DE102015209217B3

DE102015209217B3 - Method and system for providing a trajectory for avoiding vehicle collision

Info

Publication number: DE102015209217B3
Application number: DE102015209217.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel Töpfer; Hans-Christian Schaub; Hannes Meyer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-05-20
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2035-05-21

Abstract

Ein Verfahren und ein System zum Bereitstellen einer kollisionsvermeidenden Trajektorie für ein Fahrzeug im Fall einer bevorstehenden Kollision, wobei fahrzeugseitige Sensoren fahrzeugspezifische Daten zur Vermeidung der Kollision bestimmen, umfasst die Schritte: – Berechnen von Basis-Trajektorien im Offlinemodus basierend auf einem Fahrzeugmodell und einem Umfeldmodell, – Ablegen der Basistrajektorien in einem fahrzeugseitigen Speicher, – Detektieren der für das Fahrzeug relevanten Parameter des Fahrzeugmodells mittels Sensoren, – Auswählen im Falle einer drohenden Kollision einer passenden Basis-Trajektorie aus den im Fahrzeug abgespeicherten Basis-Trajektorien unter Verwendung von wenigstens einem der für das Fahrzeug relevanten Parameter, und – Anpassen der Basis-Trajektorie mittels einer Sensitivitätsanalyse auf der Grundlage der Parameter an das reale Fahrzeugumfeld zur Erzeugung der kollisionsvermeidenden Trajektorie.A method and system for providing a collision avoiding trajectory for a vehicle in the event of an impending collision, wherein vehicle-mounted sensors determine vehicle-specific collision avoidance data, comprises the steps of: - calculating base trajectories in offline mode based on a vehicle model and an environmental model; - Store the base trajectories in a vehicle-side memory, - Detect the relevant for the vehicle parameters of the vehicle model by means of sensors, - Selecting in case of impending collision of an appropriate base trajectory from the stored in the vehicle base trajectories using at least one of the Vehicle-relevant parameters, and - adjusting the base trajectory by means of a sensitivity analysis based on the parameters to the real vehicle environment to generate the collision avoiding trajectory.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Trajektorie zur Vermeidung einer Kollision für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff das Anspruchs 1 und ein entsprechendes System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9. The invention relates to a method for providing a trajectory for avoiding a collision for a vehicle according to the preamble of claim 1 and a corresponding system according to the preamble of claim 9.

Assistenzsysteme zur Kollisionsvermeidung gründen auf sicheres Planen und Durchführen von kombinierten Ausweich- und Bremsmanövern zur Vermeidung von Unfällen und zur Verminderung der Unfallschwere. Dabei werden in der Regel starke Vereinfachungen bezüglich des zugrunde liegenden Fahrzeugmodells, wie beispielsweise Vereinfachungen im fahrdynamischen Grenzbereich, vorgenommen. So wird üblicherweise der fahrphysikalische Grenzbereich ausgeschlossen, wodurch möglicherweise befahrbare Ausweichtrajektorien nicht in Frage kommen. Dies führte zu einer Reduktion des Kollisionsvermeidungspotentials, da auf diese Weise von vornherein eine Kollisionsvermeidung im fahrdynamischen Grenzbereich ausgeschlossen wird. Assistance systems for collision avoidance are based on the safe planning and implementation of combined avoidance and braking maneuvers to avoid accidents and to reduce the severity of accidents. This usually strong simplifications are made with respect to the underlying vehicle model, such as simplifications in the driving dynamics border area. This usually excludes the physical driving limit, which may make it impossible to drive avoidance trajectories. This led to a reduction of the collision avoidance potential, since in this way a collision avoidance in the dynamic driving limit range is excluded from the outset.

Die DE 10 2011 054 340 A1 zeigt ein Verfahren zum Bereitstellen einer optimalen Kollisions-Vermeidungs-Trajektorie für ein Fahrzeug, das potentiell mit einem Zielfahrzeug kollidieren könnte. Dabei wird Offline eine Optimierungs-Nachschlagetabelle zum Abspeichern in dem Fahrzeug bereitgestellt, die eine Mehrzahl von optimalen Fahrzeug-Abbremsungen oder longitudinalen Geschwindigkeitsabnahmen und optimalen Abständen basierend auf dem Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs und dem Reibungskoeffizienten der Fahrbahnoberfläche beinhaltet. Es wird die momentane Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Reibungskoeffizient der Fahrbahnoberfläche während des potentiellen Kollisionsvorgangs ermittelt und die Nachschlagetabelle dient zum Ermitteln der optimalen longitudinalen Geschwindigkeitsabnahme oder Abbremsung des Hauptfahrzeugs für den optimalen Fahrzeugpfad. Ferner wird eine optimale laterale Beschleunigung oder Lenkung des Fahrzeuges für den optimalen Fahrzeugpfad basierend auf einer Reibung-Ellipse und der optimalen Abbremsung ermittelt. The DE 10 2011 054 340 A1 shows a method for providing an optimal collision avoidance trajectory for a vehicle that could potentially collide with a target vehicle. In this case, an optimization look-up table for storing in the vehicle is provided offline, which includes a plurality of optimal vehicle deceleration or longitudinal speed decreases and optimal distances based on the speed range of the vehicle and the friction coefficient of the road surface. The instantaneous speed of the vehicle and the friction coefficient of the road surface during the potential collision event are determined and the look-up table is used to determine the optimum longitudinal speed decrease or deceleration of the main vehicle for the optimum vehicle path. Further, optimal lateral acceleration or steering of the vehicle is determined for the optimal vehicle path based on a friction ellipse and the optimal deceleration.

Die DE 10 2011 012 784 A1 betrifft ein Verfahren zur Kollisionsvermeidung oder Kollisionsfolgenminderung, wobei zumindest ein Objekt im Umfeld eines Kraftfahrzeuges erfasst und eine Parameterkarte für jedes erfasste Objekt berechnet wird, die zeigt, welcher Querversatz des Kraftfahrzeuges zu einem zugeordneten Lenkeinsatzzeitpunkt notwendig ist, um eine Kollision mit dem erfassten Objekt zu vermeiden. Anschließend erfolgt ein Berechnen einer Schnittmengenkarte der berechneten Parameterkarten aller erfassten Objekte zur Bestimmung zumindest eines Querversatzes des Kraftfahrzeuges zu einem zugeordneten Lenkeinsatzzeitpunkt, mit dem eine Kollisionen mit jedem erfassten Objekt vermieden werden kann. Dabei umfasst das Berechnen der Parameterkarte für jedes erfasste Objekt das Berechnen einer Berandungslinie, wobei die Berandungslinie auf der Parameterkarte einen kollisionsfreien Bereich und einen Kollisionsbereich trennt. Eine Schnittstellenkarte definiert ein Sicherheitsband, sodass der fahrphysikalische Grenzbereich und somit möglicherweise fahrbare Trajektorien ausgeschlossen werden. Mit dem Verfahren wird daher ein Bereich festgestellt, in dem das Fahrzeug kollisionsfrei fahren kann, wobei eine Berechnung der optimalen Trajektorie für das Fahrzeug nicht stattfindet. The DE 10 2011 012 784 A1 relates to a method for collision avoidance or Kollisionsfolgenminderung, wherein at least one object detected in the environment of a motor vehicle and a parameter map is calculated for each detected object, which shows which transverse offset of the motor vehicle at an associated steering application time is necessary to avoid a collision with the detected object , Subsequently, an intersection set of the calculated parameter maps of all detected objects is calculated for determining at least one transverse offset of the motor vehicle at an assigned steering application time, with which a collision with each detected object can be avoided. In this case, calculating the parameter map for each detected object comprises calculating a boundary line, wherein the boundary line on the parameter map separates a collision-free area and a collision area. An interface card defines a guard band to exclude the physical boundary and thus possibly drivable trajectories. The method therefore identifies an area in which the vehicle can travel without collision, whereby a calculation of the optimum trajectory for the vehicle does not take place.

Die Druckschrift DE 10 2009 049 592 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb eines Unfallvermeidungssystems in einem Kraftfahrzeug, wobei aus technischen Daten des Kraftfahrzeugs, den aktuellen Fahrzustand beschreibenden Messdaten, die Straßenbeschaffenheit beschreibenden Messdaten und die Umgebung des Kraftfahrzeugs, insbesondere den Straßenverlauf, beschreibenden Daten wenigstens ein den aktuellen physikalischen Grenzbereich des Kraftfahrzeugs beschreibender Grenzwert einer Fahrzustandsgröße sowie ein daraus abgeleiteter, innerhalb des physikalischen Grenzbereichs liegender Warnwert ermittelt wird. Ferner wird der aktuelle Wert der Fahrzustandsgröße ermittelt und bei zwischen dem Warnwert und dem Grenzwert liegender Fahrzustandsgröße wird eine Warnung an einen Fahrer ausgegeben. The publication DE 10 2009 049 592 A1 discloses a method for operating an accident avoidance system in a motor vehicle, wherein from technical data of the motor vehicle, the current driving condition descriptive measurement data, the road condition descriptive measurement data and the environment of the motor vehicle, in particular the road, descriptive data at least one of the current physical limit of the motor vehicle descriptive limit a driving state variable and a derived therefrom lying within the physical limit range warning value is determined. Furthermore, the current value of the driving state quantity is determined, and at a driving state variable lying between the warning value and the limit value, a warning is issued to a driver.

Die Druckschrift DE 10 2013 016 422 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Sicherheitssystems eines Kraftfahrzeugs, welches bei Eintritt eines Ausweichkriteriums bezüglich eines Kollisionsobjekts zur Ermittlung und Realisierung einer Auseichtrajektorie ausgebildet ist. Zur Ermittlung der Ausweichtrajektorie werden ein durch Zeitpunkte beschreibende Verlaufsparameter parametrisierter vorgegebener Lenkwinkeländerungsgeschwindigkeitsverlauf und vorgegebene, die maximal realisierbare Dynamik eines genutzten Lenkaktors beschreibende Aktordynamikparameter verwendet, woraus in Abhängigkeit wenigstens eines situationsabhängigen Anpassungsparameters die in der Situation einzusetzende Ausweichtrajektorie durch Ermittlung geeigneter Verlaufsparameter bestimmt wird. The publication DE 10 2013 016 422 A1 describes a method for operating a safety system of a motor vehicle, which is formed when a fallback criterion with respect to a collision object for the determination and realization of a Auseichtrajektorie. In order to determine the avoidance trajectory, a parameter parameterized predetermined steering angle change rate course and predetermined maximally realizable dynamics of a used steering actuator are used, from which the avoidance trajectory to be used in the situation is determined by determining suitable course parameters as a function of at least one situation-dependent adaptation parameter.

Die Druckschrift DE 10 2012 203 187 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prädiktion und Adaption von Bewegungstrajektorien eines Kraftfahrzeugs zur Unterstützung des Fahers in seiner Fahraufgabe und/oder zur Verhinderung einer Kollision oder Minderung von Unfallfolgen. Dabei ist vorgesehen, dass zur Prädiktion und Adaption der Bewegungstrajektorien des Kraftfahrzeugs eine Schnittmenge aus situativ notwendigen Bewegungstrajektorien, die mit Hilfe einer Umfeldsensorik bestimmt werden, und aus physikalisch möglichen Bewegungstrajektorien, die sich aus den fahrdynamischen Eigenschaften des Kraftfahrzeugs und dem sich zwischen Reifen und Fahrbahn einstellenden Reibbeiwert bis zu einem maximal möglichen Grenzreibbeiwert ergeben, gebildet wird, wobei ausschließlich Bewegungstrajektorien berücksichtigt werden, die sich innerhalb der Schnittmenge befinden. The publication DE 10 2012 203 187 A1 relates to a method and a device for predicting and adapting movement trajectories of a motor vehicle to assist the driver in his driving task and / or to prevent a collision or reduction of accident consequences. It is provided that for the prediction and adaptation of the movement trajectories of the motor vehicle, an intersection of situational necessary movement trajectories, which are determined by means of environment sensors, and physically possible movement trajectories, which are formed from the driving dynamics of the motor vehicle and the resulting between tire and road friction coefficient up to a maximum possible Grenzreibbeiwert is formed, taking into account only Bewegungsstrajektorien that are within the intersection.

Gegenüber dem vorstehenden Stand der Technik besteht weiterhin das Problem, für ein Fahrzeug mit bestimmten Grundparametern eine optimale Ausweich-Trajektorie für ein Hindernis in Realzeit zu berechnen. Hierbei soll unter Berücksichtigung der Fahrzeugdynamik das sichere Planen und Durchführen von kombinierten Ausweich- und Bremsmanövern zur Unfallvermeidung und Unfallschwereminderung bis hin zum fahrdynamischen Grenzbereich ermöglicht werden. Um diese Manöver berechnen zu können, sind komplexe Algorithmen erforderlich, deren Ausführung in Echtzeit auf den gegenwärtigen Mikroprozessoren nicht möglich ist. Um derartige Verfahren in Echtzeit durchführen zu können, werden, wie bereits erwähnt, starke Vereinfachungen in Bezug auf die verwendeten Fahrzeugmodelle gemacht. Dies führt zu Ungenauigkeiten im fahrdynamischen Grenzbereich, was zu einer Reduktion der Möglichkeit, eine Kollision zu vermeiden und somit zu geringerem Kundennutzen führt. Zur Vermeidung derartiger Ungenauigkeiten muss daher eine Kollisionsvermeidung im fahrdynamischen Grenzbereich von vorneherein ausgeschlossen werden. Compared to the above prior art, there is still the problem of calculating an optimal avoidance trajectory for an obstacle in real time for a vehicle with certain basic parameters. In this case, taking into account the vehicle dynamics, the safe planning and implementation of combined avoidance and braking maneuvers for accident prevention and accident severity reduction to the driving dynamics border area are to be made possible. Computing these algorithms requires complex algorithms that can not be executed in real time on current microprocessors. In order to be able to carry out such methods in real time, as already mentioned, great simplifications are made with regard to the vehicle models used. This leads to inaccuracies in the driving dynamics border area, which leads to a reduction of the possibility to avoid a collision and thus leads to lower customer benefit. To avoid such inaccuracies, therefore, a collision avoidance in the dynamic range of the vehicle must be ruled out from the outset.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Bestimmung einer kollisionsvermeidenden Trajektorie anzugeben, wobei diese Trajektorie den fahrdynamischen Grenzbereich berücksichtigt. The invention is therefore based on the object of specifying a method and a system for determining a collision avoiding trajectory, wherein this trajectory takes into account the dynamic driving limit range.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung einer kollisionsvermeidenden Trajektorie für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes System mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved by a method for determining a collision avoiding trajectory for a vehicle having the features of claim 1 and a corresponding system having the features of claim 9. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bereitstellen einer kollisionsvermeidenden Trajektorie für ein Fahrzeug im Fall einer bevorstehenden Kollision, wobei fahrzeugseitige Sensoren fahrzeugspezifische Daten zur Vermeidung der Kollision bestimmen, umfasst die Schritte:

– Berechnen von Basis-Trajektorien im Offlinemodus basierend auf einem Fahrzeugmodell und einem Umfeldmodell, wobei die Basis-Trajektorien als Funktion einer Initialgeschwindigkeit des Fahrzeugs, der Masse des Fahrzeugs und dem seitlichen Versatz des Kollisionsobjekts (K) berechnet werden, und die Basis-Trajektorien für einen vorgegebenen Bereich der Initialgeschwindigkeit mit einer vorgegebenen Schrittweite und einen vorgegebenen Bereich des seitlichen Versatzes mit einer vorgegebenen Schrittweite bestimmt werden,
– Ablegen der Basis-Trajektorien in einem fahrzeugseitigen Speicher als Funktion der Initialgeschwindigkeit und eines minimalen Lenkabstands, der eine Funktion des seitlichen Versatzes ist,,
– Detektieren der für das Fahrzeug relevanten Parameter des Fahrzeugmodells mittels Sensoren,
– Auswählen im Falle einer drohenden Kollision einer passenden Basis-Trajektorie aus den im Fahrzeug abgespeicherten Basis-Trajektorien unter Verwendung von wenigstens einem der für das Fahrzeug relevanten Parameter, wobei als Funktion der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs diejenige Basis-Trajektorie ausgewählt wird, deren Initialgeschwindigkeit der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs am nächsten kommt, und
– Anpassen der Basis-Trajektorie mittels einer Sensitivitätsanalyse auf der Grundlage der Parameter an das reale Fahrzeugumfeld zur Erzeugung der kollisionsvermeidenden Trajektorie, wobei die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Initialgeschwindigkeit der ausgewählten Basis-Trajektorie und der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs als Störung in die Anpassung der Basis-Trajektorie eingeht.

The inventive method for providing a collision avoiding trajectory for a vehicle in the event of an imminent collision, wherein vehicle-side sensors determine vehicle-specific data for avoiding the collision, comprises the steps:

Calculating base trajectories in offline mode based on a vehicle model and an environment model, wherein the base trajectories are calculated as a function of an initial velocity of the vehicle, the mass of the vehicle and the lateral offset of the collision object (K), and the base trajectories for determining a predetermined range of the initial speed with a predetermined step size and a predetermined range of the lateral offset with a predetermined step size,
Storing the base trajectories in a vehicle-mounted memory as a function of the initial speed and a minimum steering distance, which is a function of the lateral offset ,,
Detecting vehicle-relevant parameters of the vehicle model by means of sensors,
Selecting in the event of an imminent collision of a suitable base trajectory from the base trajectories stored in the vehicle using at least one of the parameters relevant to the vehicle, the basis trajectory being selected as the function of the current speed of the vehicle, the initial speed of which current speed of the vehicle comes closest, and
- adapting the base trajectory by means of a sensitivity analysis based on the parameters to the real vehicle environment to generate the collision avoiding trajectory, wherein the speed difference between the initial speed of the selected base trajectory and the current speed of the vehicle as a disturbance in the adjustment of the base trajectory received.

Durch die Erfindung wird die Berechnung von in der Realität optimalen Ausweich-Trajektorien in Echtzeit ermöglicht. Jeder Eintrag in dem Speicher, der vorzugsweise als Lookup-Tabelle organisiert ist, dient hierbei als situationsspezifischer Vorschlag zur Kollisionsvermeidung und wird anhand der aktuellen Verkehrssituation ausgewählt und mit einer Sensitivitätsanalyse angepasst. Durch die Anpassung der Basis-Trajektorie mithilfe der Sensitivitätsanalyse wird die Basis-Trajektorie an das reale Fahrzeugumfeld optimal angepasst. Die Kombination aus Offline und Online berechneten Ausweich-Trajektorien ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Realisierung der Planung der Trajektorien im Fahrzeug in Echtzeit mit den verfügbaren Mikroprozessoren. The invention enables the calculation of in reality optimal avoidance trajectories in real time. Each entry in the memory, which is preferably organized as a lookup table, serves as a situation-specific proposal for collision avoidance and is selected on the basis of the current traffic situation and adapted with a sensitivity analysis. By adapting the basic trajectory using the sensitivity analysis, the basic trajectory is optimally adapted to the real vehicle environment. The combination of off-line trajectories calculated offline and online advantageously makes it possible to realize the planning of the trajectories in the vehicle in real time with the available microprocessors.

Weiterhin ergibt sich bei der Erfindung die Möglichkeit, die komplexe Fahrphysik im fahrdynamischen Grenzbereich zu berücksichtigen. Dies ist bei Notausweichmanövern zur Kollisionsvermeidung zwingend erforderlich. Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auf verschiedenste Verkehrssituationen skalierbar. Furthermore, it is possible in the invention to consider the complex driving physics in the dynamic range of the vehicle. This is mandatory in emergency avoidance maneuvers for collision avoidance. Finally, the inventive method is scalable to a wide variety of traffic situations.

Vorzugsweise werden bei der Berechnung der Basis-Trajektorien im Fahrzeugmodell Störungen p_v der Anfangsgeschwindigkeit v₀ und Störungen p_m der Fahrzeugmasse m sowie in der Umfeldmodellierung Störungen p_x, p_y der Kollisionsobjektposition x_k, y_k berücksichtigt. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Offline-Optimierung der Basis-Trajektorien nach Kriterien der Zeit-, Weg- und Geschwindigkeit durchgeführt wird. Des weiteren ist es insbesondere vorteilhaft, wenn bei der Offline-Optimierung Beschränkungen der Endausrichtung und Kollisionsfreiheit eingehalten werden. Durch diese vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird einerseits eine gute Annäherung der Basis-Trajektorien an die am häufigsten auftretenden Verkehrssituationen erreicht und andererseits geschieht dies mit einem vertretbaren Ausmaß an Rechenleistung, so dass die Durchführung des Verfahrens in Realzeit möglich ist. In the calculation of the basic trajectories in the vehicle model, perturbations p _{v of} the initial velocity v ₀ and p _m perturbances p _{m of} the vehicle mass m and in the environmental modeling perturbations p _x , p _{y of} the collision object position x _k , y _{k are} preferably taken into account. It is in particular advantageous if the offline optimization of the base trajectories is performed according to criteria of time, distance and speed. Furthermore, it is particularly advantageous if restrictions of the final alignment and collision freedom are observed in the offline optimization. By means of these advantageous embodiments of the method according to the invention, on the one hand a good approximation of the basic trajectories to the most frequently occurring traffic situations is achieved and on the other hand this is done with a reasonable amount of computing power, so that the implementation of the method is possible in real time.

Weiter bevorzugt wird als Fahrzeugmodell das Einspurmodell zugrunde gelegt, wobei insbesondere das Einspurmodell mit nichtlinearem Reifenmodell verwendet wird. Einspurmodelle sind aus der Fahrzeugdynamik bekannt und bilden so die Grundlage für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. More preferably, the single-track model is used as the vehicle model, wherein in particular the single-track model with non-linear tire model is used. Single-track models are known from vehicle dynamics and thus form the basis for carrying out the method according to the invention.

Weiter bevorzugt wird die ausgewählte Basis-Trajektorie durch die Sensitivitätsanalyse auf der Grundlage der Parameter an das reale Fahrzeugumfeld durch Approximation, vorzugsweise auf der Grundlage der Taylor-Approximation, angepasst, um die kollisionsvermeidende Trajektorie zu erhalten. Dabei ist weiterhin vorteilhaft, wenn die kollisionsvermeidende Trajektorie durch die Sensitivitätsanalyse auf der Grundlage der Parameter bezüglich des Einhaltens von Beschränkungen angepasst wird. More preferably, the selected base trajectory is adjusted by the sensitivity analysis based on the parameters to the real vehicle environment by approximation, preferably based on the Taylor approximation, to obtain the collision avoiding trajectory. It is further advantageous in this case if the collision-avoiding trajectory is adapted by the sensitivity analysis on the basis of the parameters with respect to the observance of restrictions.

Durch die Verwendung des Approximations-Verfahrens wird die Anpassung der endgültigen, kollisionsvermeidenden Trajektorie an eine "ideale" Trajektorie mit vergleichsweise geringem Rechenaufwand gut angenähert. By using the approximation method, the adaptation of the final, collision avoiding trajectory to an "ideal" trajectory is approximated well with comparatively little computational effort.

Das erfindungsgemäße System zum Bestimmen einer kollisionsvermeidenden Trajektorie für ein Fahrzeug im Fall einer möglicherweise bevorstehenden Kollision, wobei das System zur Durchführung des im Vorangegangenen erläuterten Verfahrens eingerichtet und ausgelegt ist, umfasst

– einen Offline-Rechner zur Offline-Berechnung von Basis-Trajektorien mittels eines Fahrzeugmodells und eines Umfeldmodells,
– einen Speicher zum Ablegen der Basis-Trajektorien im Fahrzeug,
– ein Sensorsystem zur Detektion der für das Fahrzeug relevanten Parameter eines Fahrzeugmodells mittels Sensoren,
– einen Bord-Rechner zum Auswählen einer passenden Basis-Trajektorie aus den abgespeicherten Basis-Trajektorien zur Durchführung eines Ausweichmanövers unter Verwendung von wenigstens einem der relevanten Parameter im Falle einer drohenden Kollision, und zum Anpassen der Basis-Trajektorie an das reale Fahrzeugumfeld mittels einer Sensitivitätsanalyse auf der Grundlage der detektierten relevanten Parameter, um eine kollisionsvermeidende Trajektorie zu erzeugen.

The system according to the invention for determining a collision avoiding trajectory for a vehicle in the event of a possibly imminent collision, the system being set up and designed to carry out the method explained above

An offline computer for the offline calculation of basic trajectories by means of a vehicle model and an environment model,
A memory for storing the base trajectories in the vehicle,
A sensor system for detecting the vehicle-relevant parameters of a vehicle model by means of sensors,
An on-board computer for selecting an appropriate base trajectory from the stored base trajectories for performing an evasive maneuver using at least one of the relevant parameters in the event of an impending collision, and for adapting the base trajectory to the real vehicle environment by means of a sensitivity analysis on the basis of the detected relevant parameters to produce a collision avoiding trajectory.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings. It shows

1 ein Ausweichszenario in schematischer Darstellung, 1 a fallback scenario in a schematic representation,

2 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems, und 2 a block diagram of the system according to the invention, and

3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 a flow diagram of the method according to the invention.

1 zeigt ein typisches Ausweichszenario in schematischer Darstellung auf einer zweispurigen Fahrbahn FB, wobei der Einfachheit halber angenommen, dass beide Fahrspuren der dargestellten Fahrbahn FB dieselbe Fahrtrichtung aufweisen. Ein Kollisionsobjekt K, beispielsweise ein defektes Kraftfahrzeug, ist so am Rand der rechten Fahrspur der Fahrbahn FB abgestellt, dass es teilweise die rechte Fahrspur blockiert und für den nachfolgenden Verkehr eine Kollisionsgefährdung bildet. Der nachfolgende Verkehr wird im Beispiel der 1 durch das Egofahrzeug E gebildet, welches sich auf der rechten Fahrspur der Fahrbahn FB mit einer Geschwindigkeit v dem Kollisionsobjekt K nähert. Um dem Kollisionsobjekt K auszuweichen, muss das Egofahrzeug E ab einem bestimmten Abstand x_k zum Kollisionsobjekt K eine kollisionsvermeidende Trajektorie T befahren, um eine Kollision mit dem Kollisionsobjekt K zu vermeiden. 1 shows a typical avoidance scenario in a schematic representation on a two-lane road FB, for the sake of simplicity assumed that both lanes of the illustrated lane FB have the same direction of travel. A collision object K, for example a defective motor vehicle, is parked on the edge of the right-hand lane of the roadway FB in such a way that it partially blocks the right-hand lane and forms a collision hazard for the following traffic. The following traffic is in the example of 1 formed by the Ego vehicle E, which approaches on the right lane of the lane FB at a speed v of the collision object K. In order to avoid the collision object K, the ego vehicle E must travel from a certain distance x _k to the collision object K a collision avoiding trajectory T in order to avoid a collision with the collision object K.

Das Egofahrzeug E definiert das zur Berechnung der Trajektorien T verwendete XY-Koordinatensystem, wobei das Egofahrzeug sich am Nullpunkt des XY-Koordinatensystems befindet, die X-Achse sich in Fahrtrichtung erstreckt und die Y-Achse senkrecht dazu verläuft. In diesem XY-Koordinatensystem hat das Kollisionsobjekt K die Koordinaten (x_k, y_k). The ego vehicle E defines the XY coordinate system used to calculate the trajectories T, the ego vehicle being at the origin of the XY coordinate system, the X-axis extending in the direction of travel, and the Y-axis being perpendicular thereto. In this XY coordinate system, the collision object K has the coordinates (x _k , y _k ).

Um eine Kollision des Egofahrzeugs E mit dem Kollisionsobjekt durch einen Lenkvorgang abwenden zu können, existiert ein minimaler Lenkabstand L_min. Mit dem Erreichen und Unterschreiten dieses minimalen Lenkabstands ist eine Kollision durch einen Lenkvorgang einschließlich der Ausnutzung des fahrphysikalischen Grenzbereichs nicht mehr möglich. Eine Ausweichtrajektorie muss daher vor dem Erreichen des minimalen Lenkabstands eingeleitet werden. Es ist offensichtlich, dass der minimale Lenkabstand eine Funktion der Geschwindigkeit v des sich nähernden Egofahrzeugs E und dem seitlichen Versatz y_k des Kollisionsobjekts K ist. In order to be able to avert a collision of the ego vehicle E with the collision object by a steering operation, there exists a minimum steering distance L _min . By reaching and falling below this minimum steering distance collision is no longer possible by a steering operation including the use of the physical boundary area. An evasion trajectory must therefore be initiated before reaching the minimum steering distance. It is obvious that the minimum steering distance is a function of the speed v of the approaching ego vehicle E and the lateral offset y _{k of} the collision object _K.

Da die Berechnung der Trajektorie T mit der Berücksichtigung des fahrphysikalischen Grenzbereichs online im Egofahrzeug mit gebräuchlichen Prozessoren in Echtzeit nicht möglich ist, werden offline unter Verwendung eines geeigneten Fahrzeugmodells und eines Umfeldmodells sogenannte Basis-Trajektorien vorab berechnet, die im Egofahrzeug E abgelegt werden. Im Falle einer drohenden Kollision wird eine geeignete Basistrajektorie ausgewählt und an die aktuellen Umfeldbedingungen entsprechend angepasst. Das Ergebnis ist die gesuchte kollisionsverhindernde Trajektorie T, die von einem Assistenzsystems des Egofahrzeugs E zur Verhinderung der Kollision ausgeführt wird. Since the calculation of the trajectory T with the consideration of the physical boundary area online in ego vehicle with common processors in real time is not possible offline basis using a suitable vehicle model and an environment model so-called base trajectories are calculated in advance, which are stored in the ego vehicle E. In the event of an imminent collision, a suitable base trajectory is selected and adapted to the current environment conditions. The result is the searched collision preventing trajectory T executed by an assistance system of the ego vehicle E for preventing the collision.

Die Offline-Berechnung der Basistrajektorien erfolgt als Funktion einer Initialgeschwindigkeit v₀ des Egofahrzeugs, der Masse m des Egofahrzeugs und dem seitlichen Versatz y_k des Kollisionsobjekts K. Dabei werden Basis-Trajektorien für einen vorgegebenen Bereich der Initialgeschwindigkeit v₀, beispielsweise von 20 km/h bis 160 km/h, mit einer vorgegebenen Schrittweite, beispielsweise 1 km/h bestimmt, wobei der seitliche Versatz y_k ebenfalls geeignet variiert wird. So kann der seitliche Versatz y_k, auch als Querversatz bezeichnet, beispielsweise einen Bereich von +/–1 m betragen, der in Schritten von 0,5 m durchlaufen wird. Mit anderen Worten, pro Wert einer Initialgeschwindigkeit v₀, beispielsweise 60 km/h, werden in diesem Beispiel eine Schar von Basis-Trajektorien online berechnet und als Funktion der Initialgeschwindigkeit 60 km/h und dem minimalen Lenkabstand L_min abgelegt, beispielsweise in einer Lookup-Tabelle. The offline calculation of the base trajectories is carried out as a function of an initial velocity v _{0 of} the ego vehicle, the mass m of the ego vehicle and the lateral offset y _{k of} the collision object K. In this case, base trajectories for a predetermined range of the initial velocity v ₀ , for example 20 km / h up to 160 km / h, with a predetermined step size, for example 1 km / h determined, wherein the lateral offset y _{k is} also suitably varied. Thus, the lateral offset y _k , also referred to as a transverse offset, for example, be a range of +/- 1 m, which is traversed in steps of 0.5 m. In other words, for each value of an initial velocity v ₀ , for example 60 km / h, in this example a group of basic trajectories are calculated online and stored as a function of the initial velocity 60 km / h and the minimum steering distance L _min , for example in a lookup -Table.

Im Fall einer drohenden Kollision wird bei Annäherung an den minimalen Lenkabstand L_min, der eine Funktion des seitlichen Versatzes y_k ist, als Funktion der aktuellen Geschwindigkeit v des Egofahrzeugs E eine Basis-Trajektorie ausgewählt, deren Initialgeschwindigkeit v₀ der aktuellen Geschwindigkeit v des Egofahrzeugs am nächsten kommt. Die Geschwindigkeitsdifferenz (v – v₀) geht als Störung in die Anpassung der Basis-Trajektorie ein. Ebenso geht die Abweichung des seitlichen Versatzes des Kollisionsobjekts K von dem bei der Berechnung der Basis-Trajektorien verwendeten Raster als Störung in die Anpassung ein. Schließlich sind die Basis-Trajektorien offline auf der Grundlage einer vorgegebenen Fahrzeugmasse m ermittelt worden und die Fahrzeugmasse m kann sich durch die Anzahl der Passagiere und die Beladung des Fahrzeugs ändern. Die Anzahl der Personen kann beispielsweise durch Sitzbelegungssensoren bestimmt werden, so dass die Änderung in der Fahrzeugmasse ebenfalls als Störung behandelt wird. In the case of an imminent collision, when approaching the minimum steering distance L _min , which is a function of the lateral offset y _k , a base trajectory is selected as a function of the current speed v of the ego vehicle E whose initial velocity v _{0 is} the actual speed v of the ego vehicle comes closest. The speed difference (v - v ₀ ) is a disturbance in the adaptation of the base trajectory. Likewise, the deviation of the lateral offset of the collision object K from the raster used in the calculation of the base trajectories enters as a disturbance in the fit. Finally, the base trajectories have been determined offline on the basis of a given vehicle mass m and the vehicle mass m may be changed by the number of passengers and the load of the vehicle. The number of persons can be determined for example by seat occupancy sensors, so that the change in the vehicle mass is also treated as a fault.

Gemäß 2 umfasst das System zum Bereitstellen einer kollisionsvermeidenden Trajektorie für ein Fahrzeug einen Offline-Rechner 1, mit dem Basis-Trajektorien offline berechnet werden, die über ein Kommunikations-Modul 2 in einem Speicher 3 im Fahrzeug in einer Lookup-Tabelle abgelegt werden. Der Speicher 3 ist mit einem Bord-Rechner 4 verbunden, so dass dieser auf die Lookup-Tabelle in dem Speicher 3 zugreifen kann. Der Bord-Rechner 4 ist ferner mit einem Sensorsystem 5 verbunden, welches die für das Fahrzeug relevanten Parameter eines Fahrzeugmodells über n Sensoren 6 ₁ bis 6 _n detektiert. According to 2 For example, the system for providing a collision avoiding trajectory for a vehicle includes an off-line computer 1 with which base trajectories are calculated offline using a communication module 2 in a store 3 stored in the vehicle in a lookup table. The memory 3 is with a board computer 4 connected so that this on the lookup table in the memory 3 can access. The on-board computer 4 is also with a sensor system 5 connected, which is relevant for the vehicle parameters of a vehicle model via n sensors 6 ₁ to 6 _n detected.

Mittels des Bord-Rechners 4 wird im Falle einer drohenden Kollision zur Bestimmung einer kollisionsvermeidenden Trajektorie eine passende Basis-Trajektorie aus der Lookup-Tabelle unter Verwendung von wenigstens einem der Parameter ausgewählt. Die ausgewählte Basis-Trajektorie wird mittels einer Sensitivitätsanalyse auf der Grundlage der Parameter an das reale Fahrzeugumfeld zur Erzeugung der kollisionsvermeidenden Trajektorie angepasst, die dann zur Kontrolle des Fahrzeugs durch ein Fahrerassistenzsystem 8 verwendet wird. Die Informationen über die kollisionsvermeidenden Trajektorie können auch auf einem Display 7 angezeigt werden. By means of the on-board computer 4 In the case of an imminent collision to determine a collision avoiding trajectory, a suitable base trajectory is selected from the lookup table using at least one of the parameters. The selected base trajectory is adjusted by means of a sensitivity analysis on the basis of the parameters to the real vehicle environment for generating the collision avoiding trajectory, which is then used to control the vehicle by a driver assistance system 8th is used. The information about the collision avoiding trajectory can also be displayed 7 are displayed.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bereitstellen einer kollisionsvermeidenden Trajektorie für ein Fahrzeug bei einer bevorstehenden Kollision. Dazu werden in einer ersten Stufe S1 Basis-Trajektorien offline berechnet. In einer zweiten Stufe S2 werden die Basis-Trajektorien in den Speicher 3 im Fahrzeug übertragen und in einer dritten Stufe S3 in einer Lookup-Tabelle in dem Speicher 3 abgelegt. In einer vierten Stufe S4 werden die für das Fahrzeug relevanten Parameter eines Fahrzeugmodells über die Sensoren 6 detektiert. Die Parameter umfassen insbesondere die Geschwindigkeit des Fahrzeugs sowie dessen Ausrichtung, die Kollisionsobjektposition, die Anzahl der Fahrzeuginsassen und dergleichen. 3 shows a flowchart of the inventive method for providing a collision avoiding trajectory for a vehicle in an impending collision. For this purpose, in a first stage S1 basic trajectories are calculated offline. In a second stage S2, the base trajectories are put into memory 3 transmitted in the vehicle and in a third stage S3 in a look-up table in the memory 3 stored. In a fourth stage S4, the vehicle-relevant parameters of a vehicle model are transmitted via the sensors 6 detected. The parameters include in particular the speed of the vehicle and its orientation, the collision object position, the number of vehicle occupants and the like.

Die von den Sensoren 6 erfassten Parameter werden in einer fünften Stufe S5 in dem Bord-Rechner 4 verarbeitet, um eine kollisionsvermeidende Trajektorie aus den Basis-Trajektorien und den Parametern zu berechnen, wenn im Falle einer drohenden Kollision ein Ausweichmanöver erforderlich ist. Dazu wird eine passende Basis-Trajektorie aus der Lookup-Tabelle unter Verwendung von wenigstens einem der Parameter, beispielsweise derer Anfangsgeschwindigkeit v₀ des Fahrzeugs beim Auftreten der Kollisionsgefahr, ausgewählt, und in einer sechsten Stufe S6 wird die Basis-Trajektorie mit einer Sensitivitätsanalyse auf der Grundlage der Parameter an das reale Fahrzeugumfeld angepasst, um die kollisionsvermeidende Trajektorie zu erzeugen. The ones from the sensors 6 detected parameters are in a fifth stage S5 in the on-board computer 4 is processed to compute a collision avoiding trajectory from the base trajectories and parameters when an evasive maneuver is required in the event of an impending collision. For this purpose, a suitable base trajectory is selected from the lookup table using at least one of the parameters, for example the initial velocity v _{0 of} the vehicle when the collision danger occurs, and in a sixth stage S6 the base trajectory is analyzed with a sensitivity analysis on the Based on the parameters adapted to the real vehicle environment to generate the collision avoiding trajectory.

Im Fahrzeugmodell werden bei der Berechnung der Basis-Trajektorien Störungen p_v der Initialgeschwindigkeit v₀ und Störungen p_m der Fahrzeugmasse m berücksichtigt. Ferner werden im Umfeldmodell die Störungen p_x und p_y in der Kollisionsobjektposition x_k, y_k berücksichtigt. Die Störungen werden durch den folgenden Vektor p = (p_v, p_m, p_x, p_y), beschrieben, mit:

p_v: = Störung der Initialgeschwindigkeit des Egofahrzeugs,
p_m: = Störung der Fahrzeugmasse des Egofahrzeugs,
p_x: = Störung in der Kollisionsobjektposition x_k, und
p_y: = Störung in der Kollisionsobjektposition y_k.

In the vehicle model, perturbations p _{v of} the initial velocity v ₀ and disturbances p _{m of} the vehicle mass m are taken into account in the calculation of the basic trajectories. Furthermore, in the environment model, the p _x and p _y perturbations in the collision object position x _k , y _{k are} taken into account. The errors are through the following vector

p = (p _v , p _m , p _x , p _y ),

described, with:

p _v: = Disturbance of the initial speed of the ego vehicle,
p _m: = Disturbance of the vehicle mass of the ego vehicle,
p _x: = Interference in the collision object position x _k , and
p _y: = Interference in the collision object position y _k .

Dabei sind die Störungen nicht auf die oben Genannten beschränkt, sondern der Ansatz bietet die Möglichkeit, weitere Störeinflüsse zu modellieren. Die Offline-Optimierung der Basis-Trajektorien wird nach Kriterien der Zeit-, Weg- und Geschwindigkeitsoptimalität durchgeführt. Bei dieser Offline-Optimierung können auch Beschränkungen der Endausrichtung und Kollisionsfreiheit eingehalten werden. The disturbances are not limited to the above, but the approach offers the possibility to model further disturbances. The offline optimization of the basic trajectories is performed according to criteria of time, distance and speed optimality. This off-line optimization also allows constraints on final alignment and collision freedom.

Bei der Auswahl der Basis-Trajektorie kann beispielsweise aus der ungestörten Initialgeschwindigkeit v₀ des Egofahrzeugs ein Hashwert gebildet werden, um aus den Basis-Trajektorien diejenige auszuwählen, die der vorgegebenen Fahrsituation am nächsten kommt. Die auf diese Weise aus der Lookup-Tabelle entnommene Basis-Trajektorie wird dann an die störungsbehaftete Situation bezüglich beispielsweise Geschwindigkeit v, Entfernung x_k, seitlichem Versatz y_k, angepasst. Nach der Auswahl der Basis-Trajektorie werden die Störungen eingerechnet entsprechend den Gleichungen x_K = x₀ + p_x und y_K = y₀ + p_y. When selecting the base trajectory, for example, a hash value can be formed from the undisturbed initial velocity v _{0 of} the ego vehicle in order to select from the base trajectories that which comes closest to the given driving situation. The base trajectory thus extracted from the look-up table is then adapted to the noisy situation with respect to, for example, speed v, distance x _k , lateral offset y _k . After selecting the base trajectory, the perturbations are included according to the equations x _K = x ₀ + p _x and y _K = y ₀ + p _y .

Nach dieser Berechnung wird eine Taylor-Approximation durchgeführt, um zu der endgültigen, kollisionsvermeidenden Trajektorie, d.h. "optimierten" Trajektorie, zu gelangen. Die ausgewählte Basis-Trajektorie wird so durch die Sensitivitätsanalyse auf der Grundlage der Parameter an das reale Fahrzeugumfeld durch Approximation auf der Grundlage der Taylor-Approximation angepasst. After this calculation, a Taylor approximation is performed to obtain the final, collision avoiding trajectory, i. "optimized" trajectory to arrive. The selected base trajectory is thus adjusted by the sensitivity analysis based on the parameters to the real vehicle environment by approximation based on the Taylor approximation.

Claims

Method for providing a collision-avoiding trajectory for a vehicle (E) in the event of an impending collision with a collision object (K), wherein sensors on the vehicle determine vehicle-specific data for avoiding the collision, includes the steps: Calculating base trajectories in offline mode based on a vehicle model and an environment model, wherein the base trajectories are calculated as a function of an initial velocity of the vehicle, the mass of the vehicle and the lateral displacement of the collision object (K), and the base trajectories are determined for a given range of the initial speed with a predetermined step size and a predetermined range of the lateral offset with a predetermined step size, Storing the base trajectories in a vehicle-mounted memory as a function of the initial speed and a minimum steering distance that is a function of the lateral offset, Detecting the relevant for the vehicle (E) parameters of the vehicle model by means of sensors, Selecting in the event of an impending collision of a suitable base trajectory from the base trajectories stored in the vehicle (E) using at least one of the parameters relevant to the vehicle, the base trajectory being selected as a function of the current speed of the vehicle, whose initial speed is closest to the vehicle's current speed, and - adapting the base trajectory by means of a sensitivity analysis based on the parameters to the real vehicle environment to generate the collision avoiding trajectory, wherein the speed difference between the initial speed of the selected base trajectory and the current speed of the vehicle as a disturbance in the adjustment of the base trajectory received.

A method according to claim 1, characterized in that in the calculation of the basic trajectories in the vehicle model disturbances p _{v of} the initial velocity v ₀ and p _m p of the vehicle mass m and in the environment modeling p _x , p _{y of} the collision object position x _k , y _k taken into account become.

A method according to claim 2, characterized in that the offline optimization is performed according to criteria of time, distance and speed.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the off-line optimization constraints on the final alignment and collision freedom are met.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a single-track model is used as the vehicle model.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the selected base trajectory is adjusted by the sensitivity analysis on the basis of the parameters to the real vehicle environment by approximation in order to obtain the collision avoiding trajectory.

A method according to claim 6, characterized in that the approximation is performed on the basis of the Taylor approximation.

A method according to claim 6, characterized in that the collision avoiding trajectory is adjusted by the sensitivity analysis on the basis of the parameters relating to the compliance with constraints.

System for determining a collision avoiding trajectory for a vehicle (E) in the event of an impending collision, the system being set up and designed to carry out the method according to one of the preceding claims, characterized by - an offline computer ( 1 ) for the offline calculation of basic trajectories by means of a vehicle model and an environment model - a memory for storing the base trajectories in the vehicle, - a sensor system ( 5 ) for detecting the vehicle-relevant parameters of a vehicle model by means of sensors, - an on-board computer ( 4 ) to select an appropriate base trajectory from the stored base trajectories to perform an evasive maneuver using at least one of the relevant parameters in the event of an imminent collision, and to adapt the base trajectory to the real vehicle environment using a sensitivity analysis based on detected relevant parameters to generate an adapted trajectory.

System according to claim 9, characterized in that the memory ( 3 ) is designed to store the base trajectories in the form of a lookup table.