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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Einfädeln eines Fahrzeugs von einer Einfädelspur auf eine Fahrspur.
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Aus der
DE 10 2018 007 293 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines im autonomen Fahrbetrieb fahrenden Fahrzeuges bekannt. Dabei wird für einen Einschervorgang auf eine Fahrspur und für einen Spurwechselvorgang des Fahrzeuges jeweils eine Mindestzeitlücke, die geringer ist als eine vorgegebene Sollzeitlücke, und jeweils eine Relaxationszeit vorgegeben. Ein Einschervorgang und ein Spurwechselvorgang werden durchgeführt, wenn die Mindestzeitlücke nicht unterschritten wird und eine Prädiktion ergibt, dass ein Abstand zu einem dem Fahrzeug vorausfahrenden Fahrzeug innerhalb der für den Einschervorgang oder der für den Spurwechselvorgang vorgegebenen Relaxationszeit auf die Sollzeitlücke vergrößert wird. Weiterhin ist aus der
DE 10 2018 007 293 A1 ein Verfahren zur Leithilfe für einen Fahrspurwechsel von einer Momentanspur auf eine benachbarte Zielspur durch ein Kraftfahrzeug bekannt, insbesondere für ein Einfädeln auf eine benachbarte Fahrspur. Hierbei werden ein Vorraum und ein Rückraum einer benachbarten Zielspur für den gewünschten Spurwechsel überwacht, Abstände von dort detektierten Fahrzeugen und deren Geschwindigkeiten gemessen sowie daraus Sicherheitsabstände berechnet. Wenn alle gemessenen Abstände größer als die errechneten Sicherheitsabstände sind, wird dies als möglicher Spurwechsel erkannt.
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Aus der
DE 10 2004 034 455 A1 ist ein Verfahren zur Unterstützung des Fahrers eines Fahrzeugs bei einem Spurwechsel von einer Einfädelspur auf eine benachbarte Fahrspur einer Straße bekannt. Bei diesem Verfahren werden der Fahrzustand des Fahrzeugs und das Ende der Einfädelspur ermittelt und es werden weiterhin Fahrzeuge auf der benachbarten Fahrspur erfasst und deren Verhalten prädiziert. Basierend auf dem ermittelten Fahrzustand, dem ermittelten Ende der Einfädelspur und dem prädizierten Verhalten der erfassten Fahrzeuge werden Lücken zwischen den erfassten Fahrzeugen ermittelt, die für einen Spurwechsel geeignet sind, und die für die Durchführung des Spurwechsels erforderliche Beschleunigung des Fahrzeugs ermittelt. Die ermittelten Lücken sowie die Information, ob die Beschleunigung des Fahrzeugs für einen Spurwechsel in die jeweilige Lücke zunehmen oder abnehmen muss, werden dem Fahrer auf einer Anzeigevorrichtung als Spurwechselunterstützungsinformationen angezeigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum automatisierten Einfädeln eines Fahrzeugs von einer Einfädelspur auf eine Fahrspur anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In dem Verfahren zum automatisierten Einfädeln eines Fahrzeugs von einer Einfädelspur auf eine Fahrspur, d.h. zum automatisierten Durchführen eines Spurwechsels von der Einfädelspur auf die Fahrspur, wird erfindungsgemäß eine primäre Einfädelposition vorbestimmt, an welcher das Fahrzeug den Spurwechsel durchführen soll, wenn die Fahrspur, auf die gewechselt werden soll, frei ist. Der Spurwechsel wird dann an der Einfädelposition durchgeführt, wenn er zu keiner Behinderung von sich auf der Fahrspur befindenden Verkehrsteilnehmern führt. Andernfalls, d.h. wenn der Spurwechsel zu eine Behinderung von sich auf der Fahrspur befindende Verkehrsteilnehmern führen würde, wird der Spurwechsel an einer sekundären Einfädelposition durchgeführt, die in Abhängigkeit von detektierten Freiräumen zwischen sich auf der Fahrspur befindenden Verkehrsteilnehmern bestimmt wird. Von einer Behinderung der Verkehrsteilnehmer ist beispielsweise dann auszugehen, wenn diese zur Kollisionsvermeidung ausweichen müssen oder ihre Fahrt mehr als nur geringfügig verzögern müssen, d.h. mit einer Verzögerung verzögern müssen, die einen vorgegebenen Wert übersteigt. Das Vorbestimmen der primären Einfädelposition erfolgt dabei basierend auf einer Häufigkeitsanalyse von im Rahmen einer Verkehrsbeobachtung beobachteten Einfädelpositionen anderer Verkehrsteilnehmer.
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Das Verfahren ermöglicht einen komfortablen Einfädelvorgang eines automatisiert, insbesondere hochautomatisiert oder autonom fahrenden Fahrzeugs von einer Einfädelspur auf eine Fahrspur, beispielsweise an einer Zufahrt auf eine Bundesstraße, Schnellstraße oder Autobahn. Weiterhin ermöglicht das Verfahren, menschliches Verhalten bei einer Steuerung von Fahrzeugen für automatisierte Fahrzeuge abzubilden und den Einfädelvorgang an beliebigen Zufahrten im freien Verkehr für ein automatisiert fahrendes Fahrzeug so zu definieren, wie menschliche Fahrer es typischerweise tun würden.
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Die Bestimmung der primären Einfädelposition basierend auf einer Häufigkeitsanalyse von beobachteten Einfädelpositionen anderer Verkehrsteilnehmer, ermöglicht eine besonders zuverlässige Ermittlung von Einfädelpositionen, welche typischerweise im Straßenverkehr genutzt werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Verkehrsbeobachtung mittels zumindest einer Kamera durchgeführt, welche die Einfädelspur und die Fahrspur zumindest abschnittsweise aus einer Vogelperspektive erfasst. Die Kamera kann dabei ortsfest im Bereich der Einfädelspur und/oder der Fahrspur angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Verkehrsbeobachtung mittels zumindest einer Kamera, welche an einem unbemannten Flugobjekt, auch als Drohne bezeichnet, angeordnet ist. Die Erfassung der Einfädelspur und Fahrspur aus der Vogelperspektive bewirkt eine umfängliche Verkehrsbeobachtung und eine zuverlässige Erfassung von Einfädelpositionen der die Einfädelspur befahrenden Fahrzeuge.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Verkehrsbeobachtung anhand von mittels anderer Verkehrsteilnehmer während einer Befahrung der Einfädelspur und/oder Fahrspur erfassten Umgebungsdaten und/oder verkehrsteilnehmereigenen Daten durchgeführt. Auch hierdurch können eine umfängliche Verkehrsbeobachtung und eine zuverlässige Erfassung von Einfädelpositionen der die Einfädelspur befahrenden Fahrzeuge erfolgen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Umgebungsdaten und/oder verkehrsteilnehmereigenen Daten an eine fahrzeugexterne zentrale Recheneinheit übermittelt, welche aus diesen die primäre Einfädelposition ermittelt. Dies ermöglicht einerseits, dass eine erforderliche Speicherkapazität und Rechenkapazität im Fahrzeug minimiert werden kann und andererseits können die übermittelten Daten anderen Verkehrsteilnehmern zur Verfügung gestellt werden oder für eine Vielzahl von Verkehrsteilnehmern genutzt werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens umfassen die verkehrsteilnehmereigenen Daten eine jeweilige Einfädelposition des entsprechenden Verkehrsteilnehmers, so dass die primäre Einfädelposition in einfacher Weise ermittelt werden kann.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden zur Bestimmung primären Einfädelposition anhand der Einfädelpositionen der Verkehrsteilnehmer nur Einfädelpositionen von manuell gesteuerten Fahrzeugen verwendet. Somit kann mit zunehmend besserer Datenerhebung, z. B. der Ermittlung der typischen Einfädelpositionen von Fahrzeugen, das Einscheren autonomer Fahrzeuge komfortabler und besser gestaltet werden, indem es typischen Einfädelvorgängen normaler Fahrer angepasst wird. Dies kann auch dann erfolgen, wenn im freien Verkehr Zeitlücken zwischen auf der Fahrspur fahrenden Fahrzeugen und Möglichkeiten des Einfädelns vielfältig vorhanden sind. Eine Unterscheidung zwischen manuell gesteuerten und automatisiert gesteuerten Fahrzeugen ist beispielsweise durch Auswertung von Lichtsignalen möglich, die automatisiert fahrende Fahrzeuge aussenden, um andere Verkehrsteilnehmer über den automatisierten Betrieb zu informieren.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird die primäre Einfädelposition als ein flexibler Positionsbereich vorgegeben. Das heißt, es wird dem automatisiert fahrenden Fahrzeug ein flexiblerer Bereich zum Einfädeln empfohlen, beispielsweise ein Streckenstück, in dem mindestens 70 % aller realen Fahrer eingefädelt haben, oder beispielsweise keine Einfädelempfehlung in Streckenabschnitten am Anfang und Ende einer Einfädelspur, in dem unter 15% aller Fahrer eingefädelt haben. Der flexible Bereich kann bei zunehmenden Verkehrsaufkommen auch als Zielkorridor für einen komfortablen Einfädelvorgang angewendet werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden bei der Ermittlung der primären Einfädelposition von in dem Fahrzeug befindlichen Fahrzeuginsassen abgegebene, einen Komfort während des Einfädelns betreffende Rückmeldungen berücksichtigt. Somit kann bei der Ermittlung der primären Einfädelposition ein Empfinden von Fahrzeuginsassen bei bereits durchgeführten automatisierten Einfädelvorgängen verwendet werden, um eine Wahl der Einfädelpositionen zu optimieren.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
- 1 schematisch eine Draufsicht einer Fahrbahn und eine Häufigkeitsverteilung von Einfädelvorgängen an unterschiedlichen Positionen der Fahrbahn.
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In der einzigen 1 sind eine Draufsicht einer Fahrbahn FB und eine Häufigkeitsverteilung von Einfädelpositionen EP1 bis EPn verschiedener Einfädelvorgänge dargestellt. Dabei zeigt die Häufigkeitsverteilung eine jeweilige Häufigkeit H unterschiedlicher Einfädelvorgänge an unterschiedlichen Positionen X der Fahrbahn FB.
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Die Fahrbahn FB ist Bestandteil einer mehrspurigen Straße und umfasst zwei Fahrspuren FS1, FS2 mit gleicher Fahrtrichtung und eine Einfädelspur ES, auch als Beschleunigungsspur oder Beschleunigungsstreifen bezeichnet. Auf der Einfädelspur ES befindet sich ein Fahrzeug 1, welches auf die Fahrspur FS1 einfädeln möchte.
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In einem automatisierten, insbesondere hochautomatisierten oder autonomen Betrieb des Fahrzeugs 1 ist es wichtig, dass das Fahrzeug 1 an der richtigen Einfädelposition EP von der Einfädelspur ES auf die Fahrspur FS1 wechselt. Während eines Einfädelvorgangs darf weder eine Gefährdung des Fahrzeugs 1 und von dessen Insassen noch anderer Verkehrsteilnehmer vorliegen. Weiterhin sollte der Einfädelvorgang derart erfolgen, dass währenddessen ein größtmöglicher Komfort für Insassen des Fahrzeugs 1 erreicht wird.
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Um die genannten Ziele zu erreichen, ist das Fahrzeug 1 zu einem automatisierten Fahrbetrieb ausgebildet, in welchem dieses an einer festgelegten Ortsposition einen zuverlässigen Einfädel- und/oder Überholvorgang durchführen kann. Weiterhin ist das Fahrzeug 1 ausgebildet, sich mit einer zentralen Recheneinheit 2, beispielsweise einem so genannten Backend-Server, datentechnisch zu verbinden.
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Um zu erreichen, dass sich das Einfädeln oder Einscheren automatisiert fahrender Fahrzeuge 1 komfortabler gestaltet und einem typischen Einfädeln normaler Fahrer nachempfunden ist, ist vorgesehen, dass das autonome Fahrzeug 1 als primäre Einfädelposition EP, an der der Spurwechsel bevorzugt erfolgen soll, auf einer jeweiligen Zufahrt auf der Einfädelspur ES einen Median von Einfädelpositionen EP1 bis EPn von nicht automatisiert fahrenden Fahrzeugen, die in der jeweiligen Infrastruktur zeitlich zuvor von der Einfädelspur ES in die Fahrspur FS1 einfädelten, verwendet. Diese primäre Einfädelposition EP entspricht einem typischen Einfädelvorgang von mittleren Eigenschaften von realen Fahrern. Dabei wird durch das automatisiert fahrende Fahrzeug 1 ein Spurwechsel an der primären Einfädelposition EP angestrebt und eingehalten, wenn keine weiteren Verkehrsteilnehmer, insbesondere nicht näher dargestellte weitere Fahrzeuge, in einer Fahrzeugumgebung den Einfädelvorgang beeinflussen. Alternativ zur Bildung des Medians kann die primäre Einfädelposition EP auch als Mittelwert der Einfädelpositionen EP1 bis EPn vorgegeben werden.
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Mit anderen Worten: Dem automatisiert fahrenden Fahrzeug 1 wird eine Position , an welcher das Fahrzeug 1 von der Einfädelspur ES auf die Fahrspur FS1 wechseln soll, als primäre Einfädelposition EP vorgegeben. Diese primäre Einfädelposition EP wird während des automatisierten Fahrbetriebs des Fahrzeugs 1 dann als Sollposition für den Spurwechsel verwendet, wenn eine Behinderung von auf der Fahrspur FS1 befindlichen Verkehrsteilnehmen beim Spurwechsel vermieden wird. Das ist dann der Fall, wenn ein Verkehrsteilnehmer, vor den sich das Fahrzeug 1 beim Spurwechseln einfädelt, nicht oder allenfalls mit einer geringen Verzögerung auf das Fahrzeug 1 reagieren muss.
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Ein Median der Einfädelpositionen EP1 bis EPn einer Zufahrt wird anhand von Luftbeobachtungen ermittelt, welche Bilder entsprechend der in 1 gezeigten Darstellung liefern. Das heißt, die primäre Einfädelposition EP wird basierend auf Daten einer Verkehrsbeobachtung bestimmt, indem in einer Häufigkeitsanalyse von beobachteten Einfädelpositionen EP1 bis EPn anderer Verkehrsteilnehmer deren Median bestimmt und als vorbestimmte Einfädelposition EP verwendet wird.
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Beispielsweise wird hierzu eine Verkehrsbeobachtung mittels zumindest einer Kamera durchgeführt, welche die Einfädelspur ES und zumindest die angrenzende Fahrspur FS1 zumindest abschnittsweise aus einer Vogelperspektive erfasst. Die Kamera kann dabei ortsfest im Bereich der Einfädelspur ES und/oder der Fahrspur FS1 angeordnet sein.
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Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Verkehrsbeobachtung mittels zumindest einer Kamera, welche an einem unbemannten Flugobjekt, auch als Drohne bezeichnet, angeordnet ist.
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Alternativ oder zusätzlich ist es weiterhin möglich, dass die Verkehrsbeobachtung anhand von mittels anderer Verkehrsteilnehmer während einer Befahrung der Einfädelspur ES und/oder einer der Fahrspuren FS1, FS2 erfassten Umgebungsdaten und/oder verkehrsteilnehmereigenen Daten durchgeführt wird. Die Umgebungsdaten und/oder verkehrsteilnehmereigenen Daten werden insbesondere mittels einer so genannten V2X-Kommunikation (V2X = Vehicle-to-everything) an die fahrzeugexterne zentrale Recheneinheit 2 übermittelt, welche aus diesen die primäre Einfädelposition EP ermittelt. Hierbei umfassen die verkehrsteilnehmereigenen Daten eine jeweilige Einfädelposition EP1 bis EPn des entsprechenden Verkehrsteilnehmers. Das heißt, es ist möglich, aus Flottendaten und/oder Drohnenbeobachtungen und/oder mittels Kameras durchgeführter Beobachtungen die Mediane der Einfädelpositionen EP1 bis EPn auf beliebigen Zufahrten durch reale Messungen zu ermitteln.
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Unterschiedliche infrastrukturabhängige Einfädelpositionen EP beliebiger Zufahrten werden somit beispielsweise auf einem cloudbasierten Backend gespeichert und an verschiedene Fahrzeuge 1 übertragen. Auch ist es möglich, dass die unterschiedlichen infrastrukturabhängigen Einfädelpositionen EP1 bis EPn in einer digitalen Karte im automatisiert betriebenen Fahrzeug 1 vorliegen.
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Um zu erreichen, dass die primäre Einfädelposition EP dem typischen Einfädeln normaler Fahrer nachempfunden ist, werden zur Bestimmung der primären Einfädelposition EP anhand der Einfädelpositionen EP1 bis EPn der Verkehrsteilnehmer in einer möglichen Ausgestaltung nur Einfädelpositionen EP1 bis EPn von nicht näher dargestellten manuell gesteuerten Fahrzeugen verwendet. Eine Unterscheidung zwischen manuell gesteuerten und automatisiert gesteuerten Fahrzeugen erfolgt dabei durch Auswertung von Lichtsignalen, die automatisiert fahrende Fahrzeuge aussenden, um andere Verkehrsteilnehmer über den automatisierten Betrieb zu informieren.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung wird die primäre Einfädelposition EP als ein flexibler Positionsbereich mit mehreren Einzelpositionen bestimmt. Das heißt, es wird dem automatisiert fahrenden Fahrzeug 1 ein flexiblerer Bereich zum Einfädeln empfohlen, beispielsweise ein Streckenabschnitt, in dem mindestens 70 % aller realen Fahrer eingefädelt haben. Dabei können beispielsweise Streckenabschnitte zum Einfädeln am Anfang und/oder Ende der Einfädelspur ES verworfen werden, in welchen unter 15 % aller Fahrer einfädelten. Dieser größere flexible Bereich der Einfädelempfehlung kann auch bei zunehmenden Verkehrsaufkommen geeignet als Zielkorridor eines komfortablen Einfädelvorgangs angewendet werden.
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Um eine Bestimmung und Wahl der primären Einfädelpositionen EP zu optimieren, ist in einer möglichen Ausgestaltung vorgesehen, dass bei der Ermittlung der primären Einfädelposition von in dem automatisiert fahrenden Fahrzeug 1 befindlichen Fahrzeuginsassen abgegebene, einen Komfort während des Einfädelns betreffende Rückmeldungen berücksichtigt werden, d. h. ein Feedback berücksichtigt wird.
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Liegen keine genaueren Messungen der Einfädelpositionen EP1 bis EPn für eine bestimmte Einfädelspur ES vor, kann eine initiale Einfädelposition EP beispielsweise in einer Mitte einer jeweiligen Zufahrt, d. h. Einfädelspur ES, angenommen werden.
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Auch ist es möglich, dass die für das automatisiert fahrende Fahrzeug 1 ermittelte primäre Einfädelposition EP außerhalb der Einfädelspur ES liegt. Dies kann beispielsweise dann vorkommen, wenn eine zu geringe Datengrundlage vorliegt, beispielsweise wenn die Einfädelposition EP nur anhand von Daten eines einzelnen Verkehrsteilnehmers ermittelt wird, welcher einige Meter nach einem Ende der Einfädelspur ES verspätet eingefädelt ist. Ist dies der Fall, ignoriert das automatisiert fahrende Fahrzeug 1 diese unerlaubte Einfädelposition EP.
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Wie beschrieben, wird die primäre Einfädelposition EP während des automatisierten Fahrbetriebs des Fahrzeugs 1 dann verwendet, wenn eine Behinderung auf der Fahrspur FS1 befindlicher Verkehrsteilnehmer vermieden wird. Liegt dagegen eine Gefahr einer Behinderung auf der Fahrspur FS1 befindlicher Verkehrsteilnehmer bei Verwendung der primären Einfädelposition EP vor, wird eine nicht näher dargestellte sekundäre Einfädelposition in Abhängigkeit von detektierten Freiräumen zwischen auf der Fahrspur FS1 hintereinander befindlichen Verkehrsteilnehmern bestimmt und während des automatisierten Fahrbetriebs des Fahrzeugs 1 als Sollposition für den Spurwechsel verwendet. Das heißt, ist die Verwendung der primären Einfädelposition EP aufgrund eines Verkehrsaufkommens in der Fahrzeugumgebung nicht möglich, wird eine ausreichende Zeitlücke bestimmt, um den Einfädelvorgang durchzuführen.
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Diese Bestimmung erfolgt beispielsweise in der Art, dass das automatisiert fahrende Fahrzeug 1 dort versucht einzufädeln, wo eine Wahrscheinlichkeit verhältnismäßig hoch ist, dass das Fahrzeug 1 eine entsprechende Zeitlücke, d. h. einen entsprechenden Zeitabstand, zwischen auf der Fahrspur FS1 hintereinander befindlichen Verkehrsteilnehmern vorfindet. Eine solche Zeitlücke ist insbesondere abhängig von einem Verkehrszustand auf einem Streckenabschnitt mit der Einfädelspur ES. Über beispielsweise eine infrastrukturseitige Sensorik an Zufahrten, d. h. insbesondere an Einfädelspuren ES, können Zeitlückenverteilungen verkehrszustandsabhängig gemessen werden, wobei die Zeitlückenverteilungen an die zentrale Rechnereinheit 2 übermittelt werden und somit von dem automatisiert fahrenden Fahrzeug 1 abgerufen werden können. Eine weitere mögliche Ausführungsform sieht vor, dass die verkehrszustandsabhängige Zeitlückenverteilung durch eine Fahrzeugflotte selbst bzw. anhand erfasster Signale einer fahrzeugseitig vorhandenen Detektionsmöglichkeit ermittelt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Recheneinheit
- EP
- Einfädelposition
- EP1 bis EPn
- Einfädelposition
- ES
- Einfädelspur
- FB
- Fahrbahn
- FS1, FS2
- Fahrspur
- H
- Häufigkeit
- X
- Position
