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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Manöverabstimmungseinrichtung zum dezentralen Abstimmen von Fahrmanövern zwischen Kraftfahrzeugen.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2017/076593 A1 ist ein Verfahren zum dezentralen Abstimmen von Fahrmanövern von mindestens zwei Kraftfahrzeugen bekannt. Bei diesem Verfahren werden eine Plan- und eine Wunschtrajektorie von einem ersten Kraftfahrzeug an ein zweites Kraftfahrzeug mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation übermittelt. In dem zweiten Kraftfahrzeug wird eine Fahrtrajektorie des zweiten Kraftfahrzeugs mit der Wunschtrajektorie des ersten Kraftfahrzeugs verglichen. Die Fahrtrajektorie des zweiten Kraftfahrzeugs wird zu einer angepassten Fahrtrajektorie angepasst, solange die Wunschtrajektorie des ersten Kraftfahrzeugs mit der Fahrtrajektorie des zweiten Kraftfahrzeugs kollidiert und solange eine Gesamtkostenfunktion durch das Anpassen optimiert wird. Die Gesamtkostenfunktion umfasst dabei zumindest eine Kostenfunktion des ersten und des zweiten Kraftfahrzeugs.
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Aus den deutschen Patentanmeldungen
102018002675.3 und
102019203420.9 sind Verfahren zum Abstimmen von Fahrmanövern zwischen Kraftfahrzeugen bekannt, die auf einem gegenseitigen Austausch von Fahrtrajektorien zwischen beteiligten Fahrzeugen mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation basieren. Die Manöverabstimmungen basieren auf einer individuellen Kostenfunktion sowie auf einem Kostengrenzwert eines bevorrechtigten Kraftfahrzeugs.
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Durch eine Übertragung von mehr als einer alternativen geplanten Fahrtrajektorie für ein an einer Abstimmung beteiligtes Kraftfahrzeug gemäß der bekannten Verfahren zum Abstimmen von Fahrmanövern wird ein vergleichsweise hohes Datenvolumen beim Austausch von entsprechenden Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Nachrichten verursacht. Wird der gegenseitige Austausch von Fahrtrajektorien während einer Manöverabstimmung auf jeweils eine geplante Fahrtrajektorie pro Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Nachricht beschränkt, kann das Datenvolumen zwar reduziert werden, jedoch können während der Abstimmung zeitliche Inkonsistenzen auftreten.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zur kooperativen Abstimmung von Fahrmanövern zwischen mindestens zwei Kraftfahrzeugen bereitzustellen, das eine effiziente und schlanke Nachrichtenübermittlung gewährleistet.
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Vorgeschlagen wird dementsprechend ein Verfahren zum Abstimmen von Fahrmanövern zwischen Kraftfahrzeugen gemäß dem Hauptanspruch sowie durch eine Manöverplanungseinrichtung, ein Computerprogramm sowie durch ein Computerprogrammprodukt gemäß den Nebenansprüchen. Weiterführende Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Abstimmen von Fahrmanövern zwischen Kraftfahrzeugen innerhalb eines gemeinsamen örtlichen Umfeldes. Mittels einer Manöverplanungseinrichtung eines jeweiligen Kraftfahrzeugs wird für jedes der Kraftfahrzeuge jeweils wenigstens eine eigene geplante Fahrtrajektorie für ein beabsichtigtes Fahrmanöver bereitgestellt und fortwährend aktualisiert.
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Die Manöverplanungseinrichtung eines jeweiligen Kraftfahrzeugs ermittelt während eines Aktualisierungsvorgangs zumindest eine bevorzugte eigene geplante Fahrtrajektorie für ein bevorzugtes beabsichtigtes Fahrmanöver, die zur Kommunikation an die jeweils anderen Kraftfahrzeuge im Umfeld ausgewählt wird.
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Die zur Übermittlung ausgewählte bevorzugte eigene geplante Fahrtrajektorie wird als Kooperationsanfrage gekennzeichnet mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation übermittelt, sofern bei einer Konfliktprüfung mittels der Manöverplanungseinrichtung des jeweiligen Kraftfahrzeuges keine Konfliktfreiheit zwischen dem bevorzugten beabsichtigten Fahrmanöver, gemäß der ausgewählten bevorzugten eigenen geplanten Fahrtrajektorie, und einem ermittelten möglichen Fahrmanöver eines bevorrechtigten Kraftfahrzeuges verifiziert werden kann.
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Unter dem Begriff Trajektorie ist im Sinne der Erfindung eine mathematische Beschreibung einer Bewegung in Weg und Zeit zu verstehen, mit der insbesondere Fahrmanöver von Kraftfahrzeugen beschrieben werden können. Eine in die Zukunft projizierte Trajektorie erlaubt somit eine Prädiktion einer örtlichen Position eines Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit eines zukünftigen Zeitpunktes.
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Eine geplante Fahrtrajektorie beschreibt jeweils ein von dem jeweiligen Kraftfahrzeug beabsichtigtes Fahrmanöver, mit dem ein nächstgelegenes Zwischenziel möglichst effizient erreicht werden soll. Allerdings kann die geplante Fahrtrajektorie nicht immer abgefahren werden, insbesondere dann, wenn ein beabsichtigtes Fahrmanöver zu einer Kollision mit anderen Kraftfahrzeugen führen würde. Im Fall einer drohenden Kollision zwischen zwei Kraftfahrzeugen steht eine der geplanten Fahrtrajektorien im Konflikt mit einer geplanten Fahrtrajektorie eines anderen Kraftfahrzeugs. Somit kann oder muss wenigstens eines der beiden Kraftfahrzeuge die drohende Kollision auflösen und seine geplante Fahrtrajektorie zu einer konfliktfreien Trajektorie anpassen.
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Zur Abstimmung von Fahrmanövern, mit denen eine solche drohende Kollision aufgelöst werden kann, stehen die Manöverplanungseinrichtungen der Kraftfahrzeuge jeweils mit einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung in Verbindung, mit denen die fortwährend aktualisierten Fahrtrajektorien zwischen den wenigstens zwei Kraftfahrzeugen fortwährend ausgetauscht werden. Der Austausch von geplanten Fahrtrajektorien erfolgt vorzugsweise zyklisch mit einer bestimmten Widerhohlfrequenz, d.h. nach einer festgelegten Repetitionszeit (engl. Repetition Time (RT)). Ein Aktualisierungszyklus kann mit der Widerhohlfrequenz der Übermittlung synchronisiert sein. Alternativ oder ergänzend ist auch ereignisorientierte Auslösung möglich. Die geplanten Fahrtrajektorien unterteilen sich dabei in Zeitschlitze, deren zeitliche Länge der Repetitionszeit entspricht. Mit jeder fortwährenden Aktualisierung der Fahrtrajektorien wird ein erster Zeitschlitz an eine Fahrreglung übergeben, und die Fahrtrajektorie wird um einen neuen Zeitschlitz entsprechend in die Zukunft projiziert.
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Eine Idee hinter dem ersten Erfindungsaspekt ist, dass jedes der Kraftfahrzeuge eine bevorzugte geplante Fahrtrajektorie aus einer Anzahl von wenigstens einer gelplanten Fahrtrajektorie auswählt, die mit seiner Manöverplanungseinrichtung bereitgestellt und entsprechend aktualisiert worden ist bzw. sind. Die ausgewählte bevorzugte geplante Fahrtrajektorie wird jeweils als einzige aktuelle geplante Fahrtrajektorien für ein beabsichtigtes Fahrmanöver mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Nachricht an die anderen Kraftfahrzeuge in der gemeinsamen örtlichen Umgebung übermittelt. Solange die ausgetauschten geplanten Fahrtrajektorien nicht miteinander in Konflikt stehen, besteht kein Handlungsbedarf. Jedes Kraftfahrzeug kann sein bevorzugt beabsichtigtes Fahrmanöver entsprechend seiner bevorzugten geplanten Fahrtrajektorie fahren.
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Erst zwei miteinander konfligierende Fahrtrajektorien und eine damit verbundene drohende Kollision zwischen zwei Kraftfahrzeugen zeigen einen Handlungsbedarf auf. Dieser kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kooperativ aufgelöst werden.
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Die Auflösung einer drohenden Kollision zwischen zwei Kraftfahrzeugen, die durch einen Konflikt zwischen den in die Zukunft projizierten geplanten Fahrtrajektorien erkannt wird, beruht auf dem Gedanken, dass jeweils eines der beiden Kraftfahrzeuge bei dem Ausführen der geplanten Fahrmanöver gegenüber dem anderen Kraftfahrzeug bevorrechtigt ist. Somit kann ein bevorrechtigtes Kraftfahrzeug durch das Anbieten einer Kooperationstrajektorie auf die drohende Kollision reagieren, während ein nicht bevorrechtigtes Kraftfahrzeug im Zweifelsfall die Kollision vermeiden muss.
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Ein nicht bevorrechtigtes Kraftfahrzeug kann eine explizite Kooperationsanfrage für ein beabsichtigtes, aber konfliktbehaftetes Fahrmanöver mittels einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Nachrichten stellen, wobei die Anfrage bzw. Initiierung und die Auflösung einer kooperativen Manöverabstimmung zwischen den beteiligten Kraftfahrzeugen über ein einziges zusätzliches Kennzeichnungs-Bit gesteuert werden kann, das in einem entsprechenden Nachrichtenprotokoll zur Kommunikation von Fahrtrajektorien vorgesehen ist.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens kann eine alternative eigene geplante Fahrtrajektorie durch die Manöverplanungseinrichtung des jeweiligen Kraftfahrzeuges ermittelt und vorgehalten werden, sofern bei der Konfliktprüfung keine Konfliktfreiheit verifiziert werden kann. Die alternative eigene geplante Fahrtrajektorie wird dabei zu dem ermittelten möglichen Fahrmanöver des bevorrechtigten Kraftfahrzeugs konfliktfrei geplant.
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Jedes Kraftfahrzeug, für das eine als Kooperationsanfrage gekennzeichnete aktuelle geplante Fahrtrajektorie im gemeinsamen Umfeld übermittelt worden ist, signalisiert mit der expliziten Manöveranfrage den anderen Kraftfahrzeugen, dass das beabsichtigte Fahrmanöver gemäß der gesendeten Fahrtrajektorie lediglich gewünscht ist und dass eine drohende Kollision mit einem möglichen Fahrmanöver eines jeweils bevorrechtigten Kraftfahrzeuges mittels einer kollisionsfreien Ausweichtrajektorie vermieden werden wird, die für den Fall einer erfolglosen Kooperation durch das jeweils nicht bevorrechtigte Kraftfahrzeug ausgeführt werden würde.
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Eine fortgeschriebene eigene geplante Fahrtrajektorie kann als die alternative eigene geplante Fahrtrajektorie ausgewählt werden.
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Alternativ kann eine weitere eigene geplante Fahrtrajektorie als die alternative eigene geplante Fahrtrajektorie ausgewählt werden, die gegenüber allen der ermittelten möglichen Fahrmanövern der jeweils anderen Kraftfahrzeuge im Umfeld konfliktfrei ist.
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Gemäß einer Weiterbildung des ersten Erfindungsaspektes kann das mögliche Fahrmanöver des bevorrechtigten Kraftfahrzeuges auf Basis einer mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation empfangenen aktuellen geplanten Fahrtrajektorie des bevorrechtigten Kraftfahrzeuges ermittelt werden, sofern die empfangene geplante Fahrtrajektorie des bevorrechtigten Kraftfahrzeuges nicht als Kooperationsanfrage gekennzeichnet übertragen bzw. empfangen worden ist.
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Ferner kann vorgesehen werden, dass das mögliche beabsichtigte Fahrmanöver des bevorrechtigten Kraftfahrzeuges auf Basis einer wahrscheinlichsten Fahrtrajektorie für das bevorrechtigte Kraftfahrzeug ermittelt wird, sofern die empfangene geplante Fahrtrajektorie des bevorrechtigten Kraftfahrzeugs als Kooperationsanfrage gekennzeichnet übertragen worden ist.
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Hintergrund der vorgenannten alternativen Methoden zur Ermittlung eines möglichen beabsichtigten Fahrmanövers ist, dass eine Kooperation zwischen dem nicht bevorrechtigten und dem bevorrechtigten Kraftfahrzeug von einer weiteren Kooperation abhängig sein kann. Insbesondere könnte eine Kooperationstrajektorie des bevorrechtigten Kraftfahrzeugs in einem Konflikt mit einem beabsichtigten Fahrmanöver eines weiteren Kraftfahrzeugs stehen, das dem bevorrechtigten Kraftfahrzeug wiederum vorfahrtsberechtigt ist.
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Das bevorrechtigte Kraftfahrzeug würde eine Kooperationstrajektorie als aktuelle geplante Fahrtrajektorie kommunizieren, die zunächst als Kooperationsanfrage gekennzeichnet ist, sofern im Zusammenhang mit der Kooperationstrajektorie festgestellt wurde, dass das bevorrechtigte Kraftfahrzeug verpflichtete wäre, einen Manöverkonflikt mit einem weiteren Kraftfahrzeug zu vermeiden. Somit muss insbesondere das nicht bevorrechtigte Kraftfahrzeug eine wahrscheinlichste Fahrtrajektorie für das bevorrechtigte Kraftfahrzeug berücksichtigen, auf die das bevorrechtigte Kraftfahrzeug bei einem Scheitern der weiteren Kooperation mit dem weiteren Kraftfahrzeug zurückfallen müsste.
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Gemäß einer Weiterbildung des ersten Aspektes der Erfindung kann während eines Aktualisierungsvorgangs durch die Manöverplanungseinrichtung eines jeweiligen Kraftfahrzeugs eine Kooperationstrajektorie ermittelt werden, sofern bei einem Vergleich zwischen einer fortgeschriebenen eigenen Fahrtrajektorie und einer empfangenen geplanten Fahrtrajektorie eines gegenüber dem eigenen Kraftfahrzeug nicht-bevorrechtigten Kraftfahrzeug ein Konflikt zwischen entsprechenden Fahrmanövern festgestellt wird.
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Durch den Empfang einer Kooperationsanfrage kann die Manöverplanungseinrichtung eines jeweiligen bevorrechtigten Kraftfahrzeuges getriggert werden, eine zur fortgeschriebenen eigenen geplanten Fahrtrajektorien alternative Fahrtrajektorien zu ermitteln, die für das anfragende Kraftfahrzeug eine Kooperation ermöglicht, wobei ggf. auch mehrere potentielle Kooperationstrajektorien ermittelt werden können.
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Mit einer Kostenfunktion kann der Aufwand für jede der ermittelten potentiellen Kooperationstrajektorien abgeschätzt werden, der gegenüber der geplanten Fahrtrajektorie eines bevorrechtigten Kraftfahrzeuges entsteht. In die Kostenfunktion können beispielsweise Zeit-, Energiebedarf und/oder weitere Faktoren berücksichtigt werden. Grundsätzlich ist eine Kooperationstrajektorie mit möglichst geringen Kosten für ein Kooperationsangebot an ein nicht bevorrechtigtes Kraftfahrzeug bevorzugt gesucht. Mittels dieser Kostenfunktion kann eine kostengünstigste Kooperationstrajektorie ermittelt und ggf. mit einer Rangfolge von alternativen Kooperationstrajektorien ergänzt werden.
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Bezüglich der vorhergehend beschriebenen Weiterbildung des Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass die ermittelte Kooperationstrajektorie als die bevorzugte eigene geplante Fahrtrajektorie ausgewählt und übermittelt wird, wenn ein Kooperationskriterium erfüllt wird.
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Als Kooperationskriterium kann ein eingehaltener Kostengrenzwert herangezogen werden, der im Zusammenhang mit einer Kostenfunktion stehen kann.
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Die Entscheidung, ob ein bevorrechtigtes Kraftfahrzeug zugunsten einer Kooperation mit einem nicht bevorrechtigten Kraftfahrzeug eine kostengünstigste und/oder eine zusätzliche alternative Kooperationstrajektorie anbietet oder nicht, kann vom dem Kostengrenzwert eines bevorrechtigten Kraftfahrzeugs abhängig sein. Die Kostenfunktion und der Kostengrenzwert können individuelle Entscheidungskriterien eines bevorrechtigten Kraftfahrzeugs sein, die für das bzw. die anderen Kraftfahrzeuge nicht überprüfbar sein müssen. Alternativ könnte auch ein Kostenvorteil des anfragenden, d.h. des nicht bevorrechtigten Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden, so dass eine Kooperation über eine gemeinsame Kostenfunktion gesteuert werden kann.
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Alternativ kann die ermittelte fortgeschriebene eigene Fahrtrajektorie als bevorzugte eigene geplante Fahrtrajektorie ausgewählt und übermittelt werden, wenn das Kooperationskriterium nicht erfüllt wird.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Manöverplanungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Planen und Abstimmen von Fahrmanövern mit Kraftfahrzeugen in einem gemeinsamen Umfeld, umfassend eine Datenschnittstelle für eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung sowie eine Recheneinheit und einen Programmcode zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogramm, das, wenn es auf einer Recheneinheit innerhalb einer Manöverplanungseinrichtung ausgeführt wird, die jeweilige Recheneinheit anleitet, das Verfahren auszuführen.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktions-gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei zeigen:
- 1 zeigt eine zeitliche Abfolge eines Verkehrsszenarios, das mit einer kooperativen Manöverabstimmung zwischen drei Kraftfahrzeugen aufgelöst wird;
- 2 zeigt einen Ablaufplan für eine kooperative Manöverabstimmung zwischen Kraftfahrzeugen;
- 3 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einer Manöverabstimmungseinrichtung und einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung.
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Beschreibung der Ausführungsarten
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In der 1 ist eine zeitliche Abfolge mit sechs aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t0 bis t5 eines Verkehrsszenarios dargestellt, anhand dessen das erfindungsgemäße Verfahren zum kooperativen Abstimmen von Fahrmanövern erläutert werden soll. Dargestellt ist jeweils ein Abschnitt einer Straße mit drei durchgehenden Fahrstreifen für eine Fahrtrichtung im örtlichen Umfeld 1 einer Auffahrt mit einem Einfädelungsstreifen. Ein erstes Kraftfahrzeug 10 fährt zu einem Zeitpunkt t0 auf dem Einfädelungsstreifen, um mit Hilfe eines nachfolgenden Fahrmanövers auf den rechten Fahrstreifen in den fließenden Verkehr einzufädeln. Bei einem Einfädelungsmanöver ist jedoch der auf den durchgehenden Fahrstreifen fließende Verkehr zu berücksichtigen.
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Obwohl der fließende Verkehr auf den durchgehenden Fahrstreifen einer mehrspurigen Straße grundsätzlich Vorfahrt gegenüber Fahrzeugen auf einem Einfädelungsstreifen hat, ist es in vielen Situationen hilfreich, ein nicht vorfahrtsberechtigtes bzw. eine nicht bevorrechtigtes Kraftfahrzeug beim Einfädeln auf den durchgehenden rechten Fahrstreifen zu unterstützen. Im Hinblick auf die in der 1 dargestellte Verkehrssituation bedeutet dies, dass ein zweites Kraftfahrzeug 20, das dem ersten Kraftfahrzeug 10 gegenüber vorfahrtsberechtigt ist, zukünftig sein beabsichtigtes Fahrmanöver kooperativ anpassen könnte, um ein Einordnen des ersten Kraftfahrzeuges 10 vom Einfädelungsstreifen in den fließenden Verkehr auf dem rechten durchgehenden Fahrstreifen zu unterstützen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum kooperativem Abstimmen von Fahrmanövern zwischen zwei oder mehr Kraftfahrzeugen ist daher vorgesehen, dass die in dem gemeinsamen Umfeld 1 fahrenden Kraftfahrzeuge 10, 20 und 30 jeweils wenigstens eine eigene geplante Fahrtrajektorie für ein beabsichtigtes Fahrmanöver bereitstellen. Mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation tauschen die Kraftfahrzeuge im Umfeld 1 jeweils eine bereitgestellte geplante Fahrtrajektorie untereinander aus.
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Die von einer Manöverplanungseinrichtung 2 eines jeweiligen Kraftfahrzeugs 10, 20 und 30 geplanten Fahrtrajektorien müssen, entsprechend den stetigen Positionsveränderungen der sich bewegenden Kraftfahrzeuge, im Zeitverlauf fortwährend aktualisiert und mittels einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung 3 entsprechend im Umfeld 1 erneut kommuniziert werden. Gültige bzw. aktualisierte geplante Fahrtrajektorien werden von den Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtungen 3 der Kraftfahrzeuge 10, 20 bzw. 30 zyklisch, d.h. vorzugsweise periodisch zu einer festgelegten Repetitionszeit oder nach einer Mindestrepetitionszeit gesendet und empfangen. Eine Repetitionszeit kann z.B. 100 ms umfassen.
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Die 2 zeigt ein Flussdiagramm mit einer beispielhaften Schrittabfolge für eine Aktualisierungsprozedur, die zur Aktualisierung der eigenen geplanten Fahrtrajektorie von der Manöverplanungseinrichtungen 2 eines jeden Kraftfahrzeuges zyklisch durchlaufen wird und eine kooperative Abstimmung von empfangenen, geplanten Fahrtrajektorien der jeweils anderen Kraftfahrzeuge ermöglicht. Eine kooperative Manöverabstimmung kann mehr als einen Aktualisierungszyklus beanspruchen, so dass die dargestellte Schrittabfolge ggf. mehrfach durchlaufen werden kann bzw. muss, bis ein Konflikt hinsichtlich beabsichtigter Fahrmanöver zwischen zwei oder mehr Kraftfahrzeugen kooperativ aufgelöst wird.
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Zu dem in der 1 dargestellten Zeitpunkt t0 haben alle drei Kraftfahrzeuge 10, 20 und 30 jeweils ihre Planung für wenigstens ein beabsichtigtes Fahrmanöver aktualisiert und mittels ihrer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung 3 im gemeinsamen Umfeld 1 an die jeweils anderen Kraftfahrzeuge kommuniziert. Die Kommunikation basiert jeweils auf einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Nachricht, die u.a. Daten einer eigenen geplanten Fahrtrajektorie 110, 210 bzw. 310 enthält, mit der das jeweils beabsichtigte Fahrmanöver beschrieben wird.
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Aufgrund des endenden Einfädelungsstreifens wird basierend auf dem Straßenverlauf sowie basierend auf der aktuellen Position, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung mittels der Manöverplanungseinrichtung 2 des ersten Kraftfahrzeuges 10 ein Einfädelungsmanöver geplant. Das Einfädelungsmanöver soll das Spurhaltemanöver gemäß der ersten geplanten Fahrtrajektorie 110 zum Zeitpunkt t0 rechtzeitig ersetzen.
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In einem ersten Schritt 500 eines ersten Aktualisierungszyklus nach dem Zeitpunkt t0 rufen die Manöverplanungseinrichtungen 2 aller Kraftfahrzeuge jeweils die aktuell empfangenen geplanten Fahrtrajektorien der jeweils anderen Kraftfahrzeuge aus einem Empfangspuffer ihrer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung 3 ab. In einer anschließenden Unterroutine 510 kann eine Anzahl potentieller eigener Fahrtrajektorien für mögliche Fahrmanöver ermittelt werden. Diese potentiellen Fahrtrajektorien umfassen vorzugsweise wenigstens eine mittels Fortschreiben aktualisierte eigene gelplante Fahrtrajektorie eines unmittelbar vorhergehenden Aktualisierungszyklus.
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Entsprechend des in der 1 dargestellten Szenarios ermittelt die Manöverplanungseinrichtungen 2 des ersten Kraftfahrzeugs 10 nach dem Zeitpunkt t0 eine fortgeschriebene erste geplante Fahrtrajektorie 111 des bestehenden Spurhaltemanövers sowie eine vorteilhafte erste gelplante Fahrtrajektorie 121 für ein Einfädelmanöver.
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In einer ersten Konfliktprüfung 520 stellt die Manöverplanungseinrichtung 2 des ersten Kraftfahrzeuges 10 fest, dass keine der empfangenen geplanten Fahrtrajektorien 210, 310 der anderen Kraftfahrzeuge 20 und 30 mit der fortgeschriebenen ersten geplanten Fahrtrajektorie konfligiert bzw. mit der ersten geplanten Fahrtrajektorie 110 zum Zeitpunkt t0 in Konflikt stand. Im Schritt 521 wird die vorteilhafte erste gelplante Fahrtrajektorie 121 zur Kommunikation an die anderen Kraftfahrzeuge 20 und 30 ausgewählt.
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In einer zweiten Konfliktprüfung 530 stellt die Manöverplanungseinrichtung 2 des ersten Kraftfahrzeuges 10 anhand der zuvor empfangenen zweiten geplanten Fahrtrajektorie 210 fest, dass die ausgewählte vorteilhafte erste gelplante Fahrtrajektorie 121 in Konflikt mit einem beabsichtigten Fahrmanöver des zweiten Kraftfahrzeugs 20 steht. Im dem Schritt 540 wird die fortgeschriebene erste geplante Fahrtrajektorie 111 als eine konfliktfreie erste geplante Fahrtrajektorie vorgehalten, die von dem ersten Kraftfahrzeug 10 gefahren werden darf. In dem Schritt 545 wird die vorteilhafte gelplante Fahrtrajektorie 121 als Kooperationsanfrage gekennzeichnet mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation an die anderen Kraftfahrzeuge 20 und 30 im gemeinsamen Umfeld 1 übermittelt.
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Die Manöverplanungseinrichtungen 2 des zweiten und dritten Kraftfahrzeuges 20 bzw. 30 schreiben ihre eigene geplante Fahrtrajektorie 210 und 310 jeweils fort. Für das zweite und das dritte Kraftfahrzeug 20 und 30 kann keine gegenüber einer fortgeschriebenen zweiten Fahrtrajektorie 211 bzw. einer fortgeschriebenen dritten geplanten Fahrtrajektorie 311 vorteilhafte Fahrtrajektorie ermittelt werden.
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In der ersten Konfliktprüfung 520 des ersten Aktualisierungszyklus nach dem Zeitpunkt t0 wird von den Manöverplanungseinrichtungen 2 des zweiten und dritten Kraftfahrzeuges 20 und 30 jeweils eine Konfliktfreiheit festgestellt, so dass die fortgeschriebene zweite und dritte geplante Fahrtrajektorie 211 und 311 zur Kommunikation ausgewählt werden. Ferner wird auch während der zweiten Konfliktprüfung 530 jeweils kein Konflikt erkannt, so dass mit dem Schritt 550 die beiden fortgeschrieben geplanten Fahrtrajektorien mittels einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Nachricht versendet werden.
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Zu dem in der 1 dargestellten Zeitpunkt t1 haben alle drei Kraftfahrzeuge 10, 20 und 30 jeweils einen ersten Aktualisierungszyklus des Verfahrens zum kooperativen Abstimmen von Fahrmanövern abgeschlossen. Für jedes der drei Kraftfahrzeuge wird weiterhin wenigstens eine eigene geplante Fahrtrajektorie für ein beabsichtigtes Fahrmanöver bereitgestellt, die in dem ersten Aktualisierungszyklus zuvor aktualisiert worden sind.
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Für das erste Kraftfahrzeug 10 wurde die vorteilhafte erste gelplante Fahrtrajektorie 121 mittels einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Nachricht für das zweite und dritte Kraftfahrzeug 20, 30 im Umfeld 1 versendet. Die vorteilhafte erste gelplante Fahrtrajektorie 121 wurde bei ihrer Übermittlung als Kooperationsanfrage gekennzeichnet, indem zum Beispiel ein Statusindikator (engl. flag) gesetzt wird, der in einem Übertragungsprotokoll einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Nachricht vorgesehen sein kann. Das Spurhaltemanöver gemäß der fortgeschrieben ersten geplanten Fahrtrajektorie 111 des ersten Kraftfahrzeugs 10 wurde hingegen nicht an die anderen Kraftfahrzeuge 20 und 30 im Umfeld kommuniziert.
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In einem zweiten Aktualisierungszyklus rufen die Manöverplanungseinrichtungen 2 der drei Kraftfahrzeuge 10, 20 und 30 zunächst mit dem Schritt 500 die empfangenen geplanten Fahrtrajektorien der jeweils anderen Kraftfahrzeuge aus einem Empfangspuffer ihrer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung 3 ab.
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Die Manöverplanungseinrichtung 2 des ersten Kraftfahrzeuges 10 ermittelt mit der Unterroutine 510 erneut potentielle eigene Fahrtrajektorien für mögliche Fahrmanöver. Da sich das Verkehrsszenario gegenüber dem Zeitpunkt t0 nicht wesentlich geändert hat, werden die eigenen geplanten Fahrtrajektorien 121 und 111 mittels Fortschreiben aktualisiert, so dass die vorteilhafte gelplante Fahrtrajektorie 122 für das Spurwechselmanöver im Schritt 545 weiterhin als eine Kooperationsanfrage gegenzeichnet übermittelt werden kann. Die fortgeschriebene erste geplante Fahrtrajektorie 112 wird weiterhin als konfliktfreie Fahrtrajektorie vorgehalten und von dem ersten Kraftfahrzeug 10 gefahren.
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Die Manöverplanungseinrichtung 2 des zweiten Kraftfahrzeugs 20 stellt nach einer Aktualisierung der eigenen und der empfangenen geplanten Fahrtrajektorien in den Schritten 500 und 510 bei der ersten Konfliktprüfung 520 fest, dass das erste Kraftfahrzeug 10 eine Kooperation angefragt hat, um ein Spurwechselmanöver ausführen zu können, das in einem Konflikt zu dem eigenen beabsichtigten Fahrmanöver gemäß der kommunizierten zweiten geplanten Fahrtrajektorie 211 bzw. einer zwischenzeitlich fortgeschriebenen zweiten geplanten Fahrtrajektorie 212 steht.
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Das zweite Kraftfahrzeug 20 kann, als der gegenüber dem ersten Kraftfahrzeug 10 bevorrechtigter Verkehrsteilnehmer, sein ursprünglich beabsichtigtes Fahrmanöver derart zu einem kooperativen Fahrmanöver anpassen, so dass das gewünschte Spurwechselmanöver des ersten Kraftfahrzeugs 10 konfliktfrei möglich wird. Aus dem in der Einleitung genannten Stand der Technik sind Verfahren bekannt, mit denen eine Kooperationstrajektorie beispielsweise mit Hilfe einer Kostenfunktion ermittelt werden kann.
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Gemäß dem vorliegenden Beispiel ermittelt die Manöverplanungseinrichtung 2 des zweiten Kraftfahrzeugs 20 in der zweiten Unterroutine 522 eine Kooperationstrajektorie 222, die zur Kommunikation an die jeweils anderen Kraftfahrzeuge 10 bzw. 30 im Umfeld ausgewählt wird. In der zweiten Konfliktprüfung 530 wird von der Manöverplanungseinrichtung 2 des zweiten Kraftfahrzeugs 20 jedoch festgestellt, dass die Kooperationstrajektorie 222 mit dem beabsichtigten Fahrmanöver des dritten Kraftfahrzeuges 30 konfligiert. Das dritte Kraftfahrzeug 30 ist gegenüber dem zweiten Kraftfahrzeug 20 bevorrechtigt, so dass in dem Schritt 540 die fortgeschriebene zweite geplante Fahrtrajektorie 211 vorgehalten wird, die zunächst konfliktfrei gefahren werden kann bzw. darf.
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In dem Schritt 545 wird die Kooperationstrajektorie 222 als Kooperationsanfrage gekennzeichnet mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation an die anderen Kraftfahrzeuge im gemeinsamen Umfeld 1 übermittelt.
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Zu dem Zeitpunkt t2 haben alle drei Kraftfahrzeuge 10, 20 und 30 jeweils ihren zweiten Aktualisierungszyklus einer kooperativen Manöverabstimmung abgeschlossen, so dass für alle drei Kraftfahrzeuge 10, 20 und 30 des Umfelds 1 weiterhin wenigstens eine aktualisierte eigene geplante Fahrtrajektorie für ein beabsichtigtes Fahrmanöver ermittelt wurde. Ferner wurde für jedes der drei Kraftfahrzeug 10, 20, 30 jeweils eine einzige eigene geplante Fahrtrajektorie 122, 222 bzw. 312 mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Nachricht kommuniziert, wobei Fahrtrajektorien, die in Konflikt zu einem beabsichtigten Fahrmanöver eines bevorrechtigten Kraftfahrzeuges stehen, als Kooperationsanfrage gekennzeichnet übermittelt wurden.
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Die Manöverplanungseinrichtung 2 des dritten Kraftfahrzeugs 30 stellt in der ersten Kollisionsprüfung 520 zum Beginn eines dritten Aktualisierungszyklus erstmalig fest, dass das zweite Kraftfahrzeug 20 ein Spurwechselmanöver beabsichtigt, das mit dem eigenen beabsichtigten Spurhaltemanöver in Konflikt steht. Die Manöverplanungseinrichtung 2 ermittelt daher in der zweiten Unterroutine 522 eine Kooperationstrajektorie, die zu dem beabsichtigten Spurwechselmanöver des zweiten Kraftfahrzeuges 20 konfliktfrei ist.
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In dem vorliegenden Beispiel wird davon ausgegangen, dass der Aufwand für das dritte Kraftfahrzeug 30 akzeptabel ist, um dem zweiten Kraftfahrzeug 20 eine Kooperation anzubieten. Die ermittelte Kooperationstrajektorie wird gegenüber einer fortgeschriebenen dritten geplanten Fahrtrajektorie, die mittels Fortscheiben der aus der zum Zeitpunkt t2 übermittelten dritten geplanten Fahrtrajektorie 312 ermittelt wurde, als bevorzugte eigene Fahrtrajektorie ausgewählt.
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Da der linke Fahrstreifen der dargestellten dreispurigen Straße in dem gemeinsamen Umfeld 1 frei ist, kann die Manöverplanungseinrichtung 2 des dritten Kraftfahrzeugs 30 während der zweiten Konfliktprüfung 530 keinen potentiellen Manöverkonflikt mit einem weiteren Kraftfahrzeug feststellen, das dem dritten Kraftfahrzeug 30 gegenüber bevorrechtigt wäre.
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In dem Schritt 550 wird die ausgewählte Kooperationstrajektorie als aktuelle dritte geplante Fahrtrajektorie 313 im gemeinsamen Umfeld 1 an das zweite und dritte Kraftfahrzeug 20 und 30 übermittelt. Die aktuelle dritte geplante Fahrtrajektorie 313 wird in einer entsprechenden Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Nachricht nicht als Kooperationsanfrage gekennzeichnet, so dass den anderen Kraftfahrzeugen im Umfeld 1 ein bevorstehendes Spurwechselmanöver als verbindlich signalisiert wird. Die im Schritt 510, d. h. zu Beginn des dritten Aktualisierungszyklus ermittelte fortgeschriebene dritte geplante Fahrtrajektorie wird verworfen. Das beabsichtigte Spurwechselmanöver gemäß der kommunizierten dritten geplanten Fahrtrajektorie 313 wird durch das dritte Kraftfahrzeug 30 fortan ausgeführt.
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Die Manöverplanungseinrichtung 2 des zweiten Kraftfahrzeugs 20 schreibt zu Beginn des dritten Aktualisierungszyklus seine eigenen geplanten Fahrtrajektorien 212 und 222 zu aktualisierten eigenen geplanten Fahrtrajektorien 213 und 223 fort. Die aktualisierte Kooperationstrajektorie wird mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Nachricht als Kooperationsanfrage gekennzeichnet und als aktuelle zweite geplante Fahrtrajektorie 223 kommuniziert. Die fortgeschriebene zweite geplante Fahrtrajektorie 213 wird von dem zweiten Kraftfahrzeug 20 zunächst weiter gefahren.
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Aus der zum Zeitpunkt t2 dargestellten Situation wird deutlich, dass eine Prüfung auf Konfliktfreiheit beabsichtigter Fahrmanöver durch die Manöverplanungseinrichtung 2 des ersten Kraftfahrzeuges 10 nicht allein auf Basis der aus dem gemeinsamen Umfeld 1 empfangenen gelplanten Fahrtrajektorien erfolgen kann. Von dem zweiten Kraftfahrzeug 20 wurde lediglich die geplante Fahrtrajektorie 222, d.h. die ausgewählte Kooperationstrajektorie für ein beabsichtigtes Spurwechselmanöver, von der aktuell befahrenen rechten Fahrspur auf die mittlere Fahrspur der dreispurigen Straße, übermittelt. Die alternative fortgeschriebene geplante Fahrtrajektorie 212 für das Spurhaltemanöver des zweiten Kraftfahrzeugs 20 wurde hingegen nicht empfangen. Da die empfangene geplante Fahrtrajektorie 222 als Kooperationsanfrage gekennzeichnet worden ist, kann die Manöverplanungseinrichtung 2 des ersten Kraftfahrzeuges 10 erkennen, dass das zweite Kraftfahrzeugs 20 noch keinen Spurwechsel zur Kooperation für das erste Kraftfahrzeug 10 verbindlich zugesagt hat. Die Manöverplanungseinrichtung 2 des ersten Kraftfahrzeugs 10 muss bei den Kollisionsprüfungen des dritten Aktualisierungszyklus die mögliche Rückfalltrajektorie des zweiten Kraftfahrzeuges 20 berücksichtigen.
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Die Manöverplanungseinrichtungen 2 der Kraftfahrzeuge 10, 20 und 30 sind daher ausgebildet, beispielsweise während des Schritts 510 für jedes der anderen Kraftfahrzeuge im gemeinsamen Umfeld 1 eine wahrscheinlichste Trajektorie (engl. Most Probable Trajectory, MPT) zu ermitteln, von denen zu Beginn eines Aktualisierungszyklus lediglich eine als Kooperationsanfrage gekennzeichnete geplante Fahrtrajektorie empfangen werden konnte. Eine MPT kann beispielsweise auf Basis von empfangenen geplanten Fahrtrajektorien aus zeitlich vorhergehenden Aktualisierungszyklen ermittelt werden oder auf Basis einer mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Nachricht übermittelten aktuellen Position und Bewegung in Verbindung mit einem eigenen Umfeldmodell.
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Die Manöverplanungseinrichtung 2 des ersten Kraftfahrzeugs 10 schreibt zu Beginn ihres dritten Aktualisierungszyklus die beiden eigenen geplanten Fahrtrajektorien 112 und 122 zu aktualisierten eigenen geplanten Fahrtrajektorien 113 und 123 fort. Aufgrund des von dem zweiten Kraftfahrzeug 20 empfangenen Statusindikators, der die zum Zeitpunkt t2 empfangene geplante Fahrtrajektorie 222 als Kooperationsanfrage kennzeichnet, wird im Schritt 510 eine MPT für ein mögliches Fahrmanöver des zweiten Kraftfahrzeugs 20 ermittelt. Die ermittelte MPT entspricht annähernd der alternativen fortgeschriebenen geplanten Fahrtrajektorie 212 bzw. 213 des zweiten Kraftfahrzeugs 20. Im Schritt 530 wird ein möglicher Konflikt zwischen dem gewünschten Einfädelmanöver und dem möglichen Fahrmanöver des bevorrechtigten zweiten Kraftfahrzeugs 20 erkannt. Die fortgeschriebene vorteilhafte eigene geplante Fahrtrajektorie 123 wird im Schritt 545 als Kooperationsanfrage kennzeichnet im Umfeld 1 übermittelt. Die aktuelle alternative eigene geplante Fahrtrajektorie 113 wird weiterhin vorgehalten.
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In einem vierten Aktualisierungszyklus wird die geplante Fahrtrajektorie 313 des dritten Kraftfahrzeuges zur fortgeschriebenen geplanten Fahrtrajektorie 314 aktualisiert und durch das dritte Kraftfahrzeug 30 gefahren.
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Die Manöverplanungseinrichtung 2 des zweiten Kraftfahrzeugs 20 erkennt in dem vierten Aktualisierungszyklus, dass die eigene Kooperationsanfrage an das dritte Kraftfahrzeug 30 erfolgreich war. Eine fortgeschriebene Kooperationstrajektorie 214 steht mit dem Zeitpunkt t3 nicht mehr in Konflikt mit dem beabsichtigten Fahrmanöver des bevorrechtigten dritten Kraftfahrzeugs 30, so dass die fortgeschriebene eigene Kooperationstrajektorie als aktuelle geplante Fahrtrajektorie 214 übermittelt wird, wobei die Übermittlung ohne Kennzeichnung als Kooperationsanfrage erfolgt. Eine alternative fortgeschriebene eigene geplante Fahrtrajektorie wird verworfen.
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Für das erste Kraftfahrzeug 10 muss in dem vierten Aktualisierungszyklus weiterhin ein mögliches Fahrmanöver gemäß einer ermittelten MTP bei der Manöverplanung berücksichtigt werden. Die eigenen geplanten Fahrtrajektorien 113 und 123 werden zu fortgeschriebenen eigenen geplanten Fahrtrajektorien 114 bzw. 124 aktualisiert. Die fortgeschriebene vorteilhafte geplante Fahrtrajektorie 124 wird als Kooperationsanfrage gekennzeichnet und als aktuelle eigene Fahrtrajektorie im Umfeld 1 kommuniziert.
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In einem fünften Aktualisierungszyklus schreiben die Manöverplanungseinrichtungen 2 des zweiten und dritten Kraftfahrzeugs 20 und 30 ihre eigenen geplanten Fahrtrajektorien fort und übermitteln entsprechend eine aktuelle zweite bzw. dritte geplante Fahrtrajektorie 215 bzw. 315 im gemeinsamen Umfeld 1.
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Die Manöverplanungseinrichtung 2 des ersten Kraftfahrzeuges 10 stellt in der Konfliktprüfung 530 fest, dass ihre fortgeschriebene vorteilhafte geplante Fahrtrajektorie 115 nicht mehr in einem Konflikt mit dem bevorrechtigten zweiten Kraftfahrzeug 20 steht. Die Kooperationsanfrage des ersten Kraftfahrzeuges 10 war erfolgreich, so dass die vorteilhafte geplante Fahrtrajektorie als aktuelle erste geplante Fahrtrajektorie 115 im Umfeld 1 kommuniziert wird.
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Zum Zeitpunkt t5 ist die kooperative Abstimmung von Fahrmanövern zwischen drei Kraftfahrzeugen erfolgreich abgeschlossen.
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In der 3 ist ein Kraftfahrzeug 10; 20; 30 dargestellt, das eine Manöverplanungseinrichtung 2 und eine zugeordnete Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung 3 umfasst. Die Manöverplanungseinrichtung 2 kann empfangene Nachrichten mit aktuellen geplanten Fahrtrajektorien aus einem Puffer der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung 3 abrufen oder eigene aktuelle geplante Fahrtrajektorien über diese kommunizieren, d.h. versenden. Alternativ können empfangene Nachrichten aktiv an die Manöverplanungseinrichtung 2 weitergeleitet werden.
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Obwohl der Gegenstand im Detail durch Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- gemeinsames Umfeld
- 2
- Manöverplanungseinrichtung
- 3
- Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung
- 10
- erstes Kraftfahrzeug
- 20
- zweites Kraftfahrzeug
- 30
- drittes Kraftfahrzeug
- 110, 111, 112, 113, 114, 115
- erste geplante Fahrtrajektorie
- 121, 122, 123, 124
- bevorzugte erste Fahrtrajektorie
- 210, 211, 212, 213, 214, 215
- zweite geplante Fahrtrajektorie
- 222, 223
- bevorzugte zweite Fahrtrajektorie
- 310, 311, 312, 313, 314, 315
- dritte geplante Fahrtrajektorie
- 500
- Abrufen empfangener Fahrtrajektorien
- 510
- Unterroutine
- 520
- erste Konfliktprüfung
- 521
- Auswahl bevorzugte Fahrtrajektorie
- 522
- Unterroutine
- 530
- zweite Konfliktprüfung
- 540
- konfliktfreie Fahrtrajektorie vorhalten
- 545
- Übermitteln Kooperationsanfrage
- 550
- Übermitteln
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2017/076593 A1 [0002]
- DE 102018002675 [0003]
- DE 102019203420 [0003]
