DE102016205972A1

DE102016205972A1 - Verfahren zur autonomen oder teilautonomen Durchführung eines kooperativen Fahrmanövers

Info

Publication number: DE102016205972A1
Application number: DE102016205972.6A
Authority: DE
Inventors: Monique Engel; Bernd Rech; Stefan Gläser; Teodor Buburuzan; Bernd Lehmann; Sandra KLEINAU; Hendrik-Jörn Günther; Johannes HARTOG
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2017-11-09
Also published as: US11180150B2; US20170291608A1; CN107437334B; CN107437334A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur autonomen oder teilautonomen Durchführung eines kooperativen Fahrmanövers und ein Fahrzeug. Es ist vorgesehen, dass ein Manöverfahrzeug (10), welches die Ausführung eines Fahrmanövers plant, die folgenden Schritte ausführt: Ermitteln eines Manöverbereichs (12) einer Straße (14), in welchem das Fahrmanöver potentiell ausführbar ist, Kommunizieren mit einem oder mehreren Fahrzeugen (16, 18, 20) über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, um ein oder mehrere Kooperationsfahrzeuge (20) zu erfassen, welche sich während der Ausführung des Fahrmanövers voraussichtlich innerhalb des Manöverbereichs (12) befinden werden und Anpassen des eigenen Fahrverhaltens an das voraussichtliche Fahrverhalten des einen oder der mehreren Kooperationsfahrzeuge (20), um das geplante Fahrmanöver auszuführen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit bereitzustellen, welche es mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation erlaubt, Fahrzeuge zur gemeinsamen Durchführung eines kooperativen Fahrmanövers zu identifizieren und daraufhin das kooperative Fahrmanöver auszuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur autonomen oder teilautonomen Durchführung eines kooperativen Fahrmanövers und ein Fahrzeug.
An einem kooperativen Fahrmanöver sind üblicherweise zumindest zwei Fahrzeuge beteiligt, nämlich ein Manöverfahrzeug, welches die Ausführung eines Fahrmanövers plant, und zumindest ein Kooperationsfahrzeug, mit welchem das Manöverfahrzeug zur Realisierung des geplanten Fahrmanövers kooperiert.
Grundsätzlich kann sowohl das Manöverfahrzeug als auch das Kooperationsfahrzeug sein Fahrverhalten anpassen, damit das geplante Fahrmanöver des Manöverfahrzeugs umgesetzt werden kann.
Im Stand der Technik kommen bereits Abstandsregeltempomaten zum Einsatz, welche den Fahrzeugführer beim Einhalten eines geeigneten Abstands zum vorausfahrenden Fahrzeug unterstützen. Solche Systeme sind beispielsweise unter den Bezeichnungen Adaptive Cruise Control (ACC) und Automatische Distanzregelung (ADR) bekannt. Hierbei findet eine kontinuierliche Überwachung des Abstands zum vorausfahrenden Fahrzeug statt, wobei der ermittelte Abstand als Stellgröße beim Anpassen der Fahrzeuggeschwindigkeit Berücksichtigung findet.
Fahrzeuge werden demnächst vermehrt mit Kommunikationssystemen oder -diensten ausgestattet sein. Eine erste Art von Dienst stellt eine Kommunikationsverbindung zwischen Fahrzeugen beziehungsweise von einem Fahrzeug zu einer Infrastruktur, wie zum Beispiel einer Ampel, her. Derartige Konzepte werden zum Beispiel als Car-to-Car-Systeme, Car-to-Infrastructure-Systeme oder Car-to-X-Systeme bezeichnet, wobei das X als Platzhalter für beliebige Infrastruktureinrichtungen, andere Fahrzeuge und andere Verkehrsteilnehmer steht. Weitere übliche Bezeichnungen sind Car2C-, Car2X-, C2C- bzw. C2X-Systeme, Vehicle-to-Vehicle-Systeme (V2V), Vehicle-to-Infrastructure-Systeme (V2I) oder Vehicle-to-X-Systeme (V2X).
Diese Kommunikation zwischen Fahrzeugen beziehungsweise zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur eignet sich grundsätzlich auch zur Unterstützung von kooperativen Fahrmanövern.
Während der Fahrt wird ein Fahrzeug jedoch mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Fahrzeugen kommunizieren, wobei zumindest ein Teil dieser Fahrzeuge nicht zur gemeinsamen Durchführung eines kooperativen Fahrmanövers in Frage kommt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit bereitzustellen, welche es mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation erlaubt, Fahrzeuge zur gemeinsamen Durchführung eines kooperativen Fahrmanövers zu identifizieren und daraufhin das kooperative Fahrmanöver auszuführen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 6 beziehungsweise ein Fahrzeug gemäß Anspruch 10.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren des Anspruchs 1 ermittelt ein Manöverfahrzeug, welches die Ausführung eines Fahrmanövers plant, einen Manöverbereich einer Straße, in welchem das Fahrmanöver potentiell ausführbar ist. Anschließend kommuniziert das Manöverfahrzeug mit einem oder mehreren Fahrzeugen über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, um ein oder mehrere Kooperationsfahrzeuge zu erfassen, welche sich während der Ausführung des Fahrmanövers voraussichtlich innerhalb des Manöverbereichs befinden werden. Nach der Erfassung von einem oder mehreren Kooperationsfahrzeugen passt das Manöverfahrzeug sein Fahrverhalten an das voraussichtliche Fahrverhalten des einen oder der mehreren Kooperationsfahrzeuge an, um das geplante Fahrmanöver auszuführen. Der Manöverbereich, in welchem das Fahrmanöver potentiell ausführbar ist, umfasst sämtliche Straßenbereiche, in denen das geplante Fahrmanöver umgesetzt werden kann. Vorzugsweise wird zur Ermittlung des Manöverbereichs eine digitale Straßenkarte verwendet, welche beispielsweise lokal auf dem Fahrzeug verfügbar ist und/oder von einem Dienst über eine Funkverbindung abgerufen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass sich in der Umgebung befindliche Fahrzeuge, welche nicht als Kooperationsfahrzeuge in Frage kommen, nicht als Kooperationsfahrzeuge berücksichtigt werden, beispielsweise weil sich diese während der Durchführung des Fahrmanövers voraussichtlich entfernt von dem Manöverbereich befinden werden oder einen für das Fahrmanöver nicht relevanten Fahrstreifen benutzen werden. Es findet somit eine Filterung nach Fahrzeugen statt, welche für die Durchführung des geplanten Fahrmanövers relevant sind. Dies erlaubt eine sichere und effektive Realisierung von kooperativen Fahrmanövern.
Das Manöverfahrzeug und/oder das eine oder die mehreren Kooperationsfahrzeuge können beispielsweise Personenkraftwagen (PKW), Nutzfahrzeuge (NFZ), oder Zweiräder sein. Das von dem Manöverfahrzeug geplante Fahrmanöver kann beispielsweise das Einordnen in den fließenden Straßenverkehr (Einfädeln) oder ein Überholvorgang, welcher einen Fahrstreifenwechsel erfordert, sein. Zusätzlich zu der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation kann auch straßenperiphere Infrastruktur, wie beispielsweise Ampeln, in die Kommunikation mit eingebunden werden. Die über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation von dem einen oder den mehreren Fahrzeugen erhaltenen Informationen können beispielsweise die Position, die Geschwindigkeit, die Fahrtrichtung oder den Fahrstreifen betreffen. Alternativ oder zusätzlich können die erhaltenen Informationen auch Objekte betreffen, welche von den Kommunikationspartnern detektiert wurden.
Das Manöverfahrzeug kann vor dem Ausführen des Fahrmanövers selbsttätig oder auf Basis einer Eingabe des Fahrzeugführers ein auszuführendes Fahrmanövers festlegen. Der Manöverbereich, in welchem das Fahrmanöver potentiell ausführbar ist, kann auch Fahrbahnabschnitte umfassen, welche bei der Ausführung des Manövers voraussichtlich nicht in Anspruch genommen werden, wobei die Beanspruchung dieser Fahrbahnabschnitte jedoch nicht gänzlich ausgeschlossen werden kann. Dies führt zu einer Reduzierung des Unfallrisikos in außergewöhnlichen Fahrsituationen.
Das Manöverfahrzeug kann einen Anfahrzeitraum ermitteln, in welchem es den Manöverbereich voraussichtlich erreichen wird. Hierzu prognostiziert das Manöverfahrzeug unter Berücksichtigung seiner Fahrsituation und eventuell nötiger Verzögerungen seiner Fahrt die theoretisch kürzeste Anfahrdauer bis zum Manöverbereich und die theoretisch längste Anfahrdauer bis zum Manöverbereich. Die kürzeste Anfahrdauer kann durch die Geschwindigkeit des Verkehrs in der Umgebung des Manöverfahrzeugs, den einzuhaltenden Verkehrsregeln und die durch den Straßenverlauf vorgegebenen umsetzbaren Fahrgeschwindigkeiten abhängen. Die während der Anfahrt zu dem Manöverbereich zulässigen Beschleunigungs- und/oder Verzögerungswerte des Manöverfahrzeugs könnten in vorgegebenen Grenzen parametrisiert sein. Das Manöverfahrzeug kann außerdem die Manöverdauer ermitteln, innerhalb welcher das Fahrmanöver ausführbar ist. Hierdurch kann das Unfallrisiko weiter gesenkt werden, wenn sich nach dem Beginn der Ausführung des Fahrmanövers eine unerwartete Fahrsituation ergibt.
Das Manöverfahrzeug kann zur Erfassung des einen oder der mehreren Kooperationsfahrzeuge die Nachrichtenformate der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Nachrichten ermitteln. Auf Grundlage des ermittelten Nachrichtenformats können dann ein oder mehrere potentielle Kooperationsfahrzeuge ermittelt werden. Es werden nur Fahrzeuge berücksichtigt, welche Nachrichten in einem Format versenden, das auf freie Flächen in dem für das Fahrmanöver relevanten Straßenbereich schließen lassen. Vorzugsweise werden nur Fahrzeuge als potentielle Kooperationsfahrzeuge berücksichtigt, welche Environmental Perception Messages (EPM) versenden. Environmental Perception Messages erlauben die zuverlässige Bestimmung freier Flächen zwischen Fahrzeugen, wobei die Position, die Größe und/oder Fortbewegung der freien Fläche aus den Daten abgeleitet werden können. Fahrzeuge versenden Environmental Perception Messages üblicherweise mehrfach pro Sekunde. Die versendeten Informationen werden durch Sensoren, beispielsweise Radar, von dem Fahrzeug ermittelt.
Das Manöverfahrzeug kann zur Erfassung des einen oder der mehreren Kooperationsfahrzeuge Anfahrbereiche der Straße ermitteln, von welchen der Manöverbereich innerhalb des Anfahrzeitraums theoretisch erreichbar ist. Nachdem die Anfahrbereiche ermittelt wurden, können ein oder mehrere potentielle Kooperationsfahrzeuge ermittelt werden, welche sich in den Anfahrbereichen befinden. Dies erfolgt unter Verwendung der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Daten. Nach dem Ermitteln von einem oder mehreren potentiellen Kooperationsfahrzeugen kann das Fahrverhalten jedes potentiellen Kooperationsfahrzeugs mittels der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Daten prognostiziert werden. Gleichzeitig kann das Manöverfahrzeug sein eigenes Fahrverhalten prognostizieren, sodass das prognostizierte Fahrverhalten des einen oder der mehreren potentiellen Kooperationsfahrzeuge mit dem prognostizierten eigenen Fahrverhalten des Manöverfahrzeugs verglichen werden kann. Auf Grundlage dieses Vergleichs können dann innerhalb der potentiellen Kooperationsfahrzeuge ein oder mehrere tatsächliche Kooperationsfahrzeuge identifiziert werden. Das Prognostizieren des Fahrverhaltens kann das Prognostizieren eines voraussichtlichen Weg-Zeit-Verlaufs umfassen und/oder die Wahrscheinlichkeit für einen Fahrspurwechsel berücksichtigen.
Das Manöverfahrzeug kann die Entwicklung freier Bereiche zwischen Fahrzeugen kontinuierlich erfassen und auswerten. Hierzu kann die Mindestgröße eines freien Bereichs zur Durchführung des Fahrmanövers bestimmt werden. Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung der Mindestgröße eines freien Bereichs zur Durchführung eines Fahrmanövers in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit welcher sich der freie Bereich fortbewegt, den Fahrzeugausmaßen des Manöverfahrzeugs und/oder eines einzuhaltenden Sicherheitsabstands. Im Hinblick auf die Fahrzeugausmaße des Manöverfahrzeugs können auch mit dem Manöverfahrzeug gekoppelte Zusatzfahrzeuge, wie beispielsweise Anhänger sowie überstehender Ladung, berücksichtigt werden. Der einzuhaltende Sicherheitsabstand kann abhängig von der Geschwindigkeit des Manöverfahrzeugs und/oder der Geschwindigkeit, mit welcher sich der freie Bereich fortbewegt, sein. Die Größe des erfassten freien Bereichs kann dann mit der bestimmten Mindestgröße verglichen werden, sodass ein geeigneter freier Bereich, welcher sich während der geplanten Manöverausführung voraussichtlich innerhalb des Manöverbereichs befinden wird und zumindest die Mindestgröße zur Ausführung des Fahrmanövers aufweisen wird, ausgewählt werden kann. Der ausgewählte freie Bereich bewegt sich nun in Richtung des Manöverbereichs der Straße, wobei das Fahrmanöver des Manöverfahrzeugs ausgeführt werden kann, sobald der ausgewählte freie Bereich den Manöverbereich erreicht hat.
Ein bereits ausgewählter freier Bereich kann vor der Ausführung des Fahrmanövers des Manöverfahrzeugs beispielsweise durch unerwartetes Fahrverhalten anderer Fahrzeuge für die Ausführung des Fahrmanövers des Manöverfahrzeugs ausscheiden, da der freie Bereich nunmehr die zuvor ermittelte Mindestgröße unterschreitet. Dies zeigt, dass die kontinuierliche Erfassung und Auswertung der freien Bereiche bis zur Durchführung des Fahrmanövers des Manöverfahrzeugs erfolgen sollte. In diesem Fall kann ein neuer geeigneter freier Bereich, welcher sich während der geplanten Manöverausführung voraussichtlich innerhalb des Manöverbereichs befinden wird und zumindest die Mindestgröße zur Ausführung des Fahrmanövers aufweisen wird, ausgewählt werden. Der neu ausgewählte freie Bereich kann bereits zuvor als ein alternativer freier Bereich, welcher zur Durchführung des Fahrmanövers geeignet ist, ermittelt worden sein. Alternativ kann der neu ausgewählte freie Bereich erst nach Ausscheiden des zuvor bereits ausgewählten freien Bereichs ermittelt werden.
Das Anpassen des Fahrverhaltens des Manöverfahrzeugs an das voraussichtliche Fahrverhalten des einen oder der mehreren Kooperationsfahrzeuge kann das Anpassen der Trajektorie des Manöverfahrzeugs zur Erreichung des ausgewählten freien Bereichs, wenn dieser sich innerhalb des Manöverbereichs befindet, umfassen. Die Trajektorie kann beispielsweise durch Einstellen eines auswählten Weg-Zeit-Verlaufs und somit durch Einstellen von geeigneten Beschleunigungs- oder Verzögerungswerten erfolgen. Während des Anfahrens des freien Bereichs durch das Manöverfahrzeug kann darüber hinaus eine zyklische Überprüfung hinsichtlich der Ausführbarkeit des Fahrmanövers stattfinden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 6, welches auch eines der vorstehend beschriebenen Verfahren weiterbilden kann, wird ein Manöverbereich einer Straße, in welchem ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs erwartet werden kann, ermittelt. Die Ermittlung kann beispielsweise direkt durch das Kooperationsfahrzeug erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Ermittlung dadurch erfolgen, dass das Kooperationsfahrzeug über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation entsprechende Manöverinformationen von einem Manöverfahrzeug empfängt, welches die Durchführung eines Fahrmanövers plant. Das Kooperationsfahrzeug kommuniziert nun mit einem oder mehreren Fahrzeugen über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, um ein Manöverfahrzeug zu erfassen, welches die Ausführung eines Fahrmanövers plant und sich während der Ausführung des Fahrmanövers voraussichtlich innerhalb des Manöverbereichs befinden wird, und passt sein eigenes Fahrverhalten an das voraussichtliche Fahrverhalten des Manöverfahrzeugs an, um das geplante Fahrmanöver des Manöverfahrzeugs zu unterstützen. Das Manöverfahrzeug und das Kooperationsfahrzeug können darüber hinaus ihr Fahrverhalten derart aufeinander abstimmen, dass die zur Durchführung des Fahrmanövers notwendigen Beschleunigungs- und/oder Bremsvorgänge des Manöverfahrzeugs und/oder des Kooperationsfahrzeugs zur Minimierung des gemeinsamen Energieverbrauchs zur Durchführung des Fahrmanövers führen. Die Abstimmung des Manöverfahrzeugs und des Kooperationsfahrzeugs kann auch auf einer Wahrscheinlichkeitsmaximierung des Umsetzungserfolges für das geplante Fahrmanöver des Manöverfahrzeugs basieren.
Die Ermittlung des Manöverbereichs erfolgt vorzugsweise direkt durch das Kooperationsfahrzeug. Das Kooperationsfahrzeug kann hierzu eine digitale Straßenkarte verwenden, welche beispielsweise lokal auf dem Kooperationsfahrzeug verfügbar ist und/oder von einem Dienst zum Beispiel über eine Funkverbindung abgerufen wird. Das Kooperationsfahrzeug kann einen Anfahrzeitraum ermitteln, in welchem es den Manöverbereich voraussichtlich erreichen wird. Hierzu prognostiziert das Kooperationsfahrzeug unter Berücksichtigung seiner Fahrsituation und eventuell nötiger Verzögerungen seiner Fahrt die theoretisch kürzeste Anfahrdauer bis zum Manöverbereich und die theoretisch längste Anfahrdauer bis zum Manöverbereich. Die kürzeste Anfahrdauer kann durch die Geschwindigkeit des Verkehrs in der Umgebung des Kooperationsfahrzeugs, den einzuhaltenden Verkehrsregeln und die durch den Straßenverlauf vorgegebenen umsetzbaren Fahrgeschwindigkeiten abhängen. Die während der Anfahrt zu dem Manöverbereich zulässigen Beschleunigungs- und/oder Verzögerungswerte des Kooperationsfahrzeugs könnten in vorgegebenen Grenzen parametrisiert sein. Das Kooperationsfahrzeug kann außerdem die Manöverdauer ermitteln, innerhalb welcher das Fahrmanöver, welches in dem Manöverbereich erwartet werden kann, ausführbar ist. Hierdurch kann das Unfallrisiko weiter gesenkt werden, wenn sich nach dem Beginn der Ausführung eines Fahrmanövers eines Manöverfahrzeugs eine unerwartete Fahrsituation ergibt.
Das Manöverfahrzeug kann einen bevorzugten Manöverbereich auch mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation an das Kooperationsfahrzeug kommunizieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der in Frage kommende Manöverbereich einen sehr großen Abschnitt der Straße umfasst. Auf diese Weise kann die Kooperation zwischen dem Manöverfahrzeug und dem Kooperationsfahrzeug verbessert werden, wobei gleichzeitig Straßenbereiche zur Durchführung von kooperativen Fahrmanövern anderer Fahrzeuge freigegen werden.
Das Kooperationsfahrzeug kann zur Erfassung des Manöverfahrzeugs die Nachrichtenformate der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Nachrichten ermitteln. Auf Grundlage des ermittelten Nachrichtenformats können dann ein oder mehrere potentielle Manöverfahrzeuge ermittelt werden. Es werden nur Fahrzeuge berücksichtigt, welche Nachrichten in einem Format versenden, das auf ein geplantes Fahrmanöver schließen lässt.
Vorzugsweise ermittelt das Kooperationsfahrzeug auch unter Berücksichtigung eines Umfeldmodells potentielle Manöverfahrzeuge. Das Umfeldmodell verknüpft Informationen aus einer digitalen Karte, aus Sensoren des Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Radarsensors oder einer Kamera, und die über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Informationen. Somit lassen sich relevante Objekte in der Umgebung detektieren. Gleichzeitig können den Objekten Eigenschaften, wie Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Fahrzeuglänge, zugeordnet werden. Das Kooperationsfahrzeug kann zur Erfassung des Manöverfahrzeugs Anfahrbereiche der Straße ermitteln, von welchen der Manöverbereich innerhalb des Anfahrzeitraums theoretisch erreichbar ist. Nachdem die Anfahrbereiche ermittelt wurden, können ein oder mehrere potentielle Manöverfahrzeuge ermittelt werden, welche sich in den Anfahrbereichen befinden. Dies erfolgt unter Verwendung der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Daten. Nach dem Ermitteln von einem oder mehreren potentiellen Manöverfahrzeugen kann das Fahrverhalten jedes potentiellen Manöverfahrzeugs mittels der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Daten prognostiziert werden. Gleichzeitig kann das Kooperationsfahrzeug sein eigenes Fahrverhalten prognostizieren, sodass das prognostizierte Fahrverhalten des einen oder der mehreren potentiellen Manöverfahrzeuge mit dem prognostizierten eigenen Fahrverhalten des Kooperationsfahrzeugs verglichen werden kann. Auf Grundlage dieses Vergleichs kann dann aus den potentiellen Manöverfahrzeugen ein tatsächliches Manöverfahrzeug identifiziert werden. Das Prognostizieren des Fahrverhaltens kann das Prognostizieren eines voraussichtlichen Weg-Zeit-Verlaufs umfassen und/oder die Wahrscheinlichkeit für einen Fahrspurwechsel berücksichtigen. Das Kooperationsfahrzeug kann auch für jedes potentielle Manöverfahrzeug die eigene Verzögerung beziehungsweise Beschleunigung ermitteln, welche zum Unterstützen des Fahrmanövers des Manöverfahrzeugs notwendig wäre und diese mit einer vorbestimmten Maximalverzögerung beziehungsweise einer vorbestimmten Maximalbeschleunigung vergleichen. Überschreitet die notwendige Verzögerung die vorbestimmte Maximalverzögerung beziehungsweise die notwendige Beschleunigung die vorbestimmte Maximalbeschleunigung, kommt das potentielle Manöverfahrzeug nicht als tatsächliches Manöverfahrzeug in Betracht und wird ausgeschlossen. Die Maximalverzögerung beziehungsweise die Maximalbeschleunigung kann parametrisiert sein. Wenn das Kooperationsfahrzeug mehrere Manöverfahrzeuge identifiziert, ist es bevorzugt, dass das Kooperationsfahrzeug das Manöverfahrzeug auswählt, für das eine Anpassung des eigenen Fahrverhaltens die geringsten Kosten verursacht.
Das Anpassen des Fahrverhaltens des Kooperationsfahrzeugs an das voraussichtliche Fahrverhalten des Manöverfahrzeugs kann das Anpassen der Trajektorie des Kooperationsfahrzeugs zur Vergrößerung eines freien Bereichs, in welchem das Fahrmanöver des Manöverfahrzeugs innerhalb des Manöverbereichs ausführbar ist, umfassen. Vorzugsweise ist das Anpassen der Trajektorie des Kooperationsfahrzeugs beim Erreichen des Manöverbereichs, jedoch zumindest vor dem Verlassen des Manöverbereichs vollständig abgeschlossen. Als Beispiel einer solchen Trajektorieanpassung kann eine Abstandsregelung auf das identifizierte Manöverfahrzeug angesehen werden. Das Manöverfahrzeug wird als imaginäres Objekt auf den Fahrstreifen des Kooperationsfahrzeugs projiziert. Als Folgepunkt für die Abstandsregelung wird ein Punkt hinter dem Heck des Manöverfahrzeugs gewählt. Die Position dieses Folgepunkts kann in vorgegebenen Grenzen parametrisiert sein.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst eine Kommunikationseinrichtung zum Kommunizieren mit anderen Fahrzeugen mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation und eine Steuereinrichtung zur autonomen oder teilautonomen Durchführung eines Fahrmanövers. Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist dazu eingerichtet, das Verfahren zur autonomen oder teilautonomen Durchführung eines kooperativen Fahrmanövers gemäß einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele als Manöverfahrzeug und/oder als Kooperationsfahrzeug auszuführen. Es gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor beschrieben.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Verkehrssituation während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine schematische Darstellung einer Verkehrssituation während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche auf die in 1 dargestellte Verkehrssituation folgt;
3 eine schematische Darstellung einer Verkehrssituation während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche auf die in 2 dargestellte Verkehrssituation folgt;
4 eine schematische Darstellung einer Verkehrssituation während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche auf die in 3 dargestellte Verkehrssituation folgt;
5 eine schematische Darstellung einer Verkehrssituation während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
6 eine schematische Darstellung einer Verkehrssituation während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche auf die in 5 dargestellte Verkehrssituation folgt;
7 eine schematische Darstellung einer Verkehrssituation während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche auf die in 6 dargestellte Verkehrssituation folgt;
8 eine schematische Darstellung einer Verkehrssituation während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche auf die in 7 dargestellte Verkehrssituation folgt; und
9 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
1 zeigt eine Verkehrssituation während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur autonomen oder teilautonomen Durchführung eines kooperativen Fahrmanövers. Ein Manöverfahrzeug 10 plant die Ausführung eines Fahrmanövers, nämlich das Einordnen in den fließenden Straßenverkehr (Einfädeln) auf einer Autobahn. Das Manöverfahrzeug 10 bewegt sich von einer Autobahnauffahrt in Richtung der Autobahn. Das Manöverfahrzeug 10 ermittelt zunächst einen Manöverbereich 12 der Straße 14, in welchem das Einordnen in den fließenden Straßenverkehr potentiell ausführbar ist. Das Manöverfahrzeug 10 kommuniziert gleichzeitig mit mehreren Fahrzeugen 16, 18, 20 über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, um mehrere Kooperationsfahrzeuge 20 zu erfassen, welche sich während der Ausführung des Fahrmanövers voraussichtlich innerhalb des Manöverbereichs 12 befinden werden. Außerdem ermittelt das Manöverfahrzeug 10 einen Anfahrzeitraum, in welchem es den Manöverbereich 12 voraussichtlich erreichen wird. Hierzu prognostiziert das Manöverfahrzeug 10 unter Berücksichtigung seiner Fahrsituation die theoretisch kürzeste Anfahrdauer bis zum Manöverbereich 12 und die theoretisch längste Anfahrdauer bis zum Manöverbereich 12. Die kürzeste Anfahrdauer hängt aufgrund der freien Auffahrt lediglich von den einzuhaltenden Verkehrsregeln und den durch den Straßenverlauf vorgegebenen umsetzbaren Fahrgeschwindigkeiten ab. Die längste Anfahrdauer hängt lediglich von einer für das auszuführende Fahrmanöver, nämlich das Einfädeln, vorbestimmten Mindestgeschwindigkeit ab. Zur Erfassung der Kooperationsfahrzeuge 20 ermittelt das Manöverfahrzeug 10 einen oder mehrere Anfahrbereiche 22 der Straße 14, von welchen der Manöverbereich 12 innerhalb des Anfahrzeitraums theoretisch erreichbar ist. Zusätzlich ermittelt das Manöverfahrzeug 10 die Nachrichtenformate der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Nachrichten. Fahrzeuge, welche Environmental Perception Messages (EPM) versenden und sich in dem Anfahrbereich 22 befinden, werden als potentielle Kooperationsfahrzeuge 18, 20 identifiziert.
Wie in 2 dargestellt, findet eine Filterung der Fahrzeuge 16, 18, 20 nach Relevanz für das geplante Fahrmanöver statt. Die Fahrzeuge 16, welche als potentielle Kooperationsfahrzeuge nicht in Frage kommen, werden nicht weiter berücksichtigt. Die Fahrzeuge 16 können trotzdem weiter überwacht oder beobachtet werden, um eine Kursänderung eines Fahrzeugs 16 in den Manöverbereich 12 hinein festzustellen und eine damit einhergehende Änderung des Manöverbereichs 12 oder eine Nichtnutzbarkeit des Manöverbereichs 12 festzustellen und gegebenenfalls entsprechend zu berücksichtigen.
Das Manöverfahrzeug 10 prognostiziert nun das Fahrverhalten der potentiellen Kooperationsfahrzeuge 18, 20 mittels der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Daten. Gleichzeitig prognostiziert das Manöverfahrzeug 10 das eigene Fahrverhalten, sodass das prognostizierte Fahrverhalten der potentiellen Kooperationsfahrzeuge 18, 20 mit dem prognostizierten eigenen Fahrverhalten verglichen werden kann, um die tatsächlichen Kooperationsfahrzeuge 20 zu ermitteln. Das Manöverfahrzeug 10 erfasst kontinuierlich die Entwicklung freier Bereiche 24 zwischen den Kooperationsfahrzeugen 20 und wertet diese ebenfalls kontinuierlich aus. Hierzu bestimmt das Manöverfahrzeug die Mindestgröße eines freien Bereichs 24 zur Durchführung des Einfädelmanövers. Zur Bestimmung der Mindestgröße eines freien Bereichs 24 berücksichtigt das Manöverfahrzeug 10 die Geschwindigkeit, mit welcher sich der freie Bereich 24 fortbewegt, die eigenen Fahrzeugausmaße und einen einzuhaltenden Sicherheitsabstand. Das Manöverfahrzeug 10 vergleicht dann die Größe der erfassten freien Bereiche 24 mit der bestimmten Mindestgröße und wählt den freien Bereich 24, welcher sich während der geplanten Manöverausführung voraussichtlich innerhalb des Manöverbereichs 12 befinden wird und zumindest die Mindestgröße zur Ausführung des Fahrmanövers aufweisen wird, zur Ausführung des Einfädelmanövers aus.
Wie aus 3 und 4 ersichtlich, passt das Manöverfahrzeug das eigene Fahrverhalten an das voraussichtliche Fahrverhalten der Kooperationsfahrzeuge 20 an, um das geplante Einfädelmanöver ausführen zu können, nachdem das Manöverfahrzeug 10 einen freien Bereich 24 für die Ausführung des Einfädelmanövers ausgewählt hat. Das Anpassen des Fahrverhaltens des Manöverfahrzeugs 10 an das voraussichtliche Fahrverhalten der Kooperationsfahrzeuge 20 umfasst dabei das Anpassen der Trajektorie des Manöverfahrzeugs 10 zur Erreichung des ausgewählten freien Bereichs 24, wenn dieser sich innerhalb des Manöverbereichs 12 befindet. Die Trajektorie kann beispielsweise durch Einstellen eines auswählten Weg-Zeit-Verlaufs und somit durch Einstellen von geeigneten Beschleunigungs- oder Verzögerungswerten erfolgen. Während des Anfahrens des freien Bereichs 24 durch das Manöverfahrzeug 10 kann darüber hinaus eine zyklische Überprüfung hinsichtlich der Ausführbarkeit des Fahrmanövers stattfinden.
5 zeigt ebenfalls eine Verkehrssituation während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur autonomen oder teilautonomen Durchführung eines kooperativen Fahrmanövers. Ein Kooperationsfahrzeug 26 ermittelt einen Manöverbereich 28 einer Straße 30, in welchem ein Fahrmanöver eines anderen Fahrzeugs erwartet werden kann. Das Kooperationsfahrzeug erfasst in dieser Verkehrssituation einen Bereich, in welchem mit einem Einfädelmanöver eines Manöverfahrzeugs zu rechnen ist. Außerdem kommuniziert das Kooperationsfahrzeug 26 mit mehreren Fahrzeugen 32, 34 über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, um ein Manöverfahrzeug 34 zu erfassen, welches die Ausführung eines Einfädelmanövers in dem Manöverbereich 28 plant. Außerdem ermittelt das Kooperationsfahrzeug 26 einen Anfahrzeitraum, in welchem es den Manöverbereich 28 voraussichtlich erreichen wird. Hierzu prognostiziert das Kooperationsfahrzeug 26 unter Berücksichtigung seiner Fahrsituation die theoretisch kürzeste Anfahrdauer bis zum Manöverbereich 28 und die theoretisch längste Anfahrdauer bis zum Manöverbereich 28.
Die kürzeste Anfahrdauer hängt von der Geschwindigkeit des Verkehrs in der Umgebung des Kooperationsfahrzeugs 26 und den einzuhaltenden Verkehrsregeln ab. Die längste Anfahrdauer hängt ebenfalls von der Geschwindigkeit des Verkehrs in der Umgebung des Kooperationsfahrzeugs 26 ab und von einer für das auszuführende Fahrmanöver, nämlich das Einfädeln, vorbestimmten Mindestgeschwindigkeit. Zur Erfassung des Manöverfahrzeugs 34 ermittelt das Kooperationsfahrzeug 26 Anfahrbereiche 36 der Straße 30, von welchen der Manöverbereich 28 innerhalb des Anfahrzeitraums theoretisch erreichbar ist.
Wie 6 dargestellt, findet eine Filterung der Fahrzeuge 32, 34 nach Relevanz für das erwartete Fahrmanöver statt. Die Fahrzeuge 32, welche als potentielle Manöverfahrzeuge nicht in Frage kommen, werden nicht weiter berücksichtigt. Die Fahrzeuge 32 können trotzdem weiter überwacht oder beobachtet werden, um eine Kursänderung eines Fahrzeugs 32 in den Manöverbereich 28 hinein festzustellen und eine damit einhergehende Änderung des Manöverbereichs 28 oder eine Nichtnutzbarkeit des Manöverbereichs 28 festzustellen und gegebenenfalls entsprechend zu berücksichtigen.
Das Kooperationsfahrzeug 26 prognostiziert das Fahrverhalten des potentiellen Manöverfahrzeugs 34 mittels der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Daten. Gleichzeitig prognostiziert das Kooperationsfahrzeug 26 sein eigenes Fahrverhalten. Somit kann das prognostizierte Fahrverhalten des potentiellen Manöverfahrzeugs 34 mit dem prognostizierten eigenen Fahrverhalten verglichen werden, sodass das potentielle Manöverfahrzeug als tatsächliches Manöverfahrzeug 34 identifiziert werden kann.
Wie aus 7 und 8 ersichtlich, passt das Kooperationsfahrzeug 26 das eigene Fahrverhalten an das voraussichtliche Fahrverhalten des Manöverfahrzeugs 34 an, um das geplante Einfädelmanöver des Manöverfahrzeugs 34 zu unterstützen. Das Anpassen des Fahrverhaltens des Kooperationsfahrzeugs 26 an das voraussichtliche Fahrverhalten des Manöverfahrzeugs 34 umfasst das Anpassen der Trajektorie des Kooperationsfahrzeugs 26 zur Vergrößerung eines freien Bereichs 38, in welchem das Einfädelmanöver des Manöverfahrzeugs 34 innerhalb des Manöverbereichs ausführbar ist. Bei der Trajektorieanpassung projiziert das Kooperationsfahrzeug 26 das Manöverfahrzeug 34 als imaginäres Objekt auf den eigenen Fahrstreifen. Daraufhin kann eine Abstandsregelung zu dem projizierten Objekt erfolgen. Die Trajektorie kann beispielsweise durch Einstellen eines geeigneten Weg-Zeit-Verlaufs und somit durch Einstellen von geeigneten Beschleunigungs- oder Verzögerungswerten erfolgen. Während der Annäherung an den Manöverbereich 28 findet eine zyklische Überprüfung hinsichtlich der Ausführbarkeit des Fahrmanövers des Manöverfahrzeugs 34 statt.
9 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10, 26. Das Fahrzeug 10, 26 umfasst eine Kommunikationseinrichtung 40 zum Kommunizieren mit anderen Fahrzeugen mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation und eine Steuereinrichtung 42 zur autonomen oder teilautonomen Durchführung eines Fahrmanövers. Das Fahrzeug 10, 26 ist dazu eingerichtet, das Verfahren zur autonomen oder teilautonomen Durchführung eines kooperativen Fahrmanövers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 als Manöverfahrzeug 10 und/oder Kooperationsfahrzeug 26 auszuführen.
Das hier vorgeschlagene Verfahren erlaubt durch die Nutzung von Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation eine sichere und effektive Durchführung eines kooperativen Fahrmanövers unabhängig davon, ob das Manöverfahrzeug und das eine oder die mehreren Kooperationsfahrzeuge sich gegenseitig durch deren Fahrzeugsensorik detektieren.
Bezugszeichenliste

10: Manöverfahrzeug
12: Manöverbereich
14: Straße
16: Fahrzeuge
18: potentielle Kooperationsfahrzeuge
20: Kooperationsfahrzeuge
22: Anfahrbereich
24: freier Bereich zwischen Fahrzeugen
26: Kooperationsfahrzeug
28: Manöverbereich
30: Straße
32: Fahrzeuge
34: Manöverfahrzeug
36: Anfahrbereich
38: freier Bereich zwischen Fahrzeugen
40: Kommunikationseinrichtung
42: Steuereinrichtung

Claims

Verfahren zur autonomen oder teilautonomen Durchführung eines kooperativen Fahrmanövers, dadurch gekennzeichnet, dass ein Manöverfahrzeug (10), welches die Ausführung eines Fahrmanövers plant, die folgenden Schritte ausführt: – Ermitteln eines Manöverbereichs (12) einer Straße (14), in welchem das Fahrmanöver potentiell ausführbar ist, – Kommunizieren mit einem oder mehreren Fahrzeugen (16, 18, 20) über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, um ein oder mehrere Kooperationsfahrzeuge (20) zu erfassen, welche sich während der Ausführung des Fahrmanövers voraussichtlich innerhalb des Manöverbereichs (12) befinden werden, und – Anpassen des eigenen Fahrverhaltens an das voraussichtliche Fahrverhalten des einen oder der mehreren Kooperationsfahrzeuge (20), um das geplante Fahrmanöver auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Manöverfahrzeug (10) einen Anfahrzeitraum ermittelt, in welchem es den Manöverbereich (12) voraussichtlich erreichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Manöverfahrzeug (10) zur Erfassung des einen oder der mehreren Kooperationsfahrzeuge (20) einen, mehrere oder sämtliche der folgenden Schritte ausführt: – Ermitteln der Nachrichtenformate der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Nachrichten; – Ermitteln von einem oder mehreren potentiellen Kooperationsfahrzeugen (18, 20) auf Grundlage des von diesen Fahrzeugen (18, 20) versendeten Nachrichtenformats; – Ermitteln von Anfahrbereichen (22) der Straße (14), von welchen der Manöverbereich (12) innerhalb des Anfahrzeitraums theoretisch erreichbar ist; – Ermitteln von einem oder mehreren potentiellen Kooperationsfahrzeugen (18, 20), welche sich in den Anfahrbereichen (22) befinden mittels der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Daten, – Prognostizieren des Fahrverhaltens jedes potentiellen Kooperationsfahrzeugs mittels der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Daten, – Prognostizieren des eigenen Fahrverhaltens, – Vergleichen des prognostizierten Fahrverhaltens des einen oder der mehreren potentiellen Kooperationsfahrzeuge (18, 20) mit dem prognostizierten eigenen Fahrverhalten zur Ermittlung eines oder der mehrerer Kooperationsfahrzeuge (20).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Manöverfahrzeug (10) die Entwicklung freier Bereiche (24) zwischen Fahrzeugen (16, 18, 20) kontinuierlich erfasst und auswertet und hierzu vorzugsweise einen, mehrere oder sämtliche der folgenden Schritte ausführt: – Bestimmen der Mindestgröße eines freien Bereichs (24) zur Durchführung des Fahrmanövers, vorzugsweise abhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher sich der freie Bereich (24) fortbewegt, den Fahrzeugausmaßen des Manöverfahrzeugs (10) und/oder eines Sicherheitsabstands; – Vergleichen der Größe der erfassten freien Bereiche (24) mit der bestimmten Mindestgröße, – Auswählen eines geeigneten freien Bereichs (24), welcher sich während der geplanten Manöverausführung voraussichtlich innerhalb des Manöverbereichs (12) befinden wird und zumindest die Mindestgröße zur Ausführung des Fahrmanövers aufweisen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des Fahrverhaltens des Manöverfahrzeugs (10) an das voraussichtliche Fahrverhalten des einen oder der mehreren Kooperationsfahrzeuge (20) den folgenden Schritt umfasst: – Anpassen der Trajektorie des Manöverfahrzeugs (10) zur Erreichung des ausgewählten freien Bereichs (24), wenn dieser sich innerhalb des Manöverbereichs (12) befindet, wobei während des Anfahrens des freien Bereichs (24) vorzugsweise zyklisch eine Überprüfung hinsichtlich der Ausführbarkeit stattfindet.
Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten: – Ermitteln eines Manöverbereichs (28) einer Straße (30), in welchem ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs erwartet werden kann, – Kommunizieren des Kooperationsfahrzeugs (26) mit einem oder mehreren Fahrzeugen (32, 34) über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, um ein Manöverfahrzeug (34) zu erfassen, welches die Ausführung eines Fahrmanövers plant und sich während der Ausführung des Fahrmanövers voraussichtlich innerhalb des Manöverbereichs (28) befinden wird, und – Anpassen des Fahrverhaltens des Kooperationsfahrzeugs (26) an das voraussichtliche Fahrverhalten des Manöverfahrzeugs (34), um das geplante Fahrmanöver des Manöverfahrzeugs (34) zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kooperationsfahrzeug (26) den Manöverbereich (28) und/oder einen Anfahrzeitraum, in welchem es den Manöverbereich (28) voraussichtlich erreichen wird, ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kooperationsfahrzeug (26) zur Erfassung des Manöverfahrzeugs einen, mehrere oder sämtliche der folgenden Schritte ausführt: – Ermitteln der Nachrichtenformate der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Nachrichten; – Ermitteln von einem oder mehreren potentiellen Manöverfahrzeugen (34) auf Grundlage des von diesen Fahrzeugen (34) versendeten Nachrichtenformats; – Ermitteln von Anfahrbereichen (36) der Straße (30), von welchen der Manöverbereich (28) innerhalb des Anfahrzeitraums theoretisch erreichbar ist; – Ermitteln von einem oder mehreren potentiellen Manöverfahrzeugen (34), welche sich in den Anfahrbereichen (36) befinden mittels der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Daten, – Prognostizieren des Fahrverhaltens jedes potentiellen Manöverfahrzeugs mittels der über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen Daten, – Prognostizieren des eigenen Fahrverhaltens, – Vergleichen des prognostizierten Fahrverhaltens des einen oder der mehreren potentiellen Manöverfahrzeuge (34) mit dem prognostizierten eigenen Fahrverhalten zur Ermittlung eines oder mehrerer Manöverfahrzeuge (34).
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des Fahrverhaltens des Kooperationsfahrzeugs (26) an das voraussichtliche Fahrverhalten des Manöverfahrzeugs den folgenden Schritt umfasst: – Anpassen der Trajektorie des Kooperationsfahrzeugs zur Vergrößerung eines freien Bereichs (38), in welchem das Fahrmanöver des Manöverfahrzeugs innerhalb des Manöverbereichs (28) ausführbar ist.
Fahrzeug (10, 26), mit – einer Kommunikationseinrichtung (40) zum Kommunizieren mit anderen Fahrzeugen mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, und – einer Steuereinrichtung (42) zur autonomen oder teilautonomen Durchführung eines Fahrmanövers, wobei das Fahrzeug (10, 26) dazu eingerichtet ist, das Verfahren zur autonomen oder teilautonomen Durchführung eines kooperativen Fahrmanövers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 als Manöverfahrzeug (10) und/oder Kooperationsfahrzeug (26) auszuführen.