DE102015209066A1 - Cost-reduced trajectory planning for a vehicle - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ermittlung einer Trajektorie für ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ermitteln eines approximierten Endzeitpunkts für ein Ende des Fahrmanövers. Desweiteren umfasst das Verfahren das Begrenzen eines Suchraumes zur Ermittlung der Trajektorie in Abhängigkeit von dem approximierten Endzeitpunkt. Außerdem umfasst das Verfahren das Ermitteln der Trajektorie unter Verwendung des begrenzten Suchraumes.A method for determining a trajectory for a driving maneuver of a vehicle is described. The method includes determining an approximate end time for an end of the driving maneuver. Furthermore, the method comprises limiting a search space for determining the trajectory as a function of the approximated end time. In addition, the method includes determining the trajectory using the limited search space.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Ermittlung einer Trajektorie für die Steuerung und/oder Regelung der Quer-/Längsführung eines Fahrzeugs während eines Fahrmanövers.The invention relates to a method and a corresponding apparatus for determining a trajectory for the control and / or regulation of the transverse / longitudinal guidance of a vehicle during a driving maneuver.

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 ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs (insbesondere eines Straßen-Kraftfahrzeugs) beschrieben. Das Fahrmanöver umfasst typischerweise die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs. Das Verfahren kann beispielsweise auf einem Steuergerät des Fahrzeugs ausgeführt werden. Die ermittelte 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 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 a driving maneuver of a vehicle (in particular a road motor vehicle) is described. The driving maneuver typically includes the longitudinal and / or transverse guidance of the vehicle. The method can be carried out, for example, on a control unit of the vehicle. The determined trajectory can be used to provide automatic assistance to a driver of the vehicle with respect to the longitudinal and / or transverse guidance of the vehicle. In particular, depending on the determined trajectory, a steering input for a power steering system (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 umfasst das Ermitteln eines approximierten Endzeitpunkts für ein Ende des Fahrmanövers. Insbesondere kann ermittelt werden, welchen Zeitraum das Fahrzeug in etwa benötigen wird, um das Fahrmanöver auszuführen. Der approximierte Endzeitpunkt kann auf Basis von einem Fahrzeug-Modell ermittelt werden, welches eine geringere Komplexität aufweist, als ein Fahrzeug-Modell, welches zur Ermittlung einer Trajektorie verwendet wird. Mit anderen Worten, zur Ermittlung des approximierten Endzeitpunkts kann eine vorläufige Trajektorie ermittelt werden, die durch ein vorläufiges Polynom mit einer Ordnung beschrieben wird, die kleiner ist als die Ordnung eines Polynoms, das zur Beschreibung der zu ermittelnden Trajektorie verwendet wird. Mit noch anderen Worten, zur Ermittlung des approximierten Endzeitpunkts kann eine vorläufige Trajektorie ermittelt werden, die auf einer Trajektorienform basiert, die eine reduzierte Komplexität zu der Trajektorienform der zu ermittelnden Trajektorie aufweist. Der approximierte Endzeitpunkt kann somit mit einem moderaten Rechenaufwand ermittelt werden.The method includes determining an approximate end time for an end of the driving maneuver. In particular, it can be determined what period of time the vehicle will approximately need to execute the driving maneuver. The approximated end time may be determined based on a vehicle model having less complexity than a vehicle model used to determine a trajectory. In other words, to determine the approximated end time, a preliminary trajectory may be determined, which is described by a preliminary polynomial having an order less than the order of a polynomial used to describe the trajectory to be determined. In yet other words, to determine the approximated end time, a preliminary trajectory based on a trajectory shape having reduced complexity to the trajectory shape of the trajectory to be detected may be determined. The approximated end time can thus be determined with a moderate amount of computation.

Das Verfahren umfasst weiter das Begrenzen eines Suchraumes zur Ermittlung der Trajektorie in Abhängigkeit von dem approximierten Endzeitpunkt. Insbesondere kann der Suchraum zur Ermittlung der Trajektorie für das Fahrmanöver auf einen bestimmten Bereich um den approximierten Endzeitpunkt herum begrenzt werden. Beispielsweise kann der Suchraum auf einen Bereich von 10% des approximierten Endzeitpunkts um den approximierten Endzeitpunkt herum begrenzt werden.The method further comprises limiting a search space for determining the trajectory as a function of the approximated end time. In particular, the search space for determining the trajectory for the driving maneuver can be limited to a certain range around the approximated end time. For example, the search space may be limited to a range of 10% of the approximated end time around the approximated end time.

Desweiteren umfasst das Verfahren das Ermitteln der Trajektorie unter Verwendung des begrenzten Suchraumes. Das Ermitteln der Trajektorie kann dabei auf den begrenzten Suchraum und insbesondere auf Endzeitpunkte aus dem begrenzten Suchraum beschränkt sein.Furthermore, the method comprises determining the trajectory using the limited search space. The determination of the trajectory can be restricted to the limited search space and in particular to end times from the limited search space.

Durch das Verfahren kann die Trajektorie eines Fahrmanövers mit reduziertem Rechenaufwand ermittelt werden. Dies gilt insbesondere für Fahrmanöver mit einem relativ weitreichenden Zeithorizont (d. h. mit relativ hohen möglichen Werten für einen Endzeitpunkt).By the method, the trajectory of a driving maneuver can be determined with reduced computational effort. This is especially true for driving maneuvers with a relatively long-term horizon (i.e., with relatively high possible end-of-time values).

Das Ermitteln eines approximierten Endzeitpunkts kann umfassen, das Ermitteln einer Soll-Zustandsgröße, insbesondere einer mittleren Soll-Zustandsgröße, des Fahrzeugs für das Fahrmanöver. Mit anderen Worten, es kann ein (ggf. mittlerer) Soll-Wert für den Verlauf einer Zustandsgröße während des Fahrmanövers ermittelt werden. Insbesondere kann eine Soll-Beschleunigung ermittelt werden, die das Fahrzeug während des Fahrmanövers (ggf. im Mittel) aufweisen oder (ggf. im Mittel) nicht unter- bzw. überschreiten soll. Der approximierte Endzeitpunkt kann dann in Abhängigkeit von der (ggf. mittleren) Soll-Zustandsgröße ermittelt werden. Insbesondere kann ermittelt werden, welche Zeitdauer das Fahrmanöver aufweisen würde, wenn das Fahrzeug während des Fahrmanövers (ggf. im Mittel) die Soll-Zustandsgröße (insbesondere die Soll-Beschleunigung) aufweist. So kann der approximierte Endzeitpunkt in präziser und effektiver Weise ermittelt werden.Determining an approximated end time may include determining a desired state variable, in particular a mean desired state quantity, of the vehicle for the driving maneuver. In other words, it may be a (possibly average) target value for the course of a state variable during the driving maneuver be determined. In particular, a desired acceleration can be determined which the vehicle has during the driving maneuver (possibly on average) or should not fall below or exceed it (possibly on average). The approximated end time can then be determined as a function of the (possibly average) desired state variable. In particular, it can be determined which time period the driving maneuver would have if the vehicle has (during the driving maneuver, if necessary, on average) the desired state variable (in particular the desired acceleration). Thus, the approximated end time can be determined in a precise and effective manner.

Das Fahrmanöver kann eine Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs in Längsrichtung umfassen. Der approximierte Endzeitpunkt kann dann in Abhängigkeit von einer Anfangsgeschwindigkeit an einem Anfang des Fahrmanövers und von einer Endgeschwindigkeit am Ende des Fahrmanöversabhängen. Insbesondere kann der approximierte Endzeitpunkt t ^f des Fahrmanövers als

Figure DE102015209066A1_0002
ermittelt werden, wobei s .ziel die Endgeschwindigkeit ist, s .(0) die Anfangsgeschwindigkeit ist und s ..m die mittlere Soll-Längsbeschleunigung ist. Die o. g. Formel gilt insbesondere bei Beschreibung einer vorläufigen Trajektorie mit einem Polynom 2. Ordnung.The driving maneuver may include an acceleration or deceleration of the vehicle in the longitudinal direction. The approximated end time may then depend on an initial velocity at the beginning of the driving maneuver and a final velocity at the end of the driving maneuver. In particular, the approximate end time t ^ f of the driving maneuver can be considered
Figure DE102015209066A1_0002
be determined, where s. target is the terminal velocity, s. (0) is the initial velocity and s .. m is the mean target longitudinal acceleration. The above-mentioned formula applies in particular to a description of a preliminary trajectory with a polynomial of 2nd order.

Alternativ oder ergänzend kann das Fahrmanöver eine Ablage des Fahrzeugs (d. h. einen Abstand von einer Referenzposition) in Querrichtung umfassen. In diesem Fall kann der approximierte Endzeitpunkt in Abhängigkeit von einer Anfangsablage am Anfang des Fahrmanövers und von einer Endablage am Ende des Fahrmanövers abhängen. Insbesondere kann der approximierte Endzeitpunkt t ^f des Fahrmanövers als

Figure DE102015209066A1_0003
ermittelt werden, wobei d ..m die mittlere Soll-Querbeschleunigung ist, d(0) die Anfangsablage ist und dziel die Endablage ist. Die o. g. Formel gilt insbesondere bei Beschreibung einer vorläufigen Trajektorie mit einem Polynom 2. Ordnung.Alternatively or additionally, the driving maneuver may include a storage of the vehicle (ie a distance from a reference position) in the transverse direction. In this case, the approximated end time may depend on an initial offset at the beginning of the maneuver and a final clip at the end of the maneuver. In particular, the approximate end time t ^ f of the driving maneuver can be considered
Figure DE102015209066A1_0003
where d .. m is the average desired lateral acceleration, d (0) is the initial offset, and d target is the final offset. The above-mentioned formula applies in particular to a description of a preliminary trajectory with a polynomial of 2nd order.

Das Verfahren kann weiter umfassen das Ermitteln eines approximierten Endzustands bzw. einen Ziel-Endzustand des Fahrzeugs am Ende des Fahrmanövers. Dabei kann der approximierte Endzustand bzw. der Ziel-Endzustand z. B. eine Querablage des Fahrzeugs am Ende des Fahrmanövers und/oder eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs am Ende des Fahrmanövers umfassen. Desweiteren kann der Suchraum zur Ermittlung der Trajektorie weiter in Abhängigkeit von dem approximierten Endzustand bzw. dem Ziel-Endzustand begrenzt werden, z. B. auf eine begrenzte Umgebung (z. B. 10%) um den approximierten Endzustand bzw. den Ziel-Endzustand. So kann der Rechenaufwand zur Ermittlung einer Trajektorie weiter reduziert werden. Der approximierte Endzustand bzw. der Ziel-Endzustand kann von einer Fahrerassistenzfunktion vorgegeben werden (z. B. als eine mit dem Fahrmanöver zu erreichende Fahrspur bzw. als eine mit dem Fahrmanöver zu erreichende Fahrgeschwindigkeit).The method may further comprise determining an approximated final state or a final destination state of the vehicle at the end of the driving maneuver. In this case, the approximated final state or the target end state z. B. include a cross-shelf of the vehicle at the end of the maneuver and / or a speed of the vehicle at the end of the driving maneuver. Furthermore, the search space for determining the trajectory can be further limited in dependence on the approximated final state or the final destination state, for. To a limited environment (e.g., 10%) around the approximated final state or destination final state, respectively. Thus, the computational effort to determine a trajectory can be further reduced. The approximated final state or the final destination state can be predetermined by a driver assistance function (eg as a lane to be reached with the driving maneuver or as a driving speed to be achieved with the driving maneuver).

Das Ermitteln einer Trajektorie kann das Ermitteln einer Vielzahl von möglichen Trajektorien für das Fahrmanöver umfassen. Dabei sind die möglichen Trajektorien auf den begrenzten Suchraum beschränkt. Durch die Ermittlung einer Vielzahl von unterschiedlichen möglichen Trajektorien kann sichergestellt werden, dass eine möglichst optimale Trajektorie (z. B. optimal in Hinblick auf eine Kollisionsvermeidung, den Komfort und/oder die Sportlichkeit) ermittelt werden kann. Die Trajektorie kann aus der Vielzahl von möglichen Trajektorien ausgewählt werden.Determining a trajectory may include determining a plurality of possible trajectories for the driving maneuver. The possible trajectories are limited to the limited search space. By ascertaining a multiplicity of different possible trajectories, it is possible to ensure that the most optimal trajectory (eg optimal with regard to collision avoidance, comfort and / or sportiness) can be determined. The trajectory can be selected from the multitude of possible trajectories.

Das Ermitteln einer möglichen Trajektorie für ein 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 umfassen. 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 zumindest teilweise durch das Fahrmanöver vorgegeben sein. Desweiteren kann die mögliche Trajektorie auf Basis der Anfangswerte, der Endwerte, dem Endzeitpunkt und auf Basis von einem Polynom mit 5. 6. 7. oder höherer Ordnung bestimmt werden. Zur Berücksichtigung des Rucks bei den Anfangswerten und bei den Endwerten 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 a 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 end values can be predetermined at least partially by the driving maneuver. Furthermore, the possible trajectory can be based on the initial values, the end values, the end time and on the basis of a polynomial of 5th, 6th or higher order. To take account of the jerk at the initial values and at the end values, at least one polynomial with 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.

Desweiteren können Werte eines Auswahlmaßes für ein oder mehrere der Vielzahl von möglichen Trajektorien ermittelt werden. Das Auswahlmaß kann von einem zu erreichenden Zielzustand, von einem Zielzeitpunkt und/oder von einem Verlauf der Beschleunigung bzw. des Rucks während des Fahrmanövers abhängen. Die Trajektorie kann in Abhängigkeit von dem Auswahlmaß ausgewählt werden. So kann sichergestellt werden, dass durch die ausgewählte Trajektorie vorgegebene Ziele (z. B. ein vorgegebener Zielzustand) erfüllt werden.Furthermore, values of a selection measure for one or more of the plurality of possible trajectories can be determined. The selection measure may depend on a target state to be reached, on a target time and / or on a course of the acceleration or the jerk during the driving maneuver. The trajectory can be selected depending on the choice measure. This ensures that targets specified by the selected trajectory (eg a predefined target state) are met.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Trajektorie für ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs beschrieben. Die Vorrichtung ist eingerichtet, einen approximierten Endzeitpunkt für ein Ende des Fahrmanövers zu ermitteln. Außerdem ist die Vorrichtung eingerichtet, einen Suchraum zur Ermittlung der Trajektorie in Abhängigkeit von dem approximierten Endzeitpunkt zu begrenzen. Desweiteren ist die Vorrichtung eingerichtet, die Trajektorie unter Verwendung des begrenzten Suchraumes zu ermitteln.According to a further aspect, a device for determining a trajectory for a driving maneuver of a vehicle is described. The device is set up to determine an approximate end time for an end of the driving maneuver. In addition, the device is set up to limit a search space for determining the trajectory as a function of the approximated end time. Furthermore, the device is set up to determine the trajectory using the limited search space.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug wie z. B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung zur Ermittlung einer Trajektorie für ein Fahrmanöver des Fahrzeugs umfasst.According to a further aspect, a vehicle (in particular a road motor vehicle such as a passenger car, a truck or a motorcycle) is described which comprises the device for determining a trajectory for a driving maneuver 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.It 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.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigenFurthermore, the invention will be described in more detail with reference to exemplary embodiments. Show

1 eine beispielhafte Verkehrssituation, die die Planung einer Trajektorie zur Durchführung eines Fahrmanövers erfordert; 1 an exemplary traffic situation that requires the planning of a trajectory for carrying out a driving maneuver;

2 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung einer Trajektorie; 2 a flowchart of an exemplary method for determining a trajectory;

3 beispielhafte Koordinaten für die Trajektorienplanung; und 3 exemplary coordinates for trajectory planning; and

4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung einer Trajektorie mit reduziertem Rechenaufwand. 4 a flowchart of an exemplary method for determining a trajectory with reduced computational effort.

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 1 eine beispielhafte Verkehrssituation. Das Ego-Fahrzeug 100 fährt auf einer mehrspurigen Straße 101. Ein Fahrzeug 103 auf der gleichen Fahrspur der Straße 101 vor dem Ego-Fahrzeug 100 kann eine relativ geringe Fahrgeschwindigkeit aufweisen. Das Ego-Fahrzeug 100 hat dann z. B. die Möglichkeit ein Überholmanöver durchzuführen und entlang einer Trajektorie 112 die Fahrspur zu wechseln, um das Fahrzeug 102 zu überholen. Dabei ist eine Kollision mit anderen Fahrzeugen 102 zu vermeiden.As explained above, the present document deals with the technical task of reducing the computational outlay for determining a trajectory of a vehicle (which is also referred to as an ego vehicle). In this context shows 1 an exemplary traffic situation. The ego vehicle 100 drives on a multi-lane road 101 , A vehicle 103 on the same lane of the road 101 in front of the ego vehicle 100 can have a relatively low driving speed. The ego vehicle 100 then has z. B. the possibility to perform an overtaking maneuver and along a trajectory 112 to change the lane to the vehicle 102 to overtake. There is a collision with other vehicles 102 to avoid.

Zur Durchführung des in 1 dargestellten Überholmanövers kann eine Steuereinheit des Ego-Fahrzeugs 100 eine Trajektorie 112 ermitteln, die ein oder mehrere Randbedingungen erfüllt. Bei der Ermittlung einer Trajektorie 112 können u. a. fahrdynamische Aspekte berücksichtigt werden. Insbesondere kann in Abhängigkeit von ein oder mehreren Fahrzeugparametern und/oder in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrsituation eine Trajektorien 112 ermittelt werden, die mit dem Fahrzeug 100 realistisch gefahren werden kann. Dabei kann z. B. der Kammsche Kreis für das Fahrzeug 100 bei der aktuellen Fahrsituation berücksichtigt werden. Desweiteren kann eine vom Fahrzeug 100 umsetzbare Krümmung berücksichtigt werden. Weitere Beispiele für Fahrzeugparameter, die berücksichtigt werden können, sind eine (bei der aktuellen Fahrsituation umsetzbare) Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs 100.To carry out the in 1 overtaking maneuver shown, a control unit of the ego vehicle 100 a trajectory 112 determine one or more constraints. In the determination of a trajectory 112 Among other things, driving dynamics aspects can be taken into account. In particular, depending on one or more vehicle parameters and / or depending on a current Driving situation a trajectories 112 be determined with the vehicle 100 can be driven realistically. It can be z. B. the comb circle for the vehicle 100 be taken into account in the current driving situation. Furthermore, one of the vehicle 100 feasible curvature be considered. Further examples of vehicle parameters that can be taken into account are an acceleration or deceleration of the vehicle (which can be implemented in the current driving situation) 100 ,

Desweiteren wird eine Trajektorie 112 typischerweise derart ermittelt, dass mit der Trajektorie 112 eine Kollision mit den detektierten Objekten 102 in der Umgebung des Ego-Fahrzeugs 100 vermieden werden kann. Beispielsweise kann eine Kollisionswahrscheinlichkeit für eine Vielzahl von möglichen Trajektorien 112 ermittelt werden, und es kann die mögliche Trajektorie 112 mit der geringsten Kollisionswahrscheinlichkeit als Trajektorie 112 ausgewählt werden, mit der das Fahrmanöver durchgeführt wird.Furthermore, it becomes a trajectory 112 typically determined such that with the trajectory 112 a collision with the detected objects 102 around the ego vehicle 100 can be avoided. For example, a collision probability for a plurality of possible trajectories 112 be determined, and it may be the possible trajectory 112 with the lowest probability of collision as a trajectory 112 be selected, with which the driving maneuver is performed.

Die so ermittelte Trajektorie 112 kann dann an ein oder mehrere Regler für die Querführung/Längsführung des Fahrzeugs 100 übergeben werden. Insbesondere kann ein Bahnführungsregler verwendet werden, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug 100 entlang der ermittelten Trajektorie 112 fährt. Desweiteren kann ein Fahrzeugführungsregler dafür sorgen, dass die dafür erforderlichen Brems-/Beschleunigungs-/Lenkmomente erbracht werden. Die Aufteilung der Längs-/Querführungsregelung in einen Bahnführungsregler und einen Fahrzeugführungsregler ist vorteilhaft, da aufgrund der Aufteilung ein relativ einfaches Modell des Fahrzeugs 100 innerhalb des Bahnführungsreglers verwendet werden kann, und somit die Regelung der Führung des Fahrzeugs 100 entlang der ermittelten Trajektorie 112 robuster und stabiler gestaltet werden kann.The trajectory thus determined 112 can then to one or more controller for the lateral guidance / longitudinal guidance of the vehicle 100 be handed over. In particular, a web guide controller can be used to ensure that the vehicle 100 along the determined trajectory 112 moves. Furthermore, a vehicle control controller can ensure that the required braking / acceleration / steering torques are provided. The division of the longitudinal / transverse control in a web guide controller and a vehicle control controller is advantageous because due to the division of a relatively simple model of the vehicle 100 can be used within the web guide controller, and thus the regulation of the leadership of the vehicle 100 along the determined trajectory 112 can be made more robust and stable.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zur Ermittlung einer Trajektorie 112 für ein Fahrzeug 100. Die Ermittlung einer Trajektorie 112 erfolgt bevorzugt in einem entkrümmten Koordinatensystem, relativ zu einem Fahrbahnverlauf. Das Verfahren 200 kann daher den Schritt umfassen, Zustandsdaten bzw. Werte von Zustandsgrößen des Fahrzeugs 100 (wie z. B. die Position des Fahrzeugs 100, einen Gierwinkel des Fahrzeugs 100 und/oder einen Lenkwinkel des Fahrzeugs 100) aus einem kartesischen Koordinatensystem in ein (entkrümmtes) Frenet-Koordinatensystem zu transformieren. 2 shows a flowchart of an exemplary method 200 for determining a trajectory 112 for a vehicle 100 , The determination of a trajectory 112 preferably takes place in a deviated coordinate system, relative to a roadway course. The procedure 200 may therefore include the step, state data or values of state variables of the vehicle 100 (such as the position of the vehicle 100 , a yaw angle of the vehicle 100 and / or a steering angle of the vehicle 100 ) from a Cartesian coordinate system into a (de-curved) Frenet coordinate system.

Die Entkrümmung ist beispielhaft in 3 dargestellt. Für die Entkrümmung werden Messsignale bzgl. des Zustands des Fahrzeugs 100 in ein Fahrspurkoordinatensystem transformiert. Die Trajektorienplanung selbst findet damit nicht in einem kartesischen Koordinatensystem 301 statt, sondern in einem Frenet-Koordinatensystem. Das Frenet-Koordinatensystem wird bezüglich einer Referenzkurve 300 (z. B. der Fahrspurmitte eines Straßenverlaufs) beschrieben. Die Fahrzeugposition wird damit durch die Variablen s(t) 303 in Längsrichtung und d(t) 302 in Querrichtung beschrieben. s .(t) und d .(t) beschreiben die Längs- und Quergeschwindigkeit und s ..(t) und s ..(t) beschreiben die Beschleunigungen. Sowohl die Fahrzeugeigenbewegung als auch die zu berücksichtigenden Verkehrsteilnehmer werden im Frenet-Koordinatensystem berücksichtigt. Anschaulich entspricht diese Transformation der Entkrümmung des Koordinatensystems 301 und erlaubt so die getrennte Optimierung der Längs- und Querbewegung des Fahrzeugs 100.The warp is exemplary in 3 shown. For the decurling measurement signals are regarding the condition of the vehicle 100 transformed into a lane coordinate system. The trajectory planning itself does not find itself in a Cartesian coordinate system 301 instead, but in a Frenet coordinate system. The Frenet coordinate system is relative to a reference curve 300 (eg the lane center of a roadway). The vehicle position is thus replaced by the variables s (t) 303 in the longitudinal direction and d (t) 302 described in the transverse direction. s (t) and d (t) describe the longitudinal and lateral velocities and s .. (t) and s .. (t) describe the accelerations. Both the vehicle's own movement and the road users to be considered are taken into account in the Frenet coordinate system. Clearly, this transformation corresponds to the warping of the coordinate system 301 and thus allows the separate optimization of the longitudinal and transverse movement of the vehicle 100 ,

Die Bestimmung einer Trajektorie 112 unter Berücksichtigung von physikalischen, technischen sowie komfortorientierten Randbedingungen resultiert in einem Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen. Das daraus resultierende Optimierungsproblem weißt aufgrund von harten Randbedingungen (wie z. B. fahrdynamischen Begrenzungen, Aktuatorbegrenzungen und Kollisionsfreiheit) Gleichungs- wie Ungleichungsnebenbedingungen auf. Diese Tatsache macht die Lösung des Optimierungsproblems zu einem komplexen Problem, vor allem dann wenn sich die Anzahl und Gestalt der Nebenbedingungen ändert. Dies kann insbesondere aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen von unterschiedlichen Fahrerassistenzfunktionen auftreten.The determination of a trajectory 112 taking into account physical, technical and comfort-oriented boundary conditions results in an optimization problem with constraints. The resulting optimization problem due to hard boundary conditions (such as driving dynamics limitations, actuator limitations and collision freedom) on equation and inequality constraints on. This fact makes the solution of the optimization problem a complex problem, especially when the number and shape of the constraints changes. This can occur in particular due to the different requirements of different driver assistance functions.

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 (d. h. für eine Steuereinheit) eines Fahrzeugs 100, welches Trajektorien 112 in Echtzeit berechnen soll, zu substantiellen Problemen führen kann.In order to ensure the convergence of the optimization and to determine the global optimum, the convexity of the optimization problem is typically to be proven, which can typically not be guaranteed due to the existing constraints. Thus, the optimization would have to be done with different initial conditions to ultimately achieve the best result. Furthermore, when using an optimization algorithm, it is difficult to estimate the maximum number of iterations and thus the required computing time, which is the case for a control unit (ie for a control unit) of a vehicle 100 , which trajectories 112 in real time, can lead to substantial problems.

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 100 lässt sich als Optimalsteuerproblem mit Ausgang s(t) = x1(t) (im Falle der Längsplanung) bzw. d(t) = x1(t) (im Falle der Querplanung) eines Integratorsystems (d. h. eines Fahrzeugmodells) beschreiben. Dabei ist x1(t) eine erste Zustandsgröße des Fahrzeugs 100, welche die Position des Fahrzeugs 100 (in Längsrichtung bzw. in Querrichtung) beschreibt. Als Eingang des Integratorsystems kann der Ruck x (3) / 1(t) (d. h. die 3te Ableitung der Zustandsgröße x1(t)) definiert werden. In diesem Dokument wird jedoch als Eingang die Ableitung des Rucks x (4) / 1(t) (d. h. die 4te Ableitung der Zustandsgröße x1(t)) verwendet. Damit können, wie im Folgenden gezeigt, Polynome 7. Ordnung als Ansatz verwendet werden. Insbesondere kann damit die Anzahl der Freiheitsgrade (z. B. die Anzahl der Randbedingungen) erhöht werden, was besonders in Bezug auf die Querführung des Fahrzeugs 100 vorteilhaft ist. The transverse and longitudinal movement of a vehicle 100 can be described as an optimal control problem with output s (t) = x 1 (t) (in the case of longitudinal planning) or d (t) = x 1 (t) (in the case of cross-planning) of an integrator system (ie a vehicle model). In this case, x 1 (t) is a first state variable of the vehicle 100 indicating the position of the vehicle 100 (in the longitudinal direction or in the transverse direction) describes. As an input of the integrator system, the jerk x (3) / 1 (t) (ie the 3 th derivative of the state variable x 1 (t)) are defined. However, this document uses the derivative of the jerk as input x (4) / 1 (t) (ie, the 4 th derivative of the state variable x 1 (t)) is used. Thus, 7th order polynomials can be used as an approach, as shown below. In particular, this allows the number of degrees of freedom (eg the number of boundary conditions) to be increased, which is particularly important with regard to the transverse guidance of the vehicle 100 is advantageous.

Das Integratorsystem kann wie folgt definiert werden:

Figure DE102015209066A1_0004
wobei die Eingangsröße u der Ableitung des Rucks x (4) / 1(t) entspricht. Der Zustand eines Fahrzeugs 100 zu einem bestimmten Zeitpunkt t kann durch den Zustandsvektor xT = [x1, x2, x3, x4] beschrieben werden, wobei x2(t) = = x .2(t) und x4(t) = x .3(t).The integrator system can be defined as follows:
Figure DE102015209066A1_0004
where the input u is the derivative of the jerk x (4) / 1 (t) equivalent. The condition of a vehicle 100 at a certain point in time t, the state vector can be used to describe x T = [x 1 , x 2 , x 3 , x 4 ], where x 2 (t) = = x. 2 (t) and x 4 (t) = x. 3 (t).

Es kann gezeigt werden, dass sich der Zustandsvektor x(t) ergibt als

Figure DE102015209066A1_0005
It can be shown that the state vector x (t) results as
Figure DE102015209066A1_0005

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:

Figure DE102015209066A1_0006
To solve the optimization problem based on a polynomial of 7th order, the following quality functional can be used:
Figure DE102015209066A1_0006

Die Parameter c0123 T = [c0, c1, c2, c3] berechnen sich aus den Anfangsbedingungen x(0) = x0 der Trajektorie 112 zum Zeitpunkt t = 0 als c0123 = M –1 / 1(0)x0 The parameters c 0123 T = [c 0 , c 1 , c 2 , c 3 ] are calculated from the initial conditions x (0) = x 0 of the trajectory 112 at time t = 0 as c 0123 = M -1 / 1 (0) x 0

Die Parameter c4567 T = [c4, c5, c6, c7] berechnen sich aus den Endbedingungen x(tf) der Trajektorie 112 zum Zeitpunkt t = tf als c4567 = M –1 / 2(tf)(x(tf) – M1(tf)c0123) The parameters c 4567 T = [c 4 , c 5 , c 6 , c 7 ] are calculated from the final conditions x (t f ) of the trajectory 112 at the time t = t f as c 4567 = M -1 / 2 (t f ) (x (t f ) - M 1 (t f ) c 0123 )

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:

Figure DE102015209066A1_0007
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 in this case is to come as close as possible to this reference curve. In this case, the parameters c 4567 T can be calculated as follows:
Figure DE102015209066A1_0007

Das Optimierungsproblem besteht nun darin sowohl die Endzeit bzw. den Endzeitpunkt tf als auch ggf. den Endzustand x(tf) für eine optimale Trajektorie 112 zu bestimmen. Insbesondere sollen durch das Optimierungsproblem der Endzeitpunkt tf und die Position des Fahrzeugs 100 zum Endzeitpunkt tf, d. h. x1(tf), bzw. die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 zum Endzeitpunkt tf, d. h. x .1(tf), ermittelt werden.The optimization problem now consists of both the end time or the end time t f and possibly the final state x (t f ) for an optimal trajectory 112 to determine. In particular, by the optimization problem, the end time t f and the position of the vehicle 100 at the end time t f , ie x 1 (t f ), or the speed of the vehicle 100 at the end time t f , ie x. 1 (t f ) can be determined.

Zur Berechnung einer Quer-Trajektorie können Polynome 7. Ordnung gewählt werden, um so die 3. Ableitung der Trajektorie 112 am Anfang und Ende der Trajektorie 112 vorgeben zu können. Insbesondere kann so deutlich exakter ein Lenkwinkel am Anfang und am Ende der Trajektorie 112 vorgegeben werden. Als gewünschter Endpunkt einer Trajektorie 112 kann ein Zielbereich dziel vorgegeben werden, der z. B. einen Bereich auf einer benachbarten Fahrspur anzeigt (wie in 1 dargestellt). Dieser Zielbereich kann z. B. als gewünschte Endposition des Endzustands x(tf) festgelegt werden, mit x1(tf) = dziel Als Auswahlmaß oder als Gütemaß für die Ermittlung einer Trajektorie 112 für die Querführung des Fahrzeugs 100 kann folgende Funktion verwendet werden:

Figure DE102015209066A1_0008
To calculate a transverse trajectory, polynomials of the 7th order can be chosen, so that the third derivative of the trajectory 112 at the beginning and end of the trajectory 112 to pretend. In particular, so much more accurate steering angle at the beginning and at the end of the trajectory 112 be specified. As the desired endpoint of a trajectory 112 can a target area d goal be specified, the z. B. indicates an area on an adjacent lane (as in 1 shown). This target area can, for. B. as a desired end position of the final state x (t f ) are set, with x 1 (t f ) = d target as a choice measure or as a measure of quality for the determination of a trajectory 112 for the transverse guidance of the vehicle 100 the following function can be used:
Figure DE102015209066A1_0008

Dabei bewertet der erste Ausdruck, die Entwicklung der Ableitung des Rucks entlang der Trajektorie 112. Der zweite Ausdruck bewertet die Abweichung der Endposition d(tf) von der Zielposition dziel. Desweiteren bewertet der dritte Ausdruck die zeitliche Länge der Trajektorie 112. Über die Gewichtungsfaktoren kq1 und kq2 kann die Ausprägung der Trajektorie 112 gewichtet werden.The first expression evaluates the evolution of the derivative of the jerk along the trajectory 112 , The second term evaluates the deviation of the final position d (t f ) from the target position d target . Furthermore, the third expression evaluates the time length of the trajectory 112 , The expression of the trajectory can be determined by the weighting factors k q1 and k q2 112 be weighted.

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. Für die Längsplanung kann z. B. folgendes Auswahlmaß bzw. Gütemaß verwendet werden

Figure DE102015209066A1_0009
insbesondere wenn eine bestimmte Zielposition sziel erreicht werden soll. Alternativ kann das Auswahlmaß bzw. Gütemaß verwendet werden
Figure DE102015209066A1_0010
insbesondere wenn eine bestimmte Zielgeschwindigkeit s .ziel erreicht werden soll.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. For longitudinal planning z. B. the following selection measure or quality measure can be used
Figure DE102015209066A1_0009
especially if a specific target position s goal is to be achieved. Alternatively, the selection measure or quality measure can be used
Figure DE102015209066A1_0010
especially if a certain target speed s. goal is to be achieved.

Zur Ermittlung einer optimalen Trajektorie 112 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 112 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 112 ausgewählt und auf Einhaltung der Nebenbedingungen geprüft werden. Werden die Nebenbedingungen eingehalten wird die Trajektorie 112 umgesetzt. Andernfalls wird die nächstbeste Trajektorie 112 ausgewählt und auf die Nebenbedingungen überprüft. Dieses Vorgehen wird solange angewandt bis eine optimale Lösung gefunden wird, die die Nebenbedingungen erfüllt. The secondary conditions can thus be taken into account downstream of the optimization. For this purpose, the best trajectory in the sense of the cost function J (ie the selection measure) 112 selected and checked for compliance with the constraints. If the constraints are met, the trajectory is maintained 112 implemented. Otherwise, the next best trajectory 112 selected and checked for the constraints. This procedure is applied until an optimal solution is found which fulfills the secondary conditions.

Als Nebenbedingungen können Aktuator- und Fahrdynamikbegrenzungen berücksichtigt werden. Desweiteren kann die Kollisionsfreiheit mit prädizierten Objekttrajektorien von anderen Objekten/Fahrzeugen 102 berücksichtigt werden.As constraints, actuator and vehicle dynamics limitations can be considered. Furthermore, the collision freedom with predicted object trajectories of other objects / vehicles 102 be taken into account.

Das in 2 veranschaulichte Verfahren 200 zur Ermittlung einer Trajektorie 112 für die Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs 100 umfasst somit das Ermitteln 201 von Anfangswerten bzw. Anfangsbedingungen x(0) = x0 für eine Vielzahl von Zustandsgrößen x des Fahrzeugs 100. Die Vielzahl von Zustandsgrößen umfasst dabei eine Position x1(t) des Fahrzeugs 100, eine Geschwindigkeit x .1(t) des Fahrzeugs 100, eine Beschleunigung x ..1(t) des Fahrzeugs 100 und einen Ruck x (3) / 1(t) des Fahrzeugs 100. Dabei gibt x (3) / 1(t) die dritte Ableitung der Position x1(t) des Fahrzeugs 100 an.This in 2 illustrated method 200 for determining a trajectory 112 for the longitudinal and / or transverse guidance of a vehicle 100 thus includes the determination 201 of initial values x (0) = x 0 for a plurality of state variables x of the vehicle 100 , The plurality of state variables comprises a position x 1 (t) of the vehicle 100 , a speed x. 1 (t) of the vehicle 100 , an acceleration x .. 1 (t) of the vehicle 100 and a jerk x (3) / 1 (t) of the vehicle 100 , There are x (3) / 1 (t) the third derivative of the position x 1 (t) of the vehicle 100 at.

Das Verfahren 200 umfasst außerdem das Ermitteln 202 von Endwerten x(tf) zu einem Endzeitpunkt tf für die Vielzahl von Zustandsgrößen x des Fahrzeugs 100. Außerdem umfasst das Verfahren 200 das Bestimmen 203 einer Trajektorie 112 auf Basis der Anfangswerte x(0) = x0, der Endwerte x(tf), dem Endzeitpunkt tf und auf Basis von einem Polynom mit 5., 7. oder höherer/niederer Ordnung. Das Polynom mit 5., 7. oder höherer/niederer Ordnung kann die Position x1(t) des Fahrzeugs 100 als Funktion der Zeit t zwischen der Anfangsposition x1(0) und der Endposition x1(tf) der Trajektorie 112 beschreiben. Zur Berechnung der (Zustands-)Trajektorie x(t) 112 können die oben wiedergegebenen Formeln für c0123 T, c4567 T und x(t) verwendet werden. Insbesondere durch die Formel für x(t) wird die Position x1(t) des Fahrzeugs 100 durch ein Polynom mit 7. Ordnung beschrieben.The procedure 200 also includes determining 202 of final values x (t f ) at an end time t f for the plurality of state variables x of the vehicle 100 , In addition, the process includes 200 the determining 203 a trajectory 112 on the basis of the initial values x (0) = x 0 , the final values x (t f ), the end time t f and on the basis of a polynomial of 5, 7 or higher / lower order. The polynomial of 5th, 7th or higher / lower order can be the position x 1 (t) of the vehicle 100 as a function of the time t between the initial position x 1 (0) and the end position x 1 (t f ) of the trajectory 112 describe. To calculate the (state) trajectory x (t) 112 For example, the formulas given above for c 0123 T , c 4567 T and x (t) can be used. In particular, by the formula for x (t), the position becomes x 1 (t) of the vehicle 100 described by a polynomial of 7th order.

Zur Ermittlung einer optimalen Trajektorie 112 (im Sinne eines Auswahlmaßes J) können die Werte des Auswahlmaßes J für Trajektorien 112 mit unterschiedlichen Endzeitpunkten tf und/oder mit unterschiedlichen Endwerten x(tf) der Vielzahl von Zustandsgrößen ermittelt werden. Es kann dann die (Zustands-)Trajektorie 112 ausgewählt werden, die das Auswahlmaß J optimiert. Desweiteren kann überprüft werden, ob ein oder mehrere Nebenbedingungen erfüllt werden (wie oben dargelegt).To determine an optimal trajectory 112 (in the sense of a selection measure J), the values of the selection measure J for trajectories 112 be determined with different end times t f and / or with different end values x (t f ) of the plurality of state variables. It can then be the (state) trajectory 112 which optimizes the selection measure J. Furthermore, it can be checked whether one or more constraints are met (as stated above).

Die ermittelte Trajektorie 112 kann abschließend von dem Frenet-Koordinatensystem zurück in ein kartesisches Koordinatensystem transformiert werden. Desweiteren kann die ermittelte Trajektorie 112 dazu verwendet werden, das Fahrzeug zu führen (z. B. für ein Ausweichmanöver oder für ein Einparkmanöver).The determined trajectory 112 can finally be transformed back from the Frenet coordinate system into a Cartesian coordinate system. Furthermore, the determined trajectory 112 be used to guide the vehicle (eg for an evasive maneuver or for a parking maneuver).

Wie oben dargelegt, müssen im Rahmen der Ermittlung einer optimalen Trajektorie 112 eine Vielzahl von möglichen Trajektorien 112 für unterschiedliche Endzeitpunkte tf und Endzustände x(tf) berechnet werden. Dies führt insbesondere bei der Ermittlung von Trajektorien 112 mit einem relativ großen Planungshorizont (d. h. mit möglichen Endzeitpunkten tf. die relativ weit in der Zukunft liegen) zu einem hohen Rechenaufwand. Es ist daher vorteilhaft, in einem ersten Schritt, den möglichen Suchraum für die Ermittlung von möglichen Trajektorien 112 einzugrenzen.As stated above, in the context of determining an optimal trajectory 112 a multitude of possible trajectories 112 for different end times t f and final states x (t f ) are calculated. This leads in particular to the determination of trajectories 112 with a relatively large planning horizon (ie with possible end times t f ., which are relatively far in the future) to a high computational effort. It is therefore advantageous, in a first step, the possible search space for the determination of possible trajectories 112 narrow.

Der Suchraum kann insbesondere dadurch eingegrenzt werden, dass Vorgaben in Bezug auf die Beschleunigung x ..1(t) des Fahrzeugs 100 gemacht werden. Beispielsweise kann vorgegeben werden, dass die mittlere Beschleunigung des Fahrzeugs 100 während der Trajektorie 112 einen bestimmten Beschleunigungs-Schwellenwert nicht überschreiten soll bzw. dass die mittlere Beschleunigung des Fahrzeugs 100 während der Trajektorie 112 bei einem bestimmten Beschleunigungswert liegen soll. Mit dieser Vorgabe kann eine Vorgabe für den Endzeitpunkt tf bzw. ein approximierter Endzeitpunkt t ^f ermittelt werden.The search space can be delimited in particular by specifications relating to the acceleration x... 1 (t) of the vehicle 100 be made. For example, it can be specified that the average acceleration of the vehicle 100 during the trajectory 112 should not exceed a certain acceleration threshold or that the average acceleration of the vehicle 100 during the trajectory 112 should be at a certain acceleration value. With this specification, a specification for the end time t f or an approximated end time t ^ f can be determined.

Beispielsweise kann ein approximierter Endzeitpunkt t ^f wie folgt ermittelt werden

Figure DE102015209066A1_0011
wobei d ..m der mittleren Querbeschleunigung des Fahrzeugs 100 entlang der zu ermittelnden Trajektorie 112 entspricht, und wobei d(0) der Querablage des Fahrzeugs 100 am Anfangspunkt der Trajektorie 112 und dziel der Querablage des Fahrzeugs 100 am Endpunkt der Trajektorie 112 entspricht.For example, an approximate end time t ^ f can be determined as follows
Figure DE102015209066A1_0011
where d .. m the average lateral acceleration of the vehicle 100 along the trajectory to be determined 112 and where d (0) is the cross-shelf of the vehicle 100 at the starting point of the trajectory 112 and d destination of the cross-shelf of the vehicle 100 at the end point of the trajectory 112 equivalent.

Für eine Längsbewegung kann für eine Geschwindigkeitsanpassung von einer Anfangsgeschwindigkeit s .(0) zu einer Zielgeschwindigkeit s .ziel eine mittlere Längsbeschleunigung s ..m vorgegeben werden. Daraus kann dann ein approximierter Endzeitpunkt t ^f des Beschleunigungsmanövers ermittelt werden,

Figure DE102015209066A1_0012
For a longitudinal movement, for a speed adjustment from an initial speed s. (0) to a target speed s. goal an average longitudinal acceleration s .. m are given. From this, an approximated end time t ^ f of the acceleration maneuver can then be determined,
Figure DE102015209066A1_0012

Es kann somit in einfacher Weise ein approximierter Endzeitpunkt (ermittelt werden. Desweiteren kann ein, z. B. durch ein Fahrerassistenzsystem vorgegebener, Endzustand x(tf) (insbesondere eine Endposition x1(tf) und/oder eine Endgeschwindigkeit x .1(tf)) als approximierter Endzustand bzw. als Ziel-Endzustand x ^(tf) betrachtet werden. Die zu ermittelnde Trajektorie 112 kann dann in einem Suchraum um den approximierten Endzeitpunkt t ^f und um den approximierten Endzustand bzw. um den Ziel-Endzustand x ^(tf) herum gesucht werden. Dies ist beispielhaft in 1 dargestellt. 1 zeigt einen Suchbereich 121 für Querablagen um eine approximierte Endablage d ^ziel herum. Desweiteren zeigt 1 einen Suchbereich 122 für den Endzeitpunkt tf um den approximierten Endzeitpunkt t ^f herum. Es sei darauf hingewiesen, dass die in diesem Dokument beschriebene Ermittlung eines begrenzten Suchraums besonders vorteilhaft bei der Planung einer Trajektorie 112 ist, die einen relativ langen Planungshorizont aufweist. Dies ist typischerweise der Fall, wenn eine Trajektorie 112 für einen Spurwechsel über eine Vielzahl von Fahrspuren hinweg ermittelt werden soll.An approximated end time point can thus be determined in a simple manner (Further, a final state x (t f ) (in particular an end position x 1 (t f ) and / or a final velocity x 1 , eg predetermined by a driver assistance system (t f )) can be regarded as an approximated final state or as a final destination state x ^ (t f ) 112 can then be searched in a search space around the approximated end time t ^ f and around the approximated final state or around the final destination state x ^ (t f ). This is exemplary in 1 shown. 1 shows a search area 121 for transverse filing around an approximated final filing target . Furthermore shows 1 a search area 122 for the end time t f around the approximated end time t ^ f . It should be noted that the determination of a limited search space described in this document is particularly advantageous in the planning of a trajectory 112 which has a relatively long planning horizon. This is typically the case when using a trajectory 112 to be determined for a lane change over a plurality of lanes away.

Durch die Suchbereiche 121, 122 wird ein reduzierter Suchraum definiert, in dem nach möglichen Trajektorien 112 gesucht wird. So kann der Rechenaufwand zur Ermittlung einer Trajektorie 112 reduziert werden, insbesondere bei Trajektorien 112 mit einem relativ großen Planungshorizont.Through the search areas 121 . 122 a reduced search space is defined in which for possible trajectories 112 is searched. So can the computational effort to determine a trajectory 112 be reduced, especially in trajectories 112 with a relatively large planning horizon.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur Ermittlung einer Trajektorie 112 für ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs 100. Das Verfahren 400 umfasst das Ermitteln 401 eines approximierten Endzeitpunkts für ein Ende des Fahrmanövers. Außerdem umfasst das Verfahren 400 das Begrenzen 402 eines Suchraumes 121, 122 zur Ermittlung der Trajektorie 112 in Abhängigkeit von dem approximierten Endzeitpunkt. Desweiteren umfasst das Verfahren 400 das Ermitteln 403 der Trajektorie 112 unter Verwendung des begrenzten Suchraumes 121, 122. 4 shows a flowchart of an exemplary method 400 for determining a trajectory 112 for a driving maneuver of a vehicle 100 , The procedure 400 includes determining 401 an approximated end time for an end of the driving maneuver. In addition, the process includes 400 the limiting 402 a search space 121 . 122 for determining the trajectory 112 depending on the approximated end time. Furthermore, the method includes 400 the determining 403 the trajectory 112 using the limited search space 121 . 122 ,

Der approximierte Endzeitpunkt kann durch Verwendung eines vorläufigen Polynoms für eine vorläufige Trajektorie ermittelt werden, wobei das vorläufige Polynom eine Ordnung aufweist, die kleiner ist als die Ordnung des Polynoms, das für die zu ermittelnde Trajektorie 112 verwendet wird. Die Vorgabe einer mittleren Beschleunigung entspricht z. B. der Verwendung eines Polynoms 2. Ordnung für die vorläufige Trajektorie. Alternativ kann der approximierte Endzeitpunkt durch Verwendung einer anderen Darstellungsform einer vorläufigen Trajektorie ermittelt werden. Diese Darstellungsform weist dabei eine geringere Komplexität auf, als die Darstellungsform der zu ermittelnden Trajektorie 112.The approximated end time can be determined by using a provisional polynomial for a preliminary trajectory, the provisional polynomial having an order less than the order of the polynomial that is for the trajectory to be determined 112 is used. The specification of a mean acceleration corresponds to z. The use of a 2nd order polynomial for the provisional trajectory. Alternatively, the approximated end time may be determined by using another representation of a preliminary trajectory. This form of presentation has less complexity than the form of representation of the trajectory to be determined 112 ,

Die Trajektorie 112 für das Fahrmanöver kann innerhalb des begrenzten Suchraums 121, 122 ermittelt werden. Dazu können diskrete Endzeitpunkte aus dem begrenzten Suchraum 121, 122 betrachtet werden, um mögliche Trajektorien 112 zu ermitteln.The trajectory 112 for the driving maneuver can be within the limited search space 121 . 122 be determined. These can be discrete end times from the limited search space 121 . 122 be considered to possible trajectories 112 to investigate.

In Summe kann so der Rechenaufwand für die Ermittlung einer Trajektorie 112 für ein Fahrmanöver substantiell reduziert werden, ohne substantielle Einbußen in Bezug auf die Optimalität der ermittelten Trajektorie 112. Dies gilt insbesondere bei Fahrmanövern mit einem langen Zeithorizont (z. B. für Spurwechsel über eine Vielzahl von Fahrspuren hinweg). Die in diesem Dokument beschriebene Reduzierung des Rechenaufwands ermöglicht eine zeitnahe Ermittlung von Trajektorien auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs 100.In sum, so can the computational effort for the determination of a trajectory 112 be reduced substantially for a driving maneuver, without substantial losses in terms of the optimality of the determined trajectory 112 , This applies in particular to driving maneuvers with a long time horizon (eg for lane changes over a large number of lanes). The reduction in computational effort described in this document allows a timely determination of trajectories on a control unit of a vehicle 100 ,

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 (10)

Verfahren (400) zur Ermittlung einer Trajektorie (112) für ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs (100), wobei das Verfahren (400) umfasst, – Ermitteln (401) eines approximierten Endzeitpunkts für ein Ende des Fahrmanövers; – Begrenzen (402) eines Suchraumes (121, 122) zur Ermittlung der Trajektorie (112) in Abhängigkeit von dem approximierten Endzeitpunkt; und – Ermitteln (403) der Trajektorie (112) unter Verwendung des begrenzten Suchraumes (121, 122).Procedure ( 400 ) for determining a trajectory ( 112 ) for a driving maneuver of a vehicle ( 100 ), the process ( 400 ), - determining ( 401 ) an approximate end time for an end of the driving maneuver; - Limit ( 402 ) of a search space ( 121 . 122 ) for determining the trajectory ( 112 ) as a function of the approximated end time; and - determining ( 403 ) of the trajectory ( 112 ) using the limited search space ( 121 . 122 ). Verfahren (400) gemäß Anspruch 1, weiter umfassend – Ermitteln eines Ziel-Endzustands des Fahrzeugs (100) am Ende des Fahrmanövers; und – Begrenzen des Suchraumes (121, 122) zur Ermittlung der Trajektorie (112) in Abhängigkeit von dem Ziel-Endzustand.Procedure ( 400 ) according to claim 1, further comprising - determining a final destination state of the vehicle ( 100 ) at the end of the driving maneuver; and - limiting the search space ( 121 . 122 ) for determining the trajectory ( 112 ) depending on the final destination state. Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (401) eines approximierten Endzeitpunkts umfasst, – Ermitteln einer Soll-Zustandsgröße des Fahrzeugs (100) für das Fahrmanöver, insbesondere einer mittleren Soll-Zustandsgröße; und – Ermitteln des approximierten Endzeitpunkts in Abhängigkeit von der Soll-Zustandsgröße.Procedure ( 400 ) according to any one of the preceding claims, wherein the determining ( 401 ) of an approximate end time point, - determining a desired state variable of the vehicle ( 100 ) for the driving maneuver, in particular a mean desired state variable; and determining the approximate end time in dependence on the desired state quantity. Verfahren (400) gemäß Anspruch 3, wobei die Soll-Zustandsgröße eine Soll-Beschleunigung des Fahrzeugs (100) für das Fahrmanöver umfasst, insbesondere eine mittlere Soll-Beschleunigung des Fahrzeugs (100) während des Fahrmanövers.Procedure ( 400 ) according to claim 3, wherein the desired state quantity is a target acceleration of the vehicle ( 100 ) for the driving maneuver, in particular a mean desired acceleration of the vehicle ( 100 ) during the driving maneuver. Verfahren (400) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei – das Fahrmanöver eine Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs (100) in Längsrichtung umfasst; und – der approximierte Endzeitpunkt in Abhängigkeit von einer Anfangsgeschwindigkeit an einem Anfang des Fahrmanövers und von einer Endgeschwindigkeit am Ende des Fahrmanövers abhängt; und/oder – das Fahrmanöver eine Ablage des Fahrzeugs (100) in Querrichtung umfasst; und – der approximierte Endzeitpunkt in Abhängigkeit von einer Anfangsablage am Anfang des Fahrmanövers und von einer Endablage am Ende des Fahrmanövers abhängt.Procedure ( 400 ) according to one of claims 3 to 4, wherein - the driving maneuver accelerates or decelerates the vehicle ( 100 ) in the longitudinal direction; and - the approximated end time depends on an initial speed at the beginning of the driving maneuver and a final speed at the end of the driving maneuver; and / or - the driving maneuver a storage of the vehicle ( 100 ) in the transverse direction; and - the approximated end time depends on an initial offset at the beginning of the maneuver and on an end clip at the end of the maneuver. Verfahren (400) gemäß Anspruch 2, wobei der Ziel-Endzustand ein oder mehrere umfasst von, – eine Querablage des Fahrzeugs (100) am Ende des Fahrmanövers; und/oder – eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) am Ende des Fahrmanövers.Procedure ( 400 ) according to claim 2, wherein the target end state comprises one or more of, - a transverse deposit of the vehicle ( 100 ) at the end of the driving maneuver; and / or - a speed of the vehicle ( 100 ) at the end of the driving maneuver. Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (403) der Trajektorie (112) umfasst, – Ermitteln einer Vielzahl von möglichen Trajektorien (112) für unterschiedliche Endzeitpunkte aus dem begrenzten Suchraum (121, 122); – Ermitteln eines Auswahlmaßes für die Vielzahl von möglichen Trajektorien (112); und – Auswählen einer Trajektorie (112) aus der Vielzahl von möglichen Trajektorien (112) in Abhängigkeit von dem Auswahlmaß.Procedure ( 400 ) according to any one of the preceding claims, wherein the determining ( 403 ) of the trajectory ( 112 ), - determining a plurality of possible trajectories ( 112 ) for different end times from the limited search space ( 121 . 122 ); Determining a selection measure for the multiplicity of possible trajectories ( 112 ); and selecting a trajectory ( 112 ) from the multitude of possible trajectories ( 112 ) depending on the selection size. Verfahren (400) gemäß Anspruch 7, wobei das Ermitteln einer möglichen Trajektorie (112) für das Fahrmanöver umfasst, – Ermitteln (301) von Anfangswerten für eine Vielzahl von Zustandsgrößen des Fahrzeugs (100); wobei die Vielzahl von Zustandsgrößen eine Position (x1(t)) des Fahrzeugs (100), eine Geschwindigkeit (x .1(t)) des Fahrzeugs (100), eine Beschleunigung (x ..1(t)) des Fahrzeugs (100) und/oder einen Ruck (x (3) / 1(t)) des Fahrzeugs (100) umfasst; – Ermitteln (302) von Endwerten zu einem Endzeitpunkt für die Vielzahl von Zustandsgrößen des Fahrzeugs (100); und – Bestimmen (303) der möglichen Trajektorie (112) auf Basis der Anfangswerte, der Endwerte, dem Endzeitpunkt und auf Basis von einem Polynom mit 5. Ordnung oder höherer Ordnung.Procedure ( 400 ) according to claim 7, wherein the determination of a possible trajectory ( 112 ) for the driving maneuver, - determining ( 301 ) of initial values for a plurality of state variables of the vehicle ( 100 ); wherein the plurality of state variables is a position (x 1 (t)) of the vehicle ( 100 ), A speed (x. 1 (t)) of the vehicle ( 100 ), an acceleration (x .. 1 (t)) of the vehicle ( 100 ) and / or a jerk (x (3) / 1 (t)) of the vehicle ( 100 ); - Determine ( 302 ) of end values at an end time for the plurality of state variables of the vehicle ( 100 ); and - determining ( 303 ) of the possible trajectory ( 112 ) on the basis of the initial values, the end values, the end time and on the basis of a polynomial with 5th order or higher order. Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend, Bestimmen einer Lenkvorgabe für eine Hilfskraftlenkung des Fahrzeugs (100) und/oder einer Verzögerungsvorgabe für eine Bremsanlage des Fahrzeugs (100) und/oder eine Beschleunigungsvorgabe für einen Antrieb des Fahrzeugs (100) in Abhängigkeit von der Trajektorie (112).Procedure ( 400 ) according to one of the preceding claims, further comprising determining a steering specification for a power steering system of the vehicle ( 100 ) and / or a deceleration specification for a brake system of the vehicle ( 100 ) and / or an acceleration specification for a drive of the vehicle ( 100 ) as a function of the trajectory ( 112 ). Vorrichtung zur Ermittlung einer Trajektorie (112) für ein Fahrmanöver, welches die Quer- und/oder Längsführung eines Fahrzeugs (100) umfasst, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, – einen approximierten Endzeitpunkt für ein Ende des Fahrmanövers zu ermitteln; – einen Suchraum (121, 122) zur Ermittlung der Trajektorie (112) in Abhängigkeit von dem approximierten Endzeitpunkt zu begrenzen; und – die Trajektorie (112) unter Verwendung des begrenzten Suchraumes (121, 122) zu ermitteln. Device for determining a trajectory ( 112 ) for a maneuver, which the transverse and / or longitudinal guidance of a vehicle ( 100 ), the device being arranged to: - determine an approximate end time for an end of the driving maneuver; - a search space ( 121 . 122 ) for determining the trajectory ( 112 ) depending on the approximated end time; and - the trajectory ( 112 ) using the limited search space ( 121 . 122 ) to investigate.
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