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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur situationsabhängigen und fahrerassistenzsystemunabhängigen Auswahl einer Trajektorie aus einer Anzahl möglicher Trajektorien, welches für Assistenzsysteme, vorzugsweise für Fahrerassistenzsysteme zum Unterstützen von Fahrern eines Kraftfahrzeugs, Anwendung findet.
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Stand der Technik
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2012 203 187 A1 offenbart ein Verfahren zur Prädiktion und Adaption von Bewegungstrajektorien von Kraftfahrzeugen. Dabei wird eine Schnittmenge aus situativ notwendigen Bewegungstrajektorien, die mithilfe einer Umfeldsensorik bestimmt werden, und aus physikalisch möglichen Bewegungstrajektorien, die sich aus den fahrdynamischen Eigenschaften ergeben, gebildet. Eine Bewegungstrajektorie innerhalb dieser Schnittmenge wird als optimal erkannt, wenn sie eine minimale Krümmung aufweist. Dadurch weist die ausgewählte Bewegungstrajektorie einen größtmöglichen Abstand zu den fahrphysikalischen Grenzen auf. Jeder dieser Auswahlschritte folgt einem expliziten oder impliziten Ziel. Es wird der Kritikalität der Situation, der Fahrphysik des Fahrzeugs und dem Komfort der Fahrzeuginsassen Rechnung getragen, wobei das vorrangige Ziel die Vermeidung der Kollision bzw. die Verminderung der Unfallfolgen (Kritikalität der Situation) ist. Damit wird den einzelnen Zielen indirekt eine Priorität zugeordnet, die sich aber lediglich in der Auswahlreihenfolge widerspiegelt. Darüber hinaus sind die einzelnen Auswahlschritte situativ unabhängig und nicht auf spezielle Situationen angepasst, wodurch alle Ziele nur auf einem durchschnittlichen Niveau erfüllt werden können.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2013 202 053 A1 beschreibt eine Fahrerassistenzeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer fahrerassistenzfunktionsübergreifenden Trajektoriengenerierung durch Bereitstellen einer einheitlichen Schnittstelle für mehrere Fahrerassistenzfunktionen zur Bereitstellung einer Vielzahl von Verhaltensmöglichkeiten des Fahrzeugs durch Trajektorien. Mehrere oder alle Fahrerassistenzfunktionen wählen jeweils eine Trajektorie aus einer Obermenge an Trajektorien aus. Die Fahrerassistenzeinrichtung umfasst ferner eine Priorisierungseinheit zur Priorisierung der von den Fahrerassistenzfunktionen ausgewählten Trajektorien. Die Auswahl der Trajektorien aus der Obermenge kann anhand der Kollisionswahrscheinlichkeit, der Bewertung in Bezug auf die Fahrzeugdynamik und/oder der Wahrscheinlichkeit, dass sich das Fahrzeug auf dieser Trajektorie bewegt, erfolgen. Die Auswahl dieser Bewertungskriterien erfolgt weder systematisch noch in Abhängigkeit der Situation, obwohl eine Situationsinterpretation eines mittels Sensorfusion generierten Umfeldmodells stattfindet. Es werden lediglich die Trajektorien an die Situation angepasst, was wiederum bei jeder Trajektorienbestimmung der Fall ist.
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Darüber hinaus wird bei einer Trajektorienbestimmung bzw. einer Trajektorienauswahl entsprechend dem Stand der Technik versucht, Zielkonflikte zwischen allen relevanten Aspekten aufzulösen. Dabei werden teilweise nicht sinnvolle Mischungen von Auswahlkriterien akzeptiert, welche für sämtliche Verkehrssituationen gleichermaßen gelten müssen. Dadurch kann keine optimale Trajektorienauswahl in Abhängigkeit der jeweiligen Situation erfolgen.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die zentralisierte, also die fahrerassistenzsystemunabhängige Bestimmung von Trajektorien und die Ermittlung bzw. die Auswahl der für das jeweilige Szenario optimalen Trajektorie, wobei die Ermittlungs- bzw. Auswahlkriterien als Ziele mit zugeordneten Prioritäten in Abhängigkeit des Szenarios bestimmt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur situationsabhängigen und fahrerassistenzsystemunabhängigen Auswahl einer Trajektorie aus einer Anzahl, vorzugsweise einer Vielzahl möglicher Trajektorien. Eine Trajektorie wird auch Bahnkurve oder Pfad genannt und kann als Raumkurve bezeichnet werden, die die Bewegung eines Punktes beschreibt. In der Objektverfolgung wird eine Trajektorie dargestellt als eine Zeitsequenz von Koordinaten eines definierten Bezugssystems, welche den Bewegungspfad eines Objektes während der Laufzeit widergibt. Fahrerassistenzsysteme nutzen ebenfalls Trajektorien. Fahrerassistenzsysteme bzw. Fahrerassistenzfunktionen können ein Abstandsregeltempomat, ein Spurhalteassistent, eine adaptive Leuchtrichtungsregulierung, ein Notbremsassistent mit Fußgängerschutz und viele mehr sein. Die Vielzahl der Beispiele offenbart bereits die Notwendigkeit, Fahrerassistenzsysteme zu definieren. Allgemein lässt sich ein Fahrerassistenzsystem als eine automatische Reaktion, also ohne menschliches Zutun, oder eine teilautomatische Reaktion, also die Unterstützung eines menschlichen Tuns, eines dem Fahrzeug zugeordneten Aktors auf einen mittels Sensoren erfassten Umfeld- oder Fahrzeugparameter definieren. Explizit eingeschlossen ist die Anwendung einzelner autonomer Fahrerassistenzfunktionen bis hin zu vollautonomem Fahren. Trajektorien können anhand eines sogenannten Trajektorienschlauchs den vorhergesagten oder geplanten Bewegungspfad eines Ego-Objektes, meist eines Kraftfahrzeugs, beschreiben. Da ein vorhergesagter oder geplanter Bewegungspfad die vorhergesagte oder geplante kinematische Folge von Eingriffen von Fahrzeugaktoren ist und daher beide ineinander transformierbar sind, wird in der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff Trajektorie sowohl der geplante/vorausgesagte Bewegungspfad als Zeitsequenz von Koordinaten als auch die Realisierung dieses Bewegungspfades durch zeitlich getaktete Eingriffe von Fahrzeugaktoren angesehen. Selbstverständlich kann eine Trajektorie auch einen vergangenen Bewegungspfad umfassen. Dies kann vor allem im Hinblick auf die Analyse der aktuellen Situation eine Rolle spielen. Eingriffe von Fahrzeugaktoren sind dabei Eingriffe in das Lenk-, Brems- und Antriebssystem. Kinematische Folgen sind ein veränderter Lenkwinkel, eine Verzögerung und/oder eine Beschleunigung, wobei die Verzögerung als negative Beschleunigung ausgedrückt werden kann.
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Im Vorfeld des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Auswahl einer Trajektorie erfolgt die Bereitstellung einer Anzahl, vorzugsweise einer Vielzahl möglicher Trajektorien. Dies ist dem Fachmann bekannt und kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Generierung sämtlicher möglicher Bewegungspfade, also Trajektorien, anhand physikalischer Randbedingungen und/oder technisch möglicher Umsetzbarkeit. Diese stellen die physikalischen Grenzen bzw. die technisch überhaupt möglichen Freiheitsgrade der beteiligten Aktoren dar und können unter anderem die maximale zeitliche Änderungsrate des Lenkwinkels, die maximale positive und negative Beschleunigung oder ein maximal realisierbarer Gierwinkel in Abhängigkeit der Geschwindigkeit oder Untergrundbeschaffenheit sein. Eine Art der Generierung sämtlicher möglicher Trajektorien kann die Nutzung einer Monte-Carlo-Simulation umfassen. Die Bereitstellung der Anzahl möglicher Trajektorien wird bevorzugt vor dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt, kann jedoch auch während des Verfahrens ausgeführt und/oder aktualisiert werden. Selbstverständlich ermöglicht jede neue Konstellation zwischen Fahrzeug und Umfeld entsprechend neue Trajektorien, weshalb diese bevorzugt permanent bereitgestellt werden, wobei permanent durch den Arbeitstakt der zugrunde liegenden Berechnungseinheiten limitiert ist. Meist sind mehrere Trajektorien physikalisch und/oder technisch möglich, weshalb eine Vielzahl möglicher Trajektorien bevorzugt wird. Es ist aber auch denkbar, dass nur eine Trajektorie physikalisch möglich oder technisch umsetzbar ist. Wenn von einer Anzahl möglicher Trajektorien die Rede ist, ist somit mindestens eine mögliche Trajektorie gemeint.
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Eine fahrerassistenzsystemunabhängige Auswahl der Trajektorie bedeutet, dass nicht jedes Fahrerassistenzsystem bzw. nicht jede Fahrerassistenzfunktion eine eigene Trajektorie auswählt. Genau wie jedes Fahrerassistenzsystem mehrere Sensoren nutzt, beispielsweise Radar und eine Kamera im Rahmen einer Sensorfusion oder einer Sensorsignalplausibilisierung, und jeder Sensor von mehreren Fahrerassistenzsystemen genutzt wird, so kann auch die Generierung und die Auswahl von Trajektorien zentral und fahrerassistenzsystemunabhängig erfolgen. Damit kann die eigentliche Rechenaufgabe zentral durchgeführt und nur noch das Ergebnis weitergeleitet werden.
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In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand mittels Fahrzeugzustandserfassungsmittel und Umfelderfassungsmittel erfassten Fahrzeugparametern und/oder Umfeldparametern eine aktuell vorliegende Situation identifiziert. Fahrzeugzustandserfassungsmittel sind Sensoren, die den Zustand des Fahrzeugs vorzugsweise permanent erfassen und als Fahrzeugparameter ausgeben. Dazu zählen beispielsweise die Eigengeschwindigkeit, die Eigenbeschleunigung, der Gierwinkel und viele andere mehr. In einigen Situationen kann auch die vergangene Trajektorie als Fahrzeugparameter herangezogen werden. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn Situationen mit drohendem Stabilitätsverlust zu identifizieren sind. Das Fahrzeugzustandserfassungsmittel kann in diesem Fall ein Fahrerassistenzsystem selbst bzw. ein diesem zugeordnetes Speichermedium sein. Umfelderfassungsmittel sind Sensoren, die Parameter im Umfeld des Fahrzeugs vorzugsweise permanent erfassen. Zu den Parametern im Umfeld des Fahrzeugs zählen bewegliche und unbewegliche Objekte mit deren jeweiligen Parametern Relativgeschwindigkeit, Abstand, sowie der Zustand des Untergrundes, die aktuellen Niederschlagsverhältnisse, die Außentemperatur und viele mehr. Umfelderfassungsmittel können ein Radar, eine Kamera, ein Lidar, ein Ultraschallsensor, eine Kommunikationsverbindung, z. B. eine Car-to-X-Verbindung (C2X), oder ein Positionsbestimmungssystem in Verbindung mit einer digitalen Karte sein.
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Die zu identifizierende aktuell vorliegende Situation, auch Szenario genannt, betrifft die in dem Moment der Auswahl der Trajektorie sachlich und räumlich vorliegende Lage des Fahrzeugs zu beweglichen und unbeweglichen Umgebungsobjekten und kann in definierte Situationen klassifiziert werden. Je nach zur Verfügung stehenden Parametern kann die aktuell vorliegende Situation grob oder detailliert klassifiziert werden. Weist das Fahrzeug ein Positionserfassungssystem, z. B. GPS, auf, und wird die erfasste Position mit den Straßenattributen einer digitalen Karte verglichen, kann die Straßenart bestimmt werden. Wird derart bestimmt, dass das Fahrzeug auf einer Autobahn fährt, können Situationen mit Gegenverkehr ausgeschlossen werden. Werden nun noch die Eigengeschwindigkeit und die Anzahl der beweglichen Objekte im Umfeld des Fahrzeugs berücksichtigt, kann die Situationsklassifizierung weiter detailliert werden, z. B. durch Unterscheidung der Art des Verkehrsflusses in Stau, zähfließendem Verkehr oder flüssigem Verkehr. Diese Parameter können alternativ oder zusätzlich auch über ein C2X-Netzwerk oder ein anderes Kommunikationsnetzwerk, z. B. TMC, empfangen und damit ermittelt werden. Die Identifikation der aktuell vorliegenden Situation kann, wie beschrieben, in Form einer Klassifizierung, aber auch in Form einer Parametrisierung mathematischer oder heuristischer Modelle, in Form eines Entscheidungsbaums oder unter Nutzung einer Fuzzy-Logik erfolgen und selbstlernend ausgebildet sein. Die Situationsklassifikation als solche ist dem Fachmann bekannt.
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In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens ein Auswahlkriterium zur Auswahl der einen Trajektorie aus der Vielzahl möglicher Trajektorien bestimmt. Auswahlkriterien werden benötigt, um eine Trajektorie von der Vielzahl möglicher Trajektorien auszuwählen und orientieren sich meist an übergeordneten Zielen. Meist wird Unfallvermeidung als Ziel mit höchster Priorität definiert. Auswahlkriterien dienen nun dazu, diese Ziele zu operationalisieren, also sie in konkreten Abläufen und Entscheidungen umzusetzen. Dazu muss beispielsweise erst einmal grundsätzlich geklärt werden, wie ein Unfall zu definieren ist. Dazu muss unter anderem geklärt werden, ob es sich dabei um eine Kollision eines Fahrzeugs mit einem weiteren Objekt oder um einen Personenschaden unabhängig von einer Kollision handelt. Die Definition der Auswahlkriterien findet in einer frühzeitigen Entwicklungsphase des Fahrzeugs statt. Sie kann auch durch die geplanten Fahrerassistenzsysteme, vorhandene Sensoren und Aktoren beeinflusst werden. Die definierten Auswahlkriterien liegen dann beispielsweise als Liste mit zugeordneten Prioritäten vor.
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Schließlich wird die eine Trajektorie in Abhängigkeit des wenigstens einen bestimmten Auswahlkriteriums ausgewählt. Dazu werden die Auswahlkriterien vorzugsweise nach Prioritäten geordnet und die möglichen Trajektorien mit den Auswahlkriterien bewertet. Der Fachmann findet auch dazu im Stand der Technik Anregungen, wie die Auswahl anhand der Auswahlkriterien umgesetzt werden kann.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft wird das wenigstens eine Auswahlkriterium zur Auswahl der einen Trajektorie aus der Anzahl möglicher Trajektorien in Abhängigkeit der identifizierten Situation bestimmt. Dies bedeutet, dass je nach aktuell vorliegender Situation bzw. Szenario unterschiedliche Auswahlkriterien zur Bewertung der auszuwählenden Trajektorie herangezogen werden. Dadurch wird es ermöglicht, keine Kompromisse bei der Auswahl der Trajektorie zwischen verschiedenen Situationen einzugehen. Besonders bevorzugt basiert die Bestimmung des wenigstens einen Auswahlkriteriums auf einem Lernprozess. Dieser kann selbstlernend oder als gezielter Trainingsprozess durch das erfindungsgemäße Verfahren selbst umgesetzt werden, beispielsweise unter Nutzung eines neuronalen Netzes. Im Vergleich zum Stand der Technik, in dem globale Auswahlkriterien für sämtliche mögliche aktuell vorliegende Situationen ausgewählt werden, die mehr oder weniger praktikabel operationalisierbar sind, können entsprechend der Erfindung für jede aktuell vorliegende Situation spezifische optimale Auswahlkriterien bestimmt werden, welche unter anderem aufgrund der Operationalisierbarkeit bestimmt wurden. Bevorzugt erfolgt die Bestimmung des wenigstens einen Auswahlkriteriums durch Zuordnung des wenigstens einen Auswahlkriteriums zu der wenigstens einen identifizierten aktuell vorliegenden Situation. Diejenigen Trajektorien, die das wenigstens eine Auswahlkriterium erfüllen oder wenigstens genauso gut erfüllen wie eine weitere Trajektorie, werden mit weiteren Auswahlkriterien verglichen. Die übrigen Trajektorien werden aus der Auswahl ausgeschlossen.
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Ist die Trajektorie schließlich ausgewählt, wird sie durch die Aktoren des Fahrzeugs umgesetzt. Die Umsetzung ergibt sich bereits aus der Definition der Trajektorie und ist dem Fachmann wiederum bekannt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Bestimmung wenigstens zweier Auswahlkriterien jedem Auswahlkriterium eine eindeutige Priorität in Abhängigkeit der identifizierten Situation zugeordnet. Wie bereits erwähnt, werden bevorzugt mehrere Auswahlkriterien bestimmt. In diesem Fall werden diesen Auswahlkriterien eindeutige Prioritäten zugeordnet, um die Reihenfolge der Berücksichtigung der Auswahlkriterien bei der Bewertung der Trajektorien festzulegen. Eindeutig ist dabei als einzigartig oder einmalig zu verstehen. Demnach ist jede Priorität genau einmal vergeben. Vorteilhafterweise sind damit Zielkonflikte zumindest bei der Auswahl der Trajektorie ausgeschlossen. Dadurch, dass die Prioritäten in Abhängigkeit der definierten Situation zu den Auswahlkriterien zugeordnet werden, ergibt sich der Vorteil, dass die optimale Auswahl der Trajektorie weiter verbessert werden kann. Sind beispielsweise die Auswahlkriterien für unterschiedliche Situationen gleich, kann die Priorität und damit die Reihenfolge der Berücksichtigung der Auswahlkriterien bei der Bewertung der Trajektorien variieren und damit besser an die jeweilige Situation angepasst werden. Dabei ist es auch denkbar, jeder Situation den vollständigen Katalog der Auswahlkriterien zuzuordnen und nur die Priorität zu verändern.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Auswahl der einen Trajektorie aus der Anzahl möglicher Trajektorien in Abhängigkeit des Erfüllungsgrades des wenigstens einen Auswahlkriteriums. Die Bewertung der Trajektorie hinsichtlich eines Auswahlkriteriums kann digital als erfüllt oder nicht erfüllt erfolgen. Sie kann alternativ dazu anhand diskreter oder stetiger Abstufungen zwischen erfüllt und nicht erfüllt erfolgen. Die Trajektorie mit dem größten Grad der Erfüllung wird ausgewählt. Sollten mehrere Trajektorien einen gleich großen Erfüllungsgrad aufweisen, werden diese zur weiteren Bewertung ausgewählt. Die übrigen Trajektorien, also die mit relativ geringem Erfüllungsgrad, werden von der weiteren Bewertung ausgeschlossen.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Erfüllungsgrad des wenigstens einen Auswahlkriteriums anhand von Erfüllungsparametern bewertet, wobei die Erfüllungsparameter fest oder in Abhängigkeit der identifizierten Situation variabel auswählbar dem wenigstens einen Auswahlkriterium zugeordnet sind. Eine feste Zuordnung bedeutet, dass die Erfüllungsparameter immer einem konkreten Auswahlkriterium zugeordnet sind und damit automatisch mit der Bestimmung des Auswahlkriteriums ausgewählt werden. Eine variable Zuordnung bedeutet, dass die Erfüllungsparameter nach bestimmten Kriterien, vorzugsweise nach der identifizierten Situation und dem bestimmten Auswahlkriterium, ausgewählt werden. Die variable Zuordnung kann ebenfalls auf einem Lernprozess basieren. Erfüllungsparameter können beispielsweise für das Auswahlkriterium Einhalten von Verkehrsregeln sein: Sicherheitsabstand, zulässige Höchstgeschwindigkeit, Überholverbot u.v.m.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Auswahl der einen Trajektorie aus der Anzahl möglicher Trajektorien sequentiell durch die Reihenfolge der Berücksichtigung der Auswahlkriterien oder der Auswahlkriterien und der diesen zugeordneten Erfüllungsparametern. Die Reihenfolge der Berücksichtigung der Auswahlkriterien kann sich dabei beispielsweise aus deren zugeordneter Priorität ergeben. Sequentiell bedeutet, dass keine irgendwie gewichtete Gesamtbewertung aller Auswahlkriterien für jede mögliche Trajektorie gebildet wird, sondern jede mögliche Trajektorie anhand genau eines Auswahlkriterium bewertet wird und nur diejenigen Trajektorien in den nächsten Bewertungsschritt übergeben werden, die das erste Auswahlkriterium vollständig oder in höchstem Grade erfüllen. Durch diese sequentielle Abarbeitung wird ein eindeutiges und einfach umsetzbares Auswahlverfahren für Trajektorien ermöglicht, bei dem Zielkonflikte ausgeschlossen sind, bei dem für die jeweils aktuell vorliegende Situation die optimale Trajektorie ausgewählt wird und das auf einer zentralen Rechnereinheit ausgeführt werden kann und eine Vielzahl von Rechnereinheiten für eine Vielzahl denkbarer Fahrerassistenzsysteme und Fahrerassistenzfunktionen obsolet macht.
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Die Auswahl möglicher Trajektorien erfolgt auch dann sequentiell, wenn die Bewertung der möglichen Trajektorien anhand der Auswahlkriterien parallel erfolgt. So können alle möglichen Trajektorien mit allen Auswahlkriterien gleichzeitig bewertet werden, um dann in der festgelegten oder gewählten Reihenfolge ausgewählt zu werden. Mit anderen Worten erfolgt die Bewertung der möglichen Trajektorien anhand sämtlicher Auswahlkriterien gleichzeitig, wobei anschließend die Auswahl, nach der jeweiligen Reihenfolge geordnet und ausgewählt zu werden, erfolgt. Damit lässt sich Zeit einsparen, wobei allerdings mehr Bewertungen durchgeführt werden müssen. Dies kann sich bei entsprechend leistungsfähigen Berechnungseinheiten positiv auf den Auswahlprozess auswirken, weil die optimale Trajektorie eher gefunden wird oder der Arbeitstakt und damit die Frequenz der Auswahl der Trajektorie verkürzt werden kann.
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In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Auswahl der einen Trajektorie aus der Anzahl möglicher Trajektorien durch eine gewichtet gemittelte Berücksichtigung der Auswahlkriterien oder der Auswahlkriterien und der diesen zugeordneten Erfüllungsparametern. Jedes Auswahlkriterium kann dabei mittels dessen Priorität, mittels deren Erfüllungsgrade gewichtet oder gleichgewichtet werden, beispielsweise in Form eines gewichteten Mittelwertes. Vorteilhafterweise kann dadurch eine schnellere und/oder höherfrequente Auswahl der Trajektorie erfolgen.
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Ausführungsbeispiel
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die schematisch in der Figur dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.
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Hierbei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer möglichen Systemarchitektur des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren läuft im dargestellten Beispiel permanent in einem Kraftfahrzeug ab. Das Kraftfahrzeug umfasst mehrere Fahrerassistenzsysteme bzw. Fahrerassistenzfunktionen, beispielsweise einen Abstandsregeltempomat, einen Spurhalteassistenten, eine adaptive Leuchtrichtungsregulierung, einen Notbremsassistenten mit Fußgängerschutz und viele mehr. Wie eingangs bereits beschrieben, lässt sich ein Fahrerassistenzsystem allgemein als eine automatische Reaktion, also ohne menschliches Zutun, oder eine teilautomatische Reaktion, also die Unterstützung eines menschlichen Tuns, eines dem Fahrzeug zugeordneten Aktors auf einen mittels Sensoren erfassten Fahrzeug oder Umfeldparameter definieren. Sensoren bzw. Fahrzeug- und Umfelderfassungsmittel umfassen z. B. Radar, Lidar, Ultraschall, Kameras im sichtbaren und nichtsichtbaren Lichtspektrum, aber auch Positionserfassungssensoren, Kommunikationsmittel (C2X, Mobilfunk, TMC) sowie Raddrehzahlsensoren, Temperatursensoren, Beschleunigungssensoren zum Erfassen von Längs, Quer- oder Gierwinkelbeschleunigungen und viele mehr. Diese werden zukünftig nicht mehr fahrerassistenzsystembezogen, sondern fahrzeugbezogen verbaut. Die erfassten Parameter stehen sämtlichen Subsystemen des Fahrzeugs bis hin zu entfernten Online-Diagnosezentralen zur Verfügung. Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen komplexe Fahrerassistenzfunktionen, bei denen die vom Aktor hervorgerufene Reaktion eine Änderung des kinematischen Zustandes des Fahrzeugs bewirkt, ist aber auch auf einfache Fahrerassistenzfunktionen anwendbar, bei der die Reaktion lediglich aus einer Warnung besteht. Im Kern geht es jedoch darum, eine Trajektorie auszuwählen.
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Dazu werden auf Basis von mittels Fahrzeug- und Umfelderfassungsmittel erfassten Fahrzeug- und Umfeldparametern 1 sämtliche aus physikalischer und fahrdynamischer Sicht mögliche Bewegungstrajektorien durch einen Trajektoriengenerator 2 generiert. Die Grenzen der Fahrphysik sind durch Fahrzeugkomponenten gegeben, beispielsweise die maximale Beschleunigung durch die Antriebseinheit und das Getriebe. Weiterhin werden die Grenzen der Fahrphysik auch im Zusammenspiel mit Umfeldbedingungen, z. B. dem Reibbeiwert des befahrenen Untergrundes, gezogen. Schließlich wäre es denkbar, an dieser Stelle schon Berührungen mit beweglichen Objekten als physikalische Grenze anzusehen. Dies würde eine Verarbeitung der erfassten Fahrzeug- und Umfeldparameter 1 vor der Weiterleitung an den Trajektoriengenerator 2 erfordern. Ein weiterer Grund zur Vorverarbeitung der Fahrzeug- und Umfeldparameter 2 wäre das Nutzen einer Fahrbahnverlaufs- und/oder Fahrspurinformation. Die Art und Weise sowie der Umfang einer möglichen Vorverarbeitung hängen von den im Fahrzeug zu realisierenden Fahrerassistenzfunktionen sowie vorhandener Fahrzeug- und Umfelderfassungsmittel ab. Im Gesamtzusammenhang vorliegender Erfindung werden daher unter Fahrzeug- und Umfeldparameter 1 direkte Sensorsignale sowie verarbeite und zu komplexen Informationen (z. B. Spurverlauf) verdichtete Fahrzeug- und Umfeldparameter 1 verstanden.
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Die Fahrzeug- und Umfeldparameter 1 werden parallel dazu an einen Situationsklassifikator 3 übermittelt. Die generelle Datenübermittlung innerhalb des Fahrzeugs erfolgt bevorzugt über ein CAN-Bussystem, kann jedoch auch drahtlos oder drahtgebunden mittels eines Ethernet-Protokolls erfolgen. Der Situationsklassifikator 3 definiert eine aktuell vorliegende Situation anhand der übermittelten Parameter 1 und ordnet die derart definierte Situation einer im Rahmen der Fahrzeugentwicklung gebildeten Situationsklassifikation zu. Selbstverständlich kann die Situationsklassifikation auch nachträglich verfeinert und dem Fahrzeug übermittelt werden. Die Situationsklassifikationen (Klassen von Situationen) werden üblicherweise auf bekannten flüchtigen oder nichtflüchtigen Speichereinheiten gespeichert. Eine Situation umfasst neben der Straßenart bzw. Straßenklasse (z. B. Autobahn, Landstraße oder innerstädtische Straße) auch weitere Umgebungsbedingungen, wie Verkehrsaufkommen (z. B. Anzahl weiterer Fahrzeuge, Gegenverkehr oder Fußgängerverkehr), Straßenbedingungen (Niederschlag, Sichtweite, Reibbeiwert) oder Fahrzeugparameter (Geschwindigkeit, Lastbereich, Motortemperatur). Die Klassifizierung kann beispielsweise anhand eines Entscheidungsbaums oder einer Entscheidungsmatrix erfolgen.
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Ist die Situation identifiziert und klassifiziert, wird die Information darüber von dem Situationsklassifikator 3 an die Kriterien- und Prioritätsvorgabe 4 übermittelt. Diese kann auf derselben oder einer getrennten Berechnungseinheit ausgeführt werden. Die Kriterien- und Prioritätsvorgabe 4 ermittelt für die jeweilige klassifizierte Situation die dieser zugeordneten Auswahlkriterien mit deren jeweiliger Priorität, also deren Anwendungsreihenfolge. Üblicherweise wird die Kollisionsvermeidung als wichtigstes Auswahlkriterium für die optimale Trajektorie angesehen. Sollte dies nicht umsetzbar sein, wird die Minimierung der Kollisionsschwere als nächstes Ziel angewendet. Je nach aktuell vorliegender Situation kann die Vermeidung einer Kollision gefährlichere Folgen, z. B. für die Insassen, haben als das gezielte Herbeiführen einer Kollision. Dies in Echtzeit zu berechnen, erfordert eine enorme Rechnerkapazität, die in Kraftfahrzeugen nicht vorhanden und darüber hinaus zu kostenintensiv ist. Die vorliegende Erfindung klassifiziert daher die Situation und bestimmt anhand dieser Situation die Auswahlkriterien zur Auswahl der Trajektorie und deren Anwendungspriorität. Dies ist wesentlich effizienter, da mit deutlich geringerem Mitteleinsatz ein gleiches Ergebnis oder überhaupt ein rechtzeitiges Ergebnis erzielt wird. Die Zuordnung der Auswahlkriterien mit deren jeweiliger Priorität zu jeder Situationsklasse erfolgt wie die Generierung der Situationsklassen im Zuge der Fahrzeugentwicklung und kann regelmäßig aktualisiert werden, z. B. per Fernwartung oder bei einem Werkstattaufenthalt.
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Die Kriterien- und Prioritätsvorgabe 4 liest diese Zuordnung, die beispielweise in einer Look-up-Tabelle vorliegen kann, aus und übermittelt sie an einen Auswahlentscheider 5. Dieser erhält weiterhin sämtliche mögliche Trajektorien vom Trajektoriengenerator 2. Der Auswahlentscheider 5 bewertet jede Trajektorie mit den Auswahlkriterien in der Reihenfolge deren jeweiliger Priorität. Nach jeder Bewertung mit einem Auswahlkriterium fallen die Trajektorien weg, die das Kriterium nicht erfüllen oder zu einem geringeren Grad als andere Trajektorien. Die übrig gebliebenen Trajektorien werden mit dem Auswahlkriterium der nächst niedrigeren Priorität bewertet. Dies wird solange wiederholt, bis nur noch eine Trajektorie übrig ist. Dies ist die optimale Trajektorie, die an die Aktoren 6 übermittelt wird. Üblicherweise wird die Trajektorie unter Zwischenschalten einer nicht dargestellten Übersetzungseinheit in konkrete Stellsignale der Aktoren 6, z. B. ein Bremsdruck, eine Drosselklappenstellung oder ein Lenkwinkel, umgerechnet. Dadurch setzen die Aktoren 6 die optimale Trajektorie um.
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Im Folgenden wird zum besseren Verständnis ein konkretes Beispiel beschrieben.
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Das Kraftfahrzeug fährt auf einer wenig befahrenen Autobahn mit Richtgeschwindigkeit (130km/h). Es sind keine Höchstgeschwindigkeit oder sonstige einschränkende Verkehrsregeln vorgegeben. Es ist 10.00Uhr morgens, die Sonne scheint und die Außentemperatur beträgt 20°C. Es liegen keine Verkehrsbeeinträchtigungen und entsprechend keine Verkehrsmeldungen vor. Der Fahrer steuert das Fahrzeug manuell und entschließt sich, die Fahrerassistenzfunktionen Abstandsregeltempomat und Spurhalteassistent zu aktivieren. Dies erfordert eine vorgegebene Trajektorie, anhand derer das Kraftfahrzeug die notwendigen Anpassungen des Lenkwinkels sowie der Verzögerung oder Beschleunigung vornimmt.
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Als erstes erfolgt die Erfassung von Fahrzeug- und Umfeldparametern 1. Die Positionsbestimmungseinheit ermittelt die Position des Fahrzeugs auf einer digitalen Karte. Der befahrene Straßentyp wird als Autobahn klassifiziert. Die für diesen Straßenabschnitt vorgegebenen Verkehrsregeln werden mit aktuell vorliegenden Verkehrsmeldungen und von anderen Verkehrsteilnehmern oder unbeweglichen Sendeeinheiten (Road Side Units – RSU) empfangenen Car-to-X Nachrichten abgeglichen, um temporär in Kraft befindliche Verkehrsregeln zu identifizieren. Weiterhin wird mittels eines Radar-Gerätes, beispielsweise betrieben im Autobahnmodus, das Verkehrsaufkommen vor dem Fahrzeug ermittelt und mit einer von einer Kamera ermittelten Spurinformation abgeglichen. Über eine Heckkamera, ein Heck-Radargerät oder über Car-to-X Nachrichten kann auch das Verkehrsaufkommen hinter dem Fahrzeug erfasst werden. Das Verkehrsaufkommen wird anhand vordefinierter Verkehrsdichteintervalle klassifiziert. Außerdem werden Eigenschaften des Untergrundes erfasst, beispielsweise ein Schlupf über Drehzahlsensoren, welche ein ABS-Steuergerät auswertet. Alternativ oder zusätzlich kann die Beschaffenheit des Untergrundes über Kameras geschätzt oder über Laseranordnungen direkt gemessen werden.
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Diese Parameter werden als Rohdaten oder als von bereits vorgelagerten Auswerteeinheiten (z. B. ABS-Steuergerät) verarbeitete Daten an den Trajektoriengenerator 2 und den Situationsklassifikator 3 weitergeleitet.
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Der Trajektoriengenerator 2 simuliert sämtliche mögliche Bewegungstrajektorien. Zur Verringerung von Rechenaufwand und zur Verkürzung der Trajektoriengenerierung können die möglichen Trajektorien weiterhin plausibilisiert werden, z. B. anhand hinterlegter Auftretenswahrscheinlichkeiten. Dadurch können beispielsweise sämtliche Trajektorien unberücksichtigt bleiben, die ein Wendemanöver beinhalten, da dies auf einer Autobahn eher unwahrscheinlich ist, also eine vorgegebene Wahrscheinlichkeitsschwelle unterschreiten. Jede der möglichen Trajektorien wird bis zu einem definierten elektronischen Horizont berechnet, dessen Ausdehnung abhängig von den erfassten Parametern 1 oder sogar von der klassifizierten Situation abhängen kann, wobei im letzten Fall die klassifizierte Situation von dem Situationsklassifikator 3 ebenfalls an den Trajektoriengenerator 2 übermittelt wird. Die Trajektorien können sich beispielsweise aus folgenden Komponenten zusammensetzen: Spur halten, Spur wechseln, Beschleunigen, Verzögern.
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Der Situationsklassifikator 3 klassifiziert die aktuell vorliegende Situation als: Autobahn standard – Verkehrsdichte gering – Straßenbedingungen optimal. Diese Situation wird an die Kriterien- und Prioritätsvorgabe 4 übermittelt. Dort werden die für diese Klasse hinterlegten Auswahlkriterien ausgelesen. Bei einer Autobahn standard (dreispurig, Standstreifen, durchgängige Leitplanke) mit geringer Verkehrsdichte (auf einer Skala von beispielsweise null bis Stau) und optimalen Sicht- und Straßenbedingungen kann als wichtigstes Auswahlkriterium (Priorität 1) der Fahrerwunsch zugeordnet sein. Das Einhalten des Fahrerwunsches wird als Ziel durch die Auswahlkriterien Lenkwinkel, Beschleunigung und Verzögerung operationalisiert. Als nächstes Auswahlkriterium kann der Fahrkomfort (Begrenzung von Lenkwinkel, Beschleunigung und Verzögerung auf ein vorgegebenes Maß) folgen. Mit Priorität 3 werden im Anschluss daran die übrig gebliebenen Trajektorien hinsichtlich der Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften bewertet. Viele weitere Kriterien sind denkbar, z. B. die Fahrzeugdynamik (Gier-, Wank- und Nickwinkel), Kraftstoffverbrauch, Reisegeschwindigkeit etc. Ändert sich die Situation, beispielsweise durch starke Erhöhung der Verkehrsdichte oder Verschlechterung der Witterung, kann der Fahrerwunsch in der Priorität herabgestuft werden und das Einhalten von Verkehrsregeln beziehungsweise die Fahrzeugstabilität als Auswahlkriterium zugeordnet oder höher priorisiert werden. Das Einhalten von Verkehrsregeln kann aufgegliedert sein in eigene Auswahlkriterien mit jeweils eigener Priorität, beispielsweise in Sicherheitsabstand oder zulässige Höchstgeschwindigkeit. Diese Unterziele können aber auch konkrete Parameter des Auswahlkriteriums Einhalten von Verkehrsregeln sein, die auch den Erfüllungsgrad bestimmen können.
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Ein wichtiges Kriterium ist die Sicherheit, beispielsweise messbar als Kollisionswahrscheinlichkeit. Da die Sicherheit immer gewährleistet werden muss, gibt es verschiedene Ansätze, diese zu berücksichtigen. Ein einfacher Ansatz ist die Berücksichtigung der Kollisionswahrscheinlichkeit bereits bei der Plausibilisierung der ermittelten möglichen Trajektorien im Trajektoriengenerator 2, bei der Trajektorien mit hoher Kollisionswahrscheinlichkeit von Beginn an nicht berücksichtigt werden. Eine weitere Möglichkeit wäre es, die Vermeidung von Kollisionen als primäres Auswahlkriterium für Trajektorien allen anderen Auswahlkriterien voranzustellen (Priorität 0). Es ist auch denkbar, eine parallel zum erfindungsgemäßen Trajektorienauswahlverfahren ablaufende Sicherheitsschicht zu implementieren, welche permanent eine Notfalltrajektorie zur Überführung des Fahrzeugs in einen sicheren Zustand ermittelt und ab einer vorgegebenen Kollisionswahrscheinlichkeit umsetzt. Schließlich könnte bevorzugt auch eine Kollision durch den Situationsklassifikator 3 als aktuell vorliegende Situation interpretiert werden. Dies hätte den großen Vorteil, dass wiederum jede Kollision, die ebenfalls unterschiedlich detailliert sein kann (Straßenart, Straßenbeschaffenheit, Typ des Kollisionsgegners), mit veränderlichen Auswahlkriterien verknüpft ist.
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Die durch die Kriterien- und Prioritätsvorgabe 4 zugeordneten Auswahlkriterien mit deren jeweiliger Priorität sowie die vom Trajektoriengenerator 2 generierten möglichen Trajektorien werden an den Auswahlentscheider 5 weiter gegeben. Dieser bewertet Schritt für Schritt jede mögliche Trajektorie mit den Auswahlkriterien, beginnend mit dem Auswahlkriterium der höchsten Priorität. Als erstes wird also das Auswahlkriterium Fahrerwunsch bewertet. Der Fahrerwunsch wird entweder aus den Bedienvorrichtungen des Fahrzeugs bestimmt (Lenkradwinkel, Stellung Gas- und Bremspedal) oder, wie in diesem Fall, aus der Vorgabe des Abstandstempomaten (Zielgeschwindigkeit 130km/h) und des Spurhalteassistenten (Ziel: Fahrspur folgen). Wenn vor dem Fahrzeug kein weiteres Fahrzeug erfasst wurde, wird jede Trajektorie, die eine Beibehaltung der Geschwindigkeit vorsieht, als geeignet ausgewählt und der Bewertung mit dem nächsten Auswahlkriterium zugeführt. Allerdings muss selbstverständlich auch der Fahrerwunsch „Spurhalten“ erfüllt sein. Es werden also nur Trajektorien weiter gegeben, die die Geschwindigkeit halten und der Spur folgen.
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Das Auswahlkriterium der zweiten Priorität, die Einhaltung des Fahrkomforts, wird als nächstes zur Bewertung der übrig gebliebenen Trajektorien herangezogen. Da bereits sichergestellt ist, dass die noch vorhandenen Trajektorien die Geschwindigkeit und die Spur halten, können diese nun anhand definierter Komfortkriterien, z. B. minimaler Lenkwinkel oder minimale Gierwinkelbeschleunigung, bewertet werden. Eine Trajektorie, die Schlängellinien innerhalb der Spur beschreibt, würde dabei herausfallen.
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Sollte nach diesem Auswahlkriterium mehr als eine Trajektorie übrig bleiben, werden diese anhand der Einhaltung der Verkehrsvorschriften bewertet. Unter den genannten Bedingungen ist die optimale Trajektorie aber bereits nach dem zweiten Bewertungsschritt gefunden. Würde sich nun das Kraftfahrzeug beispielsweise einem vorausfahrenden Fahrzeug annähern, könnte der Sicherheitsabstand, insofern er nicht vom Abstandsregeltempomat und damit als Fahrerwunsch vorgegeben wäre, als dritter Bewertungsschritt entsprechend den gesetzlichen Verkehrsvorschriften bewertet werden und die Unterschreitung eines kritischen Abstandes verhindert werden.
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Die derart ausgewählte Trajektorie wird vom Auswahlentscheider 5 an die Aktoren beziehungsweise an die Übersetzereinheit zur Übersetzung der Trajektorie in Aktorbefehle übergeben und anschließend durch die Aktoren umgesetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug- und Umfeldparameter
- 2
- Trajektoriengenerator
- 3
- Situationsklassifikator
- 4
- Kriterien- und Prioritätsvorgabe
- 5
- Auswahlentscheider
- 6
- Aktoren
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012203187 A1 [0002]
- DE 102013202053 A1 [0003]
