DE102018132523A1

DE102018132523A1 - Verfahren sowie System zum Steuern eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018132523A1
Application number: DE102018132523.1A
Authority: DE
Inventors: Carlo Manna; Christian Wissing; Manuel Schmidt; Andreas Homann; Christian Lienke; Torsten Bertram
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2020-06-18
Also published as: US20220153308A1; CN113165669A; EP3898370A1; JP7295239B2; JP2022513929A; WO2020127010A1

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs (10), das auf einer Straße (12) in einer momentanen Fahrspur (14) fährt, wobei die Straße (12) wenigstens eine weitere Fahrspur (16) aufweist, wird vorgestellt. Zunächst werden freie Bereiche (B) und/oder belegte Bereiche (B) der Fahrspuren (14, 16) ermittelt, die durch andere Verkehrsteilnehmer (18, 20) belegt sind, wobei die freien Bereiche (B) und die belegten Bereiche (B) räumlich-zeitliche Bereiche sind. Basierend auf den ermittelten freien Bereichen (B) und/oder belegten Bereichen (B) werden Wechselbereiche, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren (14, 16) möglich ist, und/oder Spurhaltebereiche ermittelt, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren (14, 16) nicht möglich ist. Nun werden mögliche Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs (10) zumindest zwischen paarweise aneinander angrenzenden Wechselbereichen und/oder Spurhaltebereichen ermittelt. Ferner wird ein System (26) zum Steuern eines Kraftfahrzeugs (10) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, ein Steuergerät für ein System zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, ein System zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens sowie einen computerlesbaren Datenträger mit einem solchen Computerprogramm.
Eine der Hauptherausforderungen für Fahrassistenzsysteme, die eine Längsbewegung und eine Querbewegung eines Kraftfahrzeugs teilweise automatisiert steuern, und vor allem für vollständig automatisiert fahrende Kraftfahrzeuge besteht darin, eine konkrete Situation, in der sich das Kraftfahrzeug befindet, zu analysieren und basierend darauf entsprechende sinnvolle Fahrmanöver für das Kraftfahrzeug herzuleiten.
Die Komplexität der Berechnung der Fahrmanöver steigt im Allgemeinen mit der Zeitdauer der einzelnen Fahrmanöver an. Sollen verschiedene mögliche Fahrmanöver für einen längeren Zeitraum, beispielsweise länger als drei Sekunden, bestimmt werden oder handelt es sich um komplexe Fahrmanöver mit mehreren Spurwechseln, so sind bisher bekannte Verfahren nicht mehr in der Lage, diese in Echtzeit zu ermitteln.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie ein System zum Steuern eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, bei dem die Nachteile aus dem Stand der Technik verbessert sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, das auf einer Straße in einer momentanen Fahrspur fährt, wobei die Straße wenigstens eine weitere Fahrspur aufweist, die zur momentanen Fahrspur des Kraftfahrzeugs benachbart ist. Zunächst werden, zumindest in der momentanen Fahrspur des Kraftfahrzeugs und in der wenigstens einen weiteren Fahrspur, freie Bereiche und/oder belegte Bereiche ermittelt, die durch andere Verkehrsteilnehmer belegt sind, wobei die freien Bereiche und die belegten Bereiche räumlich-zeitliche Bereiche sind. Basierend auf den ermittelten freien Bereichen und/oder belegten Bereichen werden Wechselbereiche, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren möglich ist, und/oder Spurhaltebereiche ermittelt, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren nicht möglich ist, wobei die Wechselbereiche und die Spurhaltebereiche jeweils ein räumlich-zeitlicher Teilbereich der freien Bereiche sind. Nun werden mögliche Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs zumindest zwischen paarweise aneinander angrenzenden Wechselbereichen und/oder Spurhaltebereichen ermittelt.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Grundgedanken, die Straße auf ein Raum-Zeit-Diagramm abzubilden und die Straße in diesem Raum-Zeit-Diagramm in verschiedene Teilbereiche einzuteilen, nämlich in Teilbereiche, in denen ein Fahrspurwechsel möglich ist, und in Teilbereiche, in denen kein Fahrspurwechsel möglich ist. Zwischen diesen einzelnen Teilbereichen können dann mögliche Fahrmanöver sehr schnell und ressourcenschonend ermittelt werden, da immer nur ein kleiner Teilbereich der Straße betrachtet werden muss und nicht die gesamte Straßenverkehrssituation. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher möglich, verschiedene mögliche Fahrmanöver in Echtzeit zu ermitteln.
Insbesondere handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein computerimplementiertes Verfahren, das auf einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs und/oder auf einem Steuergerät eines übergeordneten Leitsystems ausgeführt wird, das zum Beispiel zumindest dem Abschnitt der Straße zugeordnet ist, in dem das Kraftfahrzeug gerade fährt, wobei das Kraftfahrzeug und das Leitsystem in signalübertragender Verbindung miteinander stehen und Signale miteinander austauschen können.
Die räumlich-zeitlichen Bereiche und die räumlich-zeitlichen Teilbereiche werden dabei jeweils durch wenigstens eine Ortskoordinate, insbesondere eine Längskoordinate in Straßenrichtung, und durch eine Zeitkoordinate beschrieben. Insbesondere wird eine Koordinate in Querrichtung zur Straße diskretisiert und ist pro Fahrspur auf einen bestimmten Wert festgelegt.
Unter einem Fahrmanöver ist dabei und im Folgenden wenigstens ein Übergang des Kraftfahrzeugs von einem räumlich-zeitlichen Teilbereich in einen anderen zu verstehen. Diese Übergänge können dabei natürlich nur in positiver Zeitrichtung erfolgen. Im Allgemeinen besteht ein Fahrmanöver aus mehreren, aneinandergereihten Übergängen zwischen einzelnen, aneinandergrenzenden räumlich-zeitlichen Teilbereichen.
Insbesondere umfassen die belegten Bereiche nicht nur solche Teilbereiche, die tatsächlich von einem anderen Verkehrsteilnehmer belegt sind, sondern auch zusätzlich einen einzuhaltenden Sicherheitsabstand vom betreffenden anderen Verkehrsteilnehmer, wobei der Sicherheitsabstand vorgegeben, voreingestellt und/oder vom Fahrer wählbar sein kann. Zusätzlich können die belegten Bereiche auch solche Teilbereiche umfassen, die aufgrund anderer Hindernisse, beispielsweise Baustellen oder ähnlichem, nicht befahrbar sind.
Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Wechselbereiche diejenigen Teilbereiche der freien Bereiche der momentanen Fahrspur und der wenigstens einen weiteren Fahrspur sind, in denen sowohl die momentane Fahrspur als auch die wenigstens eine weitere Fahrspur frei von anderen Verkehrsteilnehmern ist. Insbesondere sind die freien Bereiche auch frei von anderen Hindernissen, beispielsweise Baustellen oder ähnlichem, die ein Befahren verhindern würden. Bei den Wechselbereichen handelt es sich also um die Bereiche der momentanen Fahrspur und der wenigstens einen weiteren Fahrspur, in denen ein Spurwechsel möglich ist, da sowohl die momentane Fahrspur als auch die wenigstens eine weitere Fahrspur frei sind.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Spurhaltebereiche diejenigen Teilbereiche der freien Bereiche der momentanen Fahrspur und der wenigstens einen weiteren Fahrspur, in denen die jeweils andere der Fahrspuren belegt ist und/oder ein Fahrspurwechsel anderweitig nicht möglich ist. Anders ausgedrückt handelt es sich bei den Spurhaltebereichen also um diejenigen Teilbereiche, in denen ein Fahrspurwechsel nicht möglich ist, da sich auf der benachbarten Fahrspur ein anderer Verkehrsteilnehmer befindet, da die benachbarte Fahrspur anderweitig blockiert ist und/oder da auf dem entsprechenden Straßenabschnitt ein Überholverbot oder ein Spurwechselverbot besteht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zur Ermittlung der Wechselbereiche bestimmt, ob eine Spurwechselzone, die räumlich zwischen der momentanen Fahrspur und der wenigstens einen weiteren Fahrspur liegt, frei, durch andere Verkehrsteilnehmer belegt oder anderweitig unbefahrbar ist. Ein Übergang von der einen auf die andere Fahrspur erfolgt also über diese Spurwechselzone. Die Spurwechselzone ist dabei genau dann frei, wenn sowohl die momentane Fahrspur als auch die weitere Fahrspur frei ist. Folglich ist die Spurwechselzone genau dann belegt, wenn wenigstens eine der beiden Fahrspuren belegt ist. Durch die Spurwechselzone ist die Tatsache berücksichtigt, dass das Kraftfahrzeug und andere Verkehrsteilnehmer während eines Spurwechsels kurzzeitig beide Fahrspuren blockieren. Die Spurwechselzone ist zum Beispiel dann anderweitig unbefahrbar, wenn auf dem entsprechenden Straßenabschnitt ein Überholverbot oder ein Spurwechselverbot besteht und/oder wenn Hindernisse ein Befahren der Spurwechselzone verhindern.
Vorzugsweise wird jeweils wenigstens ein zur momentanen Fahrspur, wenigstens ein zur wenigstens einen weiteren Fahrspur und wenigstens ein den belegten Bereichen entsprechendes Raum-Zeit-Polygon bestimmt, wobei aus den bestimmten Polygonen zu den freien Bereichen der beiden Spuren entsprechende Raum-Zeit-Polygone mittels Polygonclipping ermittelt werden, insbesondere wobei diejenigen Polygone, die den belegten Bereichen entsprechen, jeweils aus den Polygonen entfernt werden, die einer der beiden Fahrspuren entsprechen, um die freien Bereiche zu ermitteln. Die Ermittlung der freien Bereiche wird also auf eine geometrische Operation reduziert, die sehr schnell und ressourcenschonend durchgeführt werden kann, wodurch Rechenzeit bei der Ermittlung der möglichen Fahrmanöver eingespart wird.
Insbesondere sind die jeweilige Fahrspur und die belegten Bereiche der einzelnen Spuren jeweils Polygone in einem (L,t)-Koordinatensystem, wobei L die momentane longitudinale Richtung der Straße und t die Zeit ist. Die freien Bereiche für Fahrspur Nummer i ergeben sich also, symbolisch ausgedrückt, durch die Operation P_Spur,i\ P_belegt,i , wobei P_Spur,i das Raum-Zeit Polygon ist, das der Fahrspur i entspricht und wobei P_belegt,i alle Raum-Zeit-Polygone umfasst, die belegte Bereiche in der Fahrspur Nummer i umschließen.
Weiter bevorzugt wird eine Schnittmenge der beiden Polygone gebildet, die den freien Bereichen in den beiden Fahrspuren entsprechen, um die Wechselbereiche und Spurhaltebereiche zu bestimmen, insbesondere um zu bestimmen, ob die Spurwechselzone frei ist. Anders ausgedrückt ergeben sich die freien Bereiche der Spurwechselzone also als Schnittmenge der Polygone, die den freien Bereichen in den einzelnen Fahrspuren entsprechen, also durch die Operation P_frei,i ∩ P_frei,j. Die Ermittlung der Wechselbereiche und der Spurhaltebereiche wird also auf eine geometrische Operation reduziert, die sehr schnell und ressourcenschonend durchgeführt werden kann, wodurch Rechenzeit bei der Ermittlung der möglichen Fahrmanöver eingespart wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zumindest die momentane Fahrspur und/oder die wenigstens eine weitere Fahrspur in ein Frenet-Serret-Koordinatensystem transformiert werden bzw. wird. In diesem Koordinatensystem ist jede Straße krümmungsfrei, sodass unabhängig von einem tatsächlichen Verlauf der Straße jede Straßenverkehrssituation auf die gleiche Art und Weise behandelt werden kann. Insbesondere werden die oben beschriebenen Raum-Zeit-Polygone im Frenet-Serret-Koordinatensystem ermittelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird den Wechselbereichen und/oder den Spurhaltebereichen der beiden Spuren jeweils ein Spurvertex zugeordnet, wobei die Spurvertices paarweise durch Kanten verbunden werden, wenn ein Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs zwischen den entsprechenden Wechselbereichen und/oder den Spurhaltebereichen möglich ist, insbesondere wobei die Spurvertices zeitgeordnet sind. Eine Sequenz von nacheinander ausführbaren Fahrmanövern ergibt sich daher durch einen unterbrochenen Zug von Kanten entlang der Spurvertices in aufsteigender Zeitrichtung. Auf diese Weise wird ein Graph erzeugt, der mehrere verschiedene mögliche Fahrmanöver enthält, insbesondere alle möglichen Fahrmanöver. Der erzeugte Graph kann dann von weiteren Modulen und/oder Subsystemen des Kraftfahrzeugs weiterverarbeitet werden, zum Beispiel von einem Modul, das aus den möglichen Fahrmanövern das auszuführende bestimmt.
Vorzugsweise wird der Spurwechselzone wenigstens ein Wechselzonenvertex zugeordnet, insbesondere wobei die Spurwechselzone in mehrere Zeitstreifen aufgeteilt wird, denen jeweils wenigstens ein Wechselzonenvertex zugeordnet wird, wobei der wenigstens eine Wechselzonenvertex mit den Spurvertices paarweise durch Kanten verbunden wird, falls ein Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs zwischen dem entsprechenden Teilbereich der Spurwechselzone und dem entsprechenden Wechselbereich oder Spurhaltebereich möglich ist. Eine Sequenz von nacheinander ausführbaren Fahrmanövern ergibt sich daher durch einen unterbrochenen Zug von Kanten entlang der Spurvertices und der Wechselzonenvertices in aufsteigender Zeitrichtung. Auf diese Weise wird ein Graph erzeugt, der mehrere verschiedene mögliche Fahrmanöver enthält, insbesondere alle möglichen Fahrmanöver. Der erzeugte Graph kann dann von weiteren Modulen und/oder Subsystemen des Kraftfahrzeugs weiterverarbeitet werden, zum Beispiel von einem Modul, das aus den möglichen Fahrmanövern das auszuführende bestimmt.
Insbesondere beginnt bei jedem Ereignis auf einer der beiden Fahrspuren ein neuer Zeitstreifen für die Spurwechselzone. Unter einem Ereignis ist dabei und im Folgenden jegliche Art von Änderung der Belegung einer der beiden Fahrspuren zu verstehen.
Vorzugsweise werden mehrere voneinander verschiedene Fahrmanöver für das Kraftfahrzeug ermittelt, insbesondere alle möglichen Fahrmanöver. Es wird also nicht nur ein einziges mögliches Fahrmanöver bestimmt, sondern mehrere voneinander verschiedene, wobei die verschiedenen Fahrmanöver die verschiedenen Möglichkeiten repräsentieren, wie das Kraftfahrzeug gesteuert werden kann. Die verschiedenen Fahrmanöver können dann an weitere Module und/oder Subsysteme des Kraftfahrzeugs weitergeleitet werden, zum Beispiel an ein Modul, das aus den möglichen Fahrmanövern das auszuführende auswählt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass beim Ermitteln der freien und/oder durch die anderen Verkehrsteilnehmer belegten Bereiche prognostizierte Trajektorien der anderen Verkehrsteilnehmer berücksichtigt werden. Die prognostizierten Trajektorien können von einem anderen Modul oder Subsystemen des Kraftfahrzeugs vorhergesagt werden, per Inter-Vehikel-Kommunikation von den anderen Verkehrsteilnehmern erhalten werden und/oder von einem Leitsystem erhalten werden, das zumindest dem Abschnitt der Straße zugeordnet ist, in dem das Kraftfahrzeug gerade fährt. Insbesondere enthalten die prognostizierten Trajektorien auch Spurwechsel der weiteren Verkehrsteilnehmer. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es also, Fahrmanöver der weiteren Verkehrsteilnehmer in die Ermittlung der möglichen Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs einzubeziehen und das Kraftfahrzeug an die jeweilige spezielle Straßenverkehrssituation angepasst zu steuern.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ermittelt, ob das Kraftfahrzeug die jeweiligen räumlich-zeitlichen Teilbereiche erreichen kann, insbesondere wobei eine momentane Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, eine maximale Verzögerung des Kraftfahrzeugs, eine maximale Beschleunigung des Kraftfahrzeugs und/oder eine Geschwindigkeitsbegrenzung berücksichtigt werden. Die nicht erreichbaren Teilbereiche werden dann in den folgenden Schritten zur Steuerung des Kraftfahrzeugs nicht mehr berücksichtigt, wodurch Rechenzeit bei der Bestimmung der möglichen Fahrmanöver eingespart wird.
Vorzugsweise werden zu den Fahrmanövern korrespondierende Trajektorien des Kraftfahrzeugs ermittelt. Die Trajektorien sind dabei jeweils eine ermittelte Raum-Zeit-Kurve, entlang derer sich das Kraftfahrzeug bewegt, wenn die Trajektorie ausgewählt und das Kraftfahrzeug entsprechend gesteuert wird. Insbesondere handelt es sich um optimierte Trajektorien, die basierend auf einer oder mehreren Bedingungen optimiert werden. Beispielsweise soll der zurückgelegte Weg möglichst kurz sein, eine Dauer des Fahrmanövers minimiert werden und/oder auftretende Längs- und/oder Querbeschleunigungen sollen eine vordefinierte Grenzbeschleunigung nicht überschreiten.
Insbesondere erfasst wenigstens ein Sensor die momentane Fahrspur und/oder die wenigstens eine weitere Fahrspur, um die freien Bereiche, belegten Bereiche und/oder Unbefahrbarkeit zu ermitteln. Der wenigstens eine Sensor erzeugt entsprechende Umgebungsdaten, die dazu verwendet werden, um ein Abbild der Umgebung zu erzeugen, insbesondere in Form eines Raum-ZeitDiagramms.
Bei dem wenigstens einen Sensor kann es sich um eine Kamera, um einen Radarsensor, um einen Abstandssensor, um einen LIDAR-Sensor und/oder um eine beliebige andere Art von Sensor handeln, die dazu geeignet ist, zumindest einen Teil der Umgebung des Kraftfahrzeugs zu erfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann der wenigstens eine Sensor als Schnittstelle zu einem Leitsystem ausgebildet sein, das wenigstens dem Abschnitt der Straße zugeordnet ist, in dem das Kraftfahrzeug momentan fährt. Dabei ist das Leitsystem dazu ausgebildet, Umgebungsdaten über die Straße und/oder über die weiteren Verkehrsteilnehmer, insbesondere über deren prognostizierte Trajektorien, an das Kraftfahrzeug und/oder an die weiteren Verkehrsteilnehmer zu übermitteln.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird wenigstens eines der möglichen Fahrmanöver ausgewählt und dem Fahrer werden auf Basis des wenigstens einen Fahrmanövers Hinweise gegeben. Bei den Hinweisen handelt es sich insbesondere um Informationen über das wenigstens eine ausgewählte Fahrmanöver. Beispielsweise werden mehrere mögliche Fahrmanöver ausgewählt und auf einem Benutzer-Interface angezeigt. Der Fahrer kann entscheiden, welches der möglichen Fahrmanöver ausgeführt werden soll und dieses Fahrmanöver beispielsweise über das Benutzer-Interface auswählen.
Vorzugsweise wird eines der möglichen Fahrmanöver ausgewählt und das Fahrzeug wird gemäß dem ausgewählten Fahrmanöver gesteuert. Das Kraftfahrzeug wird dabei basierend auf dem ausgewählten Fahrmanöver wenigstens teilweise automatisiert gesteuert, insbesondere vollautomatisch. Vorzugsweise handelt es sich bei dem ausgewählten Fahrmanöver um ein optimales Fahrmanöver, das basierend auf Randbedingungen aus den mehreren möglichen Fahrmanövern ausgewählt wird. Beispielsweise soll der zurückgelegte Weg möglichst kurz sein, eine Dauer des Fahrmanövers minimiert werden und/oder auftretende Längs- und/oder Querbeschleunigungen sollen eine vordefinierte Grenzbeschleunigung nicht überschreiten.
Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuergerät für ein System zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, ein oben beschriebenes Verfahren durchzuführen. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen bezüglich des Verfahrens verwiesen.
Das Steuergerät kann Teil des Kraftfahrzeugs oder ein Teil eines übergeordneten Systems sein, beispielsweise ein Teil des Leitsystems.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein System zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, mit einem oben beschriebenen Steuergerät. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen bezüglich des Verfahrens verwiesen.
Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um die Schritte eines oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird, insbesondere einer Recheneinheit eines oben beschriebenen Steuergeräts. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen bezüglich des Verfahrens verwiesen.
Unter „Programmcodemitteln“ sind dabei und im Folgenden computerausführbare Instruktionen in Form von Programmcode und/oder Programmcodemodulen in kompilierter und/oder in unkompilierter Form zu verstehen, die in einer beliebigen Programmiersprache und/oder in Maschinensprache vorliegen können.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch einen computerlesbaren Datenträger, auf dem ein oben beschriebenes Computerprogramm gespeichert ist. Der Datenträger kann integraler Bestandteil des oben beschriebenen Steuergeräts oder vom Steuergerät separat ausgebildet sein. Der Datenträger weist einen Speicher auf, in dem das Computerprogramm gespeichert ist. Bei dem Speicher handelt es sich um eine beliebige, geeignete Art von Speicher, der beispielsweise auf magnetischer und/oder optischer Datenspeicherung basiert.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen zeigen:

- 1 schematisch eine Straßenverkehrssituation;
- 2 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems zum Steuern eines Kraftfahrzeugs;
- 3 ein Ablaufdiagramm der Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahren;
- die 4(a) und 4(b) schematisch eine Straße vor einer Transformation in ein Frenet-Serret-Koordinatensystem bzw. die Straße nach einer Transformation in ein Frenet-Serret-Koordinatensystem; und
- die 5 bis 10 jeweils eine Illustration einzelner Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens von 3.

In 1 ist schematisch eine Straßenverkehrssituation gezeigt, in der ein Kraftfahrzeug 10 auf einer Straße 12 in einer momentanen Fahrspur 14 fährt. Neben der momentanen Fahrspur 14 verläuft eine weitere Fahrspur 16.
Auf der Straße 12 fahren außerdem ein erster weiterer Verkehrsteilnehmer 18 sowie ein zweiter weiterer Verkehrsteilnehmer 20 in der momentanen Fahrspur 14 bzw. in der weiteren Fahrspur 16. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei den weiteren Verkehrsteilnehmern 18, 20 um Personenkraftwagen, es könnte sich jedoch auch um Lastkraftwagen, Krafträder oder um beliebige andere Verkehrsteilnehmer handeln.
Zwischen der momentanen Fahrspur 14 und der weiteren Fahrspur 16 liegt eine Spurwechselzone 21, die teilweise mit der momentanen Fahrspur 14 und der weiteren Fahrspur 16 überlappt.
Durch die gestrichelten Linien 22 und 24 ist angedeutet, dass der erste weitere Verkehrsteilnehmer 18 in naher Zukunft plant, von der momentanen Fahrspur 14 über die Spurwechselzone 21 in die weitere Fahrspur 16 zu wechseln bzw. dass der zweite weitere Verkehrsteilnehmer 20 in naher Zukunft plant, von der weiteren Fahrspur 16 über die Spurwechselzone in die momentane Fahrspur 14 des Kraftfahrzeugs 10 zu wechseln. Dies zeigen die weiteren Verkehrsteilnehmer 18, 20 zum Beispiel durch Verwendung des entsprechenden Fahrtrichtungsanzeigers an.
Zudem ist in 1 ein Koordinatensystem mit einer Längsachse und einer Normalenachse gezeigt, wobei die Längsachse eine Längsrichtung L definiert und wobei die Normalenachse eine Querrichtung N definiert. Der Ursprung des Koordinatensystems liegt in Längsrichtung L an der momentanen Position der Spitze des Kraftfahrzeugs 10 und, in Längsrichtung L gesehen, am rechten Straßenrand.
Bei diesem speziellen Koordinatensystem, das auch im Folgenden verwendet wird, handelt es sich um ein straßenfestes Koordinatensystem, das sich also folglich nicht mit dem Kraftfahrzeug 10 mitbewegt. Natürlich kann aber auch ein beliebiges, anderes Koordinatensystem verwendet werden.
Wie in 2 gezeigt ist, weist das Kraftfahrzeug 10 ein System 26 zum Steuern des Kraftfahrzeugs 10 auf. Das System 26 umfasst mehrere Sensoren 28 und zumindest ein Steuergerät 30.
Die Sensoren 28 sind vorne, hinten und/oder seitlich am Kraftfahrzeug 10 angeordnet und dazu ausgebildet, die Umgebung des Kraftfahrzeugs 10 zu erfassen, entsprechende Umgebungsdaten zu generieren und diese an das Steuergerät 30 weiterzuleiten. Genauer gesagt erfassen die Sensoren 28 Informationen zumindest über die momentane Fahrspur 14, die weitere Fahrspur 16 und über die weiteren Verkehrsteilnehmer 18, 20.
Bei den Sensoren 28 handelt es sich jeweils um eine Kamera, um einen Radarsensor, um einen Abstandssensor, um einen LIDAR-Sensor und/oder um eine beliebige andere Art von Sensor, die dazu geeignet ist, die Umgebung des Kraftfahrzeugs 10 zu erfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest einer der Sensoren 28 als Schnittstelle zu einem Leitsystem ausgebildet sein, das wenigstens dem gezeigten Abschnitt der Straße 12 zugeordnet und dazu ausgebildet ist, Umgebungsdaten über die Straße 12 und/oder über die weiteren Verkehrsteilnehmer an das Kraftfahrzeug 10 und/oder an die weiteren Verkehrsteilnehmer 18, 20 zu übermitteln. Der eine Sensor 28 kann in diesem Fall als Mobilfunkkommunikationsmodul ausgeführt sein, zum Beispiel zur Kommunikation gemäß dem 5G Standard.
Allgemein ausgedrückt verarbeitet das Steuergerät 30 die von den Sensoren 28 erhaltenen Umgebungsdaten und steuert das Kraftfahrzeug 10 basierend auf den verarbeiteten Umgebungsdaten wenigstens teilweise automatisiert, insbesondere vollautomatisch. Auf dem Steuergerät 30 ist also ein Fahrassistenzsystem implementiert, das eine Querbewegung und/oder eine Längsbewegung des Kraftfahrzeugs 10 wenigstens teilweise automatisiert steuern kann, insbesondere vollautomatisch.
Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 30 dazu ausgebildet, die im Folgenden anhand der 4 bis 10 erläuterten Verfahrensschritte durchzuführen. Genauer gesagt umfasst das Steuergerät 30 einen Datenträger 32 und eine Recheneinheit 34, wobei auf dem Datenträger 32 ein Computerprogramm gespeichert ist, das auf der Recheneinheit 34 ausgeführt wird und das Programmcodemittel umfasst, um die Schritte des im Folgenden erläuterten Verfahrens durchzuführen.
Zunächst wird die Straße 12, genauer gesagt ein auf den von den Sensoren 28 erhaltenen Umgebungsdaten basierendes Abbild der momentanen Fahrspur 14 und der weiteren Fahrspur 16 in ein Frenet-Serret-Koordinatensystem transformiert (Schritt S1).
Der Schritt S1 ist in 4 illustriert. 4 (a) zeigt die Straße 12, wie sie tatsächlich verläuft. Im gezeigten Beispiel weist die Straße, in Längsrichtung L gesehen, eine Krümmung nach links auf. Durch eine lokale Koordinatentransformation wird die Straße 12 in das Frenet-Serret-Koordinatensystem transformiert, in dem die Straße 12 keine Krümmung mehr aufweist, wobei das Ergebnis dieser Transformation in 4 (b) gezeigt ist. Wie klar zu erkennen ist, verläuft die Straße 12 in diesem Koordinatensystem gerade und ohne Krümmung entlang der Längsrichtung L.
Als nächstes werden freie Bereiche B_f und belegte Bereiche B_b in der momentanen Fahrspur 14 und in der weiteren Fahrspur 16 ermittelt (Schritt S2), wobei es sich bei den freien Bereichen B_f und bei den belegten Bereichen B_b jeweils um räumlich-zeitliche Bereiche handelt.
Dabei sind die freien Bereiche B_f diejenigen räumlich-zeitlichen Bereiche, die frei von den anderen Verkehrsteilnehmern 18, 20 und anderen Hindernissen sind, die ein Befahren der jeweiligen Fahrspur 14, 16 verhindern.
Die belegten Bereiche B_b sind hingegen diejenigen räumlich-zeitlichen Bereiche, die durch die anderen Verkehrsteilnehmer 18, 20 und/oder durch andere Hindernisse belegt sind, sodass die belegten Bereiche B_b vom Kraftfahrzeug 10 nicht befahren werden können. Insbesondere enthalten die belegten Bereiche B_b nicht nur tatsächlich belegte Bereiche, sondern umfassen zusätzlich einen einzuhaltenden Sicherheitsabstand, der vorgegeben, voreingestellt oder vom Fahrer wählbar sein kann.
Um die belegten Bereiche zu ermitteln, benötigt das Steuergerät 30 prognostizierte Trajektorien 22, 24 der weiteren Verkehrsteilnehmer 18, 20. Das Steuergerät 30 kann die Trajektorien 22, 24 selber bestimmen, beispielsweise basierend auf den von den Sensoren 28 erhaltenen Umgebungsdaten, wie der Information das ein Richtungsanzeiger eines weiteren Verkehrsteilnehmers 18, 20 aktiviert ist, oder basierend auf per Inter-Fahrzeug-Kommunikation ausgetauschten Daten. Alternativ kann das Steuergerät 30 die Trajektorien 22, 24 direkt von den weiteren Verkehrsteilnehmern 18, 20 oder vom Leitsystem erhalten.
Wie in 5 anhand des konkreten Beispiels von 1 gezeigt ist, werden die freien Bereiche B_f und die belegten Bereiche B_b zunächst jeweils für die momentane Fahrspur 14 und für die weitere Fahrspur 16 ermittelt, und zwar jeweils in einem t-L-Diagramm, wobei t die Zeit ist.
In diesem Beispiel startet der erste weitere Verkehrsteilnehmer 18 zum Zeitpunkt t = 1sein Spurwechselmanöver von der momentanen Fahrspur 14 hin zur weiteren Fahrspur 16, das zum Zeitpunkt t = 5s abgeschlossen ist. In den in 5 gezeigten Diagrammen belegt der erste weitere Verkehrsteilnehmer 18 jeweils den oberen der beiden belegten Bereiche B_b . Während des Spurwechselvorgangs belegt der erste weitere Verkehrsteilnehmer 18 zumindest zeitweise beide Fahrspuren 14, 16.
Der zweite weitere Verkehrsteilnehmer 20 startet zum Zeitpunkt t = 3s ein Spurwechselmanöver von der weiteren Fahrspur 16 hin zur momentanen Fahrspur 14, das zum Zeitpunkt t = 7s abgeschlossen ist. In den in 5 gezeigten Diagrammen belegt der zweite weitere Verkehrsteilnehmer 20 jeweils den unteren der beiden belegten Bereiche B_b .
Die Steigung der belegten Bereiche B_b entspricht dabei der Geschwindigkeit des entsprechenden weiteren Verkehrsteilnehmers 18 bzw. 20. Im in den 5 bis 10 gezeigten Beispiel ist die Geschwindigkeit der weiteren Verkehrsteilnehmer 18, 20 also konstant.
Zur Vereinfachung wird dabei die Koordinate in Querrichtung N diskretisiert, sie kann also nur die drei verschiedenen Werte annehmen, die der momentanen Fahrspur 14, der weiteren Fahrspur 16 bzw. der Spurwechselzone 21 entsprechen. Die drei in 5 gezeigten Diagramme sind also jeweils ein t-L-Diagramm für die momentane Fahrspur 14, für die weitere Fahrspur 16, und für die Spurwechselzone 21.
Dabei entsprechen die schraffierten Abschnitte in den Diagrammen jeweils den belegten Bereichen B_b der jeweiligen Fahrspur 14, 16. Die unschraffierten Abschnitte in den Diagrammen entsprechen hingegen den freien Bereichen B_f der jeweiligen Fahrspur 14, 16.
Zur Bestimmung der freien Bereiche B_f wird zunächst für jede Fahrspur 14, 16 ein Raum-Zeit-Polygon P₁₄ bzw P₁₆ bestimmt, das der gesamten Fahrspur 14 bzw. 16 vor dem Kraftfahrzeug 10 entspricht, insbesondere dem Anteil der Fahrspuren 14, 16, der in Reichweite der Sensoren 28 liegt. In 5 sind die Polygone P₁₄ und P₁₆ die durch die gestrichelten Linien angedeuteten Vierecke.
Ferner werden für die beiden Fahrspuren 14, 16 jeweils Raum-Zeit-Polygone P₁₄,_b bzw. P_16,b ermittelt, welche die belegten Bereichen B_b der jeweiligen Fahrspur 14, 16 umschließen.
Die freien Bereiche B_f in der momentanen Fahrspur 14 oder besser gesagt ein Polygon P_14,f , das den freien Bereichen B_f entspricht, wird dann durch Polygonclipping ermittelt, indem die Polygone P_14,b aus dem Polygon P₁₄ entfernt werden. Anders ausgedrückt handelt es sich dabei also um die Operation $P_{14, f} = P_{14} \ P_{14, b} .$
Analog dazu werden die freien Bereiche B_f in der weiteren Fahrspur 16 durch Polygonclipping ermittelt, indem die Polygone P_16,b aus dem Polygon P₁₆ entfernt werden. Es wird also die Operation P_16,f = P₁₆\ P_16,b durchgeführt.
Als nächstes werden, wie in 6 illustriert, die freien Teilbereiche der Spurwechselzone 21 bestimmt (Schritt S3). Dabei ist die Spurwechselzone 21 genau dann frei, wenn sowohl die momentane Fahrspur 14 als auch die weitere Fahrspur 16 frei sind und wenn die Spurwechselzone 21 nicht aus anderen Gründen unbefahrbar ist, beispielsweise aufgrund von Hindernissen oder von einem Überholverbot.
Daher werden die freien Teilbereiche der Spurwechselzone 21 oder besser gesagt ein Polygon P_21,f , das den freien Teilbereichen der Spurwechselzone 21 entspricht, als Schnittmenge der beiden Polygone P_14,f und P_16,f ermittelt. Ist die Spurwechselzone 21 aufgrund eines Hindernisses oder anderweitig nicht befahrbar, so wird ein entsprechendes Raum-Zeit-Polygon P_h, das den nicht befahrbaren Teilbereich der Spurwechselzone 21 umschließt, ermittelt und aus der oben genannten Schnittmenge entfernt.
Anders ausgedrückt ergeben sich die freien Teilbereiche P_21,f der Spurwechselzone 21 also durch die Operation $P_{21, f} = (P_{14, f} \cap P_{16, f}) \ P_{h} .$
Nun werden die Diagramme für die momentane Fahrspur 14 und für die weitere Fahrspur 16 jeweils in Zeitstreifen eingeteilt (Schritt S4), wobei bei jedem Ereignis ein neuer Zeitstreifen beginnt. In 7 sind die verschiedenen Zeitstreifen durch vertikale Trennlinien E voneinander getrennt, die jeweils bei einem Ereignis in das Diagramm eingefügt sind. Unter einem Ereignis ist dabei und im Folgenden jegliche Art von Änderung der Belegung der jeweiligen Fahrspur 14, 16 zu verstehen.
Beginnt oder endet also zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Belegung eines beliebigen Teilbereichs der momentanen Fahrspur 14 oder der weiteren Fahrspur 16, so beginnt im Diagramm für die momentane Fahrspur 14 bzw. für die weitere Fahrspur 16 zu diesem Zeitpunkt ein neuer Zeitstreifen.
Die Trennlinien E zwischen den einzelnen Zeitstreifen in den Diagrammen für beide Fahrspuren 14, 16 werden zudem auf das Diagramm für die Spurwechselzone 21 übertragen.
Um eine zwischen den drei Diagrammen für die momentane Fahrspur 14, für die weitere Fahrspur 16 und die Spurwechselzone 21 konsistente Einteilung der Diagramme zu erreichen, werden in den Diagrammen für die momentane Fahrspur 14 und die weitere Fahrspur 16 schräge Trennlinien T eingefügt, die jeweils eine Verlängerung eines der belegten Bereiche B_b darstellen. Diese zusätzlichen schrägen Trennlinien T sind in den 8 bis 10 gezeigt.
Die vertikalen Trennlinien E, die schrägen Trennlinien T und die belegten Bereiche B_b teilen jedes der drei Diagramme in mehrere Teilbereiche T_i ein, wobei i eine natürliche Zahl größer null ist, die Werte von 1 bis zu einer Gesamtzahl von Teilbereichen T_i annehmen kann.
Wie in 8 gezeigt ist, wird als nächstes jedem der Teilbereiche T_i der Diagramme für die momentane Fahrspur 14 und für die weitere Fahrspur 16 jeweils ein Spurvertex V_i zugeordnet, während jedem Teilbereich T_i des Diagramms für die Spurwechselzone 21 jeweils ein Wechselzonenvertex W_i zugeordnet wird (Schritt S5). Dabei ist i wiederum eine natürliche Zahl größer null, die Werte von 1 bis zu einer Gesamtzahl von Teilbereichen T_i annehmen kann.
In 8 sind die Spurvertices V_i und die Wechselzonenvertices W_i jeweils diagrammintern zeitgeordnet, d.h. diejenigen Vertices, die Teilbereichen T_i mit kleineren Zeiten entsprechen, stehen weiter links als diejenigen Vertices, die Teilbereichen T_i mit größeren Zeiten zugeordnet sind.
Als nächstes werden die Spurvertices V_i der momentanen Fahrspur 14 paarweise durch Kanten verbunden (Schritt S6), genauer gesagt durch gerichtete Kanten, wenn ein Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs 10 zwischen den Teilbereichen T_i möglich ist, denen die Spurvertices V_i zugeordnet sind.
Dabei ist ein Fahrmanöver genau dann als „möglich“ definiert, wenn die beiden Teilbereiche T_i unmittelbar aneinandergrenzen, also nicht durch einen belegten Bereich B_b voneinander getrennt sind. Zudem ist ein Fahrmanöver natürlich stets nur in positiver Zeitrichtung möglich.
Die gleiche Prozedur wird für die Spurvertices V_i der weiteren Fahrspur 16 und für die Wechselzonenvertices W_i der Spurwechselzone 21 wiederholt.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den 9 und 10 aus Übersichtsgründen die Buchstaben „T“, „V“ und „W“ weggelassen sind. Stattdessen wurden die Teilbereiche und die Vertices einfach mit der entsprechenden Nummer versehen. In den 9 und 10 sind Zahlen also keine Bezugszeichen, sondern stellen den Index des entsprechenden Teilbereichs bzw. des entsprechenden Vertex dar.
Das Resultat von Schritt S6 ist in 9 gezeigt. Der in Schritt S6 gewonnene Graph enthält bereits alle möglichen Fahrmanöver für das Kraftfahrzeug 10 innerhalb der beiden Fahrspuren 14, 16 und innerhalb der Spurwechselzone 21.
Als nächstes werden diejenigen Spurvertices V_i der momentanen Fahrspur 14 mit denjenigen Wechselzonenvertices W_i über gerichtete Kanten verbunden, deren zugeordnete Teilbereiche T_i der momentanen Fahrspur 14 bzw. der Spurwechselzone 21 einander überlappen (Schritt S7). Anders ausgedrückt werden diejenigen Spurvertices V_i mit denjenigen Wechselzonenvertices W_i verbunden, deren zugeordnete Teilbereiche T_i eine Schnittmenge haben, die nicht leer ist, wenn man die beiden Diagramme für die momentane Fahrspur 14 und für die Spurwechselzone 21 übereinanderlegt.
Zudem werden diejenigen Wechselzonenvertices W_i mit denjenigen Spurvertices V_i der weiteren Fahrspur 16 über gerichtete Kanten verbunden, deren zugeordnete Teilbereiche T_i der Spurwechselzone 21 bzw. der weiteren Fahrspur 16 einander überlappen. Es werden also diejenigen Spurvertices V_i mit denjenigen Wechselzonenvertices W_i verbunden, deren zugeordnete Teilbereiche T_i eine Schnittmenge haben, die nicht leer ist, wenn man die beiden Diagramme für die weitere Fahrspur 16 und für die Spurwechselzone 21 übereinanderlegt.
Anders ausgedrückt werden in Schritt S7 die einzelnen Teilbereiche T_i der freien Bereiche B_f in Wechselbereiche, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren 14, 16 möglich ist, und in Spurhaltebereiche eingeteilt, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren 14, 16 nicht möglich ist.
Das Ergebnis von Schritt S7 ist in 10 gezeigt. Der in Schritt S7 gewonnene Graph enthält alle möglichen Fahrmanöver für das Kraftfahrzeug 10, die einen Wechsel von der momentanen Fahrspur 14 in die weitere Fahrspur 16 beinhalten. Jedes der möglichen Fahrmanöver entspricht dabei einem ununterbrochenen Zug von Kanten im in 10 gezeigten Graphen.
Die so ermittelten verschiedenen möglichen Fahrmanöver werden dann von einem weiteren Modul des Steuergeräts 30 bzw. von einem weiteren Modul des Computerprogramms weiterverarbeitet.
Das weitere Modul wählt aus den verschiedenen möglichen Fahrmanöver wenigstens ein Fahrmanöver aus, das ausgeführt werden kann (Schritt S8).
Zu diesem Zweck ermittelt das weitere Modul, ob das Kraftfahrzeug 10 die einzelnen räumlich-zeitlichen Teilbereiche T_i überhaupt erreichen kann, wobei eine momentane Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10, eine maximale Verzögerung des Kraftfahrzeugs 10, eine maximale Beschleunigung des Kraftfahrzeugs 10 und/oder eine eventuell auf der Straße 12 vorhandene Geschwindigkeitsbegrenzung berücksichtigt werden. Nicht erreichbare Teilbereiche T_i werden vom weiteren Modul aussortiert und im Folgenden nicht mehr berücksichtigt.
Als nächstes wird vom weiteren Modul eine Trajektorie für das Kraftfahrzeug 10 berechnet, die dem wenigstens einen Fahrmanöver entspricht (Schritt S9). Stehen noch mehrere Fahrmanöver zur Auswahl, so wird für jedes dieser Fahrmanöver eine korrespondierende Trajektorie ermittelt.
Um diejenige Trajektorie zu bestimmen, die schließlich vom Steuergerät 30 zur Steuerung des Kraftfahrzeugs 10 herangezogen werden soll, können noch verschiedene Filter und/oder Bedingungen auf die Trajektorien angewendet bzw. an die Trajektorien gestellt werden.
Beispielsweise muss die auszuführende Trajektorie kollisionsfrei sein und soll gegebenenfalls keinen Längs- und/oder Querbeschleunigungen des Kraftfahrzeugs 10 erfordern, die größer sind als eine vordefinierte Grenzbeschleunigung.
Schließlich wird eine der möglichen Trajektorien ausgewählt und das Kraftfahrzeug 10 wird gemäß dem ausgewählten Fahrmanöver vom Steuergerät 30 wenigstens teilweise automatisiert gesteuert, insbesondere vollständig automatisiert (Schritt S10).
Alternativ oder zusätzlich können einem Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 basierend auf dem ausgewählten Fahrmanöver Informationen über das Fahrmanöver angezeigt werden. Insbesondere werden mehrere mögliche Fahrmanöver ausgewählt und der Fahrer kann entscheiden, welches der möglichen Fahrmanöver ausgeführt werden soll.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs (10), das auf einer Straße (12) in einer momentanen Fahrspur (14) fährt, wobei die Straße (12) wenigstens eine weitere Fahrspur (16) aufweist, die zur momentanen Fahrspur (14) des Kraftfahrzeugs (10) benachbart ist, mit den folgenden Schritten: - Ermitteln freier Bereiche (B_f) und/oder belegter Bereiche (B_b), die durch andere Verkehrsteilnehmer (18, 20) belegt sind, zumindest in der momentanen Fahrspur (14) des Kraftfahrzeugs (10) und in der wenigstens einen weiteren Fahrspur (14), wobei die freien Bereiche (B_f) und die belegten Bereiche (B_b) räumlich-zeitliche Bereiche sind; - Ermitteln von Wechselbereichen, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren (14, 16) möglich ist, und/oder von Spurhaltebereichen, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren (14, 16) nicht möglich ist, basierend auf den ermittelten freien Bereichen (B_f) und/oder belegten Bereichen (B_b), wobei die Wechselbereiche und die Spurhaltebereiche jeweils ein räumlich-zeitlicher Teilbereich (T_i) der freien Bereiche (B_f) sind; und - Ermitteln möglicher Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs (10) zumindest zwischen paarweise aneinander angrenzenden Wechselbereichen und/oder Spurhaltebereichen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselbereiche diejenigen Teilbereiche (Ti) der freien Bereiche (B_f) der momentanen Fahrspur (14) und der wenigstens einen weiteren Fahrspur (16) sind, in denen sowohl die momentane Fahrspur (14) als auch die wenigstens eine weitere Fahrspur (16) frei von anderen Verkehrsteilnehmern (18,20) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurhaltebereiche diejenigen Teilbereiche (T_i) der freien Bereiche (B_f) der momentanen Fahrspur (14) und der wenigstens einen weiteren Fahrspur (16) sind, in denen die jeweils andere der Fahrspuren (14, 16) belegt ist und/oder ein Fahrspurwechsel anderweitig nicht möglich ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Wechselbereiche bestimmt wird, ob eine Spurwechselzone (21), die räumlich zwischen der momentanen Fahrspur (14) und der wenigstens einen weiteren Fahrspur (16) liegt, frei, durch andere Verkehrsteilnehmer (18, 20) belegt oder anderweitig unbefahrbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils wenigstens ein zur momentanen Fahrspur (14), wenigstens ein zur wenigstens einen weiteren Fahrspur (16) und wenigstens ein den belegten Bereichen (B_b) entsprechendes Raum-Zeit-Polygon bestimmt wird, wobei aus den bestimmten Polygonen den freien Bereichen (B_f) der beiden Spuren entsprechende Raum-Zeit-Polygone mittels Polygonclipping ermittelt werden, insbesondere wobei diejenigen Polygone, die den belegten Bereichen entsprechen, jeweils aus den Polygonen entfernt werden, die einer der beiden Fahrspuren (14, 16) entsprechen, um die freien Bereiche (B_f) zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnittmenge der beiden Polygone gebildet wird, die den freien Bereichen (B_f) in den beiden Fahrspuren (14, 16) entsprechen, um die Wechselbereiche und Spurhaltebereiche zu bestimmen, insbesondere um zu bestimmen, ob die Spurwechselzone (21) frei ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die momentane Fahrspur (14) und/oder die wenigstens eine weitere Fahrspur (16) in ein Frenet-Serret-Koordinatensystem transformiert werden bzw. wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Wechselbereichen und/oder den Spurhaltebereichen der beiden Spuren jeweils ein Spurvertex (V_i) zugeordnet wird, wobei die Spurvertices (V_i) paarweise durch Kanten verbunden werden, wenn ein Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs (10) zwischen den entsprechenden Wechselbereichen und/oder den Spurhaltebereichen möglich ist, insbesondere wobei die Spurvertices (V_i) zeitgeordnet sind.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spurwechselzone (21) wenigstens ein Wechselzonenvertex (W_i) zugeordnet wird, insbesondere wobei die Spurwechselzone (21) in mehrere Zeitstreifen aufgeteilt wird, denen jeweils wenigstens ein Wechselzonenvertex (W_i) zugeordnet wird, wobei der wenigstens eine Wechselzonenvertex (W_i) mit den Spurvertices (V_i) paarweise durch Kanten verbunden wird, falls ein Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs (10) zwischen dem entsprechenden Teilbereich (T_i) der Spurwechselzone (21) und dem entsprechenden Wechselbereich oder Spurhaltebereich möglich ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere voneinander verschiedene Fahrmanöver für das Kraftfahrzeug (10) ermittelt werden, insbesondere alle möglichen Fahrmanöver.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ermitteln der freien Bereiche (B_f) und/oder durch die anderen Verkehrsteilnehmer belegten Bereiche (B_b) prognostizierte Trajektorien der anderen Verkehrsteilnehmer (18, 20) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelt wird, ob das Kraftfahrzeug (10) die jeweiligen räumlich-zeitlichen Teilbereiche (T_i) erreichen kann, insbesondere wobei eine momentane Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (10), eine maximale Verzögerung des Kraftfahrzeugs (10), eine maximale Beschleunigung des Kraftfahrzeugs (10) und/oder eine Geschwindigkeitsbegrenzung berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Fahrmanövern korrespondierende Trajektorien des Kraftfahrzeugs (10) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (28) die momentane Fahrspur (14) und/oder die wenigstens eine weitere Fahrspur (16) erfasst, um die freien Bereiche (B_f), belegten Bereiche (B_b) und/oder Unbefahrbarkeit zu ermitteln.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der möglichen Fahrmanöver ausgewählt wird und dem Fahrer auf Basis des wenigstens einen Fahrmanövers Hinweise gegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der möglichen Fahrmanöver ausgewählt wird und das Kraftfahrzeug (10) gemäß dem ausgewählten Fahrmanöver gesteuert wird.
Steuergerät (30) für ein System (26) zum Steuern eines Kraftfahrzeugs (10), wobei das Steuergerät (30) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
System (26) zum Steuern eines Kraftfahrzeugs (10), mit einem Steuergerät (30) nach Anspruch 17.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit (34) ausgeführt wird, insbesondere einer Recheneinheit (34) eines Steuergeräts (30) nach Anspruch 17.
Computerlesbarer Datenträger (32), auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 19 gespeichert ist.