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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung für autonomes Fahren eines Fahrzeugs.
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EP 3 517 893 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb eines autonomen Fahrzeugs. Das Verfahren bezieht sich auf einen den Weg und die Geschwindigkeit optimierenden Rückfallmechanismus. Dabei wird eine auf der Spline-Kurve basierende Wegoptimierung durchgeführt. Es wird bestimmt, ob ein Ergebnis der auf der Spline-Kurve basierenden Wegoptimierung einen ersten vorbestimmten Zustand erfüllt. Nötigenfalls wird eine auf der Finite-Element-Methode basierende Wegoptimierung durchgeführt.
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Die Publikation „Galiläer, Peter, Trassierung von Straßenverkehrsanlagen mit der Finiten-Elemente-Methode; Hochschulschrift: Dresden, Techn. Univ. Diss.“ offenbart ein Verfahren gemäß dem Titel der Publikation bzw. Dissertation. Ziel des darin beschriebenen Verfahrens ist es, mittels der Finiten-Elemente-Methode eine dreidimensionale Biegelinie aus einer Achse und einer Gradiente zusammenzusetzen. Bei dem Verfahren wird ein mathematisch modelliertes Biegelineal im digitalen Geländemodell (DGM) verformt.
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US 2018/0099667 A1 offenbart das Steuern eines autonomen Fahrzeugs, wobei linke und rechte Grenzlinien eines Fahrwegs, auf dem das Fahrzeug fährt, berechnet werden. Ferner wird unter Minimierung einer Reisedistanz sowie unter Minimierung einer Abweichung von einer Mittellinie eine ideale Fahrtroute ermittelt, die innerhalb eines Bereichs der linken und rechten Begrenzungslinien verläuft.
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WO 2017/183486 A1 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen einer Trajektorie für ein autonomes Fahrzeug unter Berücksichtigung von Beschleunigung und Abbremsung des Fahrzeugs, so dass ein sanfter Fahrbetrieb erreicht wird. Hierzu wird eine Trajektorie erzeugt, mit einem Wendepunkt in einem Krümmungsänderungsabschnitt, in dem sich die Krümmung monoton in Bezug auf die Fahrdistanz des Fahrzeugs ändert.
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Wünschenswert ist es, ein demgegenüber verbessertes Verfahren und eine demgegenüber verbesserte Vorrichtung für autonomes Fahren bereitzustellen.
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Dies wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht.
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Das Verfahren für autonomes Fahren eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn in eine Fahrtrichtung, sieht vor, dass eine Trajektorie für das Fahren auf der Fahrbahn in der Fahrtrichtung bestimmt wird, wobei ein in seiner Länge begrenztes Biegeband die Trajektorie definiert, wobei das Biegeband an seinem einen Ende in einem Knoten festgelegt ist, der einen Startpunkt der Trajektorie definiert, wobei ein Verlauf der Trajektorie ausgehend vom Startpunkt abhängig von einer Biegelinie des Biegebandes bestimmt wird, die sich vom Knoten ausgehend zum anderen Ende des Biegebandes erstreckt, wobei eine Repräsentation einer Fahrbahnbegrenzung eine Randbedingung für die Bestimmung der Trajektorie definiert, wobei ein Gütemaß abhängig von einer Eigenschaft des Biegebandes, insbesondere einer Biegesteifigkeit, eines Zugs oder einer Zentrierung des Biegebandes bezüglich der Repräsentation der Fahrbahnbegrenzung, definiert ist, wobei nach dem Prinzip der virtuellen Verschiebung vorzugsweise mittels der Finite-Elemente-Methode, die Biegelinie bestimmt wird, die die Randbedingung erfüllt und für die das Gütemaß einen Extremalwert aufweist und dass für das Biegeband oder ein diskretes Element des Biegebandes ein zusätzliches Federelement definiert ist, das an einem Knoten für das Biegeband oder für das diskrete Element angreift, wobei die Randbedingung wenigstens eine Eigenschaft des zusätzlichen Federelementes definiert. Die Federelemente sind Penalty Elemente, die eine Definition verletzbarer Randbedingungen ermöglichen.
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Das Ergebnis ist dann eine Trajektorie, die die gestellte Randbedingung gemäß des Gütemaßes optimal erfüllt. Die Repräsentation der Fahrbahnbegrenzung definiert beispielsweise einen Korridor, in dem eine nutzbare Fahrbahn liegt und in dem die Trajektorie liegen muss. Die Biegesteifigkeit im Gütemaß dient beispielsweise der Vorgabe physiologischer oder fahrphysikalischer Größen wie Gier- oder Lateral-Beschleunigung oder einer Änderung dieser Beschleunigung. Das Gütemaß kann auch für die Bestimmung eines schnellsten und/oder kürzesten Wegs oder einer minimalen Beschleunigung ausgelegt sein. Beispielsweise wird das Gütemaß als quadratischer Fehler definiert. Der Extremalwert ist in diesem Fall als Minimum des Gütemaßes definiert. Die Trajektorienberechnung erfolgt mit einem Modell das ein direkt steuerbares mathematisch ein-eindeutiges Verhalten aufweist. Das Modell berücksichtigt die physiologischen und fahrphysikalischen Größen und kann an einen Fahrstil anpassbar sein. Die Berechnung erfolgt in einem Aspekt adaptiv, vom aktuellen Fahrzustand ausgehend. In einem Aspekt ist die Berechnung in Echtzeit, d.h. während des Fahrbetriebs vorgesehen. Das Optimierungsproblem mit dem Gütemaß und den Randbedingungen wird in einem Aspekt mathematisch eindeutig formuliert und nach dem Prinzip der virtuellen Verschiebung vorzugsweise mittels der Finite-Elemente-Methode minimiert. Die Berechnung liefert eine reproduzierbare, mathematisch nachweisbare Trajektorienberechnung. Damit ist eine Nachweisbarkeit des Verhaltens herstellbar.
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Vorzugsweise ist das Gütemaß durch eine Krümmung der Biegelinie definiert, wobei die Biegelinie bestimmt wird, deren Krümmung minimal ist. Damit wird der Fahrbahn mit dem niedrigsten Energieniveau gefolgt.
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Bevorzugt wird eine Strecke der Trajektorie für das Fahren in einem sich in Fahrtrichtung erstreckenden Segment der Fahrbahn bestimmt, wobei die Strecke durch einen Streckenanfang und ein Streckenende begrenzt ist, wobei der Streckenanfang und das Streckenende durch Knoten des Biegebandes definiert sind, die ein diskretes Element des Biegebandes verbindet, wobei ein Verlauf der Strecke abhängig von einer Biegelinie des diskreten Elements bestimmt wird, wobei ein Gütemaß für das diskrete Element abhängig von einer Eigenschaft des diskreten Elements, insbesondere einer Biegesteifigkeit, eines Zugs oder einer Zentrierung des diskreten Elements bezüglich der Repräsentation der Fahrbahnbegrenzung, definiert ist, wobei insbesondere nach dem Prinzip der virtuellen Verschiebung vorzugsweise mittels der Finite-Elemente-Methode, die Biegelinie bestimmt wird, für die das Gütemaß für das diskrete Element einen Extremalwert aufweist. Dies ermöglicht eine segmentweise Bestimmung der Strecken für die Trajektorie. Die Verwendung der Segmente ermöglicht eine ganzheitliche Betrachtung eines Fahrsegments. Die Trajektorienberechnung plant die Trajektorie anhand der Segmente in einer Vorsteuerung vorausschauend. Dadurch haben Ereignisse am Ende des betrachteten Segments Rückwirkungen auf den Beginn des Segments.
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Vorzugsweise ist das diskrete Element als Stab-Balken definiert. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Trajektorienberechnung mit Methoden der Finiten Elemente. Die Trajektorie wird in diesem Aspekt durch Stab-Balken repräsentiert, die sich als diskrete Elemente innerhalb des Korridors zwischen Knoten aneinanderreihen. Knoten auf beiden Seiten des Stab-Balkens definieren den Streckenanfang und das Streckenende. Die Biegelinie und die Lage der Knoten werden in diesem Aspekt durch Variation der Biegelinie und der Lage der Knoten nach dem Prinzip der virtuellen Verschiebung vorzugsweise mittels der Finite-Elemente-Methode, so bestimmt, dass sie innerhalb des Korridors liegen. Als Randbedingung wird beispielsweise eine Kontaktberechnung verwendet, mit der Biegelinien ausgeschlossen werden für die ein Kontakt der Trajektorie mit der Fahrbahnbegrenzung vorliegt.
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Bevorzugt definiert die Randbedingung für den Streckenanfang und das Streckenende je einen Knoten, der einen Punkt auf oder innerhalb der Fahrbahnbegrenzung auf einer Senkrechten zu einem Mittelstreifen der Fahrbahn repräsentiert. Damit sind exakt einzuhaltende Randbedingungen definiert.
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Vorzugweise definiert die Randbedingung wenigstens eine Eigenschaft für eine Elementsteifigkeit für das Biegeband oder ein diskretes Element des Biegebandes. Damit werden die physiologische und fahrphysikalische Randbedingungen besonders gut modelliert.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Berechnung der Trajektorie abhängig von einer Position des Fahrzeugs, insbesondere bezüglich einer zuvor bestimmten Trajektorie, oder zeitgesteuert gestartet wird. Dadurch ist eine erstmalige oder iterative wiederholte Berechnung der Trajektorie im Fahrbetrieb in Echtzeit steuerbar.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Extremalwert ein Minimalwert ist, wobei der Minimalwert abhängig von wenigstens einem Parameter definiert ist, der abhängig von einem Beschleunigungs- und/oder Verzögerungsverhalten des Fahrzeugs eine Eigenschaft des Biegebandes oder eines diskreten Elements des Biegebandes definiert, wobei eine Vielzahl Minimalwerte für verschiedene Parameter bestimmt wird, wobei die Trajektorie abhängig von dem Parameter bestimmt wird, der den kleinsten Minimalwert der Vielzahl Minimalwerte definiert. Dadurch wird ein durch unterschiedliche Eigenschaften des Biegebandes auftretendes nichtlineares Modellverhalten abgebildet.
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Eine Vorrichtung zum autonomen Fahren für ein Fahrzeug sieht vor, dass die Vorrichtung eine Recheneinrichtung umfasst, die ausgebildet ist, das Verfahren auszuführen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
- 1 eine schematische Darstellung einer Trajektorie und einer Fahrbahn,
- 2 eine schematische Darstellung von Teilen einer Vorrichtung für autonomes Fahren,
- 3a, 3b Details eines Modells eines Biegebandes,
- 4 Schritte in einem Verfahren für autonomes Fahren.
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Trajektorienplanung gewinnt mit steigendem Automatisierungsgrad im Automobil zunehmend an Bedeutung. Durch Entwicklung an Algorithmen und Sensoren sind der Betriebszustand und die Umgebungsbedingungen des Fahrzeuges zunehmend genauer bekannt, Führungsaufgaben werden zunehmend vom Fahrzeug selbst übernommen.
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Trajektorienplanung ist sowohl für Sicherheitsfunktionen als auch für Komfortfunktionen wie Autobahnpilot erforderlich. Die Trajektorienplanung betrifft z.B. das Ausweichen oder frühzeitiges Eingreifen durch die Sicherheitsfunktion, sofern ein vor dem Fahrzeug liegender Abschnitt vom aktuellen Fahrzugstand aus nur noch grenzwertig durchfahren werden kann. Dies betrifft z.B. Komfortfunktionen wie Autobahnpilot, Staupilot, oder andere Funktionen für allgemeines autonomes Fahren.
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Ziel der vorliegenden Idee ist es, ein Verfahren für autonomes Fahren zu schaffen, mit dem nicht nur eine allgemeine Trajektorie berechnet werden kann, sondern welches auch eine gezielte, selektive, abschnittweise Beeinflussung der Trajektorieneigenschaften bezogen auf den aktuellen Fahrzustand zulässt. Dies erweitert klassische Verfahren, z.B. Verfahren die Polygonzüge oder Splinefitting verwenden, um die Möglichkeit fahrzeugspezifische Merkmale in die Berechnung gezielt mit einzubeziehen.
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Diese fahrzeugspezifischen Merkmale können z.B. Merkmale für markentypisches Fahren, aber auch kinetosische oder energetische Merkmale sein. Es kann eine Beeinflussung der Trajektorie abhängig von Quereigenschaften des Fahrzeugs erfolgen. Die Trajektorie kann auch abhängig von der Fahrsituation oder für ein Bremsen in eine Kurve hinein oder ein Herausbeschleunigen aus der Kurve optimiert modelliert werden.
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1 stellt für autonomes Fahren eines Fahrzeugs 100 eine schematische Darstellung einer Fahrbahn 102 dar. Das Fahrzeug 100 bewegt sich im Beispiel in eine Fahrtrichtung 104, vorwärts. In 1 ist eine Trajektorie 106 für das Fahren auf der Fahrbahn 102 dargestellt. Die Trajektorie 106 ist eine aus einer Vielzahl möglicher Trajektorien, mit denen das Fahrzeug 100 auf der Fahrbahn 102 bewegbar ist. Die Tangente zur Trajektorie 106 gibt im Beispiel die Fahrtrichtung 104 an.
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Die Trajektorie 106 ist im Beispiel in Strecken 108 unterteilt. Die Fahrbahn 102 ist durch eine Fahrbahnbegrenzung begrenzt. Im Beispiel ist eine bezüglich der Fahrtrichtung 104 links der Trajektorie angeordnete linke Seitenbegrenzung 110 und eine bezüglich der Fahrtrichtung 104 rechts der Trajektorie angeordnete rechte Seitenbegrenzung 112 dargestellt. Ein Mittelstreifen 114 verläuft im Beispiel mittig zu den Seitenbegrenzungen. Die Fahrbahnbegrenzung kann wahlweise durch die Seitenbegrenzungen oder durch den Mittelstreifen und eine der Seitenbegrenzungen definiert sein.
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Jede Strecke 108 ist durch einen Streckenanfang und ein Streckenende begrenzt. Für die direkt vor dem Fahrzeug 100 beginnende Strecke 108 ist der Streckenanfang 116 und das Streckenende 118 in 1 dargestellt. Der Streckenanfang der an diese Strecke 108 anschließenden Strecke 108 ist das Streckenende 118. Die folgenden Strecken 108 sind entsprechend sequentiell angeordnet. Der Übersichtlichkeit wegen sind für diese Strecken 108 Streckenanfang und Streckenende als Punkte dargestellt und nicht mit Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Streckenanfang 116 ist auch Startpunkt 120 der Trajektorie.
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Der Streckenanfang 116 und das Streckenende 118 liegen im Beispiel jeweils auf einer Senkrechten zum Mittelstreifen 114. Für das Streckenende 118 ist eine Senkrechte 122 in 1 dargestellt. Eine Vielzahl dieser Senkrechten unterteilen die Fahrbahn 102 in Segmente 124.
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In 2 ist eine Vorrichtung 200 für autonomes Fahren dargestellt. Die Vorrichtung 200 umfasst eine Recheneinrichtung 202, eine Erfassungseinrichtung 204 und eine Ansteuereinrichtung 206, die über eine Datenleitung 208 verbunden und ausgebildet sind zusammenzuwirken um, ein im Folgenden anhand der 4 beschriebenes Verfahren auszuführen. Die Recheneinrichtung 202 ist beispielsweise ein Mikroprozessor. Die Ansteuereinrichtung 206 ist ausgebildet, eine Fahrtrichtung gemäß der Trajektorie 106 für das Fahrzeug 100 vorzugeben, oder das Fahrzeug 100 in diese Fahrtrichtung zu lenken. Die Erfassungseinrichtung ist ausgebildet, Information über die Fahrbahn 102 und/oder die Fahrbahnbegrenzung zu erfassen und bereitzustellen.
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Für das Verfahren wird die Trajektorie durch ein in 3a schematisch dargestelltes Biegeband 300 modelliert. Knoten des Biegebandes 300 modellieren in diesem Beispiel Streckenanfang und Streckenende. Für den Streckenanfang 116 sind ein Knoten 302 und für das Streckenende 118 ein Knoten 304 in 3a dargestellt. Zwischen Knoten angeordnete diskrete Elemente 306 modellieren die Strecken 108 aus 1. In dem in 3a dargestellten Beispiel ist eine Biegesteifigkeit durch ein Federelement 308 im Knoten dargestellt. Es kann zusätzlich oder alternativ eine Biegesteifigkeit in den diskreten Elementen 306 modelliert sein.
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3b stellt eine Detailansicht eines Knoten 310 aus 3a dar. Für den Knoten 310 wird im Beispiel zusätzlich zur Biegesteifigkeit ein zusätzliches Federelement 312 eine Zugsteifigkeit modelliert.
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Für das Biegeband 300 oder die diskreten Elemente 306 des Biegebandes 300 können diese zusätzlichen Federelemente 312 definiert sein. Ein Federelement 312 greift an einem Knoten für das Biegeband 300 oder für das diskrete Element an. Die anderen Knoten des Biegebandes 300 können ebenso modelliert sein.
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Die Elementsteifigkeit für das Biegeband 300 oder ein diskretes Element 306 des Biegebandes 300 ist über diese Federelemente modellierbar und einstellbar.
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Das Biegeband 300 wird im Beispiel als ein virtuelles, numerisches Biegeband mit Eigenschaften modelliert, die durch die Biegesteifigkeit und/oder Zugsteifigkeit, den Zug, definierbar sind.
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In dem im Beispiel dargestellten Aspekt umfasst das Biegeband 300 eine äquidistante Abfolge diskreter Elemente 306. Die diskreten Elemente 306 sind im Beispiel als Stab-Balken derselben Länge definiert. Es muss keine äquidistante Abfolge der disktreten Elementen 306 verwendet werden, die Länge der diskreten Elemente 306 kann vielmehr variieren.
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Da das Biegeband 300 in diesem Aspekt aus einzelnen diskreten Elementen 306 mit individuell anpassbarer Steifigkeit besteht, kann die Biegelinie durch Veränderung der Elementeigenschaften elementweise verändert werden. Die lokale Krümmung kann beispielsweise durch Erhöhung der Steifigkeit in den entsprechenden diskreten Elemente 306 reduziert werden. Dadurch ist eine Veränderung der Trajektorie 106 möglich. Somit ist ein anderes Fahrverhalten gezielt und auch lokal einstellbar.
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Das Verfahren ist geeignet einen initialen Rechenaufwand für die Trajektorienberechnung gering zu halten und flexibel auf Abweichungen von der berechneten Trajektorie einzugehen. Insbesondere wird nicht eine gesamte Trajektorie für eine Route vom Start zum Ziel der Route berechnet, sondern nur ein relevanter Bereich vor dem Fahrzeug 100.
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Dieser Bereich stellt einen Berechnungshorizont dar, der in einem Aspekt kontinuierlich berechnet wird.
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In einem anderen Aspekt wird der Berechnungshorizont segmentweise verschoben. Dazu wird am fahrzeugseitigen Ende des Biegebandes 300 das diskrete Element 306 für ein Segment das soeben durchfahren wurde entfernt und ein neues diskretes Element 306 für ein Segment am Ende der Trajektorie an das andere Ende des Biegebandes 300 angefügt. Dieses Vorgehen ist effizienter als die kontinuierliche Berechnung.
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Das Verfahren startet im Beispiel, wenn die Berechnung der Trajektorie 106 abhängig von einer Position des Fahrzeugs 100, insbesondere bezüglich einer zuvor bestimmten Trajektorie, oder zeitgesteuert ausgelöst wird. In der Berechnung werden eine virtuelle, numerische Repräsentation des Biegebandes 300 und eine virtuelle, numerische Repräsentation der Fahrbahnbegrenzung verwendet, die wie zuvor beschrieben abhängig von den realen Gegebenheiten definiert sind. Diese werden im Folgenden als Biegeband und Fahrbahnbegrenzung bezeichnet.
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Nach dem Start des Verfahrens wird ein Schritt 402 ausgeführt.
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Im Schritt 402 wird das Gütemaß für die Berechnung abhängig von einem gewünschten Verhalten des Fahrzeugs 100 bestimmt. Zudem wird die Randbedingung für die Berechnung abhängig von Information über die Fahrbahn 102 oder das gewünschte Fahrverhalten bestimmt.
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Beispielsweise wird das Gütemaß so definiert, dass der Energieverbrauch minimiert wird, wenn das Gütemaß den Extremalwert aufweist. Das Gütemaß ist im Beispiel durch die Eigenschaften des Biegebandes, insbesondere die Biegesteifigkeit, den Zug oder durch eine Zentrierung des Biegebandes bezüglich der Fahrbahnbegrenzung definiert.
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Beispielsweise wird die Fahrbahnbegrenzung abhängig von dem Verlauf der linken Seitenlinie 110, der rechten Seitenlinie 112 und/oder dem Verlauf des Mittelstreifens 114 bestimmt. Im Beispiel definiert die Randbedingung eine Biegelinie, d.h. den Verlauf des Biegebandes, so dass die Trajektorie 106 innerhalb der Fahrbahnbegrenzung verläuft, die durch den Mittelstreifen 114 und den rechten Seitenstreifen 112 definiert ist. Dies entspricht einer Biegelinie des virtuellen, nummerischen Biegebandes innerhalb der Fahrbahnbegrenzung.
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Das Gütemaß ist beispielsweise durch eine Krümmung der Biegelinie definiert.
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Die Randbedingung kann für den Streckenanfang und das Streckenende je einen Knoten definieren, der einen Punkt auf oder innerhalb der Fahrbahnbegrenzung auf einer Senkrechten 122 zum Mittelstreifen 114 repräsentiert. Das Biegeband kann auch ohne eine den Strecken entsprechende Unterteilung eingeschoben werden. Die Randbedingung kann eine Kontaktberechnung umfassen durch die eine Biegelinie des Biegebandes während der Fahrt so bestimmt wird, dass die Trajektorie 106 geometrisch innerhalb der Fahrbahnbegrenzung gehalten wird. Es kann eine Zentrierung vorgesehen, die als Randbedingung definiert das Fahrzeug 100 auch im Falle von keinem Kontakt zwischen Trajektorie 106 und Fahrbahnbegrenzung innerhalb der Fahrbahnbegrenzung positioniert.
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Die Randbedingung kann wenigstens eine Eigenschaft für eine Elementsteifigkeit für ein Federelement 308 des Biegebandes oder für ein diskretes Element 306 des Biegebandes abhängig von gewünschten physiologischen und/oder fahrphysikalischen Randbedingungen definieren.
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Die Randbedingung definiert für den Fall, dass ein zusätzliches Federelement 312 vorgesehen ist, wenigstens eine Eigenschaft des zusätzlichen Federelements 312. Damit werden Penalty Elemente modelliert, die verletzbare Randbedingungen ermöglichen.
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Anschließend wird in einem Schritt 404 für die Berechnung der Trajektorie 106 der Verlauf des virtuellen, numerisches Biegebandes bestimmt, durch dessen Verlauf die Trajektorie 106 vor dem Fahrzeug 100 in der Fahrbahn 102 innerhalb der Fahrbahnbegrenzung verläuft und durch den das Gütemaß den Extremalwert aufweist. Dazu wird die Biegelinie des aus disktreten Elementen analog der Finiten Element Methode aufgebauten Biegebandes nach dem Prinzip der virtuellen Verschiebungen so berechnet, dass die Biegelinie in einer virtuellen, nummerischen Repräsentation der Fahrbahnbegrenzung verläuft. Das bedeutet, die Biegelinie wird abhängig vom Gütemaß so bestimmt, dass die Randbedingung erfüllt ist und das Gütemaß den Extremalwert aufweist.
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Das Biegeband ist in seiner Länge begrenzt und definiert die Trajektorie 106. Die Länge und der Verlauf der Biegelinie des Biegebandes entsprechen der Länge und dem Verlauf der Trajektorie 106.
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Für die Berechnung ist das Biegeband an einem Ende festgelegt, der den Startpunkt 120 der Trajektorie 106 definiert. Der Verlauf der Trajektorie 106 wird ausgehend vom Startpunkt 120 abhängig von der Biegelinie des Biegebandes bestimmt. Die Biegelinie erstreckt sich von diesem Knoten ausgehend bis zum anderen Ende des Biegebandes.
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Anschließend wird ein Schritt 406 ausgeführt.
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Im Schritt 406 wird die Trajektorie 106 abhängig von der Biegelinie bestimmt. Im Beispiel wird die Trajektorie 106 bestimmt, die entlang der Biegelinie verläuft.
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Wenn das Gütemaß durch die Krümmung der Biegelinie definiert ist, wird beispielsweise die Biegelinie bestimmt, deren Krümmung minimal ist.
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Anschließend wird ein Schritt 408 ausgeführt.
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Im Schritt 408 wird die Trajektorie 106 zur Ansteuerung des Fahrzeugs 100 ausgegeben.
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Anschließend wird ein Schritt 410 ausgeführt.
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Im Schritt 410 wird eine Längsführung, d.h. ein Geschwindigkeitsprofil, mit dem die Trajektorie 106 durchfahren wird, ermittelt. Ausgehend von den Bereichen mit maximaler Krümmung der Biegelinie wird beispielsweise das zulässige Geschwindigkeitsprofil berechnet. Dabei kann aus Krümmung und Fahrzeugeigenschaften, wie Reibwert oder Abtrieb an jeder Stelle der Trajektorie 106 die zulässige Höchstgeschwindigkeit berechnet werden. Diese kann unter Umständen jedoch dort nicht gefahren werden, wenn beispielsweise das Beschleunigungs- und Bremsverhalten des Fahrzeugs dies nicht zulässt.
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In diesem Fall kann vorgesehen sein, eine andere Trajektorie 106 zu wählen. Beispielsweise wird die Trajektorie gewählt, die die Randbedingung erfüllt und für die das Gütemaß dem Extremalwert am nächsten liegt. Dadurch wird ein anderes Längsprofil gefahren.
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Anschließend endet das Verfahren.
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Die Biegelinie kann auch für eine Strecke 108 der Trajektorie 106 für das Fahren in einem Segment 124 bestimmt werden. Der Streckenanfang und das Streckenende sind in diesem Fall durch Knoten des Biegebandes definiert, die ein diskretes Element des Biegebandes verbindet.
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Der Verlauf der Strecke 108 wird in diesem Fall abhängig von einer Biegelinie des diskreten Elements bestimmt. Dazu wird ein Gütemaß für das diskrete Element abhängig von einer Eigenschaft des diskreten Elements bestimmt. Dazu kann das Gütemaß als eine Biegesteifigkeit, ein Zug oder einer Zentrierung des diskreten Elements bezüglich der Repräsentation der Fahrbahnbegrenzung definiert sein. In diesem Fall wird nach dem Prinzip der virtuellen Verschiebung mittels der Finite-Elemente-Methode die Biegelinie des diskreten Elements bestimmt, für die das Gütemaß einen Extremalwert aufweist.
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Durch unterschiedliche Eigenschaften des Biegebandes kann ein im Fahrbetrieb auftretendes nichtlineares Modellverhalten abgebildet werden. Dazu wird ein Minimalwert als Extremalwert abhängig von wenigstens einem Parameter definiert, der abhängig von einem Beschleunigungs- und/oder Verzögerungsverhalten des Fahrzeugs 100 eine Eigenschaft des Biegebandes 300 oder des diskreten Elements 306 des Biegebandes 300 definiert. In diesem Fall ist vorgesehen, eine Vielzahl Minimalwerte für verschiedene Parameter zu bestimmen. Die Trajektorie 106 wird dann abhängig von dem Parameter bestimmt, der den kleinsten Minimalwert der Vielzahl Minimalwerte definiert. Das bedeutet, die Trajektorie 106 wird entsprechend dem Verlauf der Biegelinie bestimmt, die aus der Berechnung mit diesem Parameter resultiert.
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Im Fall einer diskreten, segmentweisen Berechnung wird zunächst das erste vor dem Fahrzeug liegende diskrete Element 306 unverändert belassen. Das Fahrzeug 100 durchfährt ein diesem diskreten Element 306 entsprechendes erstes Segment 124. Wenn das Fahrzeug 100 am Ende dieses Segments 124 ankommt, d.h. das Ende des entsprechenden diskreten Elements 306 oder Stab-Balkens erreicht, wird das durchfahrene diskrete Element 306 aus der Berechnung entfernt und ein weiteres diskretes Element 306 am Ende dies Biegebandes 300 angefügt. Für eine neue Berechnung der Trajektorie 106 verbleibt somit die Durchfahrzeit durch das erste Segment 124.
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In beiden Fällen können sich Kontaktbedingungen am Biegeband bei jeder neuen Berechnung der Trajektorie 106 ändern. Hierdurch verändert sich mitunter die Lage des gesamten Biegebandes, jedoch sind die Änderungen an dessen Ende am stärksten und verringern sich in Richtung Fahrzeug 100. Bei einem hinreichend langen Biegeband sind die Änderungen direkt vor dem Fahrzeug 100 vernachlässigbar.
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Mitunter kann z.B. auf einer langen Gerade- überhaupt keine Führung oder Positionierung des Biegebandes erfolgen. In diesem Fall kann eine Fahrzeugposition frei innerhalb der Fahrbahnbegrenzungen gewählt werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, eine Mittenzentrierung in der befahrenen Fahrbahn 102 vorzusehen. Diese Zentrierung kann an allen oder einzelnen Knoten des Biegebandes als Randbedingung definiert sein.
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In einem Kurvenbereich besteht die Möglichkeit, dass das Biegeband einen Verlauf definiert, durch den ein beabsichtigter Kontakt zur Fahrbahnbegrenzung entsteht. Durch die Eigenschaften des Biegebandes und die Randbedingung wird das Fahrzeug in der Berechnung dabei in eine für die Anfahrt der Kurve gewünschte Position gebracht.
