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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermeiden einer Blockadesituation an einem Verkehrsknotenpunkt, ein Steuergerät, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Es sind bereits Fahrzeuge mit automatisierten Fahrfunktionen bekannt, welche ab einem bestimmten Automatisierungsgrad autonom und ohne einen Fahrer betrieben werden. Derartige Fahrzeuge können beispielsweise automatisch einem Straßenverlauf folgen, andere Verkehrsteilnehmer oder Hindernisse selbständig erkennen und die entsprechenden Steuerbefehle im Fahrzeug berechnen sowie die Steuerbefehle an Aktuatoren im Fahrzeug weiterleiten, wodurch der Fahrverlauf des Fahrzeugs korrekt beeinflusst wird. Der Fahrer ist bei einem vollautomatisierten Fahrzeug nicht am Fahrgeschehen beteiligt.
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Insbesondere auf urbanen Verkehrswegen kann ein erhöhtes Verkehrsaufkommen kombiniert mit Engstellen zu Blockadesituationen führen, welche von der Fahrzeugsteuerung komplizierte Planungs- und Entscheidungsaufgaben abverlangen. Hierbei kann die Fahrzeugsteuerung überlastet werden und verzögert reagieren.
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Üblicherweise werden Verfahren zum Freigeben und zum Befahren von Straßen und Engstellen entsprechend den Vorfahrtsregeln erteilt. Hierdurch können die erwähnten Blockadesituationen nicht verhindert werden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren und ein Steuergerät zum Vermeiden von Blockadesituationen vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Vermeiden einer Blockadesituation an einem Verkehrsknotenpunkt bereitgestellt. Das Verfahren ist vorzugsweise durch ein Steuergerät eines Fahrzeugs ausführbar.
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In einem Schritt werden Messdaten von mindestens einem Umfeldsensor des Fahrzeugs empfangen.
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Anhand der Messdaten wird eine Engstelle durch mindestens ein statisches Objekt und/oder mindestens ein dynamisches Objekt im Abtastbereich des Umfeldsensors entlang einer voraussichtlichen Trajektorie des Fahrzeugs ermittelt. Dies erfolgt vorzugsweise vor dem Einfahren des Fahrzeugs in den Verkehrsknotenpunkt.
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In einem weiteren Schritt wird ein Verhalten des dynamischen Objekts durch Auswerten der Messdaten abgeschätzt. Basierend auf dem Verhalten des dynamischen Objekts wird ein Steuerbefehl zum Anhalten oder zum Befahren der Engstelle erzeugt.
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Der Steuerbefehl kann anschließend vom Fahrzeug verarbeitet und umgesetzt werden. Dabei können entsprechende Aktuatoren zum Beschleunigen, Bremsen und/oder Lenken des Fahrzeugs durch den Steuerbefehl angesteuert werden, wodurch das Fahrzeug den Verkehrsknotenpunkt und damit auch die mögliche Engstelle befahren oder vor dem Verkehrsknotenpunkt halten kann.
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Vorzugsweise kann das Fahrzeug derart vor dem Verkehrsknotenpunkt halten, dass das mindestens eine dynamische Objekt ungehindert die Engstelle befahren und für das Fahrzeug freigeben kann.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät für ein Fahrzeug bereitgestellt, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen.
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Darüber hinaus wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer oder ein Steuergerät diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.
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Das Fahrzeug kann als ein automatisiert und/oder teilautomatisiert betreibbares Fahrzeug ausgeführt sein. Insbesondere kann das Fahrzeug gemäß der SAE J3016 Norm assistiert, teilautomatisiert, bedingt automatisiert, hochautomatisiert und/oder vollautomatisiert bzw. fahrerlos betreibbar sein.
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Das Steuergerät kann als eine Fahrzeugsteuerung zum Ausführen von automatisierten Fahrfunktionen und zum Steuern des Fahrzeugs ausgestaltet sein. Alternativ kann das Steuergerät mit einer Fahrzeugsteuerung datenleitend verbunden sein, wobei die Fahrzeugsteuerung die vom Steuergerät erzeugten Steuerbefehle verarbeiten und entsprechende Aktuatoren des Fahrzeugs ansteuern kann.
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Das Fahrzeug kann beispielsweise als ein Shuttle, ein Robotaxi, ein Lastkraftwagen, ein landwirtschaftliches Fahrzeug, ein Personenkraftwagen und dergleichen ausgeführt sein.
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Der mindestens eine Umfeldsensor bzw. Sensor kann dazu eingerichtet sein, eine vorausschauende Erkennung von Haltepunkten an Verkehrsknotenpunkten zu ermöglichen. Des Weiteren können basierend auf den Messdaten des mindestens einen Sensors Engstellen im Bereich von Verkehrsknotenpunkten festgestellt werden. Dabei können basierend auf den Messdaten durch das Steuergerät auch dynamische und statische Objekte identifiziert und analysiert werden. Der Sensor kann beispielsweise ein LIDAR-Sensor, ein Radarsensor, eine Kamera und dergleichen sein.
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Statische Objekte können beispielsweise abgestellte oder haltende Fahrzeuge sein. Insbesondere können die statischen Objekte zumindest temporär statisch positioniert sein. Des Weiteren können statische Objekte als Baustellen, abgestellte Objekte, Unfallorte und dergleichen ausgeführt sein. Mindestens ein statisches Objekt kann dazu führen, dass im Bereich des Verkehrsknotenpunktes eine Engstelle entsteht, welche den regulären Verkehrsfluss einschränken kann.
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Die dynamischen Objekte können beispielsweise aktive Verkehrsteilnehmer, wie beispielsweise Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse, Baustellenfahrzeuge, Fahrradfahrer und dergleichen sein.
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Dynamische Objekte werden im Bereich der Engstelle dann relevant, wenn die voraussichtliche Trajektorie des dynamischen Objekts und die voraussichtliche Trajektorie des Fahrzeugs im Bereich der Engstelle kollidieren können.
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Der mindestens eine Verkehrsknotenpunkt kann als eine Straßenkreuzung, eine Y-Kreuzung, als eine T-Kreuzung und dergleichen ausgestaltet sein.
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Durch das Verfahren und das Steuergerät kann ein automatisiert betriebenes Fahrzeug bei einem Befahren eines Verkehrsknotenpunktes mit einer Engstelle derart gesteuert werden, dass eine Blockadesituation mit komplizierteren Planungs- und Entscheidungsaufgaben umgangen wird. Insbesondere kann die Blockadesituation beim Einbiegen auf eine weitere Straße mit vorausliegender Engstelle vermieden werden, indem die vorausliegende Straße beim Einbiegen auf eine Engstelle und entgegenkommenden Verkehr bzw. dynamische Objekte geprüft wird.
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Es kann eine Freigabe für das Einbiegen oder das Geradeausfahren und die Weiterfahrt erteilt werden, wenn durch Prädiktion bzw. die Abschätzung des Verhaltens des eventuellen Verkehrs geklärt ist, dass die Engstelle für das Fahrzeug frei bzw. kollisionsfrei befahrbar ist. Hierbei kann auch geprüft werden, ob das dynamische Objekt vor der Engstelle halten kann, wenn das Fahrzeug beginnt die Engstelle zu befahren.
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Bei einem Befahren oder zumindest Annähern des Fahrzeugs an den Verkehrsknotenpunkt kann die Verkehrssituation analysiert werden. Insbesondere kann die Verkehrssituation in Fahrtrichtung der gewünschten Trajektorie des Fahrzeugs durch das Auswerten der Messdaten überprüft werden. Dabei können Engstellen und entgegenkommende dynamische Objekte detektiert werden. Dabei kann eine initiale Bewegung der dynamischen Objekte in Richtung der Engstelle und Signalzeichen, wie Blinken, dazu eingesetzt werden, ein Verhalten des dynamischen Objekts abzuschätzen. Hierbei erfolgt die Prädiktion einer voraussichtlichen Trajektorie des dynamischen Objekts oder zumindest eine Aussage, ob das dynamische Objekt die Engstelle befahren wird oder vor der Engstelle anhalten kann.
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Basierend auf dem abgeschätzten Verhalten des mindestens einen dynamischen Objekts kann durch das Steuergerät entschieden werden, ob das Fahrzeug das Befahren der Trajektorie fortsetzt oder abwartet, bis die Engstelle frei befahrbar ist.
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Durch das Verfahren können insbesondere Blockadesituationen für das Fahrzeug verhindert werden. Somit kann der Verkehrsfluss optimiert und eine Kundenwertigkeit für Passagiere des Fahrzeugs gesteigert werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird vor einem Einfahren des Fahrzeugs in den Verkehrsknotenpunkt ein Steuerbefehl zum Anhalten des Fahrzeugs oder zum langsamen Heranfahren an den Verkehrsknotenpunkt erzeugt wird.
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Dabei kann in einem Schritt des Verfahrens ein Haltepunkt vor bzw. im Bereich des Verkehrsknotenpunktes durch den Umfeldsensor ermittelt werden. An dieser Position kann der mindestens eine Umfeldsensor die Verkehrssituation am Verkehrsknotenpunkt zumindest bereichsweise überblicken und abtasten. Hierdurch werden Messdaten generiert, die vom Steuergerät ausgewertet werden können.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Steuerbefehl zum Befahren der Engstelle erzeugt, wenn basierend auf dem abgeschätzten Verhalten ein Anhalten des dynamischen Objekts vor der Engstelle möglich ist. Kann durch Auswerten von Messdaten des mindestens einen Sensors abgeschätzt werden, dass ein in Richtung der Engstelle fahrendes Fahrzeug bzw. dynamisches Objekt ausreichend Zeit für Bremsen hat, kann eine Freigabe zum Befahren der Engstelle durch das Fahrzeug erteilt werden.
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Da das dynamische Objekt rechtzeitig das Fahrzeug erkennen und entsprechend reagieren kann, wird eine Blockadesituation verhindert oder zumindest ein Risiko einer Blockadesituation reduziert.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Steuerbefehl zum Anhalten erzeugt, wenn basierend auf dem abgeschätzten Verhalten ein Anhalten des dynamischen Objekts vor der Engstelle nicht möglich ist. Wird durch das Steuergerät das Verhalten des dynamischen Objekts mit dem Ergebnis analysiert, dass ein Anhalten des dynamischen Objekts vor der Engstelle nicht mehr möglich oder unwahrscheinlich ist, so erfolgt keine Freigabe für die Weiterfahrt durch das Steuergerät. Somit bleibt das Fahrzeug stehen und wartet das herannahende dynamische Objekt bzw. Fahrzeug ab.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Steuerbefehl zum Anhalten erzeugt, wenn basierend auf dem abgeschätzten Verhalten das dynamische Objekt die Engstelle befährt. Sofern das dynamische Objekt bereits die Engstelle befährt oder voraussichtlich zum selben Zeitpunkt wie das Fahrzeug befahren wird, kann vom Steuergerät eine Freigabe ebenfalls verweigert werden. Somit bleibt das Fahrzeug stehen und wartet bis die Engstelle frei und komfortabel befahrbar ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird für das Abschätzen des Verhaltens des dynamischen Objekts mindestens ein Parameter des dynamischen Objekts anhand der Messdaten ermittelt. Hierbei können beispielsweise Gewicht, Geschwindigkeit, Fahrtrichtung Abmessungen und dergleichen als Parameter durch Auswerten von Messdaten mindestens eines Sensors ermittelt werden. Beispielsweise kann eine Fahrzeugklasse anhand von optischen Merkmalen und anhand von weiteren Parametern, wie beispielsweise Gewicht, abgeschätzt werden. Hierdurch kann das Verhalten des dynamischen Objekts präzise abgeschätzt werden. Insbesondere können physikalisch Eigenschaften, wie beispielsweise möglicher Bremsweg bei dem abgeschätzten Verhalten des dynamischen Objekts bestimmt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird für das Abschätzen des Verhaltens des dynamischen Objekts das dynamische Objekt klassifiziert. Hierbei können ein oder mehrere Algorithmen zur Klassifikation des dynamischen Objekts eingesetzt und das dynamische Objekt optische vermessen werden. Somit kann analog zum Bestimmen der Parameter ermittelt werden, ob das dynamische Objekt ein Bus, Lastkraftwagen, Personenkraftwagen und dergleichen ist. Dabei können durchschnittliche Bremswege und weitere Daten zum Berücksichtigen einer Fahrdynamik derartiger Fahrzeuge zum Vorhersagen des Verhaltens herangezogen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das anhand der Messdaten ermittelte statische Objekt und/oder dynamische Objekt mit Fahrspuren im Bereich des Verkehrsknotenpunktes assoziiert. Hierdurch können Vorfahrtsregeln im Bereich der voraussichtlichen Trajektorie des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Insbesondere können auch Abbiegespuren bei der Prädiktion des Verhaltens des dynamischen Objekts berücksichtigt werden.
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Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1 eine schematische Draufsicht auf eine potentielle Blockadesituation, welche durch das Verfahren gemäß einer Ausführungsform vermieden wird, und
- 2 eine schematische Draufsicht auf einen Verkehrsknotenpunkt mit einer Engstelle zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß der Ausführungsform.
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In der 1 eine schematische Draufsicht auf eine potentielle Blockadesituation 1 gezeigt. Hierbei kann das Verfahren gemäß einer Ausführungsform verdeutlicht werden, bei dem derartige Blockadesituationen 1 vermieden werden.
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Ein Fahrzeug 2 weist eine geplante voraussichtliche Trajektorie T1 auf, welche über einen Verkehrsknotenpunkt 4 führt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Verkehrsknotenpunkt 4 als eine T-Kreuzung ausgeführt. Das Fahrzeug 2 plant nach links abzubiegen. Dies wird durch den Verlauf der Trajektorie T1 verdeutl icht.
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Das Fahrzeug 2 weist ein Steuergerät 6 auf, welches Steuerbefehle zum Steuern des Fahrzeugs 2 erzeugen kann.
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Das Steuergerät 6 ist als eine fahrzeugseitige Rechnereinheit ausgeführt und ist datenleitend mit einem Umfeldsensor 8 verbunden.
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Der Umfeldsensor 8 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein LIDAR-Sensor. Beispielsweise kann der Umfeldsensor 8 als ein 360° LIDAR-Sensor ausgeführt sein, wodurch ein Abtastbereich mit einem horizontalen Abtastwinkel von 360° umsetzbar ist.
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Die Fahrbahn, auf welche das Fahrzeug 2 plant abzubiegen befindet sich eine Engstelle 10. Die Engstelle 10 wird durch statische Objekte 12 verursacht.
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Hierbei sind die statischen Objekte 12 als parkende Fahrzeuge ausgestaltet. Die Fahrspur des Fahrzeugs 2 ist frei von statischen Objekten 12.
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Gemäß der Verkehrssituation befindet sich das Fahrzeug 2 nach dem Abbiegen auf der Vorfahrtsstraße, kann jedoch durch das direkt Einbiegen eine Blockadesituation 1 auslösen, da ein entgegenkommendes dynamisches Objekt 14 die Fahrspur des Fahrzeugs 2 während des Einbiegevorgangs befahren kann. Das dynamische Objekt 14 ist als ein Personenkraftwagen ausgeführt.
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Die voraussichtliche Trajektorie T2 des dynamischen Fahrzeugs 14 ist schematisch dargestellt und kollidiert mit der Trajektorie T1 des Fahrzeugs 2.
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Gemäß dem Verfahren kann das Fahrzeug 2 in einer derartigen Verkehrssituation an der Kreuzung 4 warten bis das dynamische Objekt 14 die Engstelle 10 passiert und somit die Engstelle für ein Befahren durch das Fahrzeug 2 freigibt.
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Die 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Verkehrsknotenpunkt 4 mit der Engstelle 10 zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß der Ausführungsform.
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Das Steuergerät 6 des Fahrzeugs 2 ermittelt vor dem Umsetzen des Einbiegevorganges, ob sich vorausliegend eine Engstelle 10 befindet. Dies kann durch die Ermittlung der Fahrbahn, deren Breite und von flankierende erhabenen Objekte bzw. den statischen Objekten 12 erfolgen.
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Weiterhin wird ermittelt, ob sich bereits ein dynamisches Objekt 14 in der Engstelle 10 befindet oder ob sich ein dynamisches Objekt 14 der Engstelle nähert.
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Das Steuergerät 6 fährt hierfür bis zu einer Halteposition 16 in den Verkehrsknotenpunkt 4 hinein. Von der Halteposition 16 aus kann der Umfeldsensor 8 des Fahrzeugs 2 die vorherrschende Verkehrssituation durch seinen Abtastbereich 18 abtasten und die entsprechenden Messdaten an das Steuergerät 6 zum Durchführen einer Analyse übertragen.
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Es wird insbesondere anhand der Messdaten die Engstelle 10 und das dynamische Objekt 14 im Abtastbereich 18 des Umfeldsensors 8 entlang der voraussichtlichen Trajektorie des Fahrzeugs 2 vor dem Einfahren des Fahrzeugs 2 in den Verkehrsknotenpunkt 4 ermittelt.
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Des Weiteren wird ein Verhalten des dynamischen Objekts 14 durch Auswerten der Messdaten des Umfeldsensors 8 abgeschätzt.
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Sollte sich durch die Prädiktion bzw. das Abschätzen des Verhaltens des dynamischen Objekts 14 ergeben, dass dieses die Engstelle 10 bereits erreicht hat, noch bevor das Fahrzeug 2 in die Engstelle 10 hineinfährt, werden durch das Steuergerät 6 Steuerbefehle zum Anhalten des Fahrzeugs 2 generiert. Somit kann das Fahrzeug 2 vor der Engstelle 10 warten, bis das Fahrzeug 14 die Engstelle 10 passiert und im Anschluss seine Fahrt fortsetzen.
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Dabei kann das Steuergerät 6 des Fahrzeugs 2 den Einfahrtzeitpunkt des dynamischen Objekts 14 in die Engstelle 10 vorhersagen bzw. abschätzen.
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Hierbei kann durch das Steuergerät 6 geprüft werden, ob das dynamische Objekt 14 zu einem Zeitpunkt, in dem das Fahrzeug 2 in die Engstelle 10 hineinfährt, noch komfortabel vor der Engstelle 10 halten kann. Sollte gemäß der Prädiktion des Steuergeräts das Halten des dynamischen Objekts 14 möglich sein, so kann das Steuergerät 6 Steuerbefehle zum Fortsetzen der Fahrt des Fahrzeugs 2 ausgeben und die Einfahrt in die Engstelle umsetzen. Hierdurch kann eine Blockadesituationen 1 verhindert werden.
