DE102017124953B4

DE102017124953B4 - Verfahren zum Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102017124953B4
Application number: DE102017124953.2A
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: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2037-10-26
Also published as: DE102017124953A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs, wobei anhand eines vorgegebenen Startorts, eines vorgegebenen Zielorts und mehrerer vorgegebener Zwischenzielorte mehrere Fahrrouten ermittelt werden, wobei für jede der ermittelten Fahrrouten anhand einer vorgegebenen Wunschankunftszeit an dem jeweiligen Zwischenzielort eine Geschwindigkeitstrajektorie bestimmt wird, aus den bestimmten Geschwindigkeitstrajektorien eine Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie gebildet wird und das Kraftfahrzeug die Fahrrouten auf Basis der gebildeten Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie selbsttätig befährt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs.
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. Dabei können zudem Zwischenzielorte vorgegeben sein, die durch das selbstfahrende Kraftfahrzeug auf dem Weg von dem Startort zu dem Zielort angefahren werden sollen. Zusätzlich werden weitere Erwartungen an selbstfahrende Kraftfahrzeuge gestellt, nämlich, dass sie möglichst effizient, möglichst verschleißarm, möglichst komfortabel oder möglichst agil fahren.
Ein möglichst pünktliches Ankommen an einem vorgegebenen Zielort und den vorgegebenen Zwischenzielorten sowie das gleichzeitige Berücksichtigen von Kriterien wie Effizienz, Verschleiß, Fahrkomfort oder Agilität 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 vorgegebenen Zwischenzielorten und einem vorgegebenen Zielort ermöglicht, wobei zumindest eine weitere Anforderung berücksichtigt wird.
Aus den Druckschriften DE 11 2015 000 924 T5 und WO 2015/ 074 724 A1 sind bereits Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogramm zum Berechnen und Anpassen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs für eine gewünschte Ankunftszeit an einem Ziel bekannt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird anhand des vorgegebenen Startorts, der vorgegebenen Zwischenzielorte und des vorgegebenen Zielorts zunächst für jeden durch einen Zwischenzielort begrenzten Abschnitt eine Fahrroute ermittelt. Die Ermittlung der Fahrrouten kann beispielsweise über ein Navigationssystem des Fahrzeugs oder über ein fahrzeugexternes Navigationssystem erfolgen. Für diese ermittelten Fahrrouten wird dann jeweils separat eine Fahrplanung durchgeführt, in welcher eine Geschwindigkeitstrajektorie für jede der ermittelten 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. Zudem wird zumindest ein weiterer Kennwert ermittelt und es wird anhand des Unpünktlichkeits-Kennwerts und des weiteren Kennwerts ein Kosten-Kennwert bestimmt, in welchen der Unpünktlichkeits-Kennwert und der weitere Kennwert jeweils mit einer Gewichtung eingeht. Dann wird diejenige Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorie ausgewählt, die den betragsmäßig geringsten Kosten-Kennwert aufweist. Zur Bildung der Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie wird die Fahrzeit der der einzelnen Fahrrouten ermittelt und detektiert, ob eine Zeitüberlappung vorliegt. Sofern eine Überlappung gegeben ist, wird bei der ersten Fahrroute die Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts erhöht und eine erneute Ermittlung einer Geschwindigkeitstrajektorie für diese Fahrroute durchgeführt. Hierdurch kann eine neu geplante Geschwindigkeitstrajektorie mit kürzerer Fahrzeit erhalten werden, so dass die Zeitüberlappung reduziert, bevorzugt vollständig behoben, wird. Auf Grundlage der Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie befährt das Kraftfahrzeug die Fahrroute selbsttätig. Somit kann erreicht werden, dass das Kraftfahrzeug möglichst zu der jeweiligen Wunschankunftszeit an dem Zielort und den Zwischenzielorten eintrifft, d.h. möglichst pünktlich ist, und gleichzeitig eine weitere Anforderung erfüllt, die durch den weiteren Kennwert berücksichtigt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Bildung der Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie zusätzlich:

- Erhöhung einer Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts bei der Bestimmung des Kosten-Kennwerts für die zweite Fahrroute und erneute Ermittlung einer Geschwindigkeitstrajektorie der zweiten Fahrroute. Durch die Erhöhung der Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts bei der Bestimmung des Kosten-Kennwerts für die zweite Fahrroute kann ermöglicht werden, dass sich die Fahrzeit für die zweite Fahrroute bei der erneuten Ermittlung der Geschwindigkeitstrajektorie verkürzt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die alleinige Verkürzung der Fahrzeit der ersten Fahrroute nicht ausreicht, um die detektierte Zeitüberlappung zu beheben.

Bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Bildung der Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie zusätzlich umfasst:

- Erhöhung einer Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts bei der Bestimmung des Kosten-Kennwerts für eine dritte, der zweiten Fahrroute unmittelbar nachfolgenden Fahrroute und erneute Ermittlung einer Geschwindigkeitstrajektorie der dritten Fahrroute.

Durch die Erhöhung der Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts bei der Bestimmung des Kosten-Kennwerts für die dritte Fahrroute kann ermöglicht werden, dass sich die Fahrzeit für die dritte Fahrroute bei der erneuten Ermittlung der Geschwindigkeitstrajektorie verkürzt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die alleinige Verkürzung der Fahrzeit der ersten und zweiten Fahrroute nicht ausreicht, um die detektierte Zeitüberlappung zu beheben. Besonders bevorzugt wird die Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts für weitere, nachfolgende Fahrrouten ebenfalls erhöht und die Geschwindigkeitstrajektorien dieser Fahrrouten ebenfalls neu ermittelt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Bildung der Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie zusätzlich umfasst:

- Detektion einer Zeitlücke zwischen beispielsweise einer vierten Fahrroute und beispielsweise einer fünften Fahrroute und Erzeugung beispielsweise einer sechsten Fahrroute zum Ausfüllen der detektierten Zeitlücke. Bevorzugt erfolgt die Erzeugung der sechsten Fahrroute in einem Navigationssystem des Fahrzeugs oder über ein fahrzeugexternes Navigationssystem. Die sechste Fahrroute kann als zusätzliche Fahrroute zwischen den Startort und dem Zielort aufgenommen werden, so dass für die sechste Fahrroute eine Geschwindigkeitstrajektorie ermittelt wird, die zur Bildung der Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie herangezogen wird. Die sechste Fahrroute kann einen Parkplatz umfassen, der von dem selbstfahrenden Kraftfahrzeug angefahren wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden zur Berechnung des Kosten-Kennwerts einer Geschwindigkeitstrajektorie jeweils Teil-Kosten-Kennwerte mehrerer Teil-Geschwindigkeitstrajektorien der Geschwindigkeitstrajektorie ermittelt und es wird eine Summe mehrerer Teil-Kosten-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 werden die Teil-Kosten-Kennwerte jeweils in Abhängigkeit von einem Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert und einem zumindest einen weiteren Teil-Kennwert ermittelt, wobei sich der Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert und der Teil-Kennwert auf die Teil-Geschwindigkeitstrajektorie beziehen.
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.
Bevorzugt wird der weitere Kennwert in Abhängigkeit von einer Längsbeschleunigung und/oder einer Querbeschleunigung und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Beschleunigung und/oder einer Abweichung von einer Maximal-Geschwindigkeit und/oder der Reifentemperatur ermittelt. Insofern kann der weitere Kennwert ein Maß für eine Effizienz, ein Leistungs- oder Komfortmerkmal, einen Verschleiß oder die Agilität sein.
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.
Erfindungsgemäß wird ein Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitter bestehend aus mehreren Gitterknoten erzeugt, 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 Kosten-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-Kosten-Kennwert ermittelt wird. Insofern werden für den Wegpunkt sämtliche Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien ermittelt und bewertet, die zu einem nachfolgenden Wegpunkt verlaufen können.
In diesem Zusammenhang hat es sich als voreilhaft herausgestellt, wenn zur Berechnung des Teil-Kosten-Kennwerts eine Fahrbewegung des Kraftfahrzeugs für die jeweilige Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorie simuliert wird. Im Rahmen der Simulation können beispielsweise folgende Werte und/oder Zustandsinformationen ermittelt werden: Zeitdauer für die Teil-Fahrroute, Motormoment, Motordrehzahl, gewählte Gangstufe, Gangstufenwechsel, Energieverbrauch, Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung, Rekuperations-Moment, Rekuperations-Leistung, Reibbrems-Moment, Reibbrems-Leistung, entladene Batterie-Energie, geladene Batterie-Energie, Batterie-entlade-leistung, Batterie-Lade-Leistung.
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-Kosten-Kennwerte ermittelt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird für alle in den Gitterknoten eines Wegpunkts eingehenden Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien ein Zwischen-Kosten-Kennwert berechnet. Dieser Zwischen-Kosten-Kennwert kann als Summe der vom Startpunkt der Fahrroute angelaufenen Teil-Kosten-Kennwerte ermittelt werden und bildet ein Maß für die vom Startpunkt der Fahrroute bis zum derzeitigen (Zwischen-)Wegpunkt aufgelaufenen Kosten. Bevorzugt erfolgt die Ermittlung des Zwischen-Kosten-Kennwerts ausgehend von dem Startpunkt der Fahrroute bis zum Zielpunkt der Fahrroute, wobei zur Berechnung der Zwischen-Kosten-Kennwerte in einem ersten Wegpunkt die Berechnungen der Zwischen-Kosten-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.
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 eine Aneinanderreihung mehrerer Fahrrouten in einer schematischen Darstellung.
2 zeigt einen zeitlichen Ablauf der Aneinanderreihung mehrerer Fahrrouten nach 1.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs.
4 zeigt eine Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie.
5 zeigt simulierte Verläufe von Motordrehmoment und Gangstufe.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines bespielhaften Verfahrensablaufs zur Bestimmung einer Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie.
7 zeigt mehrere Darstellungen zur Veranschaulichung einer Zeitlücke, einer Zeitüberlappung und der Behebung der Zeitüberlappung.
8 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrensablaufs zur Erzeugung eines Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitters.
9 zeigt ein Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitter.
10 und 11 zeigen Flussdiagramme eines bespielhaften Verfahrensablaufs zur Bestimmung einer Geschwindigkeitstrajektorie.
12 und 13 zeigen einen Ausschnitt eines Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitters zur Veranschaulichung der Abläufe bei der Erzeugung von Teil-Geschwindigkeits-Trajektorien.
14 zeigt einen Ausschnitt eines Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitters zur Veranschaulichung mit mehreren Kandidaten-Geschwindigkeits-Trajektorien.
15 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrensablaufs zum selbsttätigen Befahren der Fahrroute durch das Kraftfahrzeug.
16 zeigt ein Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitter für mehrere unmittelbar aufeinander folgende Fahrrouten.

In 1 ist schematisch ein Beispiel einer Aneinanderreihung 10 mehrerer Fahrrouten 14 dargestellt, wie sie von einem selbstfahrenden Kraftfahrzeug z.B. im Laufe eines Tages absolviert werden. Dabei ist ein Ort PD als Startort 11 und als Zielort 13 der Aneinanderreihung 10 vorgesehen. Ferner sind mehrere Zwischenzielorte 12 vorgegeben, so dass mehrere Fahrrouten 14 definiert sind, die von dem Startort 11 zu einem ersten Zwischenzielort 12, zwischen jeweils zwei Zwischenzielorten 12 und von einem letzten Zwischenzielort 12 zu dem Zielort 13 verlaufen.
Die Darstellung in 2 zeigt den zeitlichen Wunschablauf einzelner Fahrten F1-F7 des selbstfahrenden Kraftfahrzeugs von dem Startort 11 über die Zwischenzielorte 12 bis zu dem Zielort 13. Ein derartiger Wunschablauf mit einer Wunschstartzeit am Startort 11 und einer Wunschankunftszweit am Zielort 13 sowie Wunschankunftszeiten oder Wunschabfahrtszeiten an den Zwischenzielorten 12 kann als Vorgabe für den Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dienen.
In 3 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 sowie Zwischenzielorte und Wunschankunftszeiten oder Wunschabfahrtszeiten an den Zwischenzielorten vorgegeben. Zusätzlich kann zumindest eine weitere Anforderung angegeben werden, die Einfluss auf die anschließende Fahrplanung hat, beispielsweise ein Komfort-Kriterium, eine Agilitäts-Anforderung oder eine Verschleißanforderung. Bevorzugt wird der Anforderungsschritt 102 auf dem mobilen Kommunikationsgerät im Rahmen einer App durchgeführt. In einem Übertragungsschritt 103 werden der vorgegebene Zielort, die Wunschankunftszeit, Zwischenzielorte und Wunschankunftszeiten oder Wunschabfahrtszeiten sowie die zumindest eine weitere Anforderung an eine Planungseinrichtung des selbstfahrenden Kraftfahrzeugs oder eines von dem Kraftfahrzeug separat vorgesehenen Rechenzentrums übermittelt. In der Planungseinrichtung werden ausgehend von einem Startzustand 101 zunächst in einem Navigationsschritt 104 anhand eines vorgegebenen Startorts, des vorgegebenen Zielorts und der Zwischenzielorte separat jeweils eine Fahrroute für die einzelnen Fahrten F1-F6 ermittelt. Die Navigationsdaten der Fahrrouten 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 Unpünktlichkeits-Kennwert als Maß für eine Abweichung von einer vorgegebenen Wunschankunftszeit an dem Zielort oder Zwischenzielort definiert. Bevorzugt wird als Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert K1 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 ermittelt. Die Teil-Unpünktlichkeits-Kennwerte mehrerer Teile der ermittelten Fahrroute können dann zu dem Unpünktlichkeits-Kennwert summiert werden. Insofern kann der Unpünktlichkeits-Kennwert berechnet werden als $\int_{x_{s}}^{x_{s + 1}} K_{1} = (v_{m s \to s + 1} - v_{m - s o l l}) * \frac{(x_{s + 1} - x_{s})}{s} * f_{N 1} * f_{G 1}$
wobei K₁ 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. f_N1 ist ein Normalisierungsfaktor und f_g1 ein Gewichtungsfaktor.
Ferner wird zumindest ein weiterer Kennwert definiert, insbesondere in Abhängigkeit von einer Längsbeschleunigung und/oder einer Querbeschleunigung und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Beschleunigung und/oder einer Abweichung von einer Maximal-Geschwindigkeit und/oder der Reifentemperatur. Insofern kann der weitere Kennwert ein Maß für eine Effizienz, ein Leistungs- oder Komfortmerkmal, einen Verschleiß oder die Agilität sein.
Als weitere Kennwerte kommen Kennwerte in Betracht, die nachfolgend erläutert werden. Diese können bei der Beauftragung durch das mobile Kommunikationsgerät durch den einen Mitfahrer vorgegeben werden. Bevorzugt sind solche weiteren Anforderungen in einem Profil, beispielsweise in einer App des mobilen Kommunikationsgeräts, hinterlegt.
Kriterium K2:
$\int_{x_{s}}^{x_{s + 1}} K_{2} = | a_{l ä n g s}^{P 2} | * \frac{d t}{t_{g e s}} * f_{N 2} * f_{G 2}$
K2 ist ein Kriterium, das vom Betrag einer absoluten Längsbeschleunigung a_längs abhängt. Die absolute Längsbeschleunigung ist proportional der Kräfte, mit denen Insassen beaufschlagt werden. Mit dem Parameter P2 kann eingestellt werden, wie „breitbandig“ bei ersten Erhöhungen der Beschleunigung oder wie „scharf“ dieser Faktor Einfluss nehmen soll. Als Streckenteil-Gewichtung ist mit dt/dt_ges der Zeitanteil des Teils der Fahrroute an der Gesamtfahrzeit definiert, da Beschleunigung über die Zeit empfunden wird.
Kriterium K3:
$\int_{x_{s}}^{x_{s + 1}} K_{3} = | a_{q u e r}^{P 3} | * \frac{d t}{t_{g e s}} * f_{N 3} * f_{G 3}$
Das Kriterium K3 ist analog zum Kriterium K2 definiert, wobei hier der Betrag der absoluten Querbeschleunigung a_quer betrachtet wird. Die Querbeschleunigung kann in Kurven relativ lang wirken und ist daher vergleichsweise relevant.
Kriterien K4 und K5:
$\begin{array}{l} \int_{x_{s}}^{x_{s + 1}} K_{4} = | a_{l ä n g s}^{P 4.1} * v^{P 4.2} | * \frac{d t}{t_{g e s}} * f_{N 4} * f_{G 4} \\ \int_{x_{s}}^{x_{s + 1}} K_{5} = | a_{q u e r}^{P 5.1} * v^{P 5.2} | * \frac{d t}{t_{g e s}} * f_{N 5} * f_{G 5} \end{array}$
Die Kriterien K4 und K5 spiegeln das menschliche subjektive Empfinden wider. Bei zunehmender Geschwindigkeit werden Beschleunigungen kritischer empfunden. Daher wird der Betrag des Produkts aus Beschleunigung a_längs, a_quer und Geschwindigkeit v betrachtet. Über die Parameter P4.1, P4.2, P5.1, P5.2 kann über die Potenzfunktion die „Schärfe“ und die Gewichtung von Beschleunigung und Geschwindigkeit eingestellt werden. K4 bezieht sich auf die Längsbeschleunigung al_ängs und K5 auf die Querbeschleunigung a_quer.
Kriterien K6 und K7:
$\begin{array}{l} \int_{x_{s}}^{x_{s + 1}} K_{6} = | d a_{l ä n g s}^{P 6.1} * v^{P 6.2} | * \frac{(x_{s + 1} - x_{s})}{S} * f_{N 6} * f_{G 6} \\ \int_{x_{s}}^{x_{s + 1}} K_{7} = | d a_{q u e r}^{P 7.1} * v^{P 7.2} | * \frac{(x_{s + 1} - x_{s})}{S} * f_{N 7} * f_{G 7} \end{array}$
Diese Kriterien stellen die Bewertung des Betrags der absoluten Beschleunigungsänderung da_längs, da_quer als Produkt mit der Geschwindigkeit v dar. Soll keine Geschwindigkeitsabhängigkeit bestehen, kann dies erreicht werden, indem der Parameter P6.2, P7.2, der als Potenz eingeht, auf Null gesetzt wird. K6 bezieht sich auf die Längsbeschleunigung al_ängs und K7 auf die Querbeschleunigung a_quer.
Kriterien K8 und K9:
$\begin{array}{l} \int_{x_{s}}^{x_{s + 1}} K_{8} = |^{d a_{l ä n g s}^{P 8.1}} /_{d t_{e v e n t}} * v^{P 8.2} | * \frac{(x_{s + 1} - x_{s})}{s} * f_{N 8} * f_{G 8} \\ \int_{x_{s}}^{x_{s + 1}} K_{9} = |^{d a_{_{q u e r}}^{P 9.1}} /_{d t_{e v e n t}} * v^{P 9.2} | * \frac{(x_{s + 1} - x_{s})}{s} * f_{N 9} * f_{G 9} \end{array}$
Kriterien K8 und K9 betrachten den Betrag des höchsten Beschleunigungsgradienten da_längs/dt_event, da_quer/dt_event innerhalb des jeweiligen Teils der Fahrroute. Dabei wird wie bei den Kriterien K4-K7 in Abhängigkeit von der Geschwidigkeit v bewertet. K8 bezieht sich auf die Längsbeschleunigung da_längs und K9 auf die Querbeschleunigung da_quer.
Kriterium K10:
$\int_{x_{s}}^{x_{s + 1}} K_{10} = | {(v_{G o} - v)}^{P 10} | * \frac{(x_{s + 1} - x_{s})}{s} * f_{N 10} * f_{G 10}$
Dieses Kriterium bewertet die Agilität. Dabei wird die Abweichung der Geschwindigkeit v von einem Maximal-Geschwindigkeitsverlauf 401, vgl. 9 und 16, bewertet. Je besser die Geschwindigkeit v dem Maximal-Geschwindigkeitsverlauf 401 folgt desto agiler ist die Fahrt. Große Abweichungen stellen eine wenig agile Fahrt dar. Über den Parameter P10>1 können einzelne größere Abweichungen überproportional bewertet werden.
Kriterium K12:
$\int_{x_{s}}^{x_{s + 1}} K_{12} = | v^{P 12.1} [| f_{m} a_{l ängs}^{P 12.2} | + | f_{m} a_{q u e r}^{P 12.3} | + | f_{w 0} + f_{w 1} v + f_{w 2} v^{2} |] T_{R e i f e n}^{P 12.4} | \frac{(x_{s + 1} - x_{s})}{S} f_{N 12} f_{G 12}$
Das Kriterium K12 ermöglicht die Bewertung des Reifenverschleißes. Dazu wird ein Produkt gebildet aus der Geschwindigkeit v, der Summe der Beträge der Beschleunigungen a_längs, a_quer multipliziert mit einem Fahrzeugmassefaktor f_m, einem Polynom zweiter Ordnung der Geschwindigkeit v mit Fahrwiderstandsfaktoren f_w0, f_w1, f_w2 und der Reifentemperatur Treifen.
In dem Initialisierungsschritt 106 können die Gewichtungsfaktoren der Kriterien für verschiedene Fahrrouten unterschiedlich gewählt werden. Hierdurch können beispielsweise Fahrten, bei denen Insassen in dem selbstfahrenden Kraftfahrzeug anwesend sind unter anderen Randbedingungen geplant werden als Fahrten, bei denen das selbstfahrend Kraftfahrzeug ohne Insassen unterwegs ist.
In einem Fahrplanungsschritt 107, der in einer Fahrplanungseinrichtung durchgeführt wird, wird dann eine Geschwindigkeitstrajektorie für die in dem Navigationsschritt 104 ermittelten Fahrrouten 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 oder Zwischenzielort ist,
- Berechnung zumindest eines weiteres Kennwerts wobei der weitere Kennwert insbesondere ein Maß für eine Effizienz, ein Leistungs- oder Komfortmerkmal, einen Verschleiß oder die Agilität ist,
- Bestimmung eines Kosten-Kennwerts in Abhängigkeit von dem Unpünktlichkeits-Kennwert und dem zumindest einen weiteren Kennwert, und
- Auswahl derjenigen Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorie mit dem betragsmäßig geringsten Kosten-Kennwert,
- Detektion einer Zeitüberlappung einer ersten Fahrroute mit einer zweiten, der ersten Fahrroute unmittelbar nachfolgenden Fahrroute,
- Erhöhung einer Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts bei der Bestimmung des Kosten-Kennwerts für die erste Fahrroute und erneute Ermittlung einer Geschwindigkeitstrajektorie der ersten Fahrroute.

Anhand der ausgewählten Kandidaten- Geschwindigkeitstrajektorie wird in einem Überprüfungsschritt 108 geprüft, ob die Wunschankunftszeit erreichbar ist. An den Nutzer, insbesondere das mobile Kommunikationsgerät, wird von der Planungseinrichtung in einem Sendeschritt 109 eine Bestätigung an den Nutzer, insbesondere an das mobiles Kommunikationsgerät, gesendet, so dass die Bestätigung in Schritt 110, ggf. zusammen mit weiteren Informationen, wie beispielsweise der Fahrroute und der ermittelten Geschwindigkeitstrajektorie sowie dem Planungsergebnis der weiteren Anforderung, angezeigt werden kann. Falls die Wunschankunftszeit nicht erreichbar ist, wird von der Planungseinrichtung in einem Sendeschritt 111 eine Nachricht an den Nutzer, insbesondere an das mobile Kommunikationsgerät, gesendet. In einem ersten Anpassungsschritt 112 werden Randbedingungen für die Fahrplanung und/oder die weiteren Anforderungen angepasst. In einem zweiten Anpassungsschritt 117 werden ein neuer Zielort und eine neue Wunschankunftszeit und ggf. neue Zwischenzielorte sowie Wunschankunfts- oder Wunschabfahrtszeiten an den Zwischenzielorten vorgegeben. Diese werden in dem Übertragungsschritt 118 an die Planungseinrichtung übertragen, so dass der zuvor geschilderte Ablauf erneut durchgeführt werden kann.
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 4 ist eine beispielhafte ermittelte Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie 200 gezeigt, welche den planmäßigen Verlauf der Geschwindigkeit V in Fahrtrichtung des selbstfahrenden Kraftfahrzeugs über die gesamte Fahrroute beschreibt.
Die 5 zeigt Verläufe 201, 202 von Motordrehmoment M und Gangstufe G, wie sie bei der Durchführung der Fahrplanung simuliert werden.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines bespielhaften Verfahrensablaufs zur Bestimmung einer Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie. Hierbei wird die Fahrzeit der einzelnen Fahrrouten anhand der ermittelten Geschwindigkeitstrajektorien bestimmt, eine Zeitüberlappung einer ersten Fahrroute mit einer zweiten, der ersten Fahrroute unmittelbar nachfolgenden Fahrroute, detektiert und die Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts bei der Bestimmung des Kosten-Kennwerts für die erste Fahrroute erhöht und die Geschwindigkeitstrajektorie der ersten Fahrroute erneut ermittelt.
Ausgehend von einem Start-Zustand 601 wird in einem Initialisierungsschritt 602 die erste Fahrroute ausgewählt. Falls für die ausgewählte Fahrroute noch keine Geschwindigkeitstrajektorie vorliegt oder diese Fahrroute zur erneuten Berechnung der Geschwindigkeitstrajektorie vorgesehen ist, wird in einem Fahrplanungsschritt 603 eine Geschwindigkeitstrajektorie für die ausgewählte Fahrroute ermittelt. Auf Einzelheiten zu dem Fahrplanungsschritt 603 wird nachfolgend noch im Zusammenhang mit den 10 und 11 eingegangen. Nach Ermittlung der jeweiligen Geschwindigkeitstrajektorie wird in einem Prüfungsschritt 604 geprüft, ob alle Fahrrouten bearbeitet wurden. Solange dies nicht der Fall ist, wird in einem Auswahlschritt 605 die jeweilige nächste Fahrroute ausgewählt und die Fahrplanung mit Schritt 603 fortgesetzt.
Dann folgt eine Prüfung auf Abweichungen von vorgegebenen Wunschankunfts- und Wunschabfahrtzeiten in den Zwischenzielorten und dem Zielort. Ausgehend von einem Zustand 606 wird in einem Initialisierungsschritt 607 die erste Fahrroute ausgewählt. In einem Prüfungsschritt 608 wird geprüft, ob ein Endzeitpunkt beim Befahren der ausgewählten Fahrroute mit einem Startzeitpunkt der unmittelbar nachfolgenden Fahrroute übereinstimmt, also ob die Fahrrouten kompatibel sind. Ist dies nicht der Fall, kann entweder eine Zeitlücke, vgl. 7a, oder eine Zeitüberlappung, vgl. 7b, bestehen. Das Vorliegen einer Zeitlücke wird in Prüfungsschritt 609 geprüft. Das Vorliegen einer Zeitüberlappung wird in Prüfungsschritt 611 geprüft. Werden die Prüfungsschritte 608, 609 und 611 alle verneint, so wird in einen Fehlerzustand 619 übergegangen.
Bei Detektion einer Zeitlücke wird in Schritt 610 eine zusätzliche Fahrt zum Ausfüllen der Zeitlücke generiert. Im Rahmen dieser Fahrt kann das Kraftfahrzeug beispielsweise einen Parkplatz aufsuchen und dort parken. Optional ist es möglich, dass die Parkzeit zum Aufladen eines Energiespeichers genutzt wird. Für die zusätzliche Fahrt kann ein Navigationssystem des Fahrzeugs oder ein fahrzeugexternes Navigationssystem eine zusätzliche Fahrroute erzeugen. Diese Fahrroute kann als zusätzliche Fahrroute zwischen den Startort und dem Zielort aufgenommen werden, so dass für diese Fahrroute eine Geschwindigkeitstrajektorie ermittelt wird, die zur Bildung der Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie herangezogen wird.
Bei Detektion einer Zeitüberlappung einer ersten Fahrroute mit einer zweiten, der ersten Fahrroute unmittelbar nachfolgenden Fahrroute, wird in ersten Anpassungsschritt 612 die Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts zur Bestimmung des Kosten-Kennwerts für die erste Fahrroute erhöht. Zudem wird die ausgewählte erste Fahrroute für eine erneute Ermittlung der Geschwindigkeitstrajektorie vorgemerkt. In einem zweiten Anpassungsschritt 613 wird die Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts zur Bestimmung des Kosten-Kennwerts für die zweite Fahrroute erhöht, welche der ersten unmittelbar nachfolgt. Zudem wird die zweite Fahrroute für eine erneute Ermittlung der Geschwindigkeitstrajektorie vorgemerkt. Optional kann die Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts bei der Bestimmung des Kosten-Kennwerts für eine dritte, der zweiten Fahrroute unmittelbar nachfolgenden Fahrroute erhöht und die dritte Fahrroute für eine erneute Ermittlung einer Geschwindigkeitstrajektorie vorgemerkt wird.
In einem Vormerkschritt 614 werden die in Prüfungsschritt 608 als kompatibel erkannte Übergänge zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Fahrrouten als kompatibel vorgemerkt.
In Prüfungsschritt 615 wird geprüft, ob alle Übergänge zwischen den Fahrrouten betrachtet worden sind. Ist dies nicht der Fall, so wird in Auswahlschritt 616 der nächste Übergang ausgewählt und die Prüfung in Prüfungsschritt 608 fortgesetzt.
Nachdem der letzte Übergang geprüft ist, wird in Prüfungsschritt 617 geprüft, ob alle Übergänge kompatibel sind, d.h. ob die Endzeitpunkte beim Befahren der Fahrrouten mit den Startzeitpunkten der jeweils unmittelbar nachfolgenden Fahrrouten übereinstimmen.
Ist dies nicht der Fall wird in den Schritt 602 übergegangen, um die vorgemerkten Fahrrouten in Fahrplanungsschritt 603 mit geänderter Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts neu berechnen zu können.
7a zeigt eine beispielhafte Zeitlücke 15 zwischen einer Fahrt F4 und einer Fahrt F5 an einem Zwischenzielort D. Eine solche Zeitlücke kann sich ergeben durch eine vorgegebene Wunschabfahrtszeit an Zwischenzielort C und eine möglichst frühzeitige Ankunft an Zwischenzielort D sowie eine vorgegebene Wunschabfahrtszeit an Zwischenzielort D zu einem späteren Zeitpunkt.
7b zeigt eine beispielhafte Zeitüberlappung 16 am Zwischenzielort D. Gemäß der Darstellung würde das Kraftfahrzeug von Fahrt F4 später am Zwischenzielort D ankommen als es für die Fahrt F5 von diesem Zwischenzielort losfahren müsste.
7c zeigt die Auflösung einer solchen Zeitüberlappung. Durch höhere Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts bei der Ermittlung der Geschwindigkeitstrajektorie kann eine Verkürzung der Fahrzeit für die Fahrt F4 mit noch vertretbarer Erfüllung der zumindest einen weiteren Anforderung (Komfort, Energie, Verschleiß, etc.) erreicht werden. Damit wird eine um die Zeitdifferenz T2 verkürzte Fahrzeit T1 erhalten. Jedoch wäre die Ankunft noch später als die ursprünglich erforderliche Wunschabfahrtzeit von Fahrt F5. Daher wird auch bei Fahrt F5 eine höhere Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts bei der Ermittlung der Geschwindigkeitstrajektorie vorgenommen. Fahrt F5 wird um die Zeit T3 später gestartet. Die Fahrt F5 wird auf eine Fahrzeit F4 verkürzt. Dies ergibt allerdings immer noch eine Verschiebung der Ankunft von Fahrt F5 um T5. Die Fahrt F6 wird ebenfalls mit erhöhter Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts neu berechnet, so dass sich für Fahrt F6 ebenfalls eine verkürzte Fahrzeit T6 ergibt. Auf diese Weise kann die Wunschankunftszeit in Zwischenzielort F erreicht werden.
Nachfolgend soll im Einzelnenn auf die Abläufe während des Fahrplanungsschritts 603 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 bestehend aus mehreren Gitterknoten erzeugt, wobei das Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitter für jeden Wegpunkt der Fahrroute mehrere Gitterknoten aufweist, die verschiedenen Geschwindigkeiten in dem Wegpunkt entsprechen. Die Darstellung in 8 zeigt einen beispielhaften Verfahrensablauf zur Erzeugung eines solchen Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitters. 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 9. 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 den 10 und 11 ist der gesamte Ablauf 500 der Fahrplanung dargestellt. Hierbei bezeichnen die Bezugszeichen FP-0, FP-1, FP-2, FP-3 und FP-4 Sprungmarken zwischen den beiden Figuren. Ausgehend von einem Start-Zustand 501 wird das Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitter 404 und das Geschwindigkeitsband 403 erzeugt. Diese Vorgänge sind in der Darstellung in 10 in dem Schritt 502 zusammengefasst. In dem nachfolgenden Initialisierungsschritt 503 wird ein Start-Gitterknoten 405 des Startorts (allgemein x_s) sowie ein Gitterknoten 405 eines nachfolgenden Wegpunkts (allgemein x_s+1) definiert. In dem Start-Gitterknoten 405 ist die Geschwindigkeit Null.
In einer nachfolgenden Schleife mit den Schritten 504, 504.1, 505.1, 505.2, 506 und 507 werden alle Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien von dem Gitterknoten 405 bei x_s zu allen Gitterknoten 405 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. Dabei werden in beispielsweise die Zeitdauer, der Energieverbrauch, das Motormoment, die Motordrehzahl, die gewählte Gangstufe, etwaige Gangwechsel, der Energieverbrauch, die Längs- und Querbeschleunigung, das Rekuperations-Moment, die Rekuperations-Leistung, das Reibbrems-Moment, die Reibbrems-Leistung, die entladene Batterie-Energie, die geladene Batterie-Energie, die Batterie-Entlade-leistung, die Batterie-Ladeleistung, etc. berechnet. Diese simulierten Werte werden für die Berechnung der Teil-Kosten-Kennwerte benötigt und in einem Speicherschritt 504.1 zwischengespeichert. Dabei ist es ausreichend, lediglich, die simulierten Werte des aktuellen Gitterknoten-Paars x_s, x_s+1 zu speichern und die vorherigen Werte zu überschreiben.
In einem ersten Berechnungsschritt 505.1 wird für die entsprechende Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorie ein Teil-Unpünktlichkeits-Kennwert ermittelt. Ferner wird zumindest ein weiterer Teil-Kennwert anhand der simulierten Werte berechnet. 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 einem zweiten Berechnungsschritt 505.2 wird ein zumindest ein weiterer Zwischen-Kennwert gebildet, indem die bislang aufgelaufenen Teil-Kennwerte der jeweiligen Kandidaten-Trajektorie addiert werden. Der Zwischen-Unpünktlichkeits-Kennwert und der zumindest eine Zwischen-Kennwert stellen die aktuellen Kennwerte der gerade verlängerten Zwischen-Geschwindigkeitstrajektorie dar. Die Summe des Zwischen-Unpünktlichkeits-Kennwerts und des zumindest einen Zwischen-Kennwerts stellt den aktuellen Zwischen-Kosten-Kennwert dar. Dieser wird für die spätere Auswahl herangezogen. Um Speicherplatz und Rechenzeit zu sparen, kann pro Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorie nur ein Zwischen-Kosten-Kennwert ermittelt werden ohne etwaige Zwischenergebnisse zu speichern. Damit geht zwar die Information verloren, welche Anforderungen durch die jeweilige Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorie besser erfüllt werden. Allerdings ist es möglich, diese erst nach Berechnung der vollständigen Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien für die gesamte Fahrroute zu rekonstruieren. Um später die Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorien rekonstruieren zu können, müssen für jede Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorie pro Gitterknoten der jeweilige Wegpunkt, die Geschwindigkeit und ggf. die gewählte Gangstufe gespeichert werden.
In 12 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, 504.1, 505.1, 505.2, 506 und 507 die möglichen Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien zu Gitterknoten 405 mit erniedrigten Geschwindigkeitswerten ermittelt. Die erfolgt analog zu der vorstehend beschriebenen Verlängerung der Geschwindigkeitstrajektorien zu höheren Geschwindigkeitswerten. Beim Erreichen des Minimal-Geschwindigkeitsverlaufs 402 wird gestoppt. Wie in 12 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 11 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 13 dargestellt.
Im Prüfungsschritt 509 wird geprüft, ob alle möglichen Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien in dem Geschwindigkeitsband 403 erstellt sind. Für jede Zwischen-Geschwindigkeitstrajektorie wird in einem Berechnungsschritt 510.1 ein Zwischen-Kosten-Kennwert unter Berücksichtigung der Normalisierungsfaktoren und Gewichtungsfaktoren berechnet. Der Zwischen-Kosten-Kennwert ergibt sich zu: $K_{G} = \sum_{i=1}^{imax} K_{i}$
Damit sind die bisherigen, an einem Gitterknoten bei x_s endenden Zwischen-Geschwindigkeitstrajektorien nicht mehr erforderlich und können gelöscht werden, vgl. Löschschritt 510.2. An einem Gitterknoten bei x_s+1 können dann keine, eine oder mehrere Geschwindigkeitstrajektorien enden. Wenn mehrere Zwischen-Geschwindigkeitstrajektorien an einem Gitterknoten bei x_s+1 enden, wird nur diejenige Geschwindigkeitstrajektorie weitergeführt, die den geringsten Kosten-Kennwert besitzt. Alle anderen Geschwindigkeitstrajektorien dieses Gitterknotens werden gelöscht. Dieser Zustand ist in 14 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 Kosten-Kennwert hat. In einem weiteren Prüfungsschritt 515 wird geprüft, ob die Geschwindigkeitstrajektorie 200 ausreichend ist, die gestellten Anforderungen an die Pünktlichkeit und die zumindest eine weitere Anforderung zu erfüllen. Ist dies der Fall, wird in einem Rekonstruktionsschritt 516 die ausgewählte Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorie rekonstruiert und es werden Verläufe des Motormoments und/oder des Rekuperationsmoments und/oder des Reibbrems-Drucks und/oder der Gangstufe und/oder des Kupplungs-Modus erstellt. Aufgrund dieser Geschwindigkeitstrajektorie 200 in der zusätzlichen Verläufe e erfolgt dann die selbsttätige Fahrt des Kraftfahrzeugs.
Wurde die ausgewählte Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorie nicht als ausreichend erachtet, um alle Vorgaben zu erreichen, so erfolgt in dem Anpassungsschritt 517 eine Anpassung der Gewichtungsfaktoren der einzelnen Kriterien. Anschließend wird der Prozess der Fahrplanung ausgehend von Schritt 502 neu gestartet.
15 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrensablaufs zum selbsttätigen Befahren der aneinandergereihten Fahrrouten 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 bzw. den Zwischenzielorten 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 Fahrrouten 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 Zielorts 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 Fahrrouten erforderlich ist. Ist dies der Fall, so erfolgt eine Aktualisierung der Fahrrouten 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.
16 zeigt ein Wegpunkt-Geschwindigkeits-Gitter 404 für mehrere unmittelbar aufeinander folgende Fahrrouten, mit einem Maximal-Geschwindigkeitsverlauf 401 und einem Minimal-Geschwindigkeitsverlauf 402 sowie den Zwischenzielorten mit den Bezeichnungen PD, A, B, C, D, E und F.
Gemäß einer Abwandlung des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird bei der Vorgabe der Wunschankunftszeit am Zielort eine Zeitreserve berücksichtigt. Beispielsweise kann bei der Ermittlung der Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie eine modifizierte Wunschankunftszeit am Zielort vorgegeben werden, die sich aus der tatsächlichen Wunschankunftszeit abzüglich der Zeitreserve ergibt. Die Zeitreserve kann beispielsweise 10 Minuten betragen. Besonders bevorzugt wird die Geschwindigkeitstrajektorie während der Fahrt aktualisiert, in dem die Zeitreserve über die Fahrroute(n) betrachtet schrittweise oder kontinuierlich abgebaut wird.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines selbstfahrenden Kraftfahrzeugs, wobei anhand eines vorgegebenen Startorts, eines vorgegebenen Zielorts und mehrerer vorgegebener Zwischenzielorte mehrere Fahrrouten ermittelt werden, wobei für jede der ermittelten Fahrrouten anhand einer vorgegebenen Wunschankunftszeit an dem jeweiligen Zwischenzielort eine Geschwindigkeitstrajektorie bestimmt wird, aus den bestimmten Geschwindigkeitstrajektorien eine Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie gebildet wird und das Kraftfahrzeug die Fahrrouten auf Basis der gebildeten Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie selbsttätig befährt, wobei die Bestimmung der einzelnen Geschwindigkeitstrajektorien (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 oder Zwischenzielort ist, - Berechnung zumindest eines weiteren Kennwerts, wobei der weitere Kennwert insbesondere ein Maß für eine Effizienz, ein Leistungs- oder Komfortmerkmal, einen Verschleiß oder die Agilität ist, - Bestimmung eines Kosten-Kennwerts in Abhängigkeit von dem Unpünktlichkeits-Kennwert und dem zumindest einen weiteren Kennwert, und - Auswahl derjenigen Kandidaten-Geschwindigkeitstrajektorie mit dem betragsmäßig geringsten Kosten-Kennwert; wobei die Bildung der Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: - Detektion einer Zeitüberlappung einer ersten Fahrroute mit einer zweiten, der ersten Fahrroute unmittelbar nachfolgenden Fahrroute, - Erhöhung einer Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts bei der Bestimmung des Kosten-Kennwerts für die erste Fahrroute und erneute Ermittlung einer Geschwindigkeitstrajektorie der ersten Fahrroute, dadurch gekennzeichnet, dass 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 1, wobei die Bildung der Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie zusätzlich umfasst: - Erhöhung einer Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts bei der Bestimmung des Kosten-Kennwerts für die zweite Fahrroute und erneute Ermittlung einer Geschwindigkeitstrajektorie der zweiten Fahrroute.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Bildung der Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie zusätzlich umfasst: - Erhöhung einer Gewichtung des Unpünktlichkeits-Kennwerts bei der Bestimmung des Kosten-Kennwerts für eine dritte, der zweiten Fahrroute unmittelbar nachfolgenden Fahrroute und erneute Ermittlung einer Geschwindigkeitstrajektorie der dritten Fahrroute.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildung der Gesamt-Geschwindigkeitstrajektorie zusätzlich umfasst: - Detektion einer Zeitlücke zwischen einer vierten Fahrroute und einer fünften Fahrroute und Erzeugung einer sechsten Fahrroute zum Ausfüllen der detektierten Zeitlücke.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei zur Berechnung des Kosten-Kennwerts einer Geschwindigkeitstrajektorie jeweils Teil-Kosten-Kennwerte mehrerer Teil-Geschwindigkeitstrajektorien der Geschwindigkeitstrajektorie ermittelt werden und eine Summe mehrerer Teil-Kosten-Kennwerte gebildet wird.
Verfahren nach eine der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung des Kosten-Kennwerts in Abhängigkeit von dem Unpünktlichkeits-Kennwert, dem zumindest einen weiteren Kennwert, jeweils eines Normalisierungsfaktors für den Unpünktlichkeits-Kennwert und jeden weiteren Kennwert und eines Gewichtungsfaktors für den Unpünktlichkeits-Kennwert und jeden weiteren Kennwert erfolgt.
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 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-Kosten-Kennwert ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei zur Berechnung des Teil-Kosten-Kennwerts eine Fahrbewegung des Kraftfahrzeugs für die jeweilige Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorie simuliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei der Berechnungsschritt für alle Wegpunkte (x_s, x_s+1) der Fahrroute durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei für alle in den Gitterknoten eines Wegpunkts (x_s, x_s+1) eingehenden Kandidaten-Teil-Geschwindigkeitstrajektorien ein Zwischen-Kosten-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 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.