DE102016210760A1 - Verfahren zur Interaktion zwischen einem Fahrzeug und Verkehrsteilnehmer - Google Patents

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Interaktion zwischen einem Fahrzeug und einem Verkehrsteilnehmer, umfassend die Schritte: Aufbau eines Umfeldmodells, umfassend ein Bestimmen von Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten (Erster Schritt), Entwicklung einer Manöverplanung (Zweiter Schritt), Entwicklung einer Kommunikationsstrategie, Trajektorienplanung und Signaldarstellungs-Planung (Dritter Schritt), Abfahren der Trajektorie und Darstellung von geplanten Signalen zur Umsetzung der Kommunikationsstrategie Vierter Schritt, Erfassen und Interpretieren von Verkehrsteilnehmerzustandsdaten in Reaktion auf die abgefahrene Trajektorie und die dargestellten Signale (Fünfter Schritt), und Bewertung der Manöverplanung und der Kommunikationsstrategie (Sechster Schritt).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Interaktion zwischen einem Fahrzeug und einem Verkehrsteilnehmer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • (Teil-)Autonome Fahrzeuge sind aus dem Bereich der Robotik bekannt, z.B. im Bereich der Logistik oder des Transportwesens. Die Hauptaufgabe solcher Fahrzeuge besteht darin, ihre Umwelt zu erkennen und ihre Bewegungen so anzupassen, dass die ihr Ziel erreichen und dabei Hindernisse möglichst vermeiden.
  • Systeme, die ein kontrolliertes Führen eines (teil-)autonomen Fahrzeugs ermöglichen und dabei die Kommunikation und Manöverplanung des Fahrzeuges bestimmen, entscheiden in der Regel situationsabhängig anhand von Sensordaten mit vorgegebenen Entscheidungsmustern, um Kollisionen aus dem Weg zu gehen und optimal am Verkehr teilzunehmen. Ein solches System ist beispielsweise aus der US-Patentanmeldung US20110095879 A1 bekannt. Hier wird ein lernendes Fahrzeug gezeigt, das basierend auf dem gemessenen Fahrverhalten des Fahrers in bestimmten Situationen einen Fahreingriff lernt. Die Situationen und das Fahrverhalten werden aufgrund von Sensordaten erfasst und bewertet.
  • Solche bekannte Systeme sind ein weiterer Schritt auf dem Weg zum voll autonom fahrenden Fahrzeug. Allerdings sind immer noch Verbesserungsmöglichkeiten bezüglich der Kommunikation bzw. Interaktion zwischen Verkehrsteilnehmer(n) und Fahrzeug, auch wenn es nicht (teil-)autonom fährt, sondern lediglich die entsprechende Technologie z.B. zur Erkennung, Interpretation, Auswertung von Daten aufweist, vorhanden. Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine Interaktion zwischen einem Fahrzeug und einem Verkehrsteilnehmer zur Verbesserung der Manöverplanung bereitstellt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Interaktion zwischen einem Fahrzeug und einem Verkehrsteilnehmer, umfassend die Schritte: Aufbau eines Umfeldmodells, umfassend ein Bestimmen von Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten (Erster Schritt), Entwicklung einer Manöverplanung (Zweiter Schritt), Entwicklung einer Kommunikationsstrategie, Trajektorienplanung und Signaldarstellungs-Planung (Dritter Schritt), Abfahren der Trajektorie und Darstellung von geplanten Signalen zur Umsetzung der Kommunikationsstrategie (Vierter Schritt), Erfassen und Interpretieren von Verkehrsteilnehmerzustandsdaten in Reaktion auf die abgefahrene Trajektorie und die dargestellten Signale (Fünfter Schritt), und Bewertung der Manöverplanung und der Kommunikationsstrategie (Sechster Schritt).
  • Vorgeschlagen wird ferner ein Verfahren zur Interaktion zwischen einem Fahrzeug und einem Verkehrsteilnehmer, umfassend die Schritte: Aufbau eines Umfeldmodells, umfassend ein Bestimmen von Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten (Erster Schritt), Entwicklung einer Manöverplanung (Zweiter Schritt), Entwicklung einer Kommunikationsstrategie, Trajektorienplanung und Signaldarstellungs-Planung (Dritter Schritt), Erfassen einer durch einen Fahrer abgefahrenen Trajektorie und durch einen Fahrer initiierter Signale (Vierter Schritt), wobei der dritte und vierte Schritt gleichzeitig erfolgen können; Vergleichen der Manöverplanung und/oder der Kommunikationsstrategie und/oder Trajektorienplanung mit der erfassten Trajektorie und der durch den Fahrer initiierten Signale (Fünfter erster Teilschritt), Erfassen und Interpretieren von Verkehrsteilnehmerzustandsdaten in Reaktion auf die abgefahrene Trajektorie und die dargestellten Signale und Bewertung der im vierten Schritt durch den Fahrer abgefahrenen Trajektorie (Fünfter zweiter Teilschritt), wobei der fünfte erste Teilschritt (S51) und der fünfte zweite Teilschritt (S52) in beliebiger Reihenfolge oder parallel erfolgen können, und Bewertung der Manöverplanung und Kommunikationsstrategie basierend auf dem ersten und dem zweiten fünften Teilschritt (Sechster Schritt).
  • In einer Ausgestaltung umfasst die Kommunikationsstrategie ein Interpretieren von Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten, eine Bestimmung von Interaktionszielen, eine Bestimmung von Inhalten zur Kommunikation, eine Auswahl von Medien und eine Planung eines Bewegungsverhaltens des Fahrzeugs und eine Planung der optischen und/oder akustischen Signaldarstellung entsprechend der Auswahl der Medien.
  • In einer Ausgestaltung erfolgt die Kommunikationsstrategie basierend auf der Manöverplanung und/oder die Trajektorienplanung basierend auf der Manöverplanung und der Kommunikationsstrategie und/oder die Signaldarstellungsplanung basierend auf der Kommunikationsstrategie erfolgt.
  • In einer Ausgestaltung umfasst die Manöverplanung eine Prädiktion des Verhaltens der Verkehrsteilnehmer, ein Bestimmen eines Kooperationsziels und eine Entscheidungsfindung, und das Kooperations-Ziel wird aus dem Umfeldmodell und der Prädiktion bestimmt wird und zur Entscheidungsfindung verwendet und/oder die Kommunikationsstrategie auf Basis des Kooperationsziels erfolgt. Vorteilhafterweise erfolgt die Entscheidungsfindung über eine Kostenfunktion, wie später beschrieben.
  • In einer Ausgestaltung erfolgt ein Interpretieren von im Umfeldmodell bestimmten Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten zusätzlich im zweiten Schritt und/oder im dritten Schritt und wird in die Entwicklung bzw. Planung integriert.
  • In einer Ausgestaltung werden zur Bestimmung und Interpretierung von Verkehrsteilnehmerzustandsdaten Kontextinformationen erfasst, umfassend ein Erfassen, ob ein oder mehrere Mitfahrer im Fahrzeug vorhanden sind, ein Erfassen einer Interaktion zwischen Fahrer und dem oder den Mitfahrer und/oder Verkehrsteilnehmern, und ein Erfassen des Kontextes der Interaktion. Das Interpretieren von Verkehrsteilnehmerzustandsdaten umfasst ferner ein Interpretieren aufgrund der durch die Durchführung des vierten Schritts entstandenen Reaktionen von Verkehrsteilnehmern, umfassend Fahrzeuginsassen und/oder Verkehrsteilnehmer in der Nähe des Fahrzeugs, welche von der Manöverplanung und Kommunikationsstrategie bzw. dem vom Fahrer initiierten Signalen und der Trajektorie betroffen sind, und/oder eine aufgrund der Manöverplanung und Kommunikationsstrategie bzw. dem vom Fahrer initiierten Signalen und der Trajektorie entstandene Verkehrssituation, wobei Reaktionen von Verkehrsteilnehmern gemessene Daten über den Zustand der Verkehrsteilnehmer umfassen.
  • Vorteilhafterweise wird die entstandene Verkehrssituation durch im Fahrzeug vorhandene Sensoren erfasst und/oder über eine Schnittstelle an das Fahrzeug von einer äußeren Stelle übermittelt. Die äußere Stelle kann derart ausgebildet sein, dass sie Informationen über die Änderung der Verkehrssituation, welche auf dem Fahr- bzw. Bewegungsverhalten (der Verkehrsteilnehmer), aus der Manöverplanung, der Entwicklung der Kommunikationsstrategie und/oder der Trajektorienplanung und/oder der Signaldarstellungsplanung resultieren, an das Fahrzeug zum Lernen übermittelt.
  • In einer Ausgestaltung erfolgt die Bewertung der Manöverplanung und Kommunikationsstrategie bzw. dem vom Fahrer gesteuerten Fahrzeugverhalten basierend auf einer Gesamtbewertung der für eine Fahrsituation bestimmten Bewertung der Verkehrsteilnehmerzustandsdaten, der Effizienz der Manöverplanung und Kommunikationsstrategie bzw. dem vom Fahrer gesteuerten Fahrzeugverhalten und der entstandenen Verkehrssituation.
  • In einer Ausgestaltung erfolgt nach dem sechsten Schritt ein siebter Schritt, in dem, basierend auf der Bewertung im sechsten Schritt, die Manöverplanung und/oder der Kommunikationsstrategie optimiert werden und darauf basierend die Trajektorienplanung und Signaldarstellungsplanung angepasst werden, sowie die angepasste Trajektorie und die angepassten Signale dargestellt werden und/oder das Verfahren zur Manöverplanung und Planung der Kommunikationsstrategie für zukünftige Fahrsituationen angepasst wird.
  • Ferner wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, das dazu eingerichtet ist, das beschriebene Verfahren durchzuführen, zumindest umfassend Sensoren zur Erfassung zumindest von Umgebungsdaten, Verkehrsteilnehmerzustandsdaten, umfassend Zustandsdaten von Insassen des Fahrzeugs und Zustandsdaten von Verkehrsteilnehmern außerhalb des Fahrzeugs, sowie vom Fahrer initiierte Signale; zumindest ein Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, zumindest die erfassten Signale auszuwerten und ein Umfeldmodell aufzubauen, eine Manöverplanung und eine Kommunikationsstrategie zu entwickeln, eine Trajektorienplanung und eine Signaldarstellungs-Planung durchzuführen; sowie ein oder mehrere Signale an vorhandene Aktuatoren zum Abfahren der Trajektorie und zum Setzen von geplanten Signalen auszugeben; und Mittel zur Signaldarstellung zur Darstellung der geplanten Signale.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
  • 1 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt eine Verkehrssituation zur Verwendung des Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • Um eine Regelung des Verhaltens, umfassend Bewegungsverhalten und Signalgebung eines Fahrzeugs derart durchzuführen, dass das Fahrzeug auf die Reaktion von Verkehrsteilnehmern möglichst ebenso gut oder besser reagiert wie ein menschlicher Fahrer, ist es wichtig, dass das Fahrzeug lernt, wie sich der Fahrer in bestimmten Situationen verhält. Hierzu können Daten über das Verhalten oder die Reaktion von betroffenen Verkehrsteilnehmern erfasst und ausgewertet werden. Das Verhalten und die Reaktionen, also der Zustand von Verkehrsteilnehmern, werden nachfolgend als Verkehrsteilnehmerzustandsdaten bezeichnet. Ferner kann eine Kommunikation vom Fahrzeug ausgehen, welche dem außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Verkehrsteilnehmer Signale gibt, wie sich das Fahrzeug verhalten wird und sich der Verkehrsteilnehmer (im besten Fall) zu verhalten hat.
  • In 1 und 2 sind die ersten drei Schritte S1 bis S3 identisch, d.h. dass das Fahrzeug eine Strategie entwickelt, wie es sich in einer bestimmten Situation verhält (2) oder verhalten würde (1, Lernmodus). Im ersten Schritt S1 erfolgt ein Aufbau eines Umfeldmodells, umfassend ein Bestimmen von Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten, im zweiten Schritt S2 wird eine Manöverplanung entwickelt und im dritten Schritt S3 wird eine Kommunikationsstrategie entwickelt, sowie eine Trajektorienplanung und Signaldarstellungs-Planung basierend auf der erkannten Verkehrssituation bzw. den Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten (aus dem Umfeldmodell) durchgeführt.
  • Wie in 1 im vierten Schritt S4 dargestellt lernt das Fahrzeug im Lernmodus vom Fahrer, wie dieser auf bestimmte Situationen reagiert, d.h. welche Trajektorie er mit welcher Geschwindigkeit abfährt und welche Signale er gibt bzw. initiiert, z.B. Blinken. Das heißt, es erfolgt ein Erfassen einer durch einen Fahrer abgefahrenen Trajektorie und durch einen Fahrer initiierter Signale. Danach erfolgt in einem fünften ersten Teilschritt S51 ein Vergleichen der durch das Fahrzeug bestimmten Manöverplanung und/oder der Kommunikationsstrategie und/oder Trajektorienplanung mit der erfassten Trajektorie, d.h. der vom Fahrer abgefahrenen Trajektorie inklusive Geschwindigkeit, und der durch den Fahrer initiierten Signale mit der Systemstrategie, also der in Schritten S2 und S3 erfolgten Manöverplanung, Kommunikationsstrategie, Trajektorienplanung und Signaldarstellungs-Planung. In einem fünften zweiten Teilschritt S52 erfolgt ein Erfassen und Interpretieren von Verkehrsteilnehmerzustandsdaten, d.h. der Reaktion der Verkehrsteilnehmer auf die abgefahrene Trajektorie, und eine Bewertung der im vierten Schritt S4 durch den Fahrer abgefahrenen Trajektorie. In einem sechsten Schritt S6 erfolgt schließlich eine Bewertung der Manöverplanung und Kommunikationsstrategie basierend auf dem ersten und dem zweiten fünften Teilschritt S51, S52. Der erste und zweite fünfte Teilschritt S51, S52 kann dabei in beliebiger Reihenfolge oder parallel abgearbeitet werden, auch wenn dies in 2 zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Die Bewertung erfolgt dabei derart, dass z.B. bei einer positiven Bewertung der Reaktionen und der entstandenen Situation die Manöverplanung und Kommunikationsstrategie desto besser bewertet werden, je näher die daraus möglichen Trajektorien und Signale an der vom Fahrer initiierten Trajektorie und den vom Fahrer initiierten Signalen liegen. Optional kann in einem siebten Schritt S7 eine Optimierung der Manöverplanung und/oder der Kommunikationsstrategie erfolgen, z.B. basierend auf einer Anpassung einer Kostenfunktion.
  • In 2 ist ab dem vierten Schritt S4 die Abfolge des Verfahrens dargestellt, wenn das Fahrzeug seine Strategie basierend auf der Manöverplanung, der Kommunikationsstrategie, der Trajektorienplanung und der Signaldarstellungs-Planung durchführt. Das heißt, es erfolgt ein Abfahren der geplanten Trajektorie und Darstellung von geplanten Signalen zur Umsetzung der Kommunikationsstrategie. Danach erfolgt in einem fünften Schritt S5 ein Erfassen und Interpretieren von Verkehrsteilnehmerzustandsdaten, d.h. Zustandsdaten von Insassen des Fahrzeugs sowie außerhalb des Fahrzeugs befindlichen, von der Fahrsituation betroffenen Verkehrsteilnehmern. In einem sechsten Schritt S6 erfolgt schließlich eine Bewertung der Manöverplanung und Kommunikationsstrategie. Optional kann in einem siebten Schritt S7 eine Optimierung der Manöverplanung und/oder der Kommunikationsstrategie erfolgen, z.B. basierend auf einer Kostenfunktion. Schritt S4 könnte auch gleichzeitig mit Schritt S3 nach Schritt S2 erfolgen, auch wenn dies in Figur zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.
  • Zusätzlich zum Erfassen und Interpretieren der Verkehrsteilnehmerzustandsdaten in Schritt S5 bzw. S52 kann ein Bestimmen und Interpretieren der im Umfeldmodell erfassten Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten, d.h. vor allem der Daten der Insassen des Fahrzeugs bereits bei der Manöverplanung, der Planung der Kommunikationsstrategie, der Trajektorienplanung und Signaldarstellungs-Planung erfolgen. Beispielsweise kann erkannt werden, ob der Fahrer und/oder der Beifahrer ein Gespräch führen und welche Emotionen dieses hervorruft, es kann erkannt werden, ob der Fahrer unaufmerksam, erregt, müde etc. ist und basierend auf diesen erkannten Zustandsdaten in Verbindung mit der Reaktion auf eine bestimmte Situation gelernt und auch bewertet werden, wie auf bestimmte Situationen reagiert wurde und diese Reaktion bewertet werden. Auch kann die Manöver- und Kommunikationsstrategie entsprechend auf den aktuellen Zustand des Fahrers angepasst werden.
  • Durch die Erfassung von Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten des Fahrers und/oder von Mitfahrern oder auch von außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Verkehrsteilnehmern werden zusätzliche Daten generiert, die einen Einfluss auf die Manöverplanung, Kommunikationsstrategie und Trajektorienplanung ausüben. Als Verkehrsteilnehmerzustandsdaten sind Reaktionen auf die Systemstrategie (Manöverplanung, Kommunikationsstrategie etc.) oder Fahrweise des Fahrers (wie in Schritt S4 in 1, also die abgefahrene Trajektorie und Geschwindigkeit) zu verstehen. Auch können Verkehrsteilnehmerzustandsdaten inklusive Fahrer- bzw. Insassenzustandsdaten gemessene Daten über den Zustand der Verkehrsteilnehmer, Kontextinformationen und Eingriffe in den Fahrzustand umfassen.
  • Dabei umfassen gemessene Daten über den Zustand der Verkehrsteilnehmer die Temperatur des Fahrers, des oder der Mitfahrer und/oder des Verkehrsteilnehmers an einer oder mehreren Stellen des Körpers, Gesichtsfarbe, Puls, Gestik, Mimik, Lautäußerungen oder gesprochene Sprache, Blickrichtung und/oder Geschwindigkeit einer Blickänderung, Position, Bewegungsrichtung und Änderung von Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung, Kopfhaltung, Körperhaltung, Kopfbewegungen, Hautleitwert, also jegliche z.B. durch Sensoren, Kamerasysteme oder andere technische Mittel erfassbare Daten über den Zustand einer Person.
  • Ferner umfassen Kontextinformationen ein Erfassen, ob ein oder mehrere Mitfahrer im Fahrzeug vorhanden sind, ein Erfassen einer Interaktion zwischen Fahrer und dem oder den Mitfahrer und/oder Verkehrsteilnehmern, erkannte Verkehrsmittel und akutes Nutzungsverhalten, z.B. dass ein Radfahrer abgestiegen ist, sowie ein Erfassen des Kontextes und ein Bestimmen, ob die Fahrerzustandsdaten auf Umfeldbedingungen und/oder Verkehrsteilnehmer und/oder auf der Interaktion mit dem oder den Mitfahrern basieren. Eingriffe in den Fahrzustand sind beispielsweise Eingriffe durch den Fahrer, da dieser das Lenkrad übernimmt. Dies kann unterschiedliche Ursachen haben, z.B. ein Erkennen einer Situation, auf die das Fahrzeug wahrscheinlich nicht oder falsch reagiert. Dies kann aus Erfahrung erfolgen oder situationsabhängig spontan.
  • Diese Daten können für die Manöverplanung verwendet werden, welche eine Prädiktion des Verhaltens anderer Verkehrsteilnehmer, ein Kooperationsziel und eine Entscheidungsfindung umfasst, d.h. es erfolgt eine Erstellung und Bewertung von Manöveroptionen sowie eine Auswahl einer Manöveroption. Unter Kooperationsziel ist die Planung des Verhaltens des Ego-Fahrzeugs in Bezug auf das Verhalten gegenüber dem Verkehrsteilnehmer, z.B. einem Fahrzeug, einem Fußgänger, einem Radfahrer etc. zu verstehen, d.h. die Strategie, wie sich beide im Bezug zueinander verhalten sollen. Die Entscheidungsfindung umfasst z.B. eine Bewertung der Manöveroptionen und die Wahl des Manövers, wobei die Manöveroptionen auch anhand der Kommunikationswirkung bewertet werden, z.B. im Rahmen einer Kostenfunktion, welche auch Sicherheit, Komfort etc. der Manöveroption bewertet.
  • Unter Verkehrsteilnehmer sind der Fahrer, mögliche Insassen von Fahrzeugen, andere Fahrzeuge und auch andere Verkehrsteilnehmer, welche sich außerhalb des eigenen Fahrzeugs befinden, zu verstehen. Vorteilhafterweise werden die Verkehrsteilnehmerzustandsdaten nur von Verkehrsteilnehmern erfasst und bewertet, welche sich innerhalb oder in der Nähe des eigenen Fahrzeugs befinden bzw. für die Verkehrssituation, welche zu bewältigen ist, relevant sind.
  • Die Kommunikationsstrategie wird auf Basis von Manöverplanung, Kooperationsziel, Umfeldmodell, insbesondere Verkehrsteilnehmerzustandsdaten, bestimmt. Das Umfeldmodell umfasst insbesondere auch unveränderliche Eigenschaften des Verkehrsteilnehmers wie z.B. sein Alter (Kind, älterer Mensch). Dazu werden folgende Schritte durchgeführt:
    • – Bestimmen des oder der Interaktionsziele, d.h. was möchte das Fahrzeug erreichen und wie muss sich der Verkehrsteilnehmer dafür verhalten.
    • – Bestimmen des Inhalts der Kommunikation, d.h. was bzw. welche Nachricht wird dargestellt, wobei hier eine Darstellung gegenüber einem betroffenen Verkehrsteilnehmer erfolgen kann, so dass dieser erkennt, dass das (Ego-)Fahrzeug ihn erkannt hat oder dass das (Ego-)Fahrzeug mitteilt, dass es z.B. autonom fährt.
    • – Auswahl der Medien, d.h. was wird wie dargestellt, z.B. optisch und/oder akustisch und/oder Bewegungsverhalten, sowie Art der optischen oder akustischen Ausgabe. Die Auswahl der Medien basiert z.B. auf dem Aspekt, ob der anzusprechende Verkehrsteilnehmer das Fahrzeug sehen oder hören kann (Blickrichtung, Umgebungsgeräusche) und/oder ob zunächst die Aufmerksamkeit auf das Fahrzeug gelenkt werden soll und/oder ob andere Verkehrsteilnehmer beeinträchtigt werden.
    • – Planung des Bewegungsverhaltens des Fahrzeugs hinsichtlich der Kommunikation, d.h. beispielsweise eine „Übersetzung “ der Kommunikationsinhalte in Kommunikations-Anforderungen an das Bewegungsverhalten (insbesondere an die Trajektorie inkl. Geschwindigkeit), z.B. frühzeitige Erkennbarkeit Bremsvorgang, Zielwerte und Constraints, d.h. Bedingungen bzw. Einschränkungen, für die Trajektorienplanung, z.B. maximale/minimale/optimale Geschwindigkeit, Bremsintensität/-kurvenparameter, Haltepunkt, lateraler und longitudinaler Abstand zu Verkehrsteilnehmer, Winkel an Haltepunkt, Kurvenradius, Ruck, Zielwerte der Parameter zu bestimmten Zeitpunkten, Constraints bzgl. der Änderung einer der Parameter über die Zeit etc..
    • – Planung der Signalgebung hinsichtlich der Kommunikation, d.h. ob eine optische und/oder akustische Signalgebung erfolgen soll, wann diese erfolgen soll, also zu welchem Zeitpunkt, wo, also an welchem Ort, wie, also mit welcher Ausprägung. Die Ausprägung umfasst insbesondere Lautstärke, Leuchtdichte, Frequenz, Größe, Symbol, Farbe, Rhythmus, Zielwerte der Parameter zu bestimmten Zeitpunkten, Constraints bzgl. der Änderung einer der Parameter über die Zeit etc..
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Kommunikationsstrategie
    • – ein Interpretieren der Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten hinsichtlich der Interaktion des Systems mit dem Verkehrsteilnehmer basierend auf dem Umfeldmodell, insbesondere den Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten,
    • – eine Bestimmung von Interaktionszielen basierend auf dem Umfeldmodell und der Interpretation der Anfangsverkehrsteilnehmerzustandsdaten sowie der Manöverplanung, insbesondere dem ausgewählten Manöver und dem Kooperations-Ziel,
    • – eine Bestimmung von Inhalten zur Kommunikation basierend auf den Interaktionszielen, der Manöverplanung, insbesondere dem ausgewählten Manöver, dem prädizierten Verhalten des Verkehrsteilnehmers, mit dem interagiert werden soll, und/oder dem Kooperationsziel,
    • – eine Auswahl von Medien basierend auf dem Umfeldmodell, insbesondere den Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten, und den Interaktionszielen und/oder den Inhalten zu Kommunikation, und insbesondere aufgrund der Bewertung, wie das Erfolgspotential des Mediums bei dem Erreichen der Interaktionsziele bewertet wird,
    • – eine Planung eines Bewegungsverhaltens des Fahrzeugs hinsichtlich der Kommunikation auf Basis von Manöverplanung, insbesondere dem ausgewählten Manöver, und Inhalten zur Kommunikation (d.h. zu kommunizierender Inhalte) und in einer vorteilhaften Ausführungsform zusätzlich auf Basis des Interaktionsziels,
    • – sowie eine Planung der optischen und/oder akustischen Signaldarstellung entsprechend der Auswahl der Medien und auf Basis des Umfeldmodells und den Inhalten zur Kommunikation und/oder den Interaktionszielen.
  • Die Signaldarstellungs-Planung schließlich umfasst ein Erstellen eines zeitlichen Ablaufs für die optische oder akustische Darstellung eines Signals, das den Zielen (aus Planung der Signalgebung) entspricht.
  • Vorteilhafterweise ist das (Ego-)Fahrzeug 1, wie in 3 gezeigt, mit entsprechenden Sensoren 3, Fernübertragungs/-empfangseinheiten 3 wie Antennen, Funk, Mobilfunk etc., Mitteln zur Signalgebung 5 bzw. Darstellung 5, einem oder mehreren Steuergeräten 100 zur Verarbeitung der Daten, umfassend Erhalten, Auswerten und Generieren von Ausgabedaten zur Steuerung des Fahrzeugs, z.B. zur Ansteuerung der Reifen für einen Beschleunigungs- oder Bremsvorgang 4, ausgestattet, um das Verfahren durchführen zu können.
  • Nachfolgend wird das Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
  • Als Situation (Umfeld) ist hier ein eigenes, zumindest teilautomatisiert fahrendes oder entsprechende Technologie wie Sensorik und Steuergerät umfassendes Fahrzeug 1 gegeben, das im Stop and Go-Betrieb Straße entlang fährt, und ein anderes Fahrzeug 2, das aus einer Ausfahrt heraus kommt und z.B. nach links (durch den Pfeil gekennzeichnet) auf die Gegenspur des eigenen Fahrzeugs 1 abbiegen möchte, wobei dies z.B. durch Blinken angezeigt wird. Zur Erkennung der Situation und anderer Parameter aus der Umgebung wird ein Umfeldmodell nach bekannten Vorgaben gebildet.
  • Zur Entwicklung der Manöverplanung wird ein Kooperationsziel festgelegt, welches hier ist, dass das Fahrzeug 2 aus Einfahrt durchgelassen werden soll, da für das eigene Fahrzeug kein Nachteil dadurch entsteht. Als Nachteil kann ein abruptes Bremsen oder ein Zeitverlust etc. angesehen werden. Ferner wird für das eigene Fahrzeug 1 ein Interaktions-Ziel festgelegt, was als Ziel-Hierarchie bezeichnet werden kann und eine möglichst zügige Weiterfahrt des eigenen Fahrzeugs 1, also z.B. ohne starke Verzögerungen wie ein Abbremsen zum Stillstand, ermöglicht. Das heißt, dass eine zügige Umsetzung des Manövers durch das Fahrzeug 2, das abbiegen möchte, durchgeführt werden soll/muss. Hierzu ist eine frühzeitige Wahrnehmbarkeit der Kommunikation, Vertrauen und Verständnis durch Konsistenz des Fahr- bzw. Bewegungsverhaltens beider Fahrzeuge und auch der Signalgebung über die Zeit sowie eine Eindeutigkeit nötig. Deshalb wird eine Kommunikationsstrategie aufgebaut. Inhalt der in diesem Beispiel vorzunehmenden Kommunikation ist, dass das Fahrzeug 1 das Fahrzeug 2 aus der Einfahrt passieren lässt. Hierzu werden geeignete Medien 5 zur Darstellung der Kommunikationsstrategie ausgewählt. Darunter zählen beispielsweise das Bewegungsverhalten und eine optische Ausgabe, z.B. über Lichtsignale, da erkannt wurde, dass das Fahrzeug 2 das Fahrzeug 1 erkannt hat und umgekehrt und eine gewisse Aufmerksamkeit vorhanden ist. Zur Bestimmung, welche Medien verwendet werden, kann auch eine Bestimmung und Interpretation der Verkehrsteilnehmerzustandsdaten wie in Schritt S5 in 1 (oder S52 in 2, wenn das Fahrzeug im Lernmodus ist) erfolgen.
  • Zur Planung des Bewegungsverhaltens werden folgende Schritte durchgeführt:
    • – Bestimmen des Kommunikations-Ziels und der Kommunikations-Anforderungen an das Fahr- bzw. Bewegungsverhalten des bzw. der Fahrzeuge, z.B. defensives und in sich konsistentes Fahr- bzw. Bewegungsverhalten sowie frühzeitige Erkennbarkeit eines Bremsvorgang des eigenen Fahrzeugs 1, um anzuzeigen, dass das Fahrzeug 2 sicher aus der Einfahrt herausfahren kann.
    • – Berechnung von Zielwerten und Constraints, d.h. Bedingungen bzw. Einschränkungen, für die Trajektorie. Hier erfolgt z.B. eine Berechnung des angestrebten Haltepunktes, Bremsbeginns und/oder Bremsintensität im Hinblick auf das Kommunikations-Ziel bzw. Kommunikations-Anforderungen. Dazu kann eine Definition der notwendigen Stetigkeit der Bremskurve für die angestrebte Konsistenz erfolgen.
  • Schließlich erfolgt die Planung der Signalgebung bzw. Signaldarstellung in den nachfolgenden Schritten:
    • – Bestimmen eines Kommunikations-Ziel bzw. der Kommunikations-Anforderungen an die Signalgebung bzw. Signaldarstellung, z.B. eine frühzeitige Erkennbarkeit des geplanten Signals aus der Perspektive des bzw. der Verkehrsteilnehmer, Erkennbarkeit in einer gegebenen/erfassten Umgebungssituation, die z.B. Lichtverhältnisse oder Geräusche umfassen kann.
    • – Berechnung des Anzeigeorts, der Leuchtstärke, der Größe und/oder Lautstärke etc. im Hinblick auf das Kommunikations-Ziel bzw. Kommunikations-Anforderungen.
  • Anschließend können Schritte S4, S51, S52 und S6 im Lernmodus, wie in 1 gezeigt oder Schritte S4, S5 und S6 im in 2 gezeigten Modus, in dem das Fahrzeug seine Strategie umsetzt, durchgeführt werden.
  • Andere Situationen, in denen eine entsprechende Planung erfolgen kann, sind beispielsweise, dass ein automatisiertes Fahrzeug eine Straße entlang fährt und sich vor ihm ein Fahrradfahrer befindet. Das Fahrzeug ermittelt eine Strategie, wie es diesen überholen kann und wie es mit ihm kommuniziert, um darzustellen, dass es ihn überholen möchte, aber keine Gefahr besteht, dass z.B. ein Unfall mit einem entgegenkommenden Fahrzeug geschieht oder es zu nahe an dem Fahrradfahrer vorbeifährt. Wieder eine andere Situation kann sein, dass das automatisierte Fahrzeug Fußgängern anzeigt, dass diese z.B. über die Straße gehen sollen oder warten sollen. Es sind viele weitere Szenarien sind denkbar, in denen eine Interaktion zwischen Fahrzeug und Verkehrsteilnehmern erfolgen kann, um eine optimale Trajektorienplanung zu gewährleisten.
  • Die Bewertung der Fahrweise und Signalgebung des Fahrers im Lernmodus im fünften zweiten Teilschritt S52 und die Bewertung der Manöverplanung und der Kommunikationsstrategie im sechsten Schritt S6 bei Durchführung der ermittelten Strategie des Fahrzeugs nicht im Lernmodus können jeweils auf Reaktionen der Insassen (Fahrer, Mitfahrer), der Verkehrsteilnehmer, der entstandenen Verkehrssituation (Verkehrsfluss, Stau, Unfall), der Effizienz (schnelles Ankommen bzw. on time) etc. erfolgen und über eine Kostenfunktion priorisiert werden.
  • Eine in einem optionalen siebten Schritt mögliche Optimierung bedeutet, dass die Bewertung des Manövers und der Verkehrsteilnehmerzustandsdaten (insbesondere Art der Reaktion) in eine systemseitige Entscheidung über ein durchzuführendes Fahrmanöver in einer zukünftigen Fahrsituation berücksichtigt werden. Ferner können Informationen über die Bewertung in Verbindung mit einer Information über die Fahrsituation und die Verkehrsteilnehmer-Zustandsdaten vor und nach Durchführung des Manövers und Darstellung der Signalgebung an ein fahrzeugexternes Backend-System übertragen werden. Weiterhin kann das System dazu eingerichtet sein, von diesem fahrzeugexternen Backend-System auch ebensolche Daten oder bereits optimierte Versionen der Manöverplanung und der Kommunikationsstrategie zu erhalten.
  • Das heißt, dass die Optimierung sowohl eine Änderung/Optimierung der aktuellen Strategie bezüglich Kommunikation und/oder Manöver, als auch eine Anpassung der Algorithmen (Lernen basierend auf Situationen, in denen Systemstrategie im Vergleich in Schritt S6 in 2 als „falsch“ bestimmt wird), die für das Einzelfahrzeug oder auch eine Fahrzeugflotte verwendet werden, umfasst. Das heißt, dass das Verhalten der gesamten Flotte, wenn vorhanden, optimiert wird.
  • Beispiele für eine Optimierung können sein, dass eine Änderung der Kommunikationsstrategie erfolgt, wenn ein Fußgänger weg schaut, obwohl ein Signal gegeben wurde, das dessen Aufmerksamkeit erzielen sollte. Auch kann eine Änderung der Kommunikationsstrategie erfolgen, ein Fußgänger in Richtung des Fahrzeugs schaut, aber keine Reaktion zeigt. Hier kann eine Interpretation dahingehend erfolgen, dass das Signal evtl. wahrgenommen, aber falsch interpretiert/verstanden wurde und deshalb ein anderes Signal verwendet werden muss/sollte.
  • Die erfindungsgemäße Trajektorienplanung, inklusive der Planung der Geschwindigkeit, basiert auf der Manöverplanung und zusätzlich auf der Einbeziehung der Kommunikationsstrategie. Somit kann eine deutlich verbesserte Manöverplanung erzielt werden, durch welche eine höhere Akzeptanz des autonomen Fahrens erzielt wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Interaktion zwischen einem Fahrzeug und einem Verkehrsteilnehmer, umfassend die Schritte: – Erster Schritt (S1): Aufbau eines Umfeldmodells, umfassend ein Bestimmen von Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten; – Zweiter Schritt (S2): Entwicklung einer Manöverplanung; – Dritter Schritt (S3): Entwicklung einer Kommunikationsstrategie, Trajektorienplanung und Signaldarstellungs-Planung; – Vierter Schritt (S4): Abfahren der Trajektorie und Darstellung von geplanten Signalen zur Umsetzung der Kommunikationsstrategie; – Fünfter Schritt (S5): Erfassen und Interpretieren von Verkehrsteilnehmerzustandsdaten in Reaktion auf die abgefahrene Trajektorie und die dargestellten Signale; – Sechster Schritt (S6): Bewertung der Manöverplanung und der Kommunikationsstrategie.
  2. Verfahren zur Interaktion zwischen einem Fahrzeug und einem Verkehrsteilnehmer, umfassend die Schritte: – Erster Schritt (S1): Aufbau eines Umfeldmodells, umfassend ein Bestimmen von Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten; – Zweiter Schritt (S2): Entwicklung einer Manöverplanung; – Dritter Schritt (S3): Entwicklung einer Kommunikationsstrategie, Trajektorienplanung und Signaldarstellungs-Planung; – Vierter Schritt (S4): Erfassen einer durch einen Fahrer abgefahrenen Trajektorie und durch einen Fahrer initiierter Signale; wobei der dritte und vierte Schritt gleichzeitig erfolgen können; – Fünfter erster Teilschritt (S51): Vergleichen der Manöverplanung und/oder der Kommunikationsstrategie und/oder Trajektorienplanung mit der erfassten Trajektorie und den durch den Fahrer initiierten Signale; – Fünfter zweiter Teilschritt (S52): Erfassen und Interpretieren von Verkehrsteilnehmerzustandsdaten in Reaktion auf die abgefahrene Trajektorie und die dargestellten Signale und Bewertung der im vierten Schritt (S4) durch den Fahrer abgefahrenen Trajektorie; wobei der fünfte erste Teilschritt (S51) und der fünfte zweite Teilschritt (S52) in beliebiger Reihenfolge oder parallel erfolgen können; und – Sechster Schritt (S6): Bewertung der Manöverplanung und Kommunikationsstrategie basierend auf dem ersten und dem zweiten fünften Teilschritt (S51, S52).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kommunikationsstrategie ein Interpretieren der Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten, eine Bestimmung von Interaktionszielen, eine Bestimmung von Inhalten zur Kommunikation, eine Auswahl von Medien und eine Planung eines Bewegungsverhaltens des Fahrzeugs und eine Planung der optischen und/oder akustischen Signaldarstellung entsprechend der Auswahl der Medien umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationsstrategie basierend auf der Manöverplanung erfolgt und/oder wobei die Trajektorienplanung basierend auf der Manöverplanung und der Kommunikationsstrategie und die Signaldarstellungsplanung basierend auf der Kommunikationsstrategie erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Manöverplanung eine Prädiktion des Verhaltens der Verkehrsteilnehmer, ein Bestimmen eines Kooperationsziels und eine Entscheidungsfindung umfasst, und das Kooperations-Ziel aus dem Umfeldmodell und der Prädiktion bestimmt wird und zur Entscheidungsfindung verwendet wird und/oder die Kommunikationsstrategie auf Basis des Kooperationsziels erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Interpretieren von im Umfeldmodell bestimmten Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten zusätzlich im zweiten Schritt (S2) und/oder im dritten Schritt (S3) erfolgt und in die Entwicklung bzw. Planung integriert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Bestimmung und Interpretierung von Anfangs-Verkehrsteilnehmerzustandsdaten und/oder Verkehrsteilnehmerzustandsdaten (S5) Kontextinformationen erfasst werden, umfassend ein Erfassen, ob ein oder mehrere Mitfahrer im Fahrzeug vorhanden sind, ein Erfassen einer Interaktion zwischen Fahrer und dem oder den Mitfahrer und/oder Verkehrsteilnehmern, und ein Erfassen des Kontextes der Interaktion; und/oder das Interpretieren von Verkehrsteilnehmerzustandsdaten (S5) ferner ein Interpretieren aufgrund der durch die Durchführung des vierten Schritts (S4) entstandenen Reaktionen von Verkehrsteilnehmern, umfassend Fahrzeuginsassen und/oder Verkehrsteilnehmer in der Nähe des Fahrzeugs, welche von der Manöverplanung und Kommunikationsstrategie bzw. den vom Fahrer initiierten Signalen und der Trajektorie betroffen sind, und/oder eine aufgrund der Manöverplanung und Kommunikationsstrategie bzw. dem vom Fahrer gesteuerten initiierten Signalen und der Trajektorie entstandene Verkehrssituation umfasst, wobei Reaktionen von Verkehrsteilnehmern gemessene Daten über den Zustand der Verkehrsteilnehmer umfassen.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewertung (S6) der Manöverplanung und Kommunikationsstrategie bzw. dem vom Fahrer initiierten Signalen und der Trajektorie basierend auf einer Gesamtbewertung der für eine Fahrsituation bestimmten Bewertung der Verkehrsteilnehmerzustandsdaten, der Effizienz der Manöverplanung und Kommunikationsstrategie bzw. dem vom Fahrer initiierten Signalen und der Trajektorie und der entstandenen Verkehrssituation erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem sechsten Schritt (S6) ein siebter Schritt (S7) erfolgt, in dem, basierend auf der Bewertung im sechsten Schritt (S6), die Manöverplanung (S2) und/oder der Kommunikationsstrategie (S3) optimiert werden und darauf basierend Trajektorienplanung (S3) und Signaldarstellungsplanung (S3) angepasst werden, sowie die angepasste Trajektorie und die angepassten Signale dargestellt werden und/oder das Verfahren zur Manöverplanung und Planung der Kommunikationsstrategie für zukünftige Fahrsituationen angepasst wird.
  10. Fahrzeug (1), das dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen, zumindest umfassend – Sensoren (3) zur Erfassung zumindest von Umgebungsdaten, Verkehrsteilnehmerzustandsdaten, umfassend Zustandsdaten von Insassen des Fahrzeugs und Zustandsdaten von Verkehrsteilnehmern außerhalb des Fahrzeugs (2), sowie vom Fahrer initiierte Signale; – zumindest ein Steuergerät (100), das dazu eingerichtet ist, zumindest die erfassten Signale auszuwerten und ein Umfeldmodell aufzubauen, eine Manöverplanung und eine Kommunikationsstrategie zu entwickeln, eine Trajektorienplanung und eine Signaldarstellungs-Planung durchzuführen; sowie ein oder mehrere Signale an vorhandene Aktuatoren (4) zum Abfahren der Trajektorie und zum Setzen von geplanten Signalen auszugeben; – Mittel zur Signaldarstellung (5) zur Darstellung der geplanten Signale.
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