DE102019219577A1

DE102019219577A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer durch ein Fahrzeug fahrbaren Trajektorie

Info

Publication number: DE102019219577A1
Application number: DE102019219577.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Strunck; Thomas Grotendorst; Johannes Eck
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Ermittlung einer durch ein Fahrzeug fahrbaren Trajektorie, umfassend die Schritte der Bestimmung eines Abschnitts des Pfads der Trajektorie, und der Bestimmung einer Geschwindigkeit über den Abschnitt des Pfads der Trajektorie, unter der Bedingung, dass eine Kollisionsfreiheit mit einem weiteren Verkehrsteilnehmer gegeben ist. Die Erfindung beschreibt weiterhin eine korrespondierende Vorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer durch ein Fahrzeug fahrbaren Trajektorie.
Die Offenlegungsschrift WO 2017076593 A1 offenbart ein Verfahren zum dezentralen Abstimmen von Fahrmanövern von Kraftfahrzeugen, wobei eine Plan- und die Wunschtrajektorie eines ersten Kraftfahrzeugs an ein anderes Kraftfahrzeug im Umfeld übermittelt wird. Das zweite Kraftfahrzeug prüft die empfangene Plan- und Wunschtrajektorie dahingehend, ob sie mit der eigenen Plantrajektorie kollidieren, wobei die Plantrajektorien des ersten und des zweiten Kraftfahrzeugs hierbei zueinander kollisionsfrei sind. Sofern ein Anpassungskriterium erfüllt ist, wird eine Anpassung der Plantrajektorie des zweiten Kraftfahrzeugs zu einer angepassten Plantrajektorie vorgenommen, wobei das Anpassungskriterium ist, dass die empfangene Wunschtrajektorie des ersten Kraftfahrzeugs mit der Plantrajektorie des zweiten Kraftfahrzeugs kollidiert und durch das Anpassen eine Gesamtkostenfunktion optimiert wird, wobei die Gesamtkostenfunktion zumindest Kostenfunktionen des ersten und des zweiten Kraftfahrzeugs umfasst.
Durch die Kollisionsprüfung der Plan- bzw. Wunschtrajektorien aller Fahrzeuge zueinander geht jedes zusätzliche Fahrzeug in der Betrachtung mit der Komplexität (Anzahl der Trajektorien pro Fahrzeug)^(Anzahl der Fahrzeuge) ein. Das führt zu einem großen Rechenaufwand insbesondere bei der Betrachtung von zusätzlichen Fahrzeugen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher die Ermittlung von Trajektorien für Fahrzeugmanöver mit verbesserter Ressourcenausnutzung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung einer durch ein Fahrzeug fahrbaren Trajektorie, umfassend die Schritte:

- Bestimmung eines Abschnitts des Pfads der Trajektorie, und
- Bestimmung einer Geschwindigkeit über den Abschnitt des Pfads der Trajektorie, unter der Bedingung, dass keine potentielle sicherheitskritische Situation mit einem weiteren Verkehrsteilnehmer gegeben ist.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, für die Ermittlung einer durch ein Fahrzeug fahrbaren Trajektorie, zunächst einen Abschnitt des zu planenden Pfads bzw. der Wegstrecke der Trajektorie zu bestimmen und anschließend eine Planung der zu fahrenden Geschwindigkeit über den geplanten Pfad festzulegen, wobei die Geschwindigkeitsplanung unter der Maßgabe erfolgt, dass eine potentielle sicherheitskritische Situation mit zumindest einem weiteren Verkehrsteilnehmer vermieden wird.
Im Rahmen der Pfadplanung wird ein Abschnitt in der Weise festgelegt, dass die Kosten mehrerer möglicherweise alternativer nächster Pfadabschnitte insbesondere unterschiedlicher möglicher Fahrtrichtungen derart gegenübergestellt werden, dass, wenn der nächste Pfadabschnitt höhere Kosten erfordert, als der vorher ermittelte alternative Pfadabschnitt, dann wird der Pfadabschnitt mit den höheren Kosten nicht weiter verfolgt und entweder ein weiterer alternativer Pfadabschnitt in diesem Sinne überprüft oder in Ermangelung weiterer Alternativen der vorher ermittelte Pfadabschnitt, welcher somit der Pfadabschnitt geringster Kosten ist, als für die zu planende Trajektorie ausgewählt.
Eine sicherheitskritische Situation mit einem anderen Verkehrsteilnehmer kann beispielsweise eine bzgl. der ermittelten Trajektorie festgestellte voraussichtliche Kollision des anderen Verkehrsteilnehmers mit dem Ego-Fahrzeug sein. Beispielsweise kann die Erkennung einer solchen potentiellen sicherheitskritischen Situation anhand von Abstandsgrenzwerten des planenden Fahrzeugs zu gegebenenfalls weiteren vorhandenen Verkehrsteilnehmern erfolgen, welche nicht unterschritten werden sollen. Falls eine solche potentiell sicherheitskritische Situation erkannt wird, wird der Schritt der Bestimmung eines Abschnitts des Pfads der Trajektorie für einen anderen möglichen Abschnitt wiederholt. Die Ermittlung des Vorhandenseins zumindest eines weiteren Verkehrsteilnehmers bzw. dessen voraussichtlich geplanter Trajektorie erfolgt weiterbildungsgemäß mittels Informationen, welche durch Fahrzeug-zu-X Kommunikation und/oder sensorieller Umfelderfassung, wie beispielsweise unter Verwendung von Kamera, Lidar oder Radar, durch das Fahrzeug gewonnen werden können. Die durch V2X Kommunikation erhaltenen Informationen können zweckmäßigerweise durch den betreffenden Verkehrsteilnehmer selbst bereitgestellt werden und/oder durch weitere Verkehrsteilnehmer und/oder Infrastruktureinrichtungen, welche entsprechend ausgestaltet sind eine Erfassung vorzunehmen. Diese Vorgehensweise ist insbesondere von Vorteil, da sich Verkehrssituationen in der Umgebung des die Planung ausführenden Verkehrsteilnehmers üblicherweise im zeitlichen Verlauf ändern, wobei andere Verkehrsteilnehmer bzw. Fahrzeuge durch deren eigene Trajektorien charakterisierbar sind. Die zu bestimmende Geschwindigkeit kann hierbei gleichbleibend und/oder einen Geschwindigkeitsverlauf darstellen, also z.B. durchgehende Beschleunigung (positiv oder negativ) oder komplexere Beschleunigungsmuster. Entgegen eines Brute-Force-Ansatzes, bei welchem im wesentlichen ungeachtet weiterer Verkehrsteilnehmer eine Trajektorienplanung vorgenommen wird, die durch einen die Trajektorien empfangenden Verkehrsteilnehmer den durch diesen Verkehrsteilnehmer ermittelten eigenen Trajektorien gegenübergestellt werden müssen, kann durch die Erfindung somit ein geringerer Gesamtrechenaufwand zur dezentralen Kooperationsabstimmung von Fahrzeugmanövern realisiert werden. Hierdurch können schnellere Reaktionszeiten der Fahrzeuge ermöglicht werden, wodurch diesbezügliche Berechnungen auch häufiger durchführbar sind bzw. günstigere Hardware für den Serieneinsatz Verwendung finden kann.
Zweckmäßigerweise erfolgt vor der Bestimmung eines Abschnitts des Pfads der Trajektorie eine Festlegung zumindest eines Zielbereichs der zu ermittelnden Trajektorie. Das kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass zumindest eine Zelle des Umfeldrasters als durch die Trajektorie zu erreichen vorgegeben wird, wobei gegebenenfalls auch eine Zeit bis zum erreichen der Zielzelle vorgebbar sein kann.
Entsprechend einer Ausführungsform erfolgt die Ermittlung der Trajektorie durch iterative Bestimmung eines jeweiligen Abschnitts und der korrespondierenden Geschwindigkeit von einem Startabschnitt bis zu ein Endabschnitt der zu ermittelnden Trajektorie. Dabei wird insbesondere jeweils zunächst eine Bestimmung eines Abschnitts des Pfades der zu ermittelnden Trajektorie vorgenommen und anschließend für diesen Abschnitt die Bestimmung der Geschwindigkeit wie bereits beschrieben ausgeführt.
Entsprechend einer weiterbildenden Ausführungsform werden die Abschnitte des Pfades der Trajektorie bezogen auf ein Zeitraster und/oder ein Umfeldraster bestimmt.
Entsprechend einer weiterbildenden Ausführungsform werden für die Bestimmung des Startabschnitts der Trajektorie zunächst aktuelle Fahrdynamikwerte, wie beispielsweise Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs, und für die nachfolgenden Abschnitte die jeweils geplanten Fahrdynamikwerte herangezogen werden.
Zur Bestimmung des Abschnitts des Pfades der Trajektorie wird weiterbildungsgemäß zumindest eines der nachfolgenden Verfahren herangezogen:

• A*-Algorithmus
• Dijkstra-Algorithmus
• D*-Algorithmus
• Rapidly-exploring Random Trees (RRTs)
• Potentialfeldverfahren und/oder
• Elastische Bänder

Diese Verfahren sind grundsätzlich zur Suche von Pfaden in freien Räumen geeignet bzw. können unterstützend hierfür herangezogen werden.
Entsprechend einer Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Geschwindigkeit für einen Abschnitt des Pfades der Trajektorie unter Berücksichtigung zumindest einer der nachfolgenden Randbedingungen:

• Zielgeschwindigkeit soll erreicht werden
• eine Beschleunigung gleich oder größer einem vorgegebenen Schwellwert soll vermieden werden
• Plötzliche Kurvenfahrten sollen vermieden werden
• Abstände unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts zu weiteren Verkehrsteilnehmern sollen vermieden werden.

Insbesondere der Schwellwert der Beschleunigung kann richtungsabhängig ausgestaltet sein. Hierbei kann als Ziel beispielsweise eine als möglichst komfortabel empfundene Fahrt angesehen werden oder beispielsweise ein sportlicher Character des Fahrzeugs insbesondere durch einen höheren Schwellwert verstärkt werden. Im Besonderen kann hierdurch ein als zu plötzlich empfundenes Kurvenverhalten bzw. als zu abrupt empfundenes Beschleunigungsverhalten vermieden werden. Dies ermöglicht einerseits ein von einem Hersteller des Fahrzeugs gewünschtes empfundenes Fahrverhalten des Fahrzeugs zu realisieren und/oder ermöglicht eine grundsätzliche Individualisierung an die Wünsche eines Fahrers des Fahrzeugs.
Entsprechend einer weiterbildenden Ausführungsform des Verfahrens weist dieses weiterhin den Schritt der Ausführung einer Kostenbewertung für die ermittelte Trajektorie auf. Unter Kosten sei hierbei insbesondere eine quantitative Aufwandsbewertung für Änderungen der Fahrdynamik verstanden, beispielsweise positive oder negative Beschleunigung oder Lenkeingriffe.
Weiterbildungsgemäß werden zur Bewertung der Kosten für die ermittelte Trajektorie die Kurvigkeit der Trajektorie und/oder Aufwände für Änderungen der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung über die Trajektorie herangezogen. Dementsprechend werden Anpassungskosten für die Berechnung der Kostenbewertung der Trajektorien für Änderungen der Geschwindigkeit (positive bzw. negative Beschleunigung) im Rahmen der Geschwindigkeitsplanung berücksichtigt. Für die Bemessung der Geschwindigkeitsanpassungskosten wird somit insbesondere ein Aufwand für eine Änderung der Beschleunigung herangezogen. Im Besonderen führt eine Änderung der Beschleunigung ausgehend von 0 m/s² zu vergleichsweise hohen Kosten, welche zweckmäßigerweise Berücksichtigung finden. Jedoch findet demgegenüber eine möglicherweise geplante Anpassung der Beschleunigung zur Erreichung einer gewünschten Reisegeschwindigkeit zweckmäßigerweise ebenfalls Berücksichtigung. Beachtlich bei der Berechnung der Kosten hinsichtlich der Geschwindigkeitsanpassung ist beispielsgemäß somit eine spätestens im Zielbereich einer betreffenden Trajektorie zu erreichende geplante Geschwindigkeit. Im Zuge der jeweiligen Planungsschritte kann somit entschieden werden, ob es einer Geschwindigkeitsanpassung bedarf und welche Anpassungskosten hierfür entstehen, um beispielsweise sicherheitskritische Situationen zu vermeiden.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine Klassifizierung der ermittelten Trajektorie unter Heranziehung des Ergebnisses der Kostenbewertung, wobei entsprechend wenigstens einer weiterbildenden Ausführungsform eine Klassifizierung der ermittelten Trajektorie in zumindest eine der nachfolgenden Klassen erfolgt:

• Bezugstrajektorie: Trajektorie die bestenfalls gefahren werden kann;
• Bedarfstrajektorie: Trajektorie die besser bewertet ist, als aktuell mögliche Trajektorien, jedoch unter der Voraussetzung steht, dass mit anderen Verkehrsteilnehmern kooperiert werden kann; und/oder
• Alternativtrajektorie: Trajektorie, die zwar als fahrbare Alternative besteht, jedoch schlechter bewertet ist, als die Bezugstrajektorie. Eine Alternativtrajektorie dient insbesondere als Vorschlag für andere Fahrzeuge.

Entsprechend einer Ausführungsform wird eine Mehrzahl an Trajektorien gemäß der beschriebenen Vorgehensweise ermittelt, wobei nach Berechnung einer ersten Trajektorie die Berechnung weiterer Trajektorien iterativ unter der Maßgabe erfolgt, dass zumindest ein Abschnitt einer vorher berechneten Trajektorie als nicht fahrbar festgelegt wird, unter der Bedingung, dass keine übereinstimmenden Trajektorien berechnet werden. Insbesondere kann ein solcher Abschnitt dadurch als nicht fahrbar festgelegt werden, indem eine einzelne Zelle des Zeitrasters und/oder eine einzelne Zelle des Umfeldrasters, welche eine vorher berechnete Trajektorie betreffen, als blockiert definiert wird. Ausgehend von der ersten Trajektorie, bei welcher für die Berechnung nicht fahrbare bzw. blockierte Bereiche im wesentlichen lediglich insbesondere durch weitere Verkehrsteilnehmer und/oder die Umgebungsbegebenheiten, wie beispielsweise Straßenverlauf, vorgegeben sind, erfolgt somit für weitere zu bestimmende Trajektorien zusätzlich zu bereits als nicht fahrbar vorgegebenen Bereichen ein lediglich für die Berechnung fiktives blockieren bzw. als nicht fahrbar definieren. Eine unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen berechnete weitere Trajektorie kann teilweise auch einen gleichen Weg beschreiben, wie die zumindest eine zuvor berechnete Trajektorie. Der beschriebene Vorgang wird mehrfach wiederholt, wobei für je eine konkrete Blockadekonstellation insbesondere genau eine Trajektorie berechnet wird. Grundsätzlich können hierbei Teile der vorherigen Berechnung, bis zum Punkt an welchem sich in Folge der Blockierung Änderungen ergeben, wiederverwendet werden, wodurch Ressourcen eingespart werden können.
Entsprechend einer ergänzenden oder alternativen Ausführungsform wird eine weitere Trajektorie ermittelt, indem die Trajektorienplanung ausgehend von einem Endabschnitt einer vorher berechneten Trajektorie rückwärts zu einem Startabschnitt erfolgt. Hierbei kann aber braucht nicht notwendigerweise ein neuer Bereich als blockiert definiert zu werden, da unter Umständen auf diese Art zwei gleichbewertete, aber unterschiedliche Trajektorien bestimmt werden können.
Wie bereits beschrieben, kann vor der Bestimmung eines Abschnitts des Pfads der Trajektorie eine Festlegung eines Zielbereichs der zu ermittelnden Trajektorie erfolgen, wobei weiterbildungsgemäß zudem vorgesehen sein kann, zur Ermittlung der Mehrzahl an Trajektorien eine Mehrzahl unterschiedlicher Zielbereiche vorzusehen, wobei die Anzahl unterschiedlicher Zielbereiche hierbei kleiner oder gleich der Anzahl zu ermittelnder Trajektorien ist.
Weiterbildungsgemäß wird eine hinsichtlich der Ergebnisse der Kostenbewertung und unter Berücksichtigung gegebenenfalls weiterer Verkehrsteilnehmer am besten bewertete Trajektorie als Bezugstrajektorie klassifiziert. Es kann vorgesehen sein die Bezugstrajektorie mittels V2X Kommunikation auszusenden. Entsprechend kann eine Vorrichtung zur Ermittlung der Bezugstrajektorie zur Ausgabe durch die V2X Kommunikationsvorrichtung konfiguriert sein.
Weiterbildungsgemäß wird zumindest eine der weiteren Trajektorien der Mehrzahl an ermittelten Trajektorien als Alternativtrajektorie klassifiziert. Es kann vorgesehen sein die zumindest eine Alternativtrajektorie mittels V2X Kommunikation auszusenden. Entsprechend kann eine Vorrichtung zur Ermittlung der zumindest einen Alternativtrajektorie zur Ausgabe durch die V2X Kommunikationsvorrichtung konfiguriert sein.
Weiterhin kann vorgesehen sein eine Mehrzahl an Alternativtrajektorien zu ermitteln, wobei lediglich eine vorgegebene Anzahl dieser Alternativtrajektorien mit den geringsten Kosten zur Aussendung durch die V2X Kommunikationsvorrichtung ausgegeben wird. Als Ausschlusskriterium kann beispielsweise die nicht-Fahrbarkeit der Trajektorie gesehen werden.
Entsprechend einer Weiterbildung wird zumindest eine der weiteren Trajektorien als Bedarfstrajektorie klassifiziert, wobei deren Bestimmung zunächst unter Missachtung weiterer Verkehrsteilnehmer erfolgt, und im Anschluss an die Kostenbewertung für die ermittelte Trajektorie geprüft wird, ob eine potentielle Sicherheitskritische Situation mit einem weiteren Verkehrsteilnehmer gegeben ist.
Weiterbildungsgemäß wird für den Fall, dass eine potentielle Sicherheitskritische Situation mit einem weiteren Verkehrsteilnehmer gegeben ist, die ermittelte Trajektorie als Bedarfstrajektorien zur Aussendung durch die V2X Kommunikationsvorrichtung ausgegeben, wenn die zusätzlichen Kosten für eine potentielle geänderte Trajektorie des weiteren Verkehrsteilnehmers geringer sind als die Kostenverringerung, welche durch eine potentielle geänderte Trajektorie des Fahrzeugs erzielbar ist. Dies entspricht der Optimierung eine die Kosten für ein entsprechendes kooperatives Fahrmanöver beider Verkehrsteilnehmer berücksichtigende Kostenfunktion. Somit wird ein Optimum einer die Gesamtkosten der mehreren Verkehrsteilnehmer berücksichtigenden Kostenfunktion erzielt, wobei Parameter hierbei die Weglänge der Trajektorien, die Granularität der Berechnungsschritte bzw. jeweils betrachteten Gebietsgröße und/oder vorhandene Rechenressourcen sein können. Somit kann zudem je nach Ausgestaltung eine Wahrscheinlichkeit bzw. vorhersagbar ermittelt werden, ob der weitere Verkehrsteilnehmer den Vorschlag der Bedarfstrajektorie durch das Fahrzeug annimmt.
Weiterbildungsgemäß kann vorgesehen sein eine Ermittlung mehrerer Bedarfstrajektorien vorzunehmen. Hierfür werden die bereits geplanten Trajektorienabschnitte, beispielsweise die im Verlauf weiter entfernt bzw. in der Zukunft liegenden, wie bereits beschrieben für die Berechnung als nicht fahrbar markiert bzw. blockiert, woraus sich für die Planung eine veränderte Verkehrssituation ergibt und ein zusätzlicher Bedarf ermittelt werden kann. Eine solchermaßen ermittelte Bedarfstrajektorie kann anschließend auf eine potentiell sicherheitskritische Situation mit einem anderen Verkehrsteilnehmer analysiert werden. Falls ein Verkehrsteilnehmer ermittelt wird, für welchen dies zutrifft, so werden die Kosten einer Änderung der Trajektorie dieses Verkehrsteilnehmers ins Verhältnis zu den eigenen Kosteneinsparungen gesetzt, um zu bewerten, wie wahrscheinlich die Annahme dieses Vorschlags durch das andere Fahrzeug ist.
Ein Ergebnis dieser Bewertung kann beispielsweise sein, dass die Kosten der Änderung für den anderen Verkehrsteilnehmer relativ hoch sind und daher eine Zustimmung zur Kooperation als unwahrscheinlich eingeschätzt werden kann. Für diesen Fall kann die Trajektorienplanung weiterbildungsgemäß wiederholt werden, wobei die Trajektorie des anderen Verkehrsteilnehmers jedoch unmittelbar bei der Planung Berücksichtigung findet.
Außerdem kann ein Ergebnis dieser Bewertung sein, dass die Kosten für den anderen Verkehrsteilnehmer bei Änderung der eigenen Trajektorie als relativ moderat eingestuft werden können, wobei die ermittelte Trajektorie des Ego-Fahrzeugs als Bedarfstrajektorie für die Aussendung mittels V2X Kommunikation vorgesehen wird.
Weiterhin beschreibt die Erfindung eine Vorrichtung zur Ermittlung einer durch ein Fahrzeug fahrbaren Trajektorie, aufweisend eine Recheneinrichtung, welche konfiguriert ist einen Abschnitt des Pfads der Trajektorie und eine Geschwindigkeit über den Abschnitt des Pfads der Trajektorie zu bestimmen, wobei die Bestimmung der Geschwindigkeit unter der Bedingung erfolgt, dass eine Kollisionsfreiheit mit einem weiteren Verkehrsteilnehmer gegeben ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Vorrichtung konfiguriert, ein Verfahren nach wenigstens einer der Ausführungsformen der Erfindung durchzuführen.
In einer Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das angegebene Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält das Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.
Weiterhin kann die Vorrichtung eine Schnittstelle zur Ausgabe ermittelter Trajektorien insbesondere an eine V2X Kommunikationsvorrichtung aufweisen. Die Schnittstelle und/oder eine weitere Schnittstelle kann zudem zum Empfang von Informationen umfassen, welche zur Ermittlung heranziehbar sind, ob eine potentielle sicherheitskritische Situation vorliegt.
Einige besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Verkehrssituation zur Erläuterung einer Ausführungsform des Verfahrens,
2 eine schematische Darstellung der Verkehrssituation gemäß 1 zur Erläuterung einer Berechnung einer weiteren Trajektorie gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens und
3 ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens zur Ermittlung einer durch ein Fahrzeug fahrbaren Trajektorie gemäß der Erfindung.

Die 1 zeigt in den Subfiguren 1 a) bis 1 e) eine schematische Darstellung im zeitlichen Verlauf einer beispielhaften Verkehrssituation einer Autobahnauffahrt zur Erläuterung einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung, wobei durch ein Fahrzeug A eine durch Fahrzeug A fahrbare Trajektorie bestimmt wird. Fahrzeug B befindet sich hierbei bereits auf der Autobahn und weist eine im Vergleich zu Fahrzeug A erheblich höhere Geschwindigkeit auf. Von einer zur nächsten Subfigur ist die Verkehrssituation in der Umgebung des die Planung ausführenden Fahrzeugs A im zeitlichen Verlauf verändert.
Entsprechend dieses Ausführungsbeispiels erfolgt die Ermittlung der Trajektorie in iterativen Schritten von einem Startabschnitt 1 bis zu dem hier zwei vorgegebenen Zielbereich 11 und 12 der zu ermittelnden Trajektorie, wobei die Abschnitte des Pfades der Trajektorie bezogen auf ein Umfeldraster bestimmt sind. Die Felder 20 stellen als nicht fahrbar definierte Zellen des Umfeldrasters dar.
In einem ersten Schritt erfolgt zunächst Bestimmung eines jeweiligen Abschnitts des Pfads, also des zu fahrenden Weges, der Trajektorie, beispielsgemäß beginnend mit Startabschnitt 1. In einem zweiten Schritt erfolgt die Bestimmung einer Geschwindigkeit über diesen Abschnitt des Pfads der Trajektorie, wobei geprüft wird, ob eine potentiell kritische Situation mit einem weiteren Verkehrsteilnehmer, vorliegend Fahrzeug B, auf diesem Abschnitt des Pfads ergeben würde. Falls eine solche Situation erkannt wird, wird der Schritt der Bestimmung eines Abschnitts des Pfads der Trajektorie wiederholt, wobei eine andere Zelle des Umfeldrasters gewählt wird. Für die Bestimmung der Abschnitte des Pfades der Trajektorie können beispielsweise der A*-Algorithmus, der Dijkstra-Algorithmus, der D*-Algorithmus, Rapidly-exploring Random Trees (RRTs), das Potentialfeldverfahren und/oder Elastische Bänder herangezogen werden. Die Ermittlung des Vorhandenseins weiterer Verkehrsteilnehmer bzw. deren voraussichtlich geplanter Trajektorie erfolgt weiterbildungsgemäß mittels Informationen, welche mittels Fahrzeug-zu-X Kommunikation und/oder sensorieller Umfelderfassung, wie beispielsweise unter Verwendung von Kamera, Lidar oder Radar, gewonnen werden können. Beispielsgemäß hat Fahrzeug B Fahrzeug A somit die eigene geplante Trajektorie mittels Fahrzeug-zu-X Kommunikation bereitgestellt. Die einzelnen iterativ berechneten Abschnitte des Pfades sind in den Subfiguren entsprechend ihrer Reihenfolge durchnummeriert. Die Ermittlung der Trajektorie kann bei erreichen des Endabschnitts 12 als beendet betrachtet werden. Das Umfeldraster ermöglicht die Berechnung für jeweils festgelegte Zellgrößen, woraus sich für verschiedene Geschwindigkeit unterschiedliche Zeitintervalle für die Berechnung der Abschnitte der Trajektorien oder in Abhängigkeit der Geschwindigkeit über die Zellen eine unterschiedliche Anzahl an Zeitintervallen ergeben. Im Gegensatz hierzu kann ein zugrundeliegendes Zeitraster betrachtet werden, wobei die Berechnung für jeweils festgelegte Zeitintervalle erfolgt, woraus sich für verschiedene Geschwindigkeit unterschiedliche Zellgrößen des Umfeldrasters ergeben oder eine in Abhängigkeit der Geschwindigkeit über die Zeitintervalle unterschiedliche Anzahl an Zellen des Umfeldrasters. Die Subfiguren 1 a) bis 1 e) veranschaulichen hierbei die iterativen Wiederholungen der Berechnungen für übereinstimmende Zeitintervalle.
Wie bereits beschrieben erfolgt in einem ersten Schritt die Bestimmung des mit Startabschnitt 1 der Trajektorie. Im zweiten Schritt erfolgt die Geschwindigkeitsbestimmung für den Startabschnitt 1, wobei das Fahrzeug A, da Fahrzeug A und B gemäß der Verkehrssituation in 1 a) annähernd gleichauf sind, um kollisionsfrei auf die Autobahn auffahren zu können, schneller oder langsamer fahren als Fahrzeug B, wobei auch die jeweiligen Beschleunigungswerte zu definieren wären. Für andere Verkehrssituationen kann sich üblicherweise noch die Möglichkeit des Beibehaltens der Geschwindigkeit ergeben. Da es vorgesehen sein kann, eine Mehrzahl an Trajektorien zu ermitteln, könnte ein Ergebnis der Entscheidung zunächst als beliebig betrachtet werden, da die weiteren Möglichkeiten über andere Trajektorien abbildbar sind. Demgegenüber wird jedoch als vorteilhaft hinsichtlich der Ressourcenausnutzung erachtet, diese Entscheidung unter Heranziehung zusätzlicher Einflussparameter zu treffen. Diese können zum Beispiel eine in den angegebenen Endabschnitten 11, 12 zu erreichende Zielgeschwindigkeit und/oder eine Differenzgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug A und Fahrzeug B und/oder das Vermeiden einer Beschleunigung gleich oder größer einem vorgegebenen Schwellwert und/oder das Vermeiden plötzlicher Kurvenfahrten und/oder das Vermeiden von Abständen unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts zu weiteren Verkehrsteilnehmern, welche nicht notwendigerweise als sicherheitskritisch jedoch als subjektiv unangenehm empfunden werden können, sein.
Die Subfig. 1 b) betrachtet die Bestimmung des dritten Abschnitts der Trajektorie, wobei bereits in diesem Schritt erkennbar wird, dass unter Berücksichtigung der vorhergehenden Planungsschritte die Manöverstrategie darauf aufbaut, Fahrzeug B auf dem Beschleunigungsstreifen zu überholen. Die Pfadabschnitt 2 und 3 (bzw. der Pfadabschnitt 2-3) wurde hierbei im Zeitintervall berechnet, welches Subfigur 1 a) und 1 b) trennt. In dieser Zeit hat sich Fahrzeug B lediglich eine Zelle des Umfeldrasters weiterbewegt. Gemäß dieser Planung fährt das Fahrzeug A somit zu diesem Zeitpunkt bereits schneller als das Fahrzeug B.
Wie in Subfigur 1 c) dargestellt, ist geplant, dass Fahrzeug A in Abschnitt 5 der Trajektorie Fahrzeug B auf der Auffahrt überholt und einen ausreichenden Abstand zu diesem aufgebaut hat. Die geplanten Abschnitte des Spurwechsels auf die Fahrbahn, auf welche auch Fahrzeug B fährt ist in Subfigur 1 d) abgebildet, wobei Fahrzeug B entsprechend seiner prognostizierten Geschwindigkeit eine Zelle des Umfeldrasters weitergefahren sein wird. Gemäß 1 e) wurde der Endabschnitt rechnerisch erreicht, welcher einen weiteren Wechsel auf die in Fahrtrichtung linke Spur vorsieht. Die Berechnung dieser Trajektorie kann im Endabschnitt als abgeschlossen betrachtet werden.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung der Verkehrssituation gemäß 1 zur Erläuterung einer Berechnung einer weiteren Trajektorie gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens, wobei die Verkehrssituation zur Planung der weiteren Trajektorie übereinstimmend, zu der in 1 gezeigten ist, jedoch die geplanten zu fahrenden Abschnitte 7 bis 10 der vorher ermittelten Trajektorie als nicht fahrbar definiert werden, wodurch das herangezogene Verfahren zur Pfadplanung zum Teil neuen Bedingungen unterliegt. In den Subfiguren 2 a) und 2 b) ist dies durch den Bereich 21 veranschaulicht. Vorliegend ist ein Spurwechsel vor Fahrzeug B nicht mehr möglich, entsprechend ergibt sich eine im Vergleich zu 1 unterschiedliche Manöverstrategie, wobei die Geschwindigkeit reduziert und der Spurwechsel auf die in Fahrtrichtung linke Fahrbahn hinter Fahrzeug B ausgeführt wird, wie in den Subfiguren 2 a) und 2 b) abgebildet. Die Vorgehensweise ergibt sich wie bereits für die Trajektorienberechnung gemäß 1 erläutert und ist entsprechend von 1 bis 12 nummeriert. Allerdings kann der ursprüngliche Abschnitt 11 aufgrund der Definition der Abschnitte 7 bis 10 der vorhergehenden Trajektorie nicht mehr in zielführender Weise für die Planung verwertet werden und ist vorliegend mit X bezeichnet.
Die 3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens zur Ermittlung einer durch ein Fahrzeug fahrbaren Trajektorie gemäß der Erfindung, wobei in einem Schritt 3.1 eine Bestimmung eines Abschnitts des Pfads der Trajektorie vorgenommen wird, und in einem Schritt 3.2 eine Bestimmung einer Geschwindigkeit über den Abschnitt des Pfads der Trajektorie, unter der Bedingung erfolgt, dass eine Kollisionsfreiheit mit einem weiteren Verkehrsteilnehmer gegeben ist.
Beispielsweise kann die Pfadplanung entsprechend einer Ausführungsform unter Verwendung des A*-Algorithmus hierbei folgendermaßen ausgestaltet sein:

1. Rasterung des für mögliche Trajektorien des planenden Fahrzeugs relevanten örtlichen Gebiets, beispielsweise durch Diskretisierung der befahrenen Fahrbahn in ein 2-D Raster,
2. Festlegung zumindest einer Zielzelle bzw. eines Zielbereichs des Umgebungsrasters
3. Festlegung eines Zeitrasters bzw. -intervalls, z.B. 100ms, zur Trajektorienbestimmung
4. Bestimmung eines Anteils der zu planenden Trajektorie für einen bezogen auf den aktuellen Zeitpunkt nachfolgenden Zeitschritt des Zeitrasters, wobei die Abschnitte auf Basis kontinuierlicher Fahrwege berechnet werden, wodurch sich fortpflanzende Diskretisierungsfehler vermieden werden können
5. Bestimmung einer gegebenenfalls vorzunehmenden Geschwindkeitsänderung für den jeweiligen betrachteten Zeitschritt
6. Auswertung der Pfadalternativen des Pfadplanungsverfahrens, beispielsgemäß A*, zur Bestimmung des zu fahrenden Pfades anhand von Kostenvergleichen der alternativen Pfade für den nächsten Abschnitt. Wenn die Zielzelle erreicht ist, wird mit Schritt 7 fortgesetzt, ansonsten folgt für die nächste Iteration erneut Schritt 4
7. Überprüfen der Trajektorie auf Fahrbarkeit Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
Allgemein sei darauf hingewiesen, dass unter Fahrzeug-zu-X-Kommunikation insbesondere eine direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen und/oder zwischen Fahrzeugen und Infrastruktureinrichtungen verstanden wird. Beispielsweise kann es sich also um Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation oder um Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation handeln. Sofern im Rahmen dieser Anmeldung auf eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen Bezug genommen wird, so kann diese grundsätzlich beispielsweise im Rahmen einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation erfolgen, welche typischerweise ohne Vermittlung durch ein Mobilfunknetz oder eine ähnliche externe Infrastruktur erfolgt und welche deshalb von anderen Lösungen, welche beispielsweise auf ein Mobilfunknetz aufbauen, abzugrenzen ist. Beispielsweise kann eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation unter Verwendung der Standards IEEE 802.11p oder IEEE 1609.4 erfolgen. Eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation kann auch als C2X-Kommunikation bezeichnet werden. Die Teilbereiche können als C2C (Car-to-Car) oder C2I (Car-to-Infrastructure) bezeichnet werden. Die Erfindung schließt jedoch Fahrzeug-zu-X-Kommunikation mit Vermittlung beispielsweise über ein Mobilfunknetz explizit nicht aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2017076593 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer durch ein Fahrzeug fahrbaren Trajektorie, umfassend die Schritte: - Bestimmung eines Abschnitts des Pfads der Trajektorie, und - Bestimmung einer Geschwindigkeit über den Abschnitt des Pfads der Trajektorie, unter der Bedingung, dass keine potentielle sicherheitskritische Situation mit einem weiteren Verkehrsteilnehmer gegeben ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Trajektorie durch iterative Bestimmung eines jeweiligen Abschnitts und der korrespondierenden Geschwindigkeit von einem Startabschnitt bis zu ein Endabschnitt der zu ermittelnden Trajektorie erfolgt.
Verfahren gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte des Pfades der Trajektorie bezogen auf ein Zeitraster und/oder ein Umfeldraster bestimmt werden.
Verfahren gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung des Startabschnitts der Trajektorie zunächst aktuelle Fahrdynamikwerte des Fahrzeugs und für die nachfolgenden Abschnitte die jeweils geplanten Fahrdynamikwerte herangezogen werden.
Verfahren gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Bestimmung des Abschnitts des Pfades der Trajektorie zumindest eines der nachfolgenden Verfahren herangezogen wird: • A*-Algorithmus • Dijkstra-Algorithmus • D*-Algorithmus • Rapidly-exploring Random Trees (RRTs) • Potentialfeldverfahren und/oder • Elastische Bänder.
Verfahren gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Geschwindigkeit für einen Abschnitt des Pfades der Trajektorie unter Berücksichtigung zumindest einer der nachfolgenden Randbedingungen erfolgt: • Zielgeschwindigkeit soll erreicht werden • eine Beschleunigung gleich oder größer einem vorgegebenen Schwellwert soll vermieden werden • Plötzliche Kurvenfahrten sollen vermieden werden • Abstände unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts zu weiteren Verkehrsteilnehmern sollen vermieden werden.
Verfahren gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend den Schritt: - Ausführung einer Kostenbewertung für die ermittelte Trajektorie.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewertung der Kosten für die ermittelte Trajektorie die Kurvigkeit der Trajektorie und/oder Aufwände für Änderungen der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung über die Trajektorie herangezogen werden.
Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kostenbewertung eine zu erreichende Geschwindigkeit in einem Endabschnitt der Trajektorie bei der Berechnung der Kosten hinsichtlich des Aufwands zur Änderung der Geschwindigkeit Berücksichtigung findet.
Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, weiterhin aufweisend den Schritt: - Klassifizierung der ermittelten Trajektorie unter Heranziehung des Ergebnisses der Kostenbewertung.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Klassifizierung der ermittelten Trajektorie in zumindest eine der nachfolgenden Klassen erfolgt: • Bezugstrajektorie; • Bedarfstrajektorie und/oder • Alternativtrajektorie.
Verfahren gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an Trajektorien ermittelt wird, wobei nach Berechnung einer ersten Trajektorie die Berechnung weiterer Trajektorien iterativ unter der Maßgabe erfolgt, dass zumindest ein Abschnitt einer vorher berechneten Trajektorie als nicht fahrbar festgelegt wird, unter der Bedingung, dass keine übereinstimmenden Trajektorien berechnet werden, und/oder erfolgt eine Berechnung einer weiteren Trajektorie ausgehend von einem Endabschnitt einer vorher berechneten Trajektorie zu einem Startabschnitt.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine hinsichtlich der Ergebnisse der Kostenbewertung und unter Berücksichtigung gegebenenfalls weiterer Verkehrsteilnehmer am besten bewertete Trajektorie als Bezugstrajektorie klassifiziert und zur Aussendung durch eine V2X Kommunikationsvorrichtung ausgegeben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der weiteren Trajektorien der Mehrzahl an ermittelten Trajektorien als Alternativtrajektorie klassifiziert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der weiteren Trajektorien als Alternativtrajektorien klassifiziert werden, wobei lediglich eine vorgegebene Anzahl dieser Alternativtrajektorien mit den geringsten Kosten zur Aussendung durch die V2X Kommunikationsvorrichtung ausgegeben wird.
Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung einer Trajektorie, welche als Bedarfstrajektorie klassifiziert werden soll, zunächst unter Nichtbeachtung weiterer Verkehrsteilnehmer erfolgt, und im Anschluss an die Kostenbewertung für die ermittelte Trajektorie geprüft wird, ob eine potentielle sicherheitskritische Situation mit einem weiteren Verkehrsteilnehmer gegeben ist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass eine potentielle Sicherheitskritische Situation mit einem weiteren Verkehrsteilnehmer gegeben ist, die ermittelte Trajektorie als Bedarfstrajektorien zur Aussendung durch die V2X Kommunikationsvorrichtung ausgegeben wird, wenn die zusätzlichen Kosten für eine potentielle geänderte Trajektorie des weiteren Verkehrsteilnehmers geringer sind als die Kostenverringerung, welche durch eine potentielle geänderte Trajektorie des Fahrzeugs erzielbar ist.
Vorrichtung zur Ermittlung einer durch ein Fahrzeug fahrbaren Trajektorie, aufweisend eine Recheneinrichtung, welche konfiguriert ist einen Abschnitt des Pfads der Trajektorie und eine Geschwindigkeit über den Abschnitt des Pfads der Trajektorie zu bestimmen, wobei die Bestimmung der Geschwindigkeit unter der Bedingung erfolgt, dass eine Kollisionsfreiheit mit einem weiteren Verkehrsteilnehmer gegeben ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Ausführung eines Verfahrens gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 17 konfiguriert ist.