DE102016216772A1

DE102016216772A1 - Autonomes Fahren auf einer mehrstreifigen Fahrbahn

Info

Publication number: DE102016216772A1
Application number: DE102016216772.3A
Authority: DE
Inventors: Simon Ulbrich; Simon Grossjohann; Christian Appelt; Kai Homeier
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2018-03-08

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Evaluierung des Nutzens eines Fahrstreifenwechsels zur Befolgung des Rechtsfahrgebots beim automatisierten Fahren eines Egofahrzeugs auf einer Fahrbahn mit zwei oder mehr Fahrstreifen, wobei sich das Egofahrzeug nicht auf der äußerst rechten Fahrspur befindet, umfasst die folgenden Schritte: – Erkennen und Tracken von dynamischen Objekten im Umfeld des Egofahrzeugs, – Erkennen und Tracken von Fahrstreifen, – Zuordnung der dynamischen Objekte zu den Fahrstreifen, – Ermittlung des dynamischen Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots für das Egofahrzeug, und – Bewertung des Nutzens eines Fahrstreifenwechsels aus der ermittelten dynamischen Vorteilhaftigkeit

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum autonomen Fahren eines Fahrzeugs auf einer mehrstreifigen Fahrbahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Bei der Entwicklung von automatisierten Fahrzeugen für den Straßenverkehr zum autonomen Fahren kommt es häufig zu Situationen in denen ein automatisiertes Fahrzeug auf einer mehrstreifigen Fahrbahn oder Straße fährt, wie beispielswiese auf einer Autobahn. In diesem Fall gilt in Deutschland und anderen europäischen Ländern die Befolgung des Rechtsfahrgebot, wobei Kraftfahrzeuge auf Fahrbahnen mit mehreren Fahrstreifen für eine Richtung von dem Rechtsfahrgebot abweichen dürfen, wenn die Verkehrsdichte das rechtfertigt. Prinzipiell gilt für ein automatisiert fahrendes Fahrzeug, dass es für das Befolgen des Rechtsfahrgebots einer Abwägung des Nutzens von Fahrstreifenwechseln bedarf.
Die Druckschrift DE 10 2013 006 172 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrerassistenzsystems eines Kraftfahrzeugs, wobei das Fahrerassistenzsystem ein Kurvenassistenzsystem beinhaltet. Das Verfahren weist folgende Schritte auf. Es erfolgt ein Ermitteln zumindest eines, eine mögliche bevorstehende Kurvendurchfahrt des Kraftfahrzeugs kennzeichnenden Parameters. Zudem erfolgt ein Ermitteln, ob eine Kurvendurchfahrt des Kraftfahrzeugs bevorsteht, basierend auf dem zumindest einen ermittelten Parameter. Falls ermittelt wird, dass eine Kurvendurchfahrt des Kraftfahrzeugs bevorsteht, erfolgt ein Ermitteln, ob in einem, die ermittelte Kurve zumindest teilweise beinhaltenden Bereich einer momentan von dem Kraftfahrzeug befahrenen Fahrbahn ein aufgrund einer momentanen Umgebungsbedingung verringerter Reibungskoeffizient der Fahrbahn vorliegt, basierend auf von zumindest einer Radioempfangsvorrichtung empfangener Daten. Falls ermittelt wird, dass in dem die ermittelte Kurve zumindest teilweise beinhaltenden Bereich der Fahrbahn ein aufgrund einer momentanen Umgebungsbedingung verringerter Reibungskoeffizient der Fahrbahn vorliegt, erfolgt ein Anpassen zumindest eines Betriebsparameters des Kurvenassistenzsystems.
Die Druckschrift DE 10 2005 050 662 A1 offenbart einen Autobahnassistent zum semiautonomen Fahren für ein Kraftfahrzeug mit einem Spurwechselassistenten, einer Vorrichtung zur Fahrspurerkennung, einer Navigationseinrichtung und einer automatischen Distanzregelung ADR, wobei das Fahrzeug ferner eine Vorrichtung zur Lenkunterstützung aufweist. Dabei wird ein zusätzlichen Lenkmoment bei Rechtsverkehr nach links und bei Linksverkehr nach rechts wirkend auf die Lenkunterstützung aufgebracht, wenn der Autobahnassistent erkennt, dass die Wunschgeschwindigkeit des ADR durch ein vorausfahrendes Fahrzeug herabgesetzt werden müsste, eine weitere Fahrbahn sich bei Rechtsverkehr links und bei Linksverkehr rechts von der aktuellen Fahrbahn befindet und eine Lücke zum Fahrbahnwechsel auf die weitere Fahrbahn vorhanden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dynamische Aspekte, wie eine durch ein Befolgen des Rechtsfahrgebots entstehende mögliche Behinderung des Ego-Fahrzeugs mit dem Nutzen des Freimachens eines Fahrstreifens abzuwägen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Evaluierung des Nutzens eines Fahrstreifenwechsels zur Befolgung des Rechtsfahrgebots beim automatisierten Fahren eines Egofahrzeugs auf einer Fahrbahn mit zwei oder mehr Fahrstreifen, wobei sich das Egofahrzeug nicht auf der äußerst rechten Fahrspur befindet, umfasst die folgenden Schritte:

– Erkennen und Tracken von dynamischen Objekten im Umfeld des Egofahrzeugs,
– Erkennen und Tracken von Fahrstreifen,
– Zuordnung der dynamischen Objekte zu den Fahrstreifen,
– Ermittlung des dynamischen Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots für das Egofahrzeug, und Bewertung des Nutzens eines Fahrstreifenwechsels aus der ermittelten dynamischen Vorteilhaftigkeit.

Vorzugsweise werden zur Ermittlung der dynamischen Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots die folgenden Bedingungen überprüft:

a) es ist kein vorausfahrendes Fahrzeug vorhanden,
b) ein vorhandenes vorausfahrendes Fahrzeug ist schneller als die angestrebte Zielgeschwindigkeit des Egofahrzeugs,
c) das vorausfahrende Fahrzeug ist schneller als die Geschwindigkeit des Egofahrzeugs,
d) das Egofahrzeug ist seit weniger als eine vorgegeben Zeit im ACC-Folgemodus, wobei dem Rechtsfahrgebot gefolgt wird, wenn zumindest eine der Bedingungen a) bis b) erfüllt ist.

Weiter bevorzugt wird überprüft, ob sich auf dem rechts von der Fahrspur des Egofahrzeugs befindlichen Fahrspur ein Objekt vor dem Egofahrzeug befindet, wobei das Rechtsfahrgebot befolgt wird, wenn sich kein Objekt auf der rechten Fahrspur befindet.
Weiter bevorzugt wird das Rechtsfahrgebot nicht befolgt, wenn ein Objekt auf der Fahrspur rechts von der Egofahrspur einen kritischer ACC-Fall oder eine Notbremsung notwendig machen würde.
Vorzugsweise wird die Zeit bis zu einer Kollision des Egofahrzeugs mit einem dynamischen Objekt auf der Fahrspur rechts von der Egofahrspur bei einem Fahrspurwechsel bestimmt, falls sich ein dynamisches Objekt auf der Fahrspur rechts von der Fahrspur des Egofahrzeugs befindet und der Abstand zwischen dynamischen Objekt und Egofahrzeug größer als ein kritischer ACC-Abstand ist, wobei

– für vorgegebene Fahrsituationen ein jeweiliger zeitlicher Schwellwert bestimmt und mit der mit der Zeit bis zur Kollision verglichen wird,
– das Rechtsfahrgebot befolgt wird, wenn die Zeit bis zur Kollision größer als der zeitliche Schwellwert ist, und
– das Rechtsfahrgebot nicht befolgt wird, wenn die Zeit bis zur Kollision kleiner oder gleich dem zeitlichen Schwellwert ist.

Weiter bevorzugt werden die vorgegebenen Fahrsituationen gebildet durch

– ein drängelndes nachfolgenden Fahrzeug mit Überholabsicht in der Egofahrspur,
– ein nachfolgendes Fahrzeug mit positiver Relativgeschwindigkeit in der Egofahrspur,
– ein nachfolgendes Fahrzeug mit negativer Relativgeschwindigkeit oder Relativgeschwindigkeit Null in der Egofahrspur, und
– kein nachfolgendes Fahrzeug in der Egofahrspur

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Evaluierung des Nutzens eines Fahrstreifenwechsels zur Befolgung des Rechtsfahrgebots beim automatisierten Fahren eines Egofahrzeugs auf einer Fahrbahn mit zwei oder mehr Fahrstreifen, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des im Vorangegangenen erläuterten Verfahrens eingerichtet und ausgelegt ist, umfasst

– einer Einrichtung zur Bestimmung von Daten des Umfelds des Egofahrzeugs,
– einer Einrichtung zum Erkennen und Tracken dynamischer Objekten im Umfeld des Egofahrzeugs aus den Umfelddaten,
– einer Einrichtung zum Erkennen und Tracken von Fahrstreifen im Umfeld des Egofahrzeugs aus den Umfelddaten,
– einer Einrichtung zur Zuordnung der dynamischen Objekte im Umfeld des Egofahrzugs zu den Fahrstreifen,
– dadurch gekennzeichnet, dass
– die Vorrichtung eine Einrichtung zum Ermitteln der dynamischen Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots, und
– eine Einrichtung zur Bewertung der Gesamtvorteilhaftigkeit eines Fahrstreifenwechsels aufweist.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung zum Ermitteln der dynamischen Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots eine Einrichtung zu Beurteilung eines Vorderfahrzeugs vor dem Egofahrzeug auf.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung zum Ermitteln der dynamischen Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots eine Einrichtung zur Überprüfung und Beurteilung eines dynamischen Objekts auf dem rechten Nachbarfahrstreifen auf.
Weiter bevorzugt weist die Vorrichtung zum Ermitteln der dynamischen Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots eine Einrichtung zur Überprüfung und Beurteilung eines in der Egofahrspur nachfolgenden Fahrzeugs auf.
Es wird daher zur Berechnung des Nutzens eines Fahrstreifenwechsels der Nutzen aus der dynamischen Situation berechnet und mit dem Nutzen zur Wahl des Fahrstreifens zum Erreichen des Navigationsziels verrechnet. Der Nutzen aus der dynamischen Situation wird auf Basis verschiedener Einflussfaktoren, wie beispielsweise auch einem berechneten Nutzen der Befolgung des Rechtsfahrgebots ermittelt.
Dabei erfolgt zur Befolgung des Rechtsfahrgebots die Überprüfung eines auf der rechts benachbarten Fahrspur fahrenden dynamischen Objekts, d.h. eines vordereren Fahrzeugs auf der rechten Nachbarspur. Es ist auch möglich ein weiteres, vor dem vorderen Fahrzeug befindliches Fahrzeug bei der Beurteilung der Befolgung des Rechtsfahrgebots zu berücksichtigen. Die kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn das weitere Fahrzeug hinsichtlich der Zeit bis zu einer Kollision TimetoCollision relevanter ist als diejenige des unmittelbar vorderen Fahrzeugs. In diesem Fall ist es möglich das Verfahren bezüglich der TimetoCollision auf das weitere Fahrzeug abzustellen oder beide Fahrzeuge hinsichtlich der Zeit bis zur Kollision TimetoCollision parallel zu betrachten.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert, Dabei zeigt
1 zeigt eine erste Fahrsituation eines Fahrzeugs auf einer mehrspurigen Fahrbahn,
2a zeigt eine zweite Fahrsituation auf einer mehrspurigen Fahrbahn,
2b zeigt die zweite Situation mit veränderten Randbedingungen,
3 zeigt eine dritte Fahrsituation auf einer mehrspurigen Fahrbahn,
4 zeigt eine vierte Fahrsituation auf einer mehrspurigen Fahrbahn,
5 zeigt den Algorithmus zur Bewertung eines Fahrstreifenwechsels in schematischer Darstellung,
6a zeigt den ersten Teil des Algorithmus der 5, und
6b zeigt den zweiten Teil des Algorithmus der 5.
Die 1 zeigt eine erste Fahrsituation mit einem Egofahrzeug 1 auf einer zweistreifigen Fahrbahn 2 mit den Spuren 3, 4. Dabei befindet sich das Egofahrzeug 1 auf der linken Spur 3, sodass aufgrund des Rechtsfahrgebots das Egofahrzeug 1 beim autonomen Fahren auf die rechte Spur 4 zu wechseln hat. In diesem Falle ist dies problemlos möglich, da sich auf der rechten Spur 4 kein weiteres Fahrzeug befindet, so dass ein Wechsel der Fahrspur zur Befolgung des Rechtsfahrgebots mit keinem Nutzenverlust verbunden ist. Das Egofahrzeug 1 wird daher von der linken Spur 3 auf die rechte Spur 4 wechseln, wie dies durch die Trajektorie 5 dargestellt ist.
In 2a ist die zweite Fahrsituation dargestellt, in welcher sich das autonom fahrende Egofahrzeug 1 auf der linken Fahrspur 3 der Fahrbahn 2 befindet. In Fahrtrichtung vor dem Egofahrzeug 1 befindet sich auf der rechten Spur 4 ein weiteres Fahrzeug 6. Da der Abstand zwischen den Egofahrzeug 1 und dem weiteren Fahrzeug 6 ausreichend groß ist und die Geschwindigkeit des weiteren Fahrzeug 6 kleiner als diejenige des Egofahrzeugs 1 ist, tritt bei einer Befolgung des Rechtsfahrgebots nur eine geringe Verzögerung der Geschwindigkeit des Egofahrzeugs auf, so dass der Nutzenverlust tolerabel ist. Aufgrund des geringen Nutzenverlustes befolgt das autonom fahrende Egofahrzeug 1 das Rechtsfahrgebot und wechselt entlang der Trajektorie 5 auf die rechte Fahrspur 4 über.
Die 2b betrifft ebenfalls die zweite Fahrsituation, in der sich das autonom fahrende Egofahrzeug 1 auf der linken Fahrspur 3 der Fahrbahn 2 befindet und der sich auf der rechten Fahrspur 4 in Fahrtrichtung vor dem Egofahrzeug 1 ein weiteres Fahrzeug 6 befindet. Da der Abstand zwischen dem Egofahrzeug 1 und dem weiteren Fahrzeug 6 zu gering ist, würde ein wechselndes Egofahrzeugs 1 von der linken Fahrspur 3 auf die rechte Fahrspur 4 mit einem Bremsmanöver verbunden sein. Mit anderen Worten, die notwendige Verzögerung des Egofahrzeugs 1 ist mit einem nicht tolerableren Nutzenverlust verbunden, sodass das Egofahrzeug 1 seine Fahrtrichtung und Fahrspur 3 beibehält, wie dies aus der Trajektorie 5 ersichtlich ist.
3 zeigt eine dritte Fahrsituation, in welcher sich das Egofahrzeug 1 auf der linken Fahrspur 3 der Fahrbahn 2 bewegt. In Fahrtrichtung vor dem Egofahrzeug 1 befindet sich ein weiteres Fahrzeug 6 auf der rechten Spur 4. In Fahrtrichtung hinter dem Egofahrzeug 1 befindet sich ein hinteres Fahrzeug 7 mit Überholabsicht, d.h. mit einer höheren Geschwindigkeit als das Egofahrzeug 1. Da der Abstand zwischen dem Egofahrzeug 1 und dem vorausfahrenden weiteren Fahrzeug 6 ausreichend groß ist, ist der Nutzenverlust durch eine geringe Verzögerung des Egofahrzeugs 1 beim Wechseln auf die rechte Spur 4 gering, so dass das Egofahrzeug 1 dem Rechtsfahrgebot folgt und die linke Spur 3 für das hintere Fahrzeug 7 entlang der Trajektorie 5 zum Überholen frei macht.
In 4 ist eine vierte Fahrsituation auf einer Fahrbahn 2 umfassend zwei Fahrspuren 3, 4 dargestellt, in welcher sich vor dem autonom fahrenden Egofahrzeug 1 auf der linken Spur 3 ein weiteres vorderes Fahrzeug 6 befindet. Da das vordere Fahrzeug 6 langsamer ist als das Egofahrzeug 1 und das Egofahrzeug 1 die Absicht hatte schneller als das Vorderfahrzeug 6 zu fahren, wird das Rechtsfahrgebot nicht befolgt, sondern gewartet bis das Vorderfahrzeug 6 die linke Spur 3 verlässt. Mit anderen Worten die Trajektorie 5 des Egofahrzeuges bleibt unverändert nach vorne gerichtet.
5 zeigt den grundlegenden Algorithmus zur Befolgung des Rechtsfahrgebots beim autonomen Fahren, d.h. die Bewertung der Gesamtvorteilhaftigkeit eines Fahrstreifenwechsels in schematischer Darstellung.
Im Schritt S1 des Algorithmus erfolgt das Erkennen und Tracken von dynamischen Objekten im Umfeld des autonom fahrenden Egofahrzeugs. Dabei werden die dynamischen Objekte im Umfeld des Egofahrzeugs durch die anderen Verkehrsteilnehmer, d.h. Fahrzeuge, gebildet.
Im Schritt S2 erfolgt das Erkennen und Tracken der Fahrstreifen der Fahrbahn. Mit anderen Worten, der Algorithmus muss die einzelnen Fahrstreifen der Fahrbahn erkennen beispielswiese durch die Fahrbahnmarkierungen, und tracken, um die Fahrstreifens einander zuordnen zu können.
Im Schritt S3 erfolgt das Zuordnen der im Schritt S1 erkannten und getrackten dynamischen Objekte zu den jeweiligen Fahrstreifen des Schritts S2. in diesem Schritt werden die erkannten Fahrzeuge im Umfeld des Egofahrzeugs den Fahrstreifen zugeordnet, so dass nun ein definiertes Umfeld des Egofahrtzeugs vorliegt.
Im Schritt S4 wird eine dynamische Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots für das Egofahrzeug ermittelt unter Kenntnis des in den vorangegangenen Schritten bestimmten aktuellen Zustands des Umfelds des Egofahrzeugs. Dieser Schritt S4 wird nachfolgend ausführlich unter Bezug auf die 6a und 6b erläutert werden.
Im abschließenden Schritt S5 erfolgt eine Bewertung der Gesamtvorteilhaftigkeit eines Fahrstreifenwechsels basierend auf den Ergebnissen des Schrittes S4, d.h. es wird letztlich darüber entschieden, ob das Egofahrzeug einen Fahrstreifenwechsel zur Befolgung des Rechtsfahrgebots durchführen soll oder nicht.
In den 6a und 6b wird der Schritt S4 des in der 5 beschriebenen Algorithmus im Detail erläutert.
Zur Berechnung des Nutzens eines Fahrstreifenwechsels wird der Nutzen aus der dynamischen Situation berechnet und mit dem Nutzen zur Wahl des Fahrstreifens zum Erreichen des Navigationsziels verrechnet. Der Nutzen aus der dynamischen Situation wird auf Basis verschiedener Einflussfaktoren, wie beispielsweise auch einem berechneten Nutzen der Befolgung des Rechtsfahrgebots ermittelt.
Wird ein Fahrzeug mit einer Überholabsicht größer eines vorgegebenen Schwellwerts erkannt, so wird eine Zeit bis zur Kollision, was üblicherweise als Time-To-Collision bezeichnet wird, abgekürzt TTC, mit einem möglichen Vorderfahrzeug auf dem rechten Nachbarfahrstreifen berechnet. Ein Rechtswechseln wird nur als vorteilhaft betrachtet, wenn die Time-To-Collision zu einem vorausfahrenden Fahrzeug auf dem rechten Fahrstreifen kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist. Bei einem drängelnden, dem Egofahrzeug nachfolgenden Fahrzeug wird dieser Schwellwert abgesenkt, so dass das automatisierte Fahrzeug auch kleinere Lücken, z.B. zwischen LKW akzeptiert, um das nachfolgende Fahrzeug passieren zu lassen. Drängelt das nachfolgende Fahrzeug nur geringfügig, so wird abhängig von der Relativgeschwindigkeit des nachfolgenden Fahrzeugs der TTC-Grenzwert zur Akzeptanz von Lücken angepasst.

In dem Algorithmus des Schrittes S4 zur Ermittlung einer dynamischen Vorteilhaftigkeit des Rechtsfahrgebots werden die folgenden Bezeichnungen verwendet:

T_KeepFollowAlive	voreingestellte Zeitschranke im ACC-Folgemodus
CriticalACCDistance	Kritischer ACC-Abstand
CriticalMinDistance	Kritischer minimaler Abstand
vel_Ego	Geschwindigkeit Egofahrzeug
vel_FrontRight	Geschwindigkeit des rechten Vorderfahrzeugs
CriticalTimeGap	kritischer zeitlicher Abstand
dist_frontRight	Abstand zum rechten Vorderfahrzeug
TimetoCollision	Time to Collision,
TTCThreshold Time	to Collision-Schwelle
TTCWithoutRearObjects Time	to Collision ohne nachfolgendes Objekt (Fahrzeug)
TTCWithPressingObject Time	to Collision mit drängelndem nachfolgenden Objekt
TimeGap_RearEgo zeitli	cher Abstand zum nachfolgenden Fahrzeug
dist_RearEgo Abst	and zum nachfolgenden Fahrzeug
vel_RearEgo Gesc	hwindigkeit des nachfolgende Fahrzeugs
TgTreshhold vorge	gebener Vergleichswert für den zeitlichen Abstand
TtcTreshhold vorge	gebener Vergleichswert der Time to Collision-Schwelle

Wie bereits oben erwähnt, wird im Schritt S4 die dynamische Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots ermittelt. Mit anderen Worten, es wird ermittelt, ob ein Egofahrzeug, welches sich einer äußeren Spur einer mehrspurigen Fahrbahn ermittelt, sinnvollerweise auf die rechte Spur wechselt oder ob es seine äußere Spur beibehält. Dabei wird unter dem Begriff der äußeren Spur alle Spuren außer der rechten Spur verstanden. Bei einer zweispurigen Fahrbahn ist die Situation eindeutig, da hier entschieden wird, ob eine Wechsel von der linken zur rechten Spur sinnvoll ist oder nicht, wobei bei einer mehr als zweispurigen Fahrbahn, beispielsweise einer dreispurigen Fahrbahn, bedeutet hinsichtlich des Egofahrzeugs eine äußere Spur eine andere Spur als die rechte Spur, so dass rechts von der aktuellen Egospur des Egofahrzeugs immer eine Nachbarspur vorhanden ist. Folglich kann das Verfahren auch für mehr als zweispurige Fahrbahnen immer auf den Fall reduziert werden kann, dass sich rechts von der aktuellen Egospur eine Nachbarspur befindet.
In der Diskussion wird von einem Rechtsfahrverkehr ausgegangen. Bei Linksverkehr kehrt sich die Situation entsprechend um, was aber nicht separat erörtert werden braucht.
Im Schritt 4.1 wird zuerst die Differenzgeschwindigkeit zu einem Vorderfahrzeug eines automatisiert fahrenden Egofahrzeugs ermittelt. Anschließend werden die folgenden Bedingungen (a) bis (d) analysiert, wobei ein Vorderfahrzeug definiert ist als ein solches, welches auf der Egospur vor dem Egofahrzeug fährt:

(a) ein Vorderfahrzeug ist nicht vorhanden,
(b) das Vorderfahrzeug fährt schneller als angestrebte Ziel-Geschwindigkeit des Egofahrzeugs,
(c) das Vorderfahrzeug fährt schneller als die Ego-Geschwindigkeit vel_Ego des Egofahrzeugs, und
(d) das Ego-Fahrzeug befindet sich seit weniger als eine vorgegebene Zeit T_KeepFoliowAlive im ACC-Folgemodus, wobei die vorgegebene Zeit T_KeppFollowAlive zwischen 2 und 4 Sekunden, insbesondere 3 Sekunden, beträgt.,

In der Abfrage 4.2 werden die genannten Bedingungen (a) bis (d) überprüft. Ist die Aussage "Entweder (a) oder (b) oder (c) oder (d)" nicht erfüllt, dann wird über den nach rechts führenden Kanal der Algorithmus verlassen und im Schritt 4.3 ausgegeben, dass das Rechtsfahrgebot nicht zu befolgen ist.
Ist in Schritt 4.2 die Aussage "Entweder (a) oder (b) oder (c) oder (d) erfüllt, dann wird über den nach unten führenden Kanal eine Befolgung des Rechtsfahrgebots weiter evaluiert und der Algorithmus geht über in den Schritt 4.7.
Dem Verhalten der Abfrage 4.2 hinsichtlich der Bedingungen (a) bis (d) liegt die folgende Überlegung zugrunde: Sollte das Ego-Fahrzeug ohnehin bereits durch Vorderfahrzeuge aufgehalten werden, so ist ein Räumen des Egofahrstreifens zur Befolgung des Rechtfahrgebots nicht sinnvoll. Einzig in Stausituationen könnte eine dann gezielte Wahl des rechten Fahrstreifens auf Grund eines dynamischen Geschwindigkeitsvorteils sinnvoll sein.
Im Schritt 4.4 wird ermittelt, ob auf dem rechten Nachbarfahrstreifen ein Objekt, d.h. ein auf der rechten Nachbarfahrstreifen ein Vorderfahrzeug vor dem Ego-Fahrzeug, vorhanden ist und der Abstand dist_frontRight zu dem Objekt und die Geschwindigkeit des Objekts vel_frontRight bestimmt.
In der nachfolgenden Schritt 4.5 erfolgt eine Überprüfung der Ermittlung des Schritts 4.4. Ist auf dem rechten Nachbarfahrstreifen kein Fahrzeug bzw. Objekt vorhanden, so wird der Schritt S4 beendet und ausgegeben, dass das Rechtsfahrgebot zu befolgen ist und das automatisch fahrende Egofahrzeug wird auf den rechten Nachbarfahrstreifen wechseln.
Wird im Schritt 4.5 festgestellt, dass auf dem rechten Nachbarfahrstreifen eine Objekt vorhanden ist, so geht der Algorithmus über den nach unten führenden Kanal weiter zum Schritt 4.7, in welchem überprüft wird, ob das nächste Objekt auf dem rechten Nachbarfahrstreifen nicht eine kritische ACC/Notbremsung notwendig machen würde.
Die Evaluierung des Objekts auf dem Nachbarfahrstreifen erfolgt auf Basis der Heuristik des Schrittes 4.71 in welchem ein kritischer Abstand des ACC-Systems wie folgt berechnet wird: CriticaIAccDistance = max(CriticaIMinDistance, vel_FrontRight·CriticaITimeGap).
Mit anderen Worten, der kritische ACC-Abstand CriticalAccDistance ist das Maximum der kritischen minimalen DistanzCriticalMinDistance und dem Produkt aus der Geschwindigkeit des Objekts vel_FrontRight und einem vorgegebenen kritischen zeitlichen Abstand CriticalTimeGap.
Dabei sind die Größenbereiche dieser Parameter wie folgt: CriticaIMinDistance ∊ [5m, 9m], insbesondere 7m, und CriticaITimeGap ∊ [0.3s, 0,7s], insbesondere 0,5s.
Im nachfolgenden Schritt 4.4.7.2 wird der kritische ACC-Abstand CriticaIAccDistance mit dem im Schritt 4.4 ermittelten tatsächlichen Abstand dist_frontRight zum Objekt verglichen: dist_frontRight > CriticaIAccDistance.
Ist der Vergleich negativ, so wird der Schritt S4 beendet und der Algorithmus gibt im Schritt 4.7.3 die Anweisung aus, das Rechtsfahrgebot nicht zu befolgen. ist der Vergleich in 4.7.3 positiv, d.h. der tatsächliche Abstand ist größer als der kritische ACC-Abstand, so wird das Rechtsfahrgebot im Schritt 4.8 weiter evaluiert.
In dem Schritt 4.8 der 6a wird die verbleibende Zeit bis zu Kollision TimeToCollision mit dem Vorderfahrzeug auf dem rechten Nachbarfahrstreifen wie folgt berechnet: TimeToCollision = dist_FrontRight/(vel_FrontRight-vel_Ego).
Die verbleibende Zeit bis zur Kollision ist also der Quotient aus der dem tatsächlichen Abstand zum Vorderfahrzeug auf dem Nachbarfahrstreifen und der Relativgeschwindigkeit zwischen Egofahrzeug und Vorderfahrzeug.
Im nachfolgenden Schritt 4.9 der 6b, die die Fortsetzung des Algorithmus der 6a darstellt, wird ein geeigneter Schwellwert TTCThreshold zum Vergleich mit der verbleibenden Zeit bis zur Kollision TimeToCollision festgelegt. Dazu werden im Schritt 4.9 in mehreren Unterschritten diverse Verkehrsvarianten abgeprüft, d.h. für verschiedene Szenarien werden entsprechende Schwellwerte TTCThreshold festgelegt.
In Schritt 4.9.1 wird dem Schwellwert TTCThreshold ein vorgegebener Wert für die Zeit bis zu einer Kollision ohne nachfolgendes Fahrzeug TTCWithoutRearObject zugewiesen, wobei dieser vorgegebene Wert im Bereich von 35 Sekunden liegt, d.h. TTCWithoutRearObject ∊ [20s, 50s], insbesondere 35s.
Dabei dient der Schritt 4.9.1 der Initialisierung der Variablen TTCThreshold. Es wird daher im Schritt 4.9.1 zur Initialisierung dem TTCThreshold-Schwellwert ein Wert zugewiesen, als ob dem Egofahrzeug kein Fahrzeug in seiner Egospur nachfolgt: TTCThreshold = TTCWithoutRearObject = 35s.
Im nachfolgenden Schritt 4.9.2 wird überprüft, ob hinter dem Ego-Fahrzeug tatsächlich ein Fahrzeug mit dringender Überholabsicht fährt. Wenn erkennbar ist, dass das nachfolgende Fahrzeug eine dringende Überholabsicht aufweist, so wird dem TTCThreshold-Schwellwert ein vorgegebener Wert für die Zeit bis zu einer Kollision mit drängelndem nachfolgendem Fahrzeug TTCWithPressingRearObject zugewiesen, wobei dieser vorgegebene Wert im Bereich von 10 Sekunden liegt, d.h. TTCWithPressingRearObject ∊ [5s, 20s], insbesondere 10s.
Falls dem Egofahrzeug daher ein drängelndes Fahrzeug in seiner Egospur nachfolgt, so wird im Schritt 4.9.2 der TTCThreshold-Schwellwert wie folgt besetzt: TTCThreshold = TTCWithPressingRearObject = 10s, und das Verfahren geht über in den Schritt 4.10 und es wird der TimetoCollision-Schwellwert TTCThreshold mit der in Schritt 4.8 berechneten TimeToCollision verglichen, um entscheiden zu können, ob dem Rechtsfahrgebot gefolgt wird oder nicht.
Wird kein drängelndes Fahrzeug festgestellt, so dient die Abfrage 4.9.3 zur Unterscheidung, ob in der Egospur überhaupt ein nachfolgendes Fahrzeug vorhanden ist oder nicht. Ist kein nachfolgendes Fahrzeug in der Egospur vorhanden, so wird der im Schritt 4.9.1 zugewiesene Wert für TTCThreshold beibehalten, was formal durch die Verzweigung zum Schritt 4.9.4 wiedergegeben wird.
Ist hingegen in Schritt 4.9.2 ein nachfolgendes, aber nicht drängelndes Fahrzeug vorhanden so geht das Verfahren über in den Schritt 4.9.5, in dem einerseits die Zeitlücke zum nachfolgenden Fahrzeug TimeGap_RearEgo aus der Entfernung zum nachfolgenden Fahrzeug dist_RearEgo und der Geschwindigkeit des nachfolgenden Fahrzeugs vel_RearEgo berechnet wird: TimeGap_RearEgo = dist_RearEgo/vel_RearEgo, und andererseits die Zeit bis zur Kollision mit dem nachfolgenden Fahrzeug TimeToCollision_RearEgo aus der Entfernung zum nachfolgenden Fahrzeug dist_RearEgo und der Relativgeschwindigkeit zu dem des nachfolgenden Fahrzeugs (vel_RearEgo – vel_Ego) berechnet wird: TimeToCollision_RearEgo = dist_ RearEgo/(vel_RearEgo – vel_Ego).
Ausgehend von den in Schritt 4.9.5 ermittelten Werten wird im Schritt 4.9.6 der Wert für TTCThreshold für den Fall ermittelt, dass der zeitliche Abstand zum nachfolgenden Fahrzeug TimeGap_RearEgo kleiner als ein vorgegebener Schwellwert TgSchwelle ist, und dass die Relativgeschwindigkeit zwischen Egofahrzeug und nachfolgendem Fahrzeug groß gegen Null ist, d.h. das nachfolgende Fahrzeug nahe ist und schnell aufschließt. Gilt also: (TimeGap_RearEgo < TgSchwelle = 12.5s) "UND" (vel_RearEgo – vel_Ego » 0) dann wähle: TTCThreshold = TTCWithRearObject = 25s
Wenn jedoch gilt, dass TimeToCollision < TtcSchwelle = 6.9s, wobei TtcSchwelle eine vorgegebener Wert ist, so wird im Schritt 4.9.7 der TTCThreshold wie folgt gewählt, da sich das Hinterfahrzeug dem Ego-Fahrzeug nähert: TTCThreshold = TTCWithRearObject = 25s.
Ansonsten wird TTCThreshold gleich dem Wert gesetzt zugewiesen, der gilt, wenn dem Egofahrzeug kein Fahrzeug in seiner Egospur nachfolgt, da ein nachfolgendes Fahrzeug zwar vorhanden ist, diese jedoch langsamer ist und damit irrelevant für die Berücksichtigung beim Rechtsfahrgebot. In dem Fall wird in Schritt 4.9.7 nachfolgende Zuweisung ausgeführt: TTCThreshold = TTCWithoutRearObject = 35s, da.
Da nun für die möglichen Fälle eines nachfolgenden Fahrzeugs einschließlich des Falls keines nachfolgenden Fahrzeugs und eines langsamer als das Egofahrzeug fahrenden Fahrzeugs ein geeigneter Schwellwert TTCThreshold zur Verfügung steht, wird im Schritt 4.10 eine Vergleich zwischen der Zeitlücke TimeToCollision und dem ermittelten Schwellwert TTCThreshold durchgeführt.
Ist daher die Zeit bis zu einer Kollision TimeToCollision groß gegenüber dem ermittelten Schwellwert TTCThreshold, dann ergibt sich kein dynamischer Nachteil für die Durchführung des Rechtsfahrgebots. Falls ein Fahrstreifwechsel auch möglich ist, wird er zur Befolgung des Rechtsfahrgebots auch ausgeführt.
Trifft die obiger Abschätzung nicht zu, d.h. TimeToCollision ist kleiner oder gleich dem Schwellwert TTCThreshold, dann wird regulär der dynamische Geschwindigkeitsnachteil in der Berechnung der Vorteilhaftigkeit eines Fahrstreifenwechsels angesetzt. Sollten nicht infrastrukturbasierte Gründe (z.B. Routenplanung) für einen Fahrstreifenwechsel nach rechts sprechen, so wird das automatisiert fahrende Fahrzeug nicht diesen Geschwindigkeitsnachteil eingehen und damit nicht das Rechtsfahrgebot befolgen.
Im Schritt 4.10 wird dies durch die Abfrage 4.10.1 realisiert, in der abgefragt wird, ob TimeToCollision > TTCThreshold.
Trifft dies zu, so wird im Schritt 4.10.3 das Rechtsfahrgebot befolgt. Trifft dies nicht zu, so wird im Schritt 4.10.2 an das Hauptprogramm ausgegeben, dass das Rechtsfahrgebot nicht zu befolgen ist.
Bezugszeichenliste

1: Egofahrzeug
2: Fahrbahn
3: linker Fahrstreifen/linke Fahrspur
4: rechter Fahrstreifen/rechte Fahrspur
5: Trajektorie
6: vorderes Fahrzeug
7: hinteres Fahrzeug
S1: Erkennen und Tracken dynamischer Objekte
S2: Erkennen und Tracken von Fahrstreifen
S3: Zuordnung der dynamischen Objekte zu Fahrstreifen
S4: Ermitteln einer dynamischen Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots
S5: Bewertung der Gesamtvorteilhaftigkeit eines Fahrstreifenwechsels
4.1: Ermitteln der Differenzgeschwindigkeit zu Vorderfahrzeug
4.2: Abfrage
4.3: Kein Rechtsfahrgebot
4.4: Überprüfen der Verkehrssituation auf dem rechten Nachbarfahrstreifen
4.5: Abfrage, ob Fahrzeug auf Nachbarstreifen vorhanden
4.6: Kein Rechtsfahrgebot
4.7: Überprüfen der Bremssituation bezüglich des Fahrzeugs auf dem Nachbarstreifen
4.7.1: Berechnung einer kritischen Distanz
4.7.2: Vergleich der kritischen Distanz mit der aktuellen Distanz
4.7.3: Kein Rechtsfahrgebot
4.8: Berechne verbleibende Zeit bis zur Kollision mit dem Fahrzeug auf dem Nachbarstreifen
4.9: Wähle zeitlichen Schwellwert zum Vergleich mit der verbleibenden Zeit bis zur Kollision
4.9.1: Festlegen des zeitlichen Schwellwerts
4.9.2: Überprüfen der Egofahrspur auf nachfolgendes Fahrzeug mit Überholabsicht
4.9.3: Abfrage nachfolgendes Fahrzeug Ja/ Nein
4.9.4: Festlegen des zeitlichen Schwellwertes für den Fall "Nein"
4.9.5: Berechnung der Zeitlücke zum nachfolgenden Fahrzeug und der verbleibenden Zeit bis zur Kollision mit dem nachfolgenden Fahrzeug
4.9.6: Festlegen des zeitlichen Schwellwerts als Funktion eines vorgegebenen Zeitlückenschwellwerts und der Relativgeschwindigkeit
4.9.7: Festlegen des zeitlichen Schwellwerts als Funktion eines fest vorgegebenen Schwellwerts
4.10: Vergleich Zeitlücke und zeitlicher Schwellwert
4.10.1: Abfrage
4.10.2: Kein Rechtsfahrgebot
4.10.3: Rechtsfahrgebot

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013006172 A1 [0003]
DE 102005050662 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Evaluierung des Nutzens eines Fahrstreifenwechsels zur Befolgung des Rechtsfahrgebots beim automatisierten Fahren eines Egofahrzeugs (1) auf einer Fahrbahn (2) mit zwei oder mehr Fahrstreifen (3, 4), wobei sich das Egofahrzeug (1) nicht auf der äußerst rechten Fahrspur (4) befindet, mit den folgenden Schritten: Erkennen und Tracken von dynamischen Objekten (6, 7) im Umfeld des Egofahrzeugs (1), Erkennen und Tracken von Fahrstreifen (3, 4), Zuordnung der dynamischen Objekte (6, 7) zu den Fahrstreifen (3, 4), Ermittlung des dynamischen Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots für das Egofahrzeug (1), und Bewertung des Nutzens eines Fahrstreifenwechsels (3, 4) aus der ermittelten dynamischen Vorteilhaftigkeit
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der dynamischen Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots die folgenden Bedingungen überprüft werden: a) es ist kein vorausfahrendes Fahrzeug (6) vorhanden, b) ein vorhandenes vorausfahrendes Fahrzeug (6) ist schneller als die angestrebte Zielgeschwindigkeit des Egofahrzeugs (1), c) das vorausfahrende Fahrzeug (6) ist schneller als die Geschwindigkeit des Egofahrzeugs (1), d) das Egofahrzeug (1) ist seit weniger als eine vorgegeben Zeit im ACC-Folgemodus, wobei dem Rechtsfahrgebot gefolgt wird, wenn zumindest eine der Bedingungen a) bis b) erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob sich auf dem rechts von der Fahrspur (3) des Egofahrzeugs (1) befindlichen Fahrspur (4) ein Objekt (6) vor dem Egofahrzeug befindet (1), wobei das Rechtsfahrgebot befolgt wird, wenn sich kein Objekt (6) auf der rechten Fahrspur (4) befindet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechtsfahrgebot nicht befolgt wird, wenn ein Objekt (6) auf der Fahrspur rechts (4) von der Egofahrspur (3) einen kritischer ACC-Fall oder eine Notbremsung notwendig machen würde.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit (TimeToCollision) bis zu einer Kollision des Egofahrzeugs (1) mit einem dynamischen Objekt auf der Fahrspur (4) rechts von der Egofahrspur (3) bei einem Fahrspurwechsel bestimmt wird, falls sich ein dynamisches Objekt (6) auf der Fahrspur (4) rechts von der Fahrspur (3) des Egofahrzeugs (1) befindet und der Abstand zwischen dynamischen Objekt (6) und Egofahrzeug (1) größer als ein kritischer ACC-Abstand ist, wobei – für vorgegebene Fahrsituationen ein jeweiliger zeitlicher Schwellwert (TTCThreshold) bestimmt und mit der mit der Zeit bis zur Kollision (TimeToCollision) verglichen wird, – das Rechtsfahrgebot befolgt wird, wenn die Zeit bis zur Kollision ((TimeToCollision) größer als der zeitliche Schwellwert ist, und – das Rechtsfahrgebot nicht befolgt wird, wenn die Zeit bis zur Kollision ((TimeToCollision) kleiner oder gleich dem zeitlichen Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Fahrsituationen gebildet werden durch ein drängelndes nachfolgendes Fahrzeug (7) mit Überholabsicht in der Egofahrspur (3), ein nachfolgendes Fahrzeug (7) mit positiver Relativgeschwindigkeit in der Egofahrspur (3), ein nachfolgendes Fahrzeug (7) mit negativer Relativgeschwindigkeit oder Relativgeschwindigkeit Null in der Egofahrspur (3), und kein nachfolgendes Fahrzeug in der Egofahrspur (3).
Vorrichtung zur Evaluierung des Nutzens eines Fahrstreifenwechsels zur Befolgung des Rechtsfahrgebots beim automatisierten Fahren eines Egofahrzeugs (1) auf einer Fahrbahn (2) mit zwei oder mehr Fahrstreifen (3, 4), wobei die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche eingerichtet und ausgelegt ist, mit einer Einrichtung zur Bestimmung von Daten des Umfelds des Egofahrzeugs (1), einer Einrichtung zum Erkennen und Tracken dynamischer Objekte (6, 7) im Umfeld des Egofahrzeugs (1) aus den Umfelddaten, einer Einrichtung zum Erkennen und Tracken von Fahrstreifen (3, 4) im Umfeld des Egofahrzeugs (1) aus den Umfelddaten, einer Einrichtung zur Zuordnung der dynamischen Objekte (6, 7) im Umfeld des Egofahrzugs (1) zu den Fahrstreifen (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zum Ermitteln der dynamischen Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots, und eine Einrichtung zur Bewertung der Gesamtvorteilhaftigkeit eines Fahrstreifenwechsels aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Ermitteln der dynamischen Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots eine Einrichtung zu Beurteilung eines Vorderfahrzeugs (6) vor dem Egofahrzeug (1) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Ermitteln der dynamischen Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots eine Einrichtung zur Überprüfung und Beurteilung eines dynamischen Objekts (6) auf dem rechten Nachbarfahrstreifen (4) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Ermitteln der dynamischen Vorteilhaftigkeit der Befolgung des Rechtsfahrgebots eine Einrichtung zur Überprüfung und Beurteilung eines in der Egofahrspur (3) nachfolgenden Fahrzeugs (7) aufweist.