DE102017124951A1

DE102017124951A1 - Verfahren zum Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs und selbstfahrendes Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017124951A1
Application number: DE102017124951.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Roth
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2019-04-25
Also published as: US20190121363A1; CN109709949A; US10754345B2; CN109709949B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs, wobei anhand eines vorgegebenen Startorts und eines vorgegebenen Zielorts eine Fahrroute ermittelt wird, wobei eine Geschwindigkeitstrajektorie für die ermittelte Fahrroute bestimmt wird und das Kraftfahrzeug die Fahrroute auf Basis der bestimmten Geschwindigkeitstrajektorie selbsttätig befährt, wobei die Bestimmung der Geschwindigkeitstrajektorie die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst:
- Ermittlung mehrerer Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien für die ermittelte Fahrroute,
- Berechnung eines Unpünktlichkeits-Kennwerts für jede der ermittelten Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien, wobei der Unpünktlichkeits-Kennwert ein Maß für eine Abweichung von einer vorgegebenen Wunschankunftszeit an dem Zielort ist, und
- Auswahl derjenigen Kandidaten- Geschwindigkeitstrajektorie mit dem betragsmäßig geringsten Unpünktlichkeits-Kennwert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein selbstfahrendes Kraftfahrzeug.
Als selbstfahrende oder autonome Kraftfahrzeuge werden solche Autos oder andere Kraftfahrzeuge verstanden, die ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers am Straßenverkehr teilnehmen können, d.h. ohne menschliche Eingriffe fahren, steuern und einparken können.
Von derartigen selbstfahrenden Fahrzeugen wird erwartet, dass sie zu einem vorgegebenen Startzeitpunkt von einem Startort abfahren und einen vorgegebenen Zielort nach einer vorgegebenen Fahrzeit erreichen. Das bedeutet, dass der Zielort nicht so schnell wie möglich, sondern möglichst pünktlich erreicht werden soll.
Ein möglichst pünktliches Ankommen an einem vorgegebenen Zielort ist nicht mit den Fahrstrategien bekannter Fahrerassistenzsysteme, wie beispielsweise Adaptive Cruise Control (ACC), erreichbar.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs anzugeben, welches ein möglichst pünktliches Ankommen an einem vorgegebenen Zielort ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs, wobei anhand eines vorgegebenen Startorts und eines vorgegebenen Zielorts eine Fahrroute ermittelt wird, wobei eine Geschwindigkeitstrajektorie für die ermittelte Fahrroute bestimmt wird und das Kraftfahrzeug die Fahrroute auf Basis der bestimmten Geschwindigkeitstrajektorie selbsttätig befährt, wobei die Bestimmung der Geschwindigkeitstrajektorie die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst:

- Ermittlung mehrerer Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien für die ermittelte Fahrroute,
- Berechnung eines Unpünktlichkeits-Kennwerts für jede der ermittelten Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien, wobei der Unpünktlichkeits-Kennwert ein Maß für eine Abweichung von einer vorgegebenen Wunschankunftszeit an dem Zielort ist, und
- Auswahl derjenigen Kandidaten- Geschwindigkeitstrajektorie mit dem betragsmäßig geringsten Unpünktlichkeits-Kennwert.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird anhand eines vorgegebenen Startorts und eines vorgegebenen Zielorts zunächst eine Fahrroute ermittelt. Die Ermittlung der Fahrroute kann beispielsweise über ein Navigationssystem des Fahrzeugs oder über ein fahrzeugexternes Navigationssystem erfolgen. Für diese ermittelte Fahrroute wird dann eine Fahrplanung durchgeführt, in welcher eine Geschwindigkeitstrajektorie für die ermittelte Fahrroute bestimmt wird, d.h. eine Geschwindigkeitsvorgabe für eine Geschwindigkeitsregelung des selbstfahrenden Kraftfahrzeugs. Zur Bestimmung der Geschwindigkeitstrajektorie werden mehrere Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien für die ermittelte Fahrroute ermittelt. Die Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien stellen alternative Geschwindigkeitstrajektorien für dieselbe Fahrstrecke dar. Für die ermittelten Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien wird dann jeweils ein Unpünktlichkeits-Kennwert ermittelt. Dieser ist ein Maß für eine Abweichung von einer vorgegebenen Wunschankunftszeit an dem Zielort. Dann wird diejenige Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorie ausgewählt, die den betragsmäßig geringsten Unpünktlichkeits-Kennwert aufweist. Auf Grundlage dieser Geschwindigkeitstrajektorie befährt das Kraftfahrzeug die Fahrroute selbsttätig. Somit kann erreicht werden, dass das Kraftfahrzeug möglichst zu der Wunschankunftszeit an dem Zielort eintrifft, d.h. möglichst pünktlich ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden zur Berechnung des Unpünktlichkeits-Kennwerts einer Geschwindigkeitstrajektorie jeweils Teil-Unpünktlichkeits-Kennwerte mehrerer Teil-Geschwindigkeitstrajektorien der Geschwindigkeitstrajektorie ermittelt und es wird eine Summe mehrerer Teil-Unpünktlichkeits-Kennwerte gebildet. Die Teil-Geschwindigkeitstrajektorien beschreiben jeweils einen Abschnitt der gesamten Geschwindigkeitstrajektorie, bevorzugt von einem ersten Wegpunkt der Fahrroute zu einem zweiten Wegpunkt der Fahrroute.
Bevorzugt ist es, wenn ein Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert in Abhängigkeit von einer Durchschnittsgeschwindigkeit eines Teils der ermittelten Fahrroute, einer Soll-Durchschnittsgeschwindigkeit, und einem Längenanteil des Teils der ermittelten Fahrroute an der gesamten Fahrroute berechnet wird. Besonders bevorzugt wird der Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert gemäß $K = (v_{m s \to s + 1} - v_{m - s o l l}) \frac{(x_{s + 1} - x_{s})}{s}$
ermittelt, wobei K der Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert, v_ms→s+1 die Durchschnittsgeschwindigkeit eines Teils der ermittelten Fahrroute, v_m-soll die Soll-Durchschnittsgeschwindigkeit, x_s+1-x_s die Länge des Teils der ermittelten Fahrroute und s die Länge der gesamten Fahrroute ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Maximal-Geschwindigkeitsverlauf und ein Minimal-Geschwindigkeitsverlauf über die ermittelte Fahrroute anhand von Streckendaten ermittelt, wobei nur solche Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien bei der Auswahl der Geschwindigkeitstrajektorie berücksichtigt werden, die vollständig innerhalb eines Geschwindigkeitsbands zwischen dem Maximal-Geschwindigkeitsverlauf und dem Minimal-Geschwindigkeitsverlauf verlaufen. Dabei können als Streckendaten insbesondere Maximal- und Minimalwerte der zulässigen Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung herangezogen werden. Für den Maximal-Geschwindigkeitsverlauf können alternativ oder zusätzlich Obergrenzen für eine Querbeschleunigung in Kurven in Verbindung mit Kurvenradien, Steigungen, Gefällen, Neigungen, Komfortkriterien und oder Fahrstilkriterien herangezogen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden bei der Auswahl der Geschwindigkeitstrajektorie nur solche Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien berücksichtigt, die ein vorgegebenes Komfort- und/oder Fahrstilkriterium erfüllen. Das Komfort- und/oder Fahrstilkriterium kann eine Maximal-Beschleunigung sein, so dass nur solche Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien berücksichtigt werden, die zu einer Beschleunigung unterhalb der vorgegebenen Maximal-Beschleunigung führen. Auf diese Weise kann die Rechenzeit und der erforderliche Speicherplatz reduziert werden.
Vorteilhaft ist es, wenn ein Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitter bestehend aus mehreren Gitterknoten erzeugt wird, wobei das Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitter für jeden Wegpunkt der Fahrroute mehrere Gitterknoten aufweist, die verschiedenen Geschwindigkeiten in dem Wegpunkt entsprechen. Auf Grundlage des Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitters können die Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien ermittelt werden und die Auswahl der derjenigen Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorie mit dem betragsmäßig geringsten Unpünktlichkeits-Kennwert erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden in einem Berechnungsschritt für mehrere Gitterknoten eines Wegpunkts jeweils mehrere Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien zu mehreren Gitterknoten eines nachfolgenden Wegpunkts der Fahrroute ermittelt, wobei für jede Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorie ein Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert ermittelt wird. Insofern werden für den Wegpunkt sämtliche Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien ermittelt und bewertet, die zu einem nachfolgenden Wegpunkt verlaufen können.
Bevorzugt ist es, wenn der Berechnungsschritt für alle Wegpunkte der Fahrroute durchgeführt wird, so dass für alle Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien zwischen den Gitterknoten der Wegpunkte der ermittelten Fahrroute entsprechende Teil-Unpünktlichkeits-Kennwerte ermittelt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird für alle in den Gitterknoten eines Wegpunkts eingehenden Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien ein Zwischen-Unpünktlichkeits-Kennwert berechnet. Dieser Zwischen-Unpünktlichkeits-Kennwert kann als Summe der vom Startpunkt der Fahrroute angelaufenen Teil-Unpünktlichkeits-Kennwerte ermittelt werden und bildet ein Maß für die vom Startpunkt der Fahrroute bis zum derzeitigen (Zwischen-)Wegpunkt aufgelaufene Unpünktlichkeit. Bevorzugt erfolgt die Ermittlung des Zwischen-Unpünktlichkeits-Kennwerts ausgehend von dem Startpunkt der Fahrroute bis zum Zielpunkt der Fahrroute, wobei zur Berechnung der Zwischen-Unpünktlichkeits-Kennwerte in einem ersten Wegpunkt die Berechnungen der Zwischen-Unpünktlichkeits-Kennwerte in dem jeweils vorhergehenden Wegpunkt herangezogen werden.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn zur Ermittlung des Teil-Unpünktlichkeits-Kennwerts die Soll-Durchschnittsgeschwindigkeit aus einem Durchschnittsgeschwindigkeitsverlauf abgeleitet wird, welcher durch eine Verschiebung des Maximal-Geschwindigkeitsverlaufs erzeugt wird. Dabei kann als Soll-Durchschnittsgeschwindigkeit v_m-soll der Wert des Durchschnittsgeschwindigkeitsverlaufs herangezogen werden, der im aktuellen Wegpunkt definiert ist. Dies bietet den Vorteil, dass sich von Anfang an eine Trajektorie analog des Durchschnittsgeschwindigkeitsverlaufs herausbildet und damit den realen Erfordernissen im Verkehr besser angepasst ist. Dieser Durchschnittsgeschwindigkeitsverlauf kann aber abweichen, um unzulässige Betriebszustände zu vermeiden (z. B. harte Komfort- oder Fahrstilkriterien) oder insbesondere nach Fahrtbeginn, wenn bereits Abweichungen vorhanden sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Bestimmung der Geschwindigkeitstrajektorie mittels einer in oder an dem selbstfahrenden Kraftfahrzeug angeordneten Planungseinrichtung. Gemäß einer alternativen, vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Bestimmung der Geschwindigkeitstrajektorie mittels einer von dem selbstfahrenden Kraftfahrzeug entfernt angeordneten Planungseinrichtung und die Geschwindigkeitstrajektorie wird zu dem Kraftfahrzeug übertragen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird geprüft, ob eine Änderung der Fahrroute und/oder der Geschwindigkeitstrajektorie erforderlich ist, und die Fahrroute und/oder Geschwindigkeitstrajektorie wird aktualisiert, während das Kraftfahrzeug die Fahrroute befährt. Zur Prüfung, ob eine Änderung der Fahrroute und/oder der Geschwindigkeitstrajektorie erforderlich ist, kann überwacht werden, ob sich Daten zum Verkehrsaufkommen und/oder zu den Wetterverhältnissen und/oder zu Hindernissen auf der Fahrstrecke verändert haben.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein selbstfahrendes Kraftfahrzeug mit einer Navigationseinrichtung zur Ermittlung einer Fahrroute anhand eines vorgegebenen Startorts und eines vorgegebenen Zielorts, mit einer Planungseinrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeitstrajektorie für die ermittelte Fahrroute und einer Stelleinrichtung zur Ansteuerung von Stellgliedern des Kraftfahrzeugs, so dass das das Kraftfahrzeug die Fahrroute auf Basis der bestimmten Geschwindigkeitstrajektorie selbsttätig befahren kann, wobei die Planungseinrichtung zur Durchführung der nachfolgenden Verfahrensschritte eingerichtet ist:

Bei dem selbstfahrenden Kraftfahrzeug können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben worden sind.
Ferner können bei dem selbstfahrenden Kraftfahrzeug auch die vorstehend hinsichtlich des Verfahrens beschriebenen vorteilhaften Merkmale und Ausgestaltungen allein oder in Kombination zur Anwendung kommen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.

1 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs.
2 zeigt eine Geschwindigkeitstrajektorie.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrensablaufs zur Erzeugung eines Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitters beinhaltet.
4 zeigt ein Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitter.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines bespielhaften Verfahrensablaufs zur Bestimmung einer Geschwindigkeitstrajektorie.
6 und 7 zeigen einen Ausschnitt eines Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitters zur Veranschaulichung der Abläufe bei der Erzeugung von Teil-Geschwindigkeits-Trajektorien.
8 zeigt einen Ausschnitt eines Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitters zur Veranschaulichung mit mehreren Kandidaten-Geschwindigkeits-Trajektorien.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrensablaufs zum selbsttätigen Befahren der Fahrroute durch das Kraftfahrzeug.

In 1 ist ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs gezeigt. In einem Anforderungsschritt 102 wird durch einen Nutzer, beispielsweise über ein mobiles Kommunikationsgerät, ein Zielort und eine Wunschankunftszeit vorgegeben. Bevorzugt wird der Anforderungsschritt 102 auf dem mobilen Kommunikationsgerät im Rahmen einer App durchgeführt. In einem Übertragungsschritt 103 werden der vorgegebene Zielort und die Wunschankunftszeit an eine Planungseinrichtung des selbstfahrenden Kraftfahrzeugs oder eines von dem Kraftfahrzeug separat vorgesehenen Rechenzentrums übermittelt. In der Planungseinrichtung wird ausgehend von einem Startzustand 101 zunächst in einem Navigationsschritt 104 anhand eines vorgegebenen Startorts und des vorgegebenen Zielorts eine Fahrroute ermittelt. Die Navigationsdaten der Fahrroute werden zwischengespeichert. Der Navigationsschritt 104 wird in einer Navigationseinrichtung der Planungseinrichtung durchgeführt. In einem nachfolgenden Speicherschritt 105 werden Streckendaten und/oder Daten zum Verkehrsaufkommen und/oder zu den Wetterverhältnissen und/oder zu Hindernissen auf der Fahrstrecke zwischengespeichert.
In einem Initialisierungsschritt 106 wird ein Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert als Maß für eine Abweichung von einer vorgegebenen Wunschankunftszeit an dem Zielort definiert. Bevorzugt wird als Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert K für einen vorgegebenen Teil der ermittelten Fahrroute die Abweichung von der Soll-Durchschnittsgeschwindigkeit v_msoll, die im Mittel erforderlich wäre, multipliziert mit dem Längenanteil (x_s+1-x_s)/s des Teils der ermittelten Fahrroute an der gesamten Fahrroute. Insofern kann der Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert berechnet werden als $K = (v_{m s \to s + 1} - v_{m - s o l l}) \frac{(x_{s + 1} - x_{s})}{s}$
wobei K der Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert, v_ms→s+1 die Durchschnittsgeschwindigkeit eines Teils der ermittelten Fahrroute, v_m-soll die Soll-Durchschnittsgeschwindigkeit, x_s+1-x_s die Länge des Teils der ermittelten Fahrroute und s die Länge der gesamten Fahrroute ist.
In einem Fahrplanungsschritt 107, der in einer Fahrplanungseinrichtung durchgeführt wird, wird dann eine Geschwindigkeitstrajektorie für die in dem Navigationsschritt 104 ermittelte Fahrroute bestimmt. Die Fahrplanungseinrichtung ist zur Durchführung der nachfolgenden Verfahrensschritte eingerichtet, auf welche noch im Detail eingegangen werden wird:

- Ermittlung mehrerer Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien für die ermittelte Fahrroute,
- Berechnung eines Unpünktlichkeits-Kennwerts für jede der ermittelten Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien, wobei der Unpünktlichkeits-Kennwert ein Maß für eine Abweichung von einer vorgegebenen Wunschankunftszeit an dem Zielort ist, und
- Auswahl derjenigen Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorie mit dem betragsmäßig geringsten Unpünktlichkeits-Kennwert.

Anhand der ausgewählten Kandidaten- Geschwindigkeitstrajektorie wird in einem Überprüfungsschritt 108 geprüft, ob die Wunschankunftszeit erreichbar ist. Ist dies der Fall, wo wird von der Planungseinrichtung in einem Sendeschritt 111 eine Bestätigung an den Nutzer, insbesondere an das mobiles Kommunikationsgerät, gesendet, so dass die Bestätigung in Schritt 112, ggf. zusammen mit weiteren Informationen, wie beispielsweise der Fahrroute und der ermittelten Geschwindigkeitstrajektorie, angezeigt werden kann. Falls die Wunschankunftszeit nicht erreichbar ist, wird von der Planungseinrichtung in einem Sendeschritt 109 eine Nachricht an den Nutzer, insbesondere an das mobile Kommunikationsgerät, gesendet. Eine erreichbare, zeitlich nach der Wunschankunftszeit liegende Alternativ-Ankunftszeit kann in dem mobilen Kommunikationsgerät, ggf. zusammen mit weiteren Informationen, wie beispielsweise der Fahrroute und der ermittelten Geschwindigkeitstrajektorie, angezeigt werden, vgl. Anzeigeschritt 110.
Wird das Verfahren 100 mittels einer Planungseinrichtung in einem externen Rechenzentrum durchgeführt, so werden die zum Fahren erforderlichen Daten 114, d.h. die ermittelte Geschwindigkeitstrajektorie und ggf. die Fahrroute, von dem externen Rechenzentrum an das selbstfahrende Kraftfahrzeug übermittelt, vgl. Übermittlungsschritt 115.
In dem Bereit-Zustand 113 ist das selbstfahrende Kraftfahrzeug abfahrtbereit. Es liegen sowohl Daten zur ermittelten Fahrroute als auch eine Geschwindigkeitstrajektorie vor, so dass das Kraftfahrzeug im Fahr-Schritt 116 die Fahrroute auf Basis der bestimmten Geschwindigkeitstrajektorie selbsttätig befahren kann.
In der 2 ist eine beispielhafte ermittelte Geschwindigkeitstrajektorie 200 gezeigt, welche den planmäßigen Verlauf der Geschwindigkeit V in Fahrtrichtung des selbstfahrenden Kraftfahrzeugs über die gesamte Fahrroute beschreibt.
Nachfolgend soll im Einzelnenn auf die Abläufe während des Fahrplanungsschritts 107 eingegangen werden, welcher die Ermittlung einer Geschwindigkeitstrajektorie 200 für die ausgewählte Fahrroute zum Ziel hat.
Zur Ermittlung der Geschwindigkeitstrajektorie wird zunächst ein Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitter 404 bestehend aus mehreren Gitterknoten 405 erzeugt, wobei das Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitter 404 für jeden Wegpunkt der Fahrroute mehrere Gitterknoten 405 aufweist, die verschiedenen Geschwindigkeiten in dem Wegpunkt entsprechen. Die Darstellung in 3 zeigt einen beispielhaften Verfahrensablauf zur Erzeugung eines solchen Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitters 404. Ausgehend von einem Start-Zustand 301 wird die ermittelte Fahrroute in einem ersten Diskretisierungsschritt 302 in mehrere Teile zerlegt, deren Start und Ende jeweils von Wegpunkten der Fahrroute definiert wird. Die Wegpunkte weisen bevorzugt einen identischen Abstand auf. Alternativ ist es möglich, dass die Abstände zwischen den Wegpunkten verschieden sind. In einem zweiten Diskretisierungsschritt 303 wird der Bereich möglicher Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs ebenfalls in Teile zerlegt und Geschwindigkeitspunkte erzeugt, die bevorzugt eine identische Geschwindigkeitsdifferenz aufweisen.
Schließlich werden in einem Banderzeugsschritt 304 ein Maximal-Geschwindigkeitsverlauf 401 und ein Minimal-Geschwindigkeitsverlauf 402 über die ermittelte Fahrroute anhand von Streckendaten ermittelt, vgl. die Darstellung in 4. Bevorzugt werden zur Ermittlung des Maximal-Geschwindigkeitsverlaufs 401 Maximalwerte der zulässigen Geschwindigkeit (gesetzliche Geschwindigkeitsbegrenzungen), Obergrenzen für Beschleunigungen und Verzögerungen, Obergrenzen für Querbeschleunigungen in Kurven in Verbindung mit den Streckendaten, Kurvenradien, Steigung, Gefällte, Neigung, etc.), Komfortkriterien, Fahrstilkriterien herangezogen. Zur Ermittlung des Minimal-Geschwindigkeitsverlaufs 402 werden bevorzugt Untergrenzen für Beschleunigungen, Verzögerungen, Konstantgeschwindigkeiten herangezogen. Das Geschwindigkeitsband 403 zwischen dem Maximal-Geschwindigkeitsverlauf 401 und dem Minimal-Geschwindigkeitsverlaufs 402 bilden die Grundlage für die Auswahl einer Geschwindigkeitstrajektorie. Es werden nachfolgend nur solche möglichen Geschwindigkeitstrajektorien, sogenannte Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien, betrachtet, die vollständig innerhalb des Geschwindigkeitsbands 403 zwischen dem Maximal-Geschwindigkeitsverlauf 401 und dem Minimal-Geschwindigkeitsverlauf 402 verlaufen. Optional kann die Soll-Durchschnittsgeschwindigkeit v_m-soll zur Ermittlung des Teil-Unpünktlichkeits-Kennwerts aus einem Durchschnittsgeschwindigkeitsverlauf 406 abgeleitet werden, welcher durch eine Verschiebung des Maximal-Geschwindigkeitsverlaufs 401 erzeugt wird.
In 5 ist der gesamte Ablauf 500 der Fahrplanung dargestellt. Ausgehend von einem Start-Zustand 501 wird das Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitter und das Geschwindigkeitsband 403 erzeugt. Diese Vorgänge sind in der Darstellung in 5 in dem Schritt 502 zusammengefasst. In dem nachfolgenden Initialisierungsschritt 503 wird ein Start-Gitterknoten des Startorts (allgemein x_s ) sowie ein Gitterknoten eines nachfolgenden Wegpunkts (allgemein x_s+1 ) definiert. In dem Start-Gitterknoten ist die Geschwindigkeit Null.
In einer nachfolgenden Schleife mit den Schritten 504, 505, 506 und 507 werden alle Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien von dem Gitterknoten bei x_s zu allen Gitterknoten bei x_s+1 gebildet, die innerhalb des Geschwindigkeitsbands 403 liegen. Diese Schleife umfasst einen Simulationsschritt 504, in welchem eine der jeweiligen Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorie entsprechende Bewegung des Kraftfahrzeugs von dem Wegpunkt x_s zu dem Wegpunkt x_s+1 simuliert wird. In einem Berechnungsschritt 505 wird für die entsprechende Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorie ein Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert ermittelt. Um einen Zwischen-Unpünktlichkeits-Kennwert zu bilden wird der Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert zu den bislang aufgelaufenen Teil-Unpünktlichkeits-Kennwerten der jeweiligen Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorie addiert.
In 6 sind mehrere Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien von dem Gitterknoten 405 bei x_s zu den Gitterknoten 405 bei x_s+1 gezeigt. Gemäß einem beispielhaften Ablauf startet die Variable n bei n=0. Sie speichert, wohin die Geschwindigkeitstrajektorie verlängert werden soll, insbesondere um wie viele Geschwindigkeitseinheiten ein Gitterknoten 405 bei xs+1 oberhalb der Ausgangsgeschwindigkeit bei x_s angepeilt wird. Dies wird für den Gitterknoten 405 bei x_s sooft wiederholt und dabei n um d_vGitter erhöht (Schritt 506), bis alle Möglichkeiten, die Geschwindigkeitstrajektorie mit höherer Geschwindigkeit zu verlängern und im Geschwindigkeitsband 403 zu bleiben, ausgeschöpft sind. Vor der Verlängerung wird geprüft, ob diese möglich ist, also insbesondere Komfortmindestanforderungen erfüllt werden. Ist dies nicht der Fall, wird die mögliche Verlängerung nicht genutzt und nicht gespeichert. Gleichzeitig werden in der Schleife mit den Schritten 504, 505, 506 und 507 die möglichen Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien zu Gitterknoten 405 mit erniedrigten Geschwindigkeitswerten ermittelt. Dies erfolgt analog zu der vorstehend beschriebenen Verlängerung der Geschwindigkeitstrajektorien zu höheren Geschwindigkeitswerten. Beim Erreichen des Minimal-Geschwindigkeitsverlaufs 402 wird gestoppt. Wie in 6 gezeigt, entsteht ausgehend von einem Gitterknoten 405 bei x_s somit eine Vielzahl von Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien bei x_s+1 mit allen möglichen Endgeschwindigkeiten. Im Prüfungsschritt 507 wird geprüft, ob alle möglichen Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien in dem Geschwindigkeitsband 403 ausgehend von dem Gitterknoten 405 bei x_s ermittelt und die entsprechenden Teil-Unpünktlichkeits-Kennwerte berechnet sind.
Durch eine in 5 dargestellte zweite Schleife 508, 509 mit der Variablen m, wird dafür gesorgt, dass zusätzlich auch Geschwindigkeitstrajektorien, die an anderen Gitterknoten 405 des Wegpunkts x_s enden, mit entsprechenden Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien verlängert werden. In einem Schritt 508 wird die Variable m um d_vGitter erhöht und/oder erniedrigt, so dass die Berechnung in den Schritten 504, 505, 506 auch für diese weiteren Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien erfolgen kann. Die zusätzlichen Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien eines weiteren Gitterknotens bei x_s sind in 7 dargestellt.
Im Prüfungsschritt 509 wird geprüft, ob alle möglichen Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien in dem Geschwindigkeitsband 403 erstellt sind. Damit sind die bisherigen, an einem Gitterknoten bei x_s endenden Zwischen-Geschwindigkeitstrajektorien nicht mehr erforderlich und können gelöscht werden, vgl. Löschschritt 510. An einem Gitterknoten bei xs+1 können dann keine, eine oder mehrere Geschwindigkeitstrajektorien enden. Wenn mehrere Geschwindigkeitstrajektorien an einem Gitterknoten bei x_s+1 enden, wird nur diejenige Geschwindigkeitstrajektorie weitergeführt, die den geringsten Unpünktlichkeits-Kennwert besitzt. Alle anderen Geschwindigkeitstrajektorien dieses Gitterknotens werden gelöscht. Dieser Zustand ist in 8 beispielhaft dargestellt.
Im Prüfungsschritt 511 wird geprüft, ob das Ende der vorgegebenen Fahrroute erreicht ist. Sofern dies nicht der Fall ist, wird der vorstehend beschriebene Ablauf für ein nächstes Paar von Wegpunkten der Fahrroute durchgeführt. Die Variable s wird um 1 erhöht, vgl. Schritt 512.
Diese drei verschachtelten Schleifen arbeiten solange, bis der Zielort der Fahrroute erreicht ist. In dem Auswahlschritt 513 wird dann unter den am Zielort ankommenden Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien diejenige als ermittelte Geschwindigkeitstrajektorie 200 ausgewählt, die den geringsten Unpünktlichkeits-Kennwert hat. Aufgrund dieser Geschwindigkeitstrajektorie 200 erfolgt dann die selbsttätige Fahrt des Kraftfahrzeugs.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrensablaufs zum selbsttätigen Befahren der Fahrroute durch das Kraftfahrzeug. Die dargestellte Fahrregelung bezieht sich ausschließlich auf die Längsregelung, d.h. die Einstellung einer Fahrgeschwindigkeit, mit dem Ziel möglichst pünktlich an dem Zielort anzukommen. Das Lenken wird hierbei nicht betrachtet.
Beim Fahren laufen mehrere Prozesse parallel ab. Ausgehend von einem Start-Zustand 901 erfolgt in einem Ansteuerschritt 904 die Ansteuerung der Stellglieder des Kraftfahrzeugs streckenpunktabhängig in Echtzeit auf Grundlage der ermittelten Geschwindigkeitstrajektorie 200. Der entsprechende Datensatz enthält je diskretem Wegpunkt der Fahrroute eine konkrete Soll-Geschwindigkeit. Die Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs wird auf die Soll-Geschwindigkeit eingeregelt. In einem Prüfungsschritt 905 wird geprüft, ob der Zielort erreicht ist. Bei Erreichen des Zielort endet der Prozess in End-Zustand 913. Andernfalls wird in Prüfungsschritt 906 geprüft, ob eine Änderung der Ansteuerung der Stellglieder erforderlich ist und der Ansteuerschritt 904 fortgesetzt.
Parallel dazu wird in einem Prüfungsschritt 902 kontinuierlich überprüft, ob eine NotfallSituation eingetreten ist. Ist eine solche Notfallsituation eingetreten, beispielsweise wenn plötzlich ein Hindernis erkannt wird und eine Notbremsung erforderlich ist, werden die Stellglieder nach einem Notfall-Algorithmus angesteuert, vgl. Notfallschritt 903.
Zudem wird parallel dazu in Prüfungsschritt 907 geprüft, ob eine Aktualisierung der Daten zur Strecke, zum Umfeld, zu den Wetter- und/oder Verkehrsverhältnissen erforderlich ist. Ist dies der Fall, erfolgt eine Aktualisierung in einem Aktualisierungsschritt 908. Ferner wird in einem Prüfungsschritt 909 geprüft, ob eine Neuberechnung der Fahrroute erforderlich ist. Ist dies der Fall, so erfolgt eine Aktualisierung der Fahrroute in Aktualisierungsschritt 910. In einem weiteren Prüfungsschritt 911 wird geprüft, ob eine Aktualisierung der ausgewählten Geschwindigkeitstrajektorie erforderlich ist, beispielsweise weil sich Daten zur Strecke geändert haben oder eine Aktualisierung der Fahrroute erfolgt ist. Ist dies der Fall, so wird in Aktualisierungsschritt eine erneute Ermittlung der Geschwindigkeitstrajektorie durchgeführt, siehe hierzu 5.
Gemäß einer Abwandlung des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird bei der Vorgabe der Wunschankunftszeit eine Zeitreserve berücksichtigt. Beispielsweise kann bei der Ermittlung der Geschwindigkeitstrajektorie eine modifizierte Wunschankunftszeit vorgegeben werden, die sich aus der tatsächlichen Wunschankunftszeit abzüglich der Zeitreserve ergibt. Die Zeitreserve kann beispielsweise 10 Minuten betragen oder 5% der Fahrzeit oder 10% der Fahrzeit. Besonders bevorzugt wird die Geschwindigkeitstrajektorie während der Fahrt aktualisiert, in dem die Zeitreserve über die Fahrroute betrachtet schrittweise oder kontinuierlich abgebaut wird.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs, wobei anhand eines vorgegebenen Startorts und eines vorgegebenen Zielorts eine Fahrroute ermittelt wird, wobei eine Geschwindigkeitstrajektorie (200) für die ermittelte Fahrroute bestimmt wird und das Kraftfahrzeug die Fahrroute auf Basis der bestimmten Geschwindigkeitstrajektorie (200) selbsttätig befährt, wobei die Bestimmung der Geschwindigkeitstrajektorie (200) die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: - Ermittlung mehrerer Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien für die ermittelte Fahrroute, - Berechnung eines Unpünktlichkeits-Kennwerts für jede der ermittelten Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien, wobei der Unpünktlichkeits-Kennwert ein Maß für eine Abweichung von einer vorgegebenen Wunschankunftszeit an dem Zielort ist, und - Auswahl derjenigen Kandidaten- Geschwindigkeitstrajektorie mit dem betragsmäßig geringsten Unpünktlichkeits-Kennwert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Berechnung des Unpünktlichkeits-Kennwerts einer Geschwindigkeitstrajektorie jeweils Teil-Unpünktlichkeits-Kennwerte mehrerer Teil-Geschwindigkeitstrajektorien der Geschwindigkeitstrajektorie ermittelt werden und eine Summe mehrerer Teil-Unpünktlichkeits-Kennwerte gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert in Abhängigkeit von einer Durchschnittsgeschwindigkeit eines Teils der ermittelten Fahrroute, einer Soll-Durchschnittsgeschwindigkeit, und einem Längenanteil des Teils der ermittelten Fahrroute an der gesamten Fahrroute berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Maximal-Geschwindigkeitsverlauf (401) und ein Minimal-Geschwindigkeitsverlauf (402) über die ermittelte Fahrroute anhand von Streckendaten ermittelt wird, insbesondere von Maximal- und Minimalwerten der zulässigen Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung, wobei nur solche Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien bei der Auswahl der Geschwindigkeitstrajektorie (200) berücksichtigt werden, die vollständig innerhalb eines Geschwindigkeitsbands (403) zwischen dem Maximal-Geschwindigkeitsverlauf (401) und dem Minimal-Geschwindigkeitsverlauf (402) verlaufen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitter (404) bestehend aus mehreren Gitterknoten (405) erzeugt wird, wobei das Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitter (404) für jeden Wegpunkt (x_s, x_s+1) der Fahrroute mehrere Gitterknoten (405) aufweist, die verschiedenen Geschwindigkeiten in dem Wegpunkt (x_s, x_s+1) entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei in einem Berechnungsschritt für mehrere Gitterknoten (405) eines Wegpunkts (x_s) jeweils mehrere Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien zu mehreren Gitterknoten (405) eines nachfolgenden Wegpunkts (x_s+1) der Fahrroute ermittelt werden, wobei für jede Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorie ein Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Berechnungsschritt für alle Wegpunkte (x_s, x_s+1) der Fahrroute durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei für alle in den Gitterknoten (405) eines Wegpunkts (x_s, x_s+1) eingehenden Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien ein Zwischen-Unpünktlichkeits-Kennwert berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung der Geschwindigkeitstrajektorie (200) mittels einer in oder an dem selbstfahrenden Kraftfahrzeug angeordneten Planungseinrichtung erfolgt, oder wobei die Bestimmung der Geschwindigkeitstrajektorie (200) mittels einer von dem selbstfahrenden Kraftfahrzeug entfernt angeordneten Planungseinrichtung erfolgt und die Geschwindigkeitstrajektorie (200) zu dem Kraftfahrzeug übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei geprüft wird, ob eine Änderung der Fahrroute und/oder der Geschwindigkeitstrajektorie (200) erforderlich ist, und die Fahrroute und/oder Geschwindigkeitstrajektorie (200) aktualisiert wird während das Kraftfahrzeug die Fahrroute befährt.
Selbstfahrendes Kraftfahrzeug mit einer Navigationseinrichtung zur Ermittlung einer Fahrroute anhand eines vorgegebenen Startorts und eines vorgegebenen Zielorts, mit einer Planungseinrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeitstrajektorie für die ermittelte Fahrroute und einer Stelleinrichtung zur Ansteuerung von Stellgliedern des Kraftfahrzeugs, so dass das das Kraftfahrzeug die Fahrroute auf Basis der bestimmten Geschwindigkeitstrajektorie (200) selbsttätig befahren kann, wobei die Planungseinrichtung zur Durchführung der nachfolgenden Verfahrensschritte eingerichtet ist: - Ermittlung mehrerer Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien für die ermittelte Fahrroute, - Berechnung eines Unpünktlichkeits-Kennwerts für jede der ermittelten Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien, wobei der Unpünktlichkeits-Kennwert ein Maß für eine Abweichung von einer vorgegebenen Wunschankunftszeit an dem Zielort ist, und - Auswahl derjenigen Kandidaten- Geschwindigkeitstrajektorie mit dem betragsmäßig geringsten Unpünktlichkeits-Kennwert.