn die Zeit TTC* länger als T ist (S10), dann wird die Kollisionsgefahr als ausgeräumt und die Kandidaten-Trajektorie als zum Umfahren der Hindernisse 3 und 5 geeignete Ausweichtrajektorie angesehen, und die Recheneinheit 12 steuert ein oder mehrere Stellglieder 22 an, um zum Fahren der Ausweichtrajektorie auf die Lenkung, die Bremsen und den Motor einzuwirken (S11).
Wenn die in S9 abgeschätzte Zeit TTC* kürzer oder genauso lang wie die im Schritt S1 erhaltene Zeit TTC ist, dann kehrt das Verfahren zu Schritt S6 zurück, um neue Anfangswerte für die variierbaren Koeffizienten b⁽⁰⁾ ₃, b⁽⁰⁾ ₄, b⁽⁰⁾ ₅, c⁽⁰⁾ ₃, c⁽⁰⁾ ₄, c⁽⁰⁾ ₅ festzulegen.
Ist die in S9 abgeschätzte Zeit TTC* hingegen länger als die im Schritt S1 erhaltene Zeit TTC (S12), dann kann ausgehend von der dieser Abschätzung zugrundeliegenden Kombination von Koeffizienten nach weiteren, besseren Kombinationen gesucht werden. Dies kann z. B. geschehen, indem unter den frei variierbaren Koeffizienten jeweils einer ausgewählt und um ein vorgegebenes Inkrement • erhöht bzw. erniedrigt wird und die abhängig variierbaren Koeffizienten wiederum so angepasst werden, dass die Randbedingungen erfüllt sind (S13), und dann unter den erhaltenen Sätzen von Koeffizienten derjenige als neuer Koeffizientensatz b⁽¹⁾ ₃, b⁽¹⁾ ₄, b⁽¹⁾ ₅, c⁽¹⁾ ₃, c⁽¹⁾ ₄, c⁽¹⁾ ₅ beibehalten wird (S14, S15), der einer Kandidaten-Trajektorie mit Beschleunigungen < a_max entspricht und den höchsten Wert von TTC* liefert.
In Schritt S16 wird wieder geprüft, ob der Wert TTC*⁽ⁱ⁾ (i = 1, 2, ...) der beibehaltenen Kandidaten-Trajektorie > T ist, und wenn ja, die Ausweichtrajektorie zu steuern. Anderenfalls wird in S17 überprüft, ob TTC*⁽ⁱ⁾ wenigstens größer als der Wert TTC*^(i-1) ist, der in einer unmittelbar vorhergehenden Iteration in Schritt S14 oder, falls i = 1, in Schritt S9 erhalten wurde.
Wenn dies der Fall ist, kehrt das Verfahren zurück zu Schritt S13.
Wenn dies nicht der Fall ist und gleichzeitig i einen vorgegebenen Mindestwert erreicht hat, dann gibt das Verfahren die Meldung zurück, dass eine geeignete Ausweichtrajektorie nicht existiert (S18).
Wenn dies nicht der Fall ist und der Mindestwert von i nicht erreicht ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S13 zurück, verringert aber das in Schritt S13 angewandte Inkrement •.
Einer Weiterbildung zufolge führt die Recheneinheit 12, während sich das Fahrzeug 1 zum gegenwärtigen Zeitpunkt t = 0 am Punkt 16 befindet, nicht nur für die ausgehend von diesem Punkt 16 zur Verfügung stehenden Kandidaten-Trajektorien durch, sondern auch für solche Kandidaten-Trajektorien wie etwa 19, die bei Weiterverfolgung der voraussichtlichen Trajektorie 14 von einem erst in der Zukunft erreichten Punkt 18 ausgehen. Wenn bei der Untersuchung dieser Kandidaten-Trajektorien nämlich der Schritt S18 erreicht wird, also ausgehend vom Punkt 18 keine geeignete Ausweichtrajektorie existiert, dann bedeutet dass, dass keine Möglichkeit mehr besteht, auf einen Eingriff des Fahrers zu warten, und dass, wenn eine vom Punkt 16 ausgehende Ausweichtrajektorie existiert, die Recheneinheit 12 eingreifen muss, um diese zu fahren und so der drohenden Kollision zu entgehen.
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Fahrbahn
3: Hindernis
4: Fahrspur
5: Fahrzeug
6: Gegenspur
7: Fahrerassistenzsystem
8: Umgebungssensor
9: Navigationssystem
10: Lenkradsensor
11: Beschleunigungssensor
12: Recheneinheit
13: Dienstprogramm
14: voraussichtliche Trajektorie
15: Ausweichtrajektorie
16: Punkt
17: Tachometer
18: Punkt
19: Kandidaten-Trajektorie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2141057 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Finden einer Ausweichtrajektorie zum Umfahren eines Hindernisses (3, 5) für ein Fahrzeug (1) auf einer Fahrbahn (2) mit den Schritten: a) Festlegen einer zur Fahrbahn (2) parallelen Komponente (x) einer Kandidaten-Trajektorie durch Wählen von Gewichtungskoeffizienten (b⁽⁰⁾ _k) einer ersten gewichteten Summe von orthogonalen Funktionen der Zeit (S3–S6); b) Festlegen einer zur Fahrbahn orthogonalen Komponente (y) der Kandidaten-Trajektorie durch Wählen von Gewichtungskoeffizienten (c⁽⁰⁾ _k) einer zweiten gewichteten Summe der orthogonalen Funktionen (S3–S6); c) Berechnen (S9, S16) eines Optimierungsparameters (TTC*) für die Kandidaten-Trajektorie und d) Verändern (S13) wenigstens eines Koeffizienten wenigstens einer der Summen und Wiederholen des Schritts c), wenn der Optimierungsparameter (TTC*) ein Abbruchkriterium nicht erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Optimierungsparameter (TTC*) die Zeit bis zu einer erwarteten Kollision auf der Kandidaten-Trajektorie ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Kandidaten-Trajektorie nur dann als Ausweichtrajektorie berücksichtigt wird (S6, S7, S8), wenn sie eine oder mehrere der folgenden Randbedingungen erfüllt: – Einhaltung einer Obergrenze der Beschleunigung des Fahrzeugs; – Einhaltung einer Untergrenze des Abstands des Fahrzeugs zum Hindernis; – am Ende der Ausweichtrajektorie, Verschwinden der zur Fahrbahn orthogonalen Geschwindigkeitskomponente des Fahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem basierend auf wenigstens einer der Randbedingungen eine skalarwertige Kostenfunktion berechnet wird (S7).
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem in Schritt a) oder b) wenigstens für wenigstens einen Koeffizienten derjenige Wert gewählt wird (S6), der zusammen mit vorher gewählten Werten anderer Koeffizienten die wenigstens eine Randbedingung erfüllt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die parallele und die orthogonale Komponente Polynome sind.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem als Koeffizient eines Terms nullter Ordnung (b⁽⁰⁾ ₀, c⁽⁰⁾ ₀) wenigstens eines der Polynome der Koordinatenwert des Fahrzeugs (1) parallel oder orthogonal zur Fahrbahn zum aktuellen Zeitpunkt vorgegeben wird (S3).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Polynome algebraische Polynome sind.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem als Koeffizient eines Terms erster Ordnung (b⁽⁰⁾ ₁, c⁽⁰⁾ ₁) wenigstens eines der Polynome die erste Ableitung nach der Zeit des Koordinatenwerts des Fahrzeugs parallel oder orthogonal zur Fahrbahn (2) zum aktuellen Zeitpunkt vorgegeben wird (S4) und/oder als Koeffizient eines Terms zweiter Ordnung (b⁽⁰⁾ ₂, c⁽⁰⁾ _k) wenigstens eines der Polynome die zweite Ableitung nach der Zeit des Koordinatenwerts des Fahrzeugs parallel oder orthogonal zur Fahrbahn zum aktuellen Zeitpunkt vorgegeben wird (S5).
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem jedes Polynom wenigstens zwei Terme (b⁽⁰⁾ ₃, b⁽⁰⁾ ₄, b⁽⁰⁾ ₅, c⁽⁰⁾ ₃, c⁽⁰⁾ ₄, c⁽⁰⁾ ₅) umfasst, deren Koeffizienten in Schritt d) variiert werden (S13).
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem in Schritt d) (S13) maximal vier Terme jedes Polynoms variiert werden.
Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Umgebungssensor (8) und einer Recheneinheit (12), die mit dem Umgebungssensor (8) verbunden ist, um bei Erfassung eines Hindernisses (3, 5) in der Umgebung des Fahrzeugs (1) durch den Umgebungssensor (8) das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 12, bei dem die Recheneinheit (12) mit einer Lenkung des Fahrzeugs verbunden ist, um das Fahrzeug entlang der Ausweichtrajektorie (15) um das Hindernis (3, 5) herumzulenken.
Computerprogrammprodukt, welches Instruktionen umfasst, die bei Ausführung auf einem Computer diesen befähigen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen oder als Recheneinheit (12) in einem Fahrerassistenzsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 13 zu arbeiten.
Computerlesbarer Datenträger, auf dem Instruktionen aufgezeichnet sind, die einen Computer befähigen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen oder als Recheneinheit (12) in einem Fahrerassistenzsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 13 zu arbeiten.