DE102017011808A1

DE102017011808A1 - Verfahren zur Regelung der Bewegung eines Fahrzeugs in einem automatisierten Fahrbetrieb und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102017011808A1
Application number: DE102017011808.6A
Authority: DE
Inventors: Volker Oltmann; Michael Decker
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-06-27
Also published as: WO2019121344A1; CN111479741A; CN111479741B; US11608080B2; US20210107520A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Bewegung eines Fahrzeugs (F) in einem automatisierten, insbesondere hochautomatisierten Fahrbetrieb, bei dem der automatisierte Fahrbetrieb von einem regulären Betriebsmodus, in dem das Fahrzeug (F) mittels eines Hauptsteuergeräts (HGS) automatisiert entlang einer regulären Solltrajektorie (RST) zu einer vorgegebenen Zielposition geführt wird, zu einem Notbetriebsmodus, in dem das Fahrzeug (F) mittels eines Nebensteuergeräts (NGS) automatisiert entlang einer Notbetriebs-Solltrajektorie (NBS) zu einer Nothalteposition (NP) geführt wird, umgeschaltet wird, wenn eine Funktionsbeeinträchtigung des Hauptsteuergeräts (HGS) festgestellt wird. Im regulären Betriebsmodus werden fortlaufend die reguläre Solltrajektorie (RST), die Notbetriebs-Solltrajektorie (NBS) und der Spurverlauf (FSI) einer vom Fahrzeug (F) befahrenen Fahrspur (FS) in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem ({x, y}) des Hauptsteuergeräts (HGS) ermittelt. Die ermittelte Notbetriebs-Solltrajektorie (NST) und der ermittelte Spurverlauf (FS) werden dem Nebensteuergerät (NGS) zugeführt und dort gespeichert. Im Notbetriebsmodus wird der Spurverlauf der vom Fahrzeug befahrenen Fahrspur (FS') in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem ({x', y'}) des Nebensteuergeräts (NSG) ermittelt. Im Notbetriebsmodus wird, basierend auf dem im Nebensteuergerät (NSG) gespeicherten Spurverlauf und dem vom Nebensteuergerät (NSG) ermittelten Spurverlauf, ein Winkelfehler (a) zwischen den Koordinatensystemen ({x, y}, {x',y'}) des Hauptsteuergeräts (HSG) und des Nebensteuergeräts (NSG) ermittelt und sein Einfluss auf die vom Nebensteuergerät (NGS) durchgeführte Regelung kompensiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Bewegung eines Fahrzeugs in einem automatisierten Fahrbetrieb, insbesondere in einem hochautomatisierten Fahrbetrieb, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 10.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2013 213 171 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs in einem automatisierten Fahrbetrieb, wobei während des automatisierten Fahrbetriebs fortlaufend zwei Solltrajektorien für zwei unterschiedliche Steuergeräte des Fahrzeugs ermittelt werden. Die eine der beiden Solltrajektorien, nachfolgend als reguläre Solltrajektorie bezeichnet, beschreibt einen geplanten Pfad und ein geplantes Geschwindigkeitsprofil auf einer unmittelbar vorausliegenden Wegstrecke, auf der das Fahrzeug unter Berücksichtigung einer momentanen Fahrzeugumgebungssituation zu einer geplanten Zielposition geführt werden soll. Die reguläre Solltrajektorie wird dem ersten der beiden Steuergeräte zugeführt, welches auf deren Grundlage Stellsignale für nachgeordnete, auf die Längs- und Querdynamik des Fahrzeugs wirkende Aktoreinrichtungen derart erzeugt, dass das Fahrzeug entsprechend den Vorgaben der regulären Solltrajektorie geführt wird. Die andere der beiden Solltrajektorien, nachfolgend Notbetriebs-Solltrajektorie genannt, beschreibt einen Pfad, auf dem das Fahrzeug unter Berücksichtigung der Umgebungssituation sicher angehalten werden soll, wenn das Fahrzeug nicht mehr automatisch betrieben werden kann. Die Notbetriebs-Solltrajektorie wird dem zweiten der beiden Steuergeräte zugeführt, welche auf deren Grundlage Stellsignale für die nachgeordneten Aktoreinrichtungen derart erzeugt, dass das Fahrzeug entsprechend den Vorgaben der Notbetriebs-Solltrajektorie in den Stillstand gebremst wird.
Aus der DE 102015003124 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs in einem automatisierten Fahrbetrieb bekannt, bei dem in einem regulären Betriebsmodus, d.h. während einer Normalfunktion des automatisierten Fahrbetriebs, bei dem der automatisierte Fahrbetrieb fehlerfrei funktioniert, mittels eines Hauptsteuergeräts fortlaufend unter Berücksichtigung einer aktuellen Fahrzeugumgebungssituation eine reguläre Solltrajektorie ermittelt wird, die für eine unmittelbar vorausliegenden Wegstrecke vorgibt, auf welchem Pfad und mit welchem Geschwindigkeitsprofil das Fahrzeug während des automatisierten Fahrbetriebs geführt werden soll. Während des automatisierten Fahrbetriebs wird des Weiteren vorausschauend für den Fall, dass eine Fehlfunktion des automatisierten Fahrbetriebs eintritt, fortlaufend eine Notbetriebs-Solltrajektorie ermittelt und in einem Nebensteuergerät gespeichert. Die Notbetriebs-Solltrajektorie gibt dabei einen Pfad vorgibt, auf dem das Fahrzeug bei Eintritt der festgestellten Fehlfunktion in den Stillstand gebremst werden soll. Wenn während des automatisierten Fahrbetriebs festgestellt wird, dass eine Fehlfunktion des automatisierten Fahrbetriebs vorliegt, wird das Fahrzeug entsprechend den Vorgaben durch die Notbetriebs-Solltrajektorie mit dem Nebensteuergerät durch eine Trajektorienregelung längs- und quergeregelt in den Stillstand gebremst.
Probleme ergeben sich hierbei dann, wenn die Solltrajektorien in einem fahrzeugfesten, mit dem Fahrzeug mitbewegten Koordinatensystem definiert werden. In diesem Fall muss das Koordinatensystem, das vom Hauptsteuergerät zur Ermittlung der Notbetriebs-Solltrajektorie verwendet wird, deckungsgleich sein mit dem Koordinatensystem, das vom Nebensteuergerät zur Durchführung der Trajektorienregelung verwendet wird, wenn das Fahrzeug wie gewünscht entlang der Notbetriebs-Solltrajektorie geführt werden soll. Diese Forderung nach deckungsgleichen Koordinatensystemen ist aufgrund von unterschiedlichen Latenzen in den Eingangssignalen der Steuergeräte und aufgrund von unterschiedlichen Prozessketten in den Steuergeräten nicht erfüllt. Das Koordinatensystem des Hauptsteuergeräts ist daher gegenüber dem Koordinatensystem des Nebensteuergeräts verdreht. Das Fahrzeug wird daher einer Trajektorie nachgeführt, die entsprechend der Verdrehung der Koordinatensysteme gegenüber der im regulären Betriebsmodus ermittelten Notbetriebs-Solltrajektorie verdreht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, das bzw. die eine genauere Führung des Fahrzeugs im Notbetriebsmodus ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung der Bewegung eines Fahrzeugs in einem automatisierten Fahrbetrieb, insbesondere in einem hochautomatisierten Fahrbetrieb, wird der automatisierte Fahrbetrieb in einem regulären Betriebsmodus mittels eines Hauptsteuergeräts und in einem Notbetriebsmodus mittels eines Nebensteuergeräts realisiert. Im regulären Betriebsmodus ermittelt das Hauptsteuergerät fortlaufend in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem des Hauptsteuergeräts eine zu einer vorgegebenen Zielposition führende reguläre Solltrajektorie und führt die Regelung der Bewegung des Fahrzeugs nach Maßgabe der aktuell ermittelten regulären Solltrajektorie durch, d.h. das Fahrzeug wird der aktuell ermittelten regulären Solltrajektorie automatisiert nachgeführt. Im regulären Betriebsmodus ermittelt das Hauptsteuergerät weiterhin fortlaufend ebenfalls in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem des Hauptsteuergeräts eine zu einer Nothalteposition führende Notbetriebs-Solltrajektorie sowie den zugehörigen Spurverlauf einer vom Fahrzeug befahrenen Fahrspur und führt diese Informationen dem Nebensteuergerät zur Speicherung zu. Wenn im regulären Betriebsmodus eine Funktionsbeeinträchtigung des Hauptsteuergeräts festgestellt wird, wird der automatisierte Fahrbetrieb vom regulären Betriebsmodus zum Notbetriebsmodus umgeschaltet. Bei Eintritt einer Funktionsbeeinträchtigung findet somit ein Wechsel des Betriebsmodus von einem automatisierten Führen des Fahrzeugs zur Zielposition entlang der regulären Solltrajektorie zu einem automatisierten Führen des Fahrzeugs in den Stillstand entlang der Notbetriebs-Solltrajektorie satt. Im Notbetriebsmodus ermittelt das Nebensteuergerät den Spurverlauf der vom Fahrzeug befahrenen Fahrspur in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem des Nebensteuergeräts. Im Notbetriebsmodus wird, basierend auf dem letzten vom Hauptsteuergerät im regulären Betriebsmodus ermittelten und im Nebensteuergerät gespeicherten Spurverlauf und basierend auf dem vom Nebensteuergerät im Notbetriebsmodus ermittelten Spurverlauf ein evtl. vorhandener Winkelfehler zwischen den Ausrichtungen der Koordinatensystemen des Hauptsteuergeräts und des Nebensteuergeräts ermittelt und der Einfluss des Winkelfehlers auf die vom Nebensteuergerät durchgeführte Regelung kompensiert.
Vorzugsweise wird im Notbetriebsmodus eine Lokalisierung des Fahrzeugs durchgeführt wird, um eine Abweichung der Position des Fahrzeugs von der Notbetriebs-Solltrajektorie zu ermitteln. Die die Lokalisierung in Fahrzeugquerrichtung basiert dabei vorteilhafter Weise auf der Ermittlung des Abstands zwischen dem Fahrzeug und mindestens einer Spurmarkierung der vom Fahrzeug befahrenen Fahrspur.
Vorzugsweise erfolgt die Lokalisierung in Fahrzeugquerrichtung auf Streckenabschnitten, auf denen keine Spurmarkierungen vorhanden sind oder auf denen mit Fehldetektionen der Spurmarkierungen zu rechnen sind, durch Koppelnavigation.
Die Lokalisierung in Fahrzeuglängsrichtung erfolgt vorzugsweise durch Koppelnavigation
Die im regulären Betriebsmodus ermittelten reguläre Solltrajektorie, Notbetriebs-Solltrajektorie und der Spurverlauf werden vorzugsweise vom Hauptsteuergerät basierend auf Umgebungsinformationen ermittelt, die das Hauptsteuergerät von einer Umgebungssensorik erhält.
Vorzugsweise wird als Funktionsbeeinträchtigung des Hauptsteuergeräts der Fall angesehen, dass das Hauptsteuergerät selbst eine Fehlfunktion aufweist oder dass die Umgebungssensorik, welche die vom Hauptsteuergerät zur Ermittlung der regulären Solltrajektorie, der Notbetriebs-Solltrajektorie und des Spurverlauf benötigten Umgebungsinformationen liefert, eine Fehlfunktion aufweist.
Vorzugsweise wird die die Nothalteposition, in der das Fahrzeug zum Stillstand kommen soll, im regulären Betriebsmodus fortlaufend als eine Position ermittelt, die sich an einem äußersten Rand einer Fahrspur oder einer Straße, auf einem ggf. vorhandenen Standstreifen oder auf einem befahrbaren Bereich neben der Straße befindet.
Vorzugsweise wird die im Nebensteuergerät gespeicherte Notbetriebs-Solltrajektorie im Notbetriebsmodus vom Nebensteuergerät an veränderte Umgebungsbedingungen angepasst, sofern die Umgebungssensorik oder Teile davon im Notbetriebsmodus funktionsfähig sind und aktuelle Umgebungsinformationen zur Verfügung stellen.
Vorzugsweise wird ein Fahrer des Fahrzeugs bei Umschaltung des automatisierten Fahrbetriebs vom regulären Betriebsmodus zum Notbetriebsmodus aufgefordert, die Fahrzeugführung zu übernehmen und die Regelung der Bewegung des Fahrzeugs wird beendet, wenn der Fahrer die Fahrzeugführung übernimmt, beispielsweise indem er ein Pedal oder Lenkrad betätigt oder ein sonstiges Eingabemittel betätigt.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein Hauptsteuergerät, ein Nebensteuergerät und eine Umgebungssensorik. Die Umgebungssensorik ist zur Erfassung von Umgebungsinformationen vorgesehen, wobei die Umgebungsinformationen zumindest Informationen über Spurmarkierungen einer vom Fahrzeug befahrenen Fahrspur umfassen. Das Hauptsteuergerät ist zur fortlaufenden Ermittlung einer zu einer vorgegebenen Zielposition führenden regulären Solltrajektorie, einer zu einer Nothalteposition führenden Notbetriebs-Solltrajektorie und des Spurverlaufs der vom Fahrzeug befahrenen Fahrspur vorgesehen, wobei die Ermittlung auf den von der Umgebungssensorik erfassten Umgebungsinformationen basiert. Das Hauptsteuergerät eingerichtet ist, in einem regulären Betriebsmodus der Vorrichtung die Fahrzeugführung zu übernehmen und hierbei das Fahrzeug nach Maßgabe der ermittelten regulären Solltrajektorie zu führen. Die ermittelte Notbetriebs-Solltrajektorie und der ermittelte Spurverlauf werden vom Hauptsteuergerät an das Nebensteuergerät weitergeleitet und dort gespeichert. Das Nebensteuergerät ist zur Speicherung der vom Hauptsteuergerät ermittelten Notbetriebs-Solltrajektorie und des vom Hauptsteuergerät erfassten Spurverlaufs, sowie zur Ermittlung des Spurverlaufs der vom Fahrzeug befahrenen Fahrspur basierend auf den von der Umgebungssensorik (US) erfassten Umgebungsinformationen vorgesehen, und es ist eingerichtet, bei Eintritt einer Funktionsbeeinträchtigung des Hauptsteuergeräts die Fahrzeugführung vom Hauptsteuergerät zu übernehmen und das Fahrzeug nach Maßgabe der gespeicherten Notbetriebs-Solltrajektorie in die Nothalteposition zu führen. Das Nebensteuergerät ist weiterhin eingerichtet ist, einen Winkelfehler zwischen einem ersten fahrzeugfesten Koordinatensystem, das vom Hauptsteuergerät der Fahrzeugführung zugrunde gelegt wird, und einem zweiten fahrzeugfesten Koordinatensystem, das vom Nebensteuergerät der der Fahrzeugführung zugrunde gelegt wird, zu kompensieren. Die Kompensation basiert vorzugsweise auf einem Vergleich zwischen dem im Nebensteuergerät gespeicherten Spurverlauf, der vom Hauptsteuergerät ermittelt wurde, und dem vom Nebensteuergerät ermittelten Spurverlauf der vom Fahrzeug befahrenen Fahrspur.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Regelung der Längsposition eines Fahrzeugs,
2 ein Beispiel einer typischen Verkehrssituation mit einer Notbetriebs-Solltrajektorie,
3 eine schematische Darstellung einer und von Spurmarkierungen in unterschiedlichen Koordinatensystemen.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in schematischer Blockschaltbilddarstellung eine Vorrichtung zur Regelung der Bewegung eines Fahrzeugs in einem automatisierten, insbesondere hochautomatisierten Fahrbetrieb.
Die Vorrichtung umfasst ein Hauptsteuergerät HSG, ein Nebensteuergerät NSG, eine Umgebungssensorik US mit einer Spursensorik SS zur Erkennung von Fahrspurmarkierungen einer vom Fahrzeug aktuell befahrenen Fahrspur, ein globales Navigationssatellitensystem GNSS, eine Inertialsensorik IS, eine Antriebsaktorik AA, eine Lenkaktorik LA und eine Bremsaktorik BA.
Die Vorrichtung kann in einem regulären Betriebsmodus und in einem Notbetriebsmodus betrieben werden. Der reguläre Betriebsmodus ist der Betriebsmodus, in dem das Fahrzeug unter Berücksichtigung der Umgebungssituation im automatisierten Fahrbetrieb zu einer vorgegebenen Zielposition geführt wird. Die Routenplanung zur Zielposition wird mit dem globalen Navigationssatellitensystem GNSS durchgeführt.
Der reguläre Betriebsmodus setzt voraus, dass der automatisierte Fahrbetrieb sicher durchgeführt werden kann. Wenn aufgrund einer Fehlfunktion der Vorrichtung die sichere Durchführung des automatisierten Fahrbetriebs nicht mehr gewährleistet werden kann, wird der Betriebsmodus vom regulären Betriebsmodus auf den Notbetriebsmodus umgeschaltet, in dem das Fahrzeug automatisiert in eine vorab ermittelte Nothalteposition geführt wird.
Im regulären Betriebsmodus empfängt das Hauptsteuergerät von der Umgebungssensorik US Umgebungsinformationen USI, insbesondere Informationen über Spurmarkierungen SSI und Objekte, die in die eigene Fahrspur hineinragen oder sich in die eigene Fahrspur hineinbewegen. Basierend auf den empfangenen Umgebungsinformationen USI, SSI plant das Hauptsteuergerät HSG fortlaufend, d.h. in zyklischen Zeitabständen, den Bewegungsverlauf des Fahrzeugs F innerhalb eines vorgegebenen Vorausschauhorizonts. Das Ergebnis dieser Planung ist eine Solltrajektorie, nachfolgend reguläre Solltrajektorie genannt, die den Pfad angibt, auf dem das Fahrzeug automatisiert in Richtung der Zielposition geführt werden soll, und die angibt, mit welchem Geschwindigkeitsprofil sich das Fahrzeug auf diesem Pfad bewegen soll. Die reguläre Solltrajektorie wird dabei in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem bestimmt. Dieses Koordinatensystem hat seinen Ursprung im Fahrzeug und weist, wie in 2 gezeigt, eine durch die Längsachse des Fahrzeugs verlaufende Längskoordinatenachse x und eine zur Längsachse orthogonale Querkoordinatenachse y auf.
2 zeigt das Fahrzeug F in einer typischen Verkehrssituation. Gemäß der Figur fährt das Fahrzeug F auf einer Fahrspur FS, die durch eine linke Spurmarkierung SL und durch eine rechte Spurmarkierung SR begrenzt ist. Auf der linken Spurmarkierung SL befindet sich ein Hindernis H, das in die Fahrspur FS hineinragt und das vom Fahrzeug umfahren werden kann. Die reguläre Solltrajektorie RST wird daher derart geplant, dass Hindernis H umfahren wird. Die Pfeile dy_s_li und dy_s_re markieren die Abstände der regulären Solltrajektorie RST und der Notbetriebs-Solltrajektorie NST zu der linken bzw. rechten Spurmarkierung SL bzw. SR.
Im regulären Betriebsmodus führt das Hauptsteuergerät HSG eine Trajektorienregelung derart durch, dass das Fahrzeug F entsprechend den Vorgaben der regulären Solltrajektorie RST geführt wird. Das Hauptsteuergerät HSG erzeugt hierfür Stellbefehle AAI, LAI, BAI für die auf die Längs- und Querdynamik des Fahrzeugs F wirkende Antriebsaktorik AA, Lenkaktorik LA und Bremsaktorik BA. Die Antriebsaktorik AA und die Lenkaktorik LA werden von dem Hauptsteuergerät HSG dabei direkt angesteuert. Die Ansteuerung der Bremsaktorik BA erfolgt hingegen über das Nebensteuergerät NSG, das vom Hauptsteuergerät HSG die entsprechenden Stellbefehle BAI erhält.
Im regulären Betriebsmodus plant das Hauptsteuergerät HSG des Weiteren, vorausschauend für den Fall, dass der automatisierte Fahrbetrieb aufgrund einer Fehlfunktion des Hauptsteuergeräts HSG beendet werden muss, fortlaufend, d.h. in zyklischen Zeitabständen, eine Notbetriebs-Solltrajektorie.
Die Notbetriebs-Solltrajektorie ist in 2 durch eine punktierte Kurve dargestellt und mit dem Bezugszeichen NST versehen. Die Notbetriebs-Solltrajektorie NST wird derart geplant, dass dem Hindernis H ausgewichen wird und dass das Fahrzeug F nahe an der rechten Spurmarkierung SR in einer vorausliegenden sicheren Nothalteposition NP angehalten wird. Die Notbetriebs-Solltrajektorie NST wird in dem gleichen fahrzeugfesten Koordinatensystem wie die reguläre Solltrajektorie RST bestimmt. Die Notbetriebs-Solltrajektorie NST gibt an, auf welchem Pfad und mit welchem Geschwindigkeitsprofil das Fahrzeug F bei Feststellung der Fehlfunktion in die sichere Nothalteposition NP gebracht werden soll. Eine Fehlfunktion des Hauptsteuergeräts HSG liegt beispielsweise dann vor, wenn das Hauptsteuergerät HSG selber nicht mehr betriebsbereit ist oder wenn Teile der Umgebungssensorik US, deren Signale USI, SSI vom Hauptsteuergerät HSG für den sicheren automatisierten Fahrbetrieb zwingend benötigt werden, in ihrer Funktion beeinträchtigt sind. Die ermittelte Notbetriebs-Solltrajektorie NST wird dem Nebensteuergerät NSG zugeführt und dort gespeichert. Ebenso wird mit der Spursensorik SS, die Bestandteil der Umgebungssensorik US ist, durch Erfassung der Spurmarkierungen SL, SR der Spurverlauf die Fahrspur FS erfasst und Informationen über den erfassten Spurverlauf FSI werden dem Nebensteuergerät NSG zugeführt und dort gespeichert.
Das Nebensteuergerät NSG ist verantwortlich für die Durchführung einer herkömmlichen Fahrdynamikregelung basierend auf dem mit der Inertialsensorik IS erfassten Initialzustand des Fahrzeugs F. Die Inertialsensorik IS umfasst dabei Sensoren zur Bestimmung der Fahr- oder Radgeschwindigkeit, der Querbeschleunigung und der Gierrate des Fahrzeugs F. Das Nebensteuergerät NSG koordiniert die Bremsanforderungen des Hauptsteuergeräts HSG, d.h. die Stellbefehle BAI für die Bremsaktorik BA, mit den Bremsanforderungen der Fahrdynamikregelung. Die Koordination erfolgt insbesondere derart, dass die Bremsanforderungen der Fahrdynamikregelung gegenüber den Bremsanforderungen des Hauptsteuergeräts HSG vorrangig bedient werden.
Wenn im regulären Betriebsmodus festgestellt wird, dass eine Fehlfunktion des Hauptsteuergeräts HSG vorliegt, so dass eine sichere Fortsetzung des automatisierten Fahrbetriebs nicht mehr gewährleistet ist, wird der Betriebsmodus der Vorrichtung vom regulären Betriebsmodus in den Notbetriebsmodus umgeschaltet. Im Notbetriebsmodus übernimmt das Nebensteuergerät NSG die Fahrzeugführung, d.h. die Aufgabe, die Bewegung des Fahrzeugs zu regeln. Das Nebensteuergerät NSG führt hierzu eine Trajektorienregelung derart durch, durch die das Fahrzeug F gemäß der zuletzt gültigen Notbetriebs-Stolltrajektorie NST in die Nothalteposition NP geführt wird. Die zuletzt gültige Notbetriebs-Stolltrajektorie NST ist die letzte Notbetriebs-Solltrajektorie, die vom Hauptsteuergerät HGS vor Eintritt der Fehlfunktion ermittelt wurde und dem Nebensteuergerät NGS zur Speicherung zugeführt wurde. Die Nothalteposition NP kann eine vorausliegende Position auf der eigenen Fahrspur sein, insbesondere, wie in 2 gezeigt, eine Position am Rande der Fahrspur FS. Die Nothalteposition NP kann aber auch eine Position auf einer äußersten rechten oder äußersten linken Rand der Straße sein oder eine Position auf einem am Straßenrand vorhandenen Standstreifen oder eine Position auf einem befahrbaren Bereich neben der Straße.
Das Nebensteuergerät NSG, die Antriebsaktorik AA, die Lenkaktorik LA und die Bremsaktorik BA sind redundant ausgeführt, so dass die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung im Notbetriebsmodus auch bei einem Ausfall von Teilen der Vorrichtung gewährleistet ist, d.h. es ist sichergestellt, dass das Nebensteuergerät NSG seine Aufgaben jederzeit erfüllen kann.
Die Trajektorienregelung setzt voraus, dass eine Ist-Soll-Abweichung der Fahrzeugposition ermittelt wird und dass entsprechend der ermittelten Ist-Soll-Abweichung Stellbefehle AAI, LAI BAI für die Antriebsaktorik AA, Lenkaktorik LA und Bremsaktorik BA generiert werden, die auf eine Minimierung der Ist-Soll-Abweichung ausgerichtet sind. Die Ist-Soll-Abweichung ist die Abweichung der aktuellen Position des Fahrzeugs, nachfolgend Ist-Position genannt, von der Notbetriebs-Solltrajektorie NST.
Die für die Trajektorienregelung erforderliche Lokalisierung des Fahrzeugs, d.h. die Ermittlung der Ist-Position, wird im Notbetriebsmodus durch Koppelnavigation und durch Erfassung des Fahrspurverlaufs der vom Fahrzeug befahrenen Fahrspur FS mittels der Spursensorik SS durchgeführt. Dabei wird die aktuelle Längsposition des Fahrzeugs in Richtung der Längskoordinatenachse x, d.h. in Fahrzeuglängsrichtung, durch die Koppelnavigation basierend auf einer vorherigen Position des Fahrzeugs F ermittelt. Das heißt, mittels Odometrie oder vergleichbarer Methoden wird die Bewegung des Fahrzeugs F fortgeschrieben, so dass zu jedem Zeitpunkt bekannt ist, wo sich das Fahrzeug F befindet. Dabei können auch weitere Größen, beispielsweise die Fahrzeuglage, die Krümmung und Krümmungsänderung der Fahrspur etc. berücksichtigt werden. Durch die Erfassung der Spurmarkierungen SL, SR wird die die Lateralposition des Fahrzeugs relativ zu den Spurmarkierungen, d.h. die Querposition des Fahrzeugs in der Fahrspur FS ermittelt und mithin die Querposition des Fahrzeugs in Richtung der Querkoordinatenachs y, d.h. in Fahrzeugquerrichtung, ermittelt.
Unter dem Begriff Fahrspur ist hier allgemein die kontinuierliche Existenz einer Fahrspur FS gemeint, welche sich vor dem Fahrzeug auf der vorausliegenden, beabsichtigten Fahrstrecke befindet. Mit Kenntnis der Fahrspur FS hat man den Vorteil, dass das gewünschte Abfahren der Notbetriebs-Solltrajektorie NST nicht alleinig durch Koppelnavigation basierend auf den Inertialzustand des Fahrzeug beschreibenden fahrdynamischen Größen wie Beschleunigung, Geschwindigkeit und Gierrate erfolgen muss, sondern dass auch der online erfasste Spurverlauf der Fahrspur FS zur Einhaltung der Notbetriebs-Solltrajektorie herangezogen werden kann. Die zur Spurerfassung verwendete Spursensorik SS kann eine Kamera oder einem Lidar-Sensor umfassen. Mögliche Kamerasysteme sind beispielsweise eine voraus blickende Kamera für CMS-Systeme (CMS = Collision Mitigation System) oder auch Kameras für Parkassistenzsysteme. Die einzige Voraussetzung ist es, dass die Spursensorik SS dem Nebensteuergerät NSG im Notbetriebsmodus funktionsfähig zur Verfügung steht.
Für eine korrekte Trajektorienregelung ist es unabdingbar, dass die Informationen der Notbetriebs-Stolltrajektorie NST vom Hauptsteuergerät HSG vom Nebensteuergerät NSG korrekt interpretiert werden. Das ist nicht ohne weiteres der Fall, wenn die Notbetriebs-Solltrajektorie NST in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem definiert wird. Die beiden Steuergeräte - das Hauptsteuergerät HSG und das Nebensteuergerät NSG - haben jeweils ein eigenes Koordinatensystem, die in beiden Fällen nach DIN 70000 definiert sein können, die aber aufgrund unterschiedlicher Interpretationen und Signalverarbeitungen in den Steuergeräten HSG, NSG gegeneinander verdreht sein können, d.h. unterschiedliche Orientierungen aufweisen können. Kleinste Orientierungsfehler zwischen den Koordinatensystemen führen bei längeren Trajektorien zu großen Abweichungen in der gewünschten Position. Bei einem Winkelfehler α = 0,5° in Fahrzeuglängsrichtung x beträgt der resultierende seitliche Fehler in 150 m Entfernung schon 1,3 m.
3 verdeutlicht diese Problematik. Der Winkelfehler α ist zur besserem Darstellung übertrieben dargestellt. Die Pfeile x und y stellen die Koordinatenachsen eines ersten fahrzeugfesten Koordinatensystems {x, y} dar, das vom Hauptsteuergerät HSG zur Bestimmung der Verläufe der Notbetriebs-Solltrajektorie NST und der linken und rechten Spurmarkierung SL, SR verwendet wird. Die Pfeile x' und y' stellen die Koordinatenachsen eines zweiten fahrzeugfesten Koordinatensystems {x', y'} dar, das vom Nebensteuergerät NSH zur Trajektorienregelung verwendet wird. Beide Koordinatensysteme {x, y}, {x', y'} sind zu einem Zeitpunkt in einem erdfesten Inertialsystem dargestellt.
Aufgrund des Winkelfehlers α zwischen den beiden Koordinatensystemen {x, y} und {x', y'} würde das Nebensteuergerät NGS die Kurve NST' als die gewünschte Notbetriebs-Solltrajektorie ansehen, wenn keine Maßnahmen zur Kompensation des Winkelfehlers α vorgenommen werden. Das Nebensteuergerät NSG würde somit das Fahrzeug F entlang der Kurve NST' führen. Das ist aber nicht der Pfad, den das Hauptsteuergerät HSG als Notbetriebs-Solltrajektorie NST ermittelt hat. Um diese Abweichung zu kompensieren werden im Notbetriebsmodus auch die Spurmarkierungen erfasst. Die Kurven SL' und SR' repräsentieren den Verlauf der Spurmarkierungen SL' und SR', wie sie vom Nebensteuergerät NSG im zweiten Koordinatensystem {x', y'} erfasst werden. Da die vom Hautsteuergerät ermittelte Notbetriebs-Solltrajektorie NST eine definierte Lage relativ zu den Spurmarkierungen SL, SR aufweist und da sich diese relative Lage durch die Verdrehung des Koordinatensystems nicht ändert, bieten die im zweiten Koordinatensystem {x', y'} erfassten Spurmarkierungen SL', SR' einen guten Bezugspunkt für die Kompensation des aus dem Winkelfehler α resultierenden Einflusses. Mit der gemeinsamen und eindeutigen Kenntnis der Spurmarkierungen kann das Nebensteuergerät NSG über einen Streckenverlauf den online detektierten Spurverlauf der Fahrspur FS' speichern und mit der vom Hauptsteuergerät HSG zuletzt ermittelten Spurverlauf der Fahrspur FS vergleichen. Mit Hilfe statistischer Methoden, bspw. mit der Methode kleinster Fehlerquadrate, kann der Winkelfehler α ermittelt werden und sein Einfluss bei der Trajektorienregelung kompensiert werden. Dieser Winkelfehler α wird vorteilhafterweise fortlaufend ermittelt und aktualisiert.
Sofern die Spursensorik SS oder andere Teile der Umgebungssensorik US, die im Notbetriebsmodus funktionsfähig sind, ein Objekt detektieren, das sich im Pfad der Notbetriebs-Solltrajektorie NST befindet oder in diesen eintreten wird, werden die Informationen über dieses Objekt vorteilhafterweise berücksichtigt, um eine Kollision mit dem Objekt zu vermeiden. Die Kollisionsvermeidung erfolgt beispielsweise durch eine stärkere Abbremsung des Fahrzeugs, so dass das Fahrzeug vor Erreichung des Objekts zum Stillstand kommt oder durch eine Anpassung der Notbetriebs-Solltrajektorie NST an die neue Umgebungssituation derart, dass dem Objekt ausgewichen wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass das Nebensteuergerät NSG die Korrektheit der erfassten Fahrspur FS überprüft, beispielsweise durch einen Abgleich der erfassten Fahrspur FS mit einem Spurverlauf, der basierend auf einer mittels des globalen Navigationssatellitensystems GNSS ermittelten Position des Fahrzeugs aus einer hochgenauen digitalen Karte entnommen wird. Damit können falsche Spurerkennungen identifiziert werden. Dann wird nicht der fälschlicherweise erkannten Spurmarkierung gefolgt, sondern auf die Koppelnavigation gewechselt. Die Überwachung erfolgt derart, dass der Verlauf der online erfassten Spurmarkierung mit dem zuletzt von dem Hauptsteuergerät HSG ermittelten und in Nebensteuergerät NGS gespeicherten Spurverlauf und der durch Koppelnavigation ermittelten Bewegung des Fahrzeugs verglichen wird.
Fällt die online Spurdetektion aus, da die Spursensorik SS defekt oder degradiert ist, z.B. aufgrund von einer Sonnenblendung, wird automatisch für die Zeit des Ausfalls auf die Regelung mit Koppelnavigation gewechselt.
Auf Streckenabschnitten, an denen bekannt ist, dass die Spursensorik SS nicht eine reale Spurmarkierung erfasst, sondern ähnliche Strukturen wie z. B. Teerfugen oder Bremsspuren etc., wird zur Notbetriebs-Solltrajektorie an dieser Stelle kein Spurverlauf geliefert. Somit ist die Gefahr, dass einer falschen Spurdetektion gefolgt werden könnte ausgeschlossen. Solche Stellen können durch Befahren und anschließendem Ablegen in einer digitalen Karte verfügbar gemacht werden („map learning“ mit „cloud service“).
Liegt teilweise keine Spurmarkierung vor oder liegt die Spurmarkierung nur auf einer Seite des Fahrzeugs vor, wird dies dem Nebensteuergerät NSG entsprechend mitgeteilt. Die Information über vorhandene oder fehlende Spurmarkierungen wird aus einer digitalen Karte entnommen. Durch lernende Karten wird gewährleistet, dass diese Information aktuell ist. Mit dieser Information weiß das Nebensteuergerät NSG, an welchen Streckenabschnitten nicht auf eine online ermittelte Spurmarkierung geregelt werden soll und schaltet dort auf eine Koppelnavigation um. Bei der Koppelnavigation wird die Fahrzeugposition aus den mit der Inertialsensorik IS ermittelten fahrdynamischen Größen des Fahrzeugs abgeleitet, insbesondere aus den Größen Beschleunigung, Drehrate und Fahr- oder Radgeschwindigkeit. Ein weiterer Vorteil ist es, dass an solchen Stellen falsche Spurinformationen, die anstelle der fehlenden Spurmarkierung generiert werden könnten, unberücksichtigt bleiben. Kommt das Fahrzeug wieder in einen Abschnitt mit existierenden Spurmarkierungen wird die Regelung auf die online detektierte Spurmarkierung umgeschaltet. Ein bis dahin durch das Koppeln entstandener Integrationsfehler wird wieder abgebaut.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013213171 A1 [0002]
DE 102015003124 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Regelung der Bewegung eines Fahrzeugs (F) in einem automatisierten Fahrbetrieb, wobei - der automatisierte Fahrbetrieb von einem regulären Betriebsmodus, in dem das Fahrzeug (F) automatisiert zu einer vorgegebenen Zielposition geführt wird, zu einem Notbetriebsmodus, in dem das Fahrzeug automatisiert zu einer Nothalteposition (NP) geführt wird, umschaltbar ist, - die Regelung im regulären Betriebsmodus mittels eines Hauptsteuergeräts (HSG) und im Notbetriebsmodus mittels eines Nebensteuergeräts (NSG) durchgeführt wird, - der automatisierte Fahrbetrieb vom regulären Betriebsmodus zum Notbetriebsmodus umgeschaltet wird, wenn im regulären Betriebsmodus eine Funktionsbeeinträchtigung des Hauptsteuergeräts (HSG) festgestellt wird, - die Regelung im regulären Betriebsmodus basierend auf einer zur Zielposition führenden regulären Solltrajektorie (RST) durchgeführt wird, welche vom Hauptsteuergerät (HSG) im regulären Betriebsmodus fortlaufend ermittelt wird, - die Regelung im Notbetriebsmodus basierend auf einer im Nebensteuergerät (NSG) gespeicherten und zur Nothalteposition (NP) führenden Notbetriebs-Solltrajektorie (NST) durchgeführt wird, welche vom Hauptsteuergerät (HSG) im regulären Betriebsmodus vor der Umschaltung des Betriebsmodus in den Notbetriebsmodus ermittelt worden ist und dem Nebensteuergerät (NSG) zur Speicherung zugeführt worden ist, dadurch gekennzeichnet, - dass im regulären Betriebsmodus neben der Notbetriebs-Solltrajektorie (NST) auch ein zur Notbetriebs-Solltrajektorie (NST) zugehöriger Spurverlauf (FSI) einer vom Fahrzeug befahrenen Fahrspur (FS) ermittelt wird und dem Nebensteuergerät (NSG) zur Speicherung zugeführt wird, - dass die Notbetriebs-Solltrajektorie (NST) und der zugehörige Spurverlauf (FSI) in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem ({x, y}) des Hautsteuergeräts (HSG) ermittelt werden, - dass im Notbetriebsmodus der Spurverlauf (FSI) der vom Fahrzeug (F) befahrenen Fahrspur (FS) in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem ({x', y'}) des Nebensteuergeräts (NSG) ermittelt wird, - dass im Notbetriebsmodus, basierend auf dem im Nebensteuergerät (NSG) gespeicherten Spurverlauf der Fahrspur (FS) und dem vom Nebensteuergerät (NSG) ermittelten Spurverlauf der Fahrspur (FS'), eine Abweichung (a) zwischen den Koordinatensystemen ({x, y}, {x',y'}) des Hauptsteuergeräts (HSG) und des Nebensteuergeräts (NSG) kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Notbetriebsmodus eine Lokalisierung des Fahrzeugs (F) durchgeführt wird, um eine Abweichung der Position des Fahrzeugs (F) von der Notbetriebs-Solltrajektorie (NST) zu ermitteln, wobei die Lokalisierung in Fahrzeugquerrichtung (y) auf der Ermittlung des Abstands (dy_s_li, dy_s_re) zu mindestens einer Spurmarkierung (SL, SR) der vom Fahrzeug (F) befahrenen Fahrspur (FS) beruht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalisierung in Fahrzeugquerrichtung (y) auf Streckenabschnitten, auf denen keine Spurmarkierungen (SL, SR) vorhanden sind oder auf denen mit Fehldetektionen der Spurmarkierungen (SL, SR) zu rechnen sind, durch Koppelnavigation erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalisierung in Fahrzeuglängsrichtung (x) durch Koppelnavigation erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im regulären Betriebsmodus die reguläre Solltrajektorie (RST), die Notbetriebs-Solltrajektorie (NST) und den Spurverlauf (FSI) der vom Fahrzeug (F) befahrenen Fahrspur (FS) vom Hauptsteuergerät (HSG) basierend auf Umgebungsinformationen (USI) ermittelt werden, die das Hauptsteuergerät (HSG) von einer Umgebungssensorik (US) erhält.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionsbeeinträchtigung des Hauptsteuergeräts (HSG) dann vorliegt, wenn das Hauptsteuergerät (HSG) selbst eine Fehlfunktion aufweist oder wenn die Umgebungssensorik (US), welche die vom Hauptsteuergerät (HSG) benötigten Umgebungsinformationen (USI) liefert, eine Fehlfunktion aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nothalteposition (NP) im regulären Betriebsmodus fortlaufend als eine Position ermittelt wird, die sich an einem äußersten Rand einer Fahrspur oder einer Straße, auf einem ggf. vorhandenen Standstreifen oder auf einem befahrbaren Bereich neben der Straße befindet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Notbetriebsmodus die gespeicherte Notbetriebs-Solltrajektorie (NST) vom Nebensteuergerät (NGS) an veränderte Umgebungsbedingungen angepasst werden, wenn aktuelle Umgebungsinformationen (USI) verfügbar sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrer des Fahrzeugs (F) bei Umschaltung des Betriebsmodus in den Notbetriebsmodus aufgefordert wird, die Fahrzeugführung zu übernehmen und dass die Regelung der Bewegung des Fahrzeugs (F) beendet wird, wenn der Fahrer die Fahrzeugführung übernimmt.
Vorrichtung zur Führung eines Fahrzeugs (F) gemäß dem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, - mit einer Umgebungssensorik (US), die zur Erfassung von Umgebungsinformationen (USI) vorgesehen ist, - mit einem Hauptsteuergerät (HSG), das zur fortlaufenden Ermittlung einer zu einer vorgegebenen Zielposition führenden regulären Solltrajektorie (RST), einer zu einer Nothalteposition (NP) führenden Notbetriebs-Solltrajektorie (NST) und eines Spurverlaufs (FSI) einer vom Fahrzeug (F) befahrenen Fahrspur (FS) basierend auf den von der Umgebungssensorik (US) erfassten Umgebungsinformationen (USI) vorgesehen ist, wobei das Hauptsteuergerät (HSG) eingerichtet ist, in einem regulären Betriebsmodus der Vorrichtung die Fahrzeugführung zu übernehmen und das Fahrzeug (F) nach Maßgabe der ermittelten regulären Solltrajektorie (RST) zu führen, und - mit einem Nebensteuergerät (NSG), das zur Speicherung der vom Hauptsteuergerät (HSG) ermittelten Notbetriebs-Solltrajektorie (NST) und des vom Hauptsteuergerät (HSG) erfassten Spurverlaufs (FSI), sowie zur Ermittlung des Spurverlaufs der vom Fahrzeug befahrenen Fahrspur (FS') basierend auf den von der Umgebungssensorik (US) erfassten Umgebungsinformationen (SSI) vorgesehen ist, wobei das Nebensteuergerät (NSG) eingerichtet ist, bei Eintritt einer Funktionsbeeinträchtigung des Hauptsteuergeräts (HSG) die Fahrzeugführung zu übernehmen und das Fahrzeug (F) nach Maßgabe der Notbetriebs-Solltrajektorie (NST) zu führen, und wobei das Nebensteuergerät (NGS) weiterhin eingerichtet ist, einen Winkelfehler (a) zwischen einem ersten fahrzeugfesten Koordinatensystem ({x, y}), das vom Hauptsteuergerät (HSG) der Fahrzeugführung zugrunde gelegt wird, und einem zweiten fahrzeugfesten Koordinatensystem ({x', y'}), das vom Nebensteuergerät (NSG) der der Fahrzeugführung zugrunde gelegt wird, zu kompensieren.