DE102020108857A1 - Verfahren zur Planung einer Soll-Trajektorie - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung einer Soll-Trajektorie (TSoll), die von einem Fahrzeug (1) automatisiert abgefahren werden soll, wobei die Planung auf einer Bestimmung einer diskreten Menge an Kandidaten für die Soll-Trajektorie (TSoll) sowie auf einer Auswahl eines Kandidaten aus der bestimmten Menge an Kandidaten beruht und die Auswahl auf vorgegebenen Kostenfunktionen (K) basiert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei Feststellung einer Änderung einzuhaltender Rahmenbedingungen und/oder auszuführender Fahraufgaben eine Vorsteuerung der Auswahl vorgenommen wird, indem die Kostenfunktionen (K) für einzelne Trajektorienabschnitte (TR, TR(0,0)(1,1)) der Kandidaten an die geänderten Randbedingungen und/oder Fahraufgaben angepasst werden, um Trajektorienabschnitten (TR, TR(0,0)(1,1)), die sich zur Einhaltung der geänderten Randbedingungen und/oder zur Ausführung der geänderten Fahraufgaben besser eignen als andere Trajektorienabschnitte (TR, TR(0,0)(1,1)), geringere Kosten zuzuweisen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung einer Soll-Trajektorie, die von einem Fahrzeug automatisiert abgefahren werden soll, wobei die Planung auf einer Bestimmung einer diskreten Menge an Kandidaten für die Soll-Trajektorie sowie auf einer Auswahl eines Kandidaten aus der bestimmten Menge an Kandidaten beruht und die Auswahl auf vorgegebenen Kostenfunktionen basiert.
• Aus der DE 10 2015 208 790 A1 sind ein Verfahren und ein System zum automatischen Bestimmen einer Trajektorie für ein Fahrzeug bekannt. Mit der Trajektorie wird ein Startpunkt, der der aktuellen Position des Fahrzeuges entspricht, mit einem Zielpunkt verbunden. Bei dem Verfahren werden mehrere Zwischenpunkte bestimmt, wobei zudem mindestens eine erste Teiltrajektorie bestimmt wird, welche den Startpunkt mit einem der Zwischenpunkte verbindet. Weiterhin werden mehrere zweite Teiltrajektorien bestimmt, welche den Zielpunkt mit jeweils einem der Zwischenpunkte verbinden. Darüber hinaus wird die Trajektorie bestimmt, indem eine der mindestens einen ersten Teiltrajektorie und eine der zweiten Teiltrajektorien gewählt werden, und mindestens eine Komponente des Fahrzeuges wird auf Basis der bestimmten Trajektorie angesteuert, wobei an jedem Zwischenpunkt mindestens zwei Teiltrajektorien enden.
• Darüber hinaus beschreibt die WO 2019/223909 ein Verfahren zum zumindest teilautomatisierten Steuern eines Kraftfahrzeuges. Das Verfahren umfasst ein Empfangen von Umgebungssignalen, die eine mittels einer Umfeldsensorik des Kraftfahrzeuges erfasste Umgebung des Kraftfahrzeuges repräsentieren. Bei Detektion eines sich bezogen auf eine Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges vor dem Kraftfahrzeug befindlichen Objektes basierend auf den empfangenen Umgebungssignalen. Weiterhin sieht das Verfahren vor, dass ermittelt wird, ob innerhalb einer Überholtrajektorie zum Überholen des Objektes ein Straßenknotenpunkt liegt und ob für eine Dauer des Überholens ein Gegenverkehr des Kraftfahrzeuges blockiert wird. Wenn das Ermitteln ergeben hat, dass innerhalb einer Überholtrajektorie zum Überholen des Objektes kein Straßenknotenpunkt liegt und dass für eine Dauer des Überholens kein Gegenverkehr blockiert wird, dann werden Steuersignale zum zumindest teilautomatisierten Steuern einer Quer- und Längsführung des Kraftfahrzeuges, basierend auf der Überholtrajektorie, ausgegeben.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Planung einer Soll-Trajektorie, die von dem Fahrzeug automatisiert abgefahren werden soll, anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Ein Verfahren zur Planung einer Soll-Trajektorie, die von einem Fahrzeug automatisiert abgefahren werden soll, sieht vor, dass die Planung auf einer Bestimmung einer diskreten Menge an Kandidaten für die Soll-Trajektorie sowie auf einer Auswahl eines Kandidaten aus der bestimmten Menge an Kandidaten beruht und die Auswahl auf vorgegebenen Kostenfunktionen basiert. Erfindungsgemäß wird bei Feststellung einer Änderung einzuhaltender Rahmenbedingungen und/oder auszuführender Fahraufgaben eine Vorsteuerung der Auswahl vorgenommen, indem die Kostenfunktionen für einzelne Trajektorienabschnitte der Kandidaten an die geänderten Randbedingungen und/oder Fahraufgaben angepasst werden, um Trajektorienabschnitten, die sich zur Einhaltung der geänderten Randbedingungen und/oder zur Ausführung der geänderten Fahraufgaben besser eignen als andere Trajektorienabschnitte, geringere Kosten zuzuweisen.
• Durch Anwendung des Verfahrens können unterschiedliche Fahraufgaben des automatisiert fahrenden Fahrzeuges realisiert werden, wobei weitestgehend sichergestellt werden kann, dass die Fahraufgaben nur dann ausgeführt werden, wenn keine Verletzung sicherheitskritischer Kriterien vorliegt.
• Die Fahraufgaben umfassen insbesondere ein Bilden einer Rettungsgasse, eine präventive Verringerung einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges in bestimmten Fahrsituationen, ein Wechseln einer Fahrspur wegen bestimmter Fahrzeuge, wie z. B. der Polizei und/oder eines Rettungsdienstes, ein Abstellen des Fahrzeuges auf einem Standstreifen und/oder eine Berücksichtigung einer Degradation eines Lenk- oder Bremssystems des Fahrzeuges.
• Mittels des Verfahrens wird ermöglicht, unterschiedliche Fahraufgaben eines automatisiert fahrenden Fahrzeuges durch gezielte Vorsteuerung einer Planung der Soll-Trajektorie in Echtzeit zu realisieren. Besteht das Risiko, dass Sicherheitsgrenzen durch Ausführen einer Fahraufgabe verletzt werden, kann die Planung der Soll-Trajektorie eine Vorgabe überstimmen und eine sicherere Soll-Trajektorie bereitstellen.
• In einer Ausführung des Verfahrens umfasst die Soll-Trajektorie als Datensatz sowohl Informationen über einen Ortsverlauf, dem das Fahrzeug beim Abfahren der Soll-Trajektorie folgen soll, als auch weitere Informationen über eine Beschleunigung und/oder Fahrgeschwindigkeit enthält, mit der sich das Fahrzeug beim Abfahren der Soll-Trajektorie bewegen soll. Mittels der Soll-Trajektorie wird also nicht nur bestimmt, entlang welcher Ortskoordinaten das Fahrzeug im automatisierten Fahrbetrieb fährt, sondern es wird zudem vorgegeben, zu welchen Zeitpunkten sich das Fahrzeug an der jeweiligen Ortskoordinate befindet.
• Darüber hinaus wird in einer weiteren Ausführungsform eine Menge der Trajektorien, aus denen die Soll-Trajektorie ausgewählt wird, diskretisiert, wobei in einem Vorausschauhorizont eine vorbestimmte Menge von zeitlich geordneten Trajektorienstützpunkten ermittelt und die Menge von gemäß einer zeitlichen Ordnung durch die verschiedenen Trajektorienstützpunkte verlaufenden Trajektorien bestimmt wird. Da die Soll-Trajektorie anhand der Trajektorien ausgewählt wird, gemäß der zeitlichen Ordnung durch die Trajektorienstützpunkte verlaufen, kann ein Rechenaufwand zur Auswahl der Soll-Trajektorie erheblich verringert werden.
• In einer Weiterbildung des Verfahrens bildet die Menge der gemäß der zeitlichen Ordnung durch die Trajektorienstützpunkte verlaufenden Trajektorien eine Trajektorienschar, die als Kandidaten bei der Auswahl der Soll-Trajektorie berücksichtigt wird. Die Trajektorienschar umfasst nur diese begrenzte Anzahl der Trajektorien, wodurch der Rechenaufwand verringert ist und nur diese Kandidaten zur Ermittlung der Soll-Trajektorie herangezogen werden.
• Für jede Trajektorie der Trajektorienschar werden in einer möglichen Weiterbildung mittels vorgegebener Kostenfunktion Kosten ermittelt, wobei die Kostenfunktionen für die einzelnen Trajektorienabschnitte einer Trajektorie in Abhängigkeit vorgegebener Randbedingungen definiert werden. Die Kostenfunktionen berücksichtigen also Randbedingungen, wie z. B. dass die auszuwählende Soll-Trajektorie eine Fahrbahn des automatisiert fahrenden Fahrzeuges nicht verlassen darf und dass die Soll-Trajektorie physikalisch für das automatisiert fahrende Fahrzeug realisierbar ist.
• Insbesondere werden die Kostenfunktionen für die einzelnen Trajektorienabschnitte einer Trajektorie der Trajektorienschar unter Berücksichtigung der Randbedingungen vorgegeben. Dabei geben die Kostenfunktionen an, wie gut eine jeweilige Randbedingung in Bezug auf die Soll-Trajektorie erfüllt ist. Eine vergleichsweise gute Erfüllung wird mit geringen Kosten belohnt und eine vergleichsweise schlechte Erfüllung wird mit hohen Kosten bestraft.
• Um die verhältnismäßig beste Soll-Trajektorie zu bestimmen, werden in einer weiteren möglichen Ausführung mittels einer gewichteten Summation der für die verschiedenen Randbedingungen bestimmten Kosten eines Trajektorienabschnittes Gesamtkosten eines Trajektorienabschnittes ermittelt.
• Darauffolgend werden in einer möglichen Weiterbildung Kosten einer Trajektorie mittels Summation der Gesamtkosten ihrer Trajektorienabschnitte ermittelt, wobei die Trajektorie aus der Trajektorienschar, welche die geringsten Kosten unter Berücksichtigung der Randbedingungen und/oder Fahraufgaben aufweist als Soll-Trajektorie ausgewählt wird, die das automatisiert fahrende Fahrzeug abfährt..
• Des Weiteren sieht das Verfahren vor, dass die Kostenfunktionen mittels einer Vorsteuerung modifiziert werden, wobei mittels der Vorsteuerung die Trajektorienplanung an eine aktuelle Fahraufgabe angepasst wird und bei mehreren Fahraufgaben eine Priorisierung vorgenommen wird. Die Vorsteuerung verfolgt das Ziel, die Planung der Trajektorien, insbesondere die Auswahl der Soll-Trajektorie, an eine aktuelle Fahraufgabe einschließlich der geforderten Randbedingungen anzupassen und bei mehreren Fahraufgaben die Priorisierung vorzunehmen. Die Auswahl der Soll-Trajektorie erfolgt somit unter Berücksichtigung der aktuellen Fahraufgabe oder gegebenenfalls mehrerer miteinander vereinbarer zu berücksichtigender Fahraufgaben.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 schematisch einen ersten Schritt zur Bestimmung einer Trajektorienschar,
• 2 schematisch einen zweiten Schritt zur Bestimmung einer Trajektorienschar,
• 3 schematisch einen dritten Schritt zur Bestimmung einer Trajektorienschar,
• 4 schematisch eine Kostenfunktion,
• 5 schematisch eine Modifikation einer Kostenfunktion durch Vorsteuerung und
• 6 schematisch eine Modifikation einer weiteren Kostenfunktion durch Vorsteuerung.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• In 1 ist ein erster Schritt zur Bestimmung einer Trajektorienschar, aus welcher eine u. a. in 2 gezeigte Trajektorie T als Soll-Trajektorie T_Soll , die in 3 näher gezeigt ist, ausgewählt wird, dargestellt.
• Ein Fahrzeug 1 verfügt über ein Assistenzsystem zum automatisierten Fahrbetrieb, wobei mittels einer entsprechenden Sensorik im automatisierten Fahrbetrieb fortlaufend Signale erfasst werden.
• Im automatisierten Fahrbetrieb eines Fahrzeuges 1 ist es erforderlich, dass das Fahrzeug 1 sich in vielfältigen Fahrsituationen adäquat verhält und unterschiedliche Fahraufgaben erfüllt. Diese Fahraufgaben umfassen in einem normalen automatisierten Fahrbetrieb, z. B. ein Abstandhalten in einer Fahrspurmitte, ein Einhalten einer Geschwindigkeitsvorgabe, wobei unter speziellen Fahraufgaben, beispielsweise ein Bilden einer in 5 gezeigten Rettungsgasse R oder einen Fahrspurwechsel, bis hin zur Vermeidung einer Kollision, beispielsweise aufgrund eines plötzlich erfassten Hindernisses auf einer Fahrspur F des Fahrzeuges 1, zu verstehen sind.
• Zur Erfassung der vielfältigen Fahrsituationen umfasst die Sensorik eine Vielzahl von im und/oder am Fahrzeug 1 angeordneten Sensoren, die gegebenenfalls fusioniert werden, um beispielsweise erfasste Signale zu plausibilisieren und/oder um einen Erfassungsbereich zu erweitern oder zu optimieren.
• Um eine Vielzahl an möglichen Fahrsituationen im automatisierten Fahrbetrieb des Fahrzeuges 1 beherrschen zu können, wird üblicherweise ein Trajektorienplanungs-Modell verwendet, das entweder aus einer Vielzahl an möglichen Trajektorien T eine beste Trajektorie T auswählt oder anhand eines Optimierungsverfahrens eine optimale Trajektorie T berechnet.
• Diesen beiden Ansätzen liegt eine Bewertung von Trajektorien T mittels, insbesondere in den 4 bis 6 gezeigten, Kostenfunktionen K zugrunde, wobei sich die Kosten aus unterschiedlichen Teilkosten mit unterschiedlicher Gewichtung zusammensetzen.
• Beispiele für einzelne Kostenfunktionen K sind:
• - Abweichungen von einem gewünschten Pfad,
• - eine hohe Fahrzeugdynamik in Längs- und Querrichtung des Fahrzeuges 1,
• - Unterschreiten eines Sicherheitsabstandes,
• - eine Kollision mit einem in 3 näher gezeigten Hindernis 2,
• - ein Nichteinhalten von Geschwindigkeitsvorgaben, etc.
• Um einen vergleichsweise sicheren automatisierten Fahrbetrieb des Fahrzeuges 1 sicherzustellen, werden die sicherheitskritischen Kosten höher gewichtet als Kosten, die durch ein unkomfortables Fahren entstehen.
• Bei einer Auswahl von Trajektorien T ist es erforderlich, zusätzlich sogenannte harte Randbedingungen einzuhalten, wobei die Trajektorie T eine Fahrbahn nicht verlassen darf und die Trajektorie T muss physikalisch realisierbar sein.
• Um die Vielzahl an unterschiedlichen speziellen Fahraufgaben zu beherrschen, ist ein im Folgenden beschriebenes Verfahren vorgesehen, wobei eine Trajektorienplanung gesteuert wird, indem Sollzustände und Stellgrößenbereiche des Fahrzeuges 1 verändert werden.
• Vorgaben einer Vorsteuerung werden dann durch die Trajektorienplanung geplant, wenn keine höheren, grundlegenden Ziele, wie z. B. ein Unterschreiten eines Sicherheitsabstandes bis zur Kollision, ein unbeabsichtigtes Verlassen der Fahrspur F, eine zu hohe Fahrzeugreaktion bis hin zu einer Nichtfahrbarkeit, dabei verletzt werden.
• Steht beispielsweise durch ein plötzlich vor dem Fahrzeug 1 auftauchendes Hindernis 2 eine Kollision des Fahrzeuges 1 mit dem Hindernis 2 bevor, hat eine Vermeidung der Kollision gegenüber einer Fahraufgabe Vorrang. Wenn eine solche kritische Situation nicht mehr besteht, wird die gewünschte Fahraufgabe erneut bevorzugt.
• Das Verfahren sieht eine kontinuierliche Vorgabe an die Trajektorienplanung durch eine maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit V_EGO , auch in Zusammenhang mit einer vorgegebenen Entfernung und/oder Zeit, einen gewünschten Versatz des Fahrzeuges 1 zur Spurmitte seiner Fahrspur F, ebenfalls in Zusammenhang mit der vorgegebenen Entfernung und/oder Zeit, eine absetzbare Verzögerung, eine zulässige Beschleunigung und eine absetzbare Lenkdynamik vor.
• Zudem umfasst das Verfahren eine Priorisierung von möglicherweise unvereinbaren Fahraufgaben. Beispielsweise kann ein System zum automatisierten Fahrbetrieb des Fahrzeuges 1 ein sicheres Abstellen des Fahrzeuges 1 anfordern, wobei gleichzeitig eine sogenannte Move-Over-Law-Situation vorliegt, die eine unterschiedliche Geschwindigkeitsverringerung erfordern.
• Auch kann ein Verhalten in einer Move-Over-Law-Situation, d. h. bei Gelten einer Ausweichvorschrift, z. B. bei Annäherung eines Einsatzfahrzeuges, beispielsweise der Polizei, einen anderen Versatz innerhalb der Fahrspur F des Fahrzeuges 1 erfordern als zur Bildung einer Rettungsgasse R erforderlich ist.
• In beiden Fällen erfolgt durch eine Wahl einer Fahrgeschwindigkeits- und/oder Versatzvorgabe in Bezug auf eine Positionierung des Fahrzeuges 1 innerhalb seiner Fahrspur F eine Priorisierung der Fahraufgabe.
• Darüber hinaus sieht das Verfahren eine Anforderung spezieller Fahraufgaben vor, die Vorgaben der Kostenfunktionen K bei der Trajektorienplanung zu verändern, wie z. B.:
• - ein sicheres Abstellen des Fahrzeuges 1 auf einem beispielhaft in 4 gezeigten Standstreifen S,
• - ein Fahrspurwechsel,
• - eine präventive Reduktion einer Fahrgeschwindigkeit V_EGO in einer unklaren Fahrsituation, z. B. bei einem Geisterfahrer auf einer Nebenspur oder einem Fußgänger auf der Fahrbahn,
• - Reduktion der momentanen Fahrgeschwindigkeit V_EGO und gleichzeitiges Fahren an einen Rand der Fahrspur F, wenn eine Move-Over-Law- Situation vorliegt, etc.
• Komplexere Fahraufgaben, wie das sichere Abstellen des Fahrzeuges 1 auf dem Standstreifen S oder ein mehrfacher Fahrspurwechsel, wird an die Trajektorienplanung durch eine zeitliche Abfolge von Fahrgeschwindigkeits- und Versatzvorgaben, sogenannten Spuroffsetvorgaben, übermittelt.
• Wird ein degradierter Zustand eines Brems- oder Lenksystems gemeldet, wird eine Anpassung einer absetzbaren Brems- oder Lenkdynamik an die Trajektorienplanung vorgenommen.
• Zudem wird eine absetzbare Verzögerung des Fahrzeuges 1, d. h. eine Verringerung der momentanen Fahrgeschwindigkeit V_EGO an vorherrschende Wetterverhältnisse angepasst.
• Insbesondere sieht das Verfahren vor, dass eine in 3 beispielhaft dargestellte Soll-Trajektorie T_Soll , die von dem Fahrzeug 1 im automatisierten Fahrbetrieb, insbesondere fahrerlos, abgefahren werden soll.
• Unter einer solchen Soll-Trajektorie T_Soll ist ein Datensatz zu verstehen, der sowohl Informationen über einen Ortsverlauf, also Ortskoordinaten, enthält, dem das Fahrzeug 1 beim Abfahren der Soll-Trajektorie T_Soll folgen soll, als auch Informationen über eine Beschleunigung oder die Fahrgeschwindigkeit V_EGO umfasst, mit der sich das Fahrzeug 1 beim Abfahren der Soll-Trajektorie T_Soll bewegen soll. Durch die Soll-Trajektorie T_Soll wird somit nicht nur vorgegeben, welche Ortskoordinaten das Fahrzeug 1 abfahren soll, sondern auch, zu welchen Zeitpunkten sich das Fahrzeug 1 an den jeweiligen Ortskoordinaten befindet.
• Die Planung beruht dabei auf einer Bestimmung einer diskreten Menge an Kandidaten für die Soll-Trajektorie T_Soll , wobei die Auswahl wie oben beschrieben und aus dem Stand der Technik bekannt ist, auf Kostenfunktionen K basiert.
• Im Detail zeigt die 1 ein Koordinatensystem, wobei auf einer Abszisse x-Koordinaten x_i bis x₄ in Fahrzeuglängsrichtung, d. h. in Fahrtrichtung des automatisiert fahrenden Fahrzeuges 1, und auf der Ordinate y y-Koordinaten y_-1 bis y₁ abgetragen sind und eine Fahrzeugquerrichtung bezeichnen. Ein Δx, also ein Abstand zwischen zwei x-Koordinaten beschreibt eine Funktion einer momentanen Fahrgeschwindigkeit V_EGO des Fahrzeuges 1.
• Zudem ist eine Mehrzahl von Trajektorienstützpunkten P_0,0 bis P_4,2 dargestellt, wobei der Trajektorienstützpunkt P_0,0 einen Startpunkt des Fahrzeuges 1 und die Trajektorienstützpunkte P_4,0 bis P_4,2 die Zielkoordinaten des Fahrzeuges 1 darstellen. Insbesondere sind die x-Koordinaten x₀ bis x₄ und die y-Koordinaten y_-1 bis y₁ die x-y-Koordinaten der Trajektorienstützpunkte P = (x₁,y_j)
• Die Trajektorienstützpunkte P_0,0 bis P_4,2 sind in Richtung der Abszisse x, also in Fahrtrichtung des Fahrzeuges 1 über einen Vorausschauhorizont V verteilt. Dieser Vorausschauhorizont V definiert eine Strecke, die das Fahrzeug 1 mit seiner momentanen Fahrgeschwindigkeit V_EGO innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls, von beispielsweise 30 Sekunden, passieren wird, d. h. abfahren wird. Innerhalb des Vorausschauhorizontes V sind theoretisch unendlich viele Trajektorien möglich, aus denen eine Soll-Trajektorie T_Soll ausgewählt werden kann. Um einen Rechenaufwand bei der Auswahl der für das Fahrzeug 1 und eine Fahrsituation am besten geeignetsten Soll-Trajektorie T_Soll zu minimieren, wird die Menge der Trajektorien, aus denen die Soll-Trajektorie T_Soll ausgewählt werden soll, diskretisiert. Dazu werden in dem Vorausschauhorizont V, wie in 1 gezeigt ist, eine vorbestimmte Menge zeitlich geordneter Trajektorienstützpunkte P_0,0 bis P_4,2 bestimmt und die Menge einer gemäß einer zeitlichen Ordnung durch die verschiedenen Trajektorienstützpunkte P_0,0 bis P_4,2 verlaufenden Trajektorien T bestimmt, wie in einem in 2 gezeigten zweiten Schritt zur Bestimmung einer Trajektorienschar in einem weiteren Koordinatensystem dargestellt ist.
• Diese Menge der Trajektorien T bildet eine Trajektorienschar, wobei die Trajektorien T die Kandidaten zur Auswahl der Soll-Trajektorie T_Soll bilden, d. h. nur diese begrenzte Anzahl von Trajektorien T werden für die Auswahl der Soll-Trajektorie T_Soll berücksichtigt.
• Insbesondere werden die Trajektorienstützpunkte P_0,0 bis P_4,2, wie in 2 gezeigt ist, in x-Richtung, also in Richtung der Fahrzeuglängsachse, gemäß ihrer zeitlichen Ordnung paarweise miteinander verbunden. Dadurch werden einzelne Trajektorienabschnitte TR, TR_(0,0)(1,1) der Trajektorien T gebildet, die einer Menge zugeordnet sind, aus welcher eine in 3 dargestellte Soll-Trajektorie T_Soll ausgewählt wird.
• Jeder Trajektorienabschnitt TR, TR_(0,0)(1,1) umfasst selbst eine Schar nicht näher gezeigter Einzeltrajektorien mit jeweils gleichen x-y-Verläufen aber unterschiedlichen Beschleunigungen. Den Einzeltrajektorien werden Kosten zugeordnet, wobei die Kostenzuordnung mit für die verschiedenen Randbedingungen vorgegebenen Kostenfunktionen K erfolgt.
• Bei einer Feststellung einer Änderung von einzuhaltenden Randbedingungen oder von auszuführenden Fahraufgaben wird die Vorsteuerung der Auswahl vorgenommen, indem die Kostenfunktionen K für einzelne Trajektorienabschnitte TR, TR_(0,0)(1,1) an die geänderten Randbedingungen angepasst werden. Diese Anpassung erfolgt, um Trajektorienabschnitte TR, TR_(0,0)(1,1) , die sich zur Einhaltung geänderter Randbedingungen und/oder zur Ausführung geänderter Fahraufgaben besser eignen als anderen Trajektorienabschnitten TR, TR_(0,0)(1,1) geringere Kosten zuzuweisen.
• Für jede Trajektorie T aus der Trajektorienschar werden mittels vorgegebener Kostenfunktionen K Kosten ermittelt, wobei die Kostenfunktionen für die einzelnen Trajektorienabschnitte TR_(0,0)(1,1) einer Trajektorie T und für vorgegebene Randbedingungen definiert werden und angeben, wie gut die jeweiligen Randbedingungen auf dem jeweiligen Trajektorienabschnitt TR_(0,0)(1,1) erfüllt sind.
• Eine vergleichsweise gute Erfüllung wird mit geringen Kosten belohnt, wohingegen eine schlechte eine vergleichsweise schlechte Erfüllung mit hohen Kosten bestraft wird. Anhand einer, insbesondere gewichteten, Summation der für die verschiedenen Randbedingungen bestimmten Kosten eines Trajektorienabschnittes TR_(0,0)(1,1) werden die Gesamtkosten eines Trajektorienabschnittes TR_(0,0)(1,1) ermittelt.
• Die Kosten einer Trajektorie T der Trajektorienschar werden durch Summation der Gesamtkosten der Trajektorienabschnitte TR, TR_(0,0)(1,1) der jeweiligen Trajektorie T. Aus der Trajektorienschar wird dann die Trajektorie T als Soll-Trajektorie T_Soll ausgewählt, die die geringsten Kosten aufweist, wie in 3 gezeigt ist.
• Die aus der Trajektorienschar ausgewählte Soll-Trajektorie T_Soll zeigt einen Fahrweg des Fahrzeuges 1 aufgrund des Hindernisses 2 auf seiner Fahrspur F, welches im Vorausschauhorizont V erfasst wird.
• Die Trajektorienabschnitte TR, die zu einer Kollision des Fahrzeuges 1 mit dem Hindernis 2 führen, werden durch Erhöhung ihrer Kosten sanktioniert. Dadurch ergibt sich für diese Trajektorienabschnitte TR zur Auswahl der Soll-Trajektorie T_Soll eine geringere Priorität als die übrigen Trajektorienabschnitte TR.
• In den 4 bis 6 ist jeweils ein Beispiel für eine Kostenfunktion dargestellt.
• 4 zeigt eine Kostenfunktion K(y) für eine Querposition des Fahrzeuges 1, wobei eine Fahrspur F des Fahrzeuges 1, eine linke Fahrspur F1, eine rechte Fahrspur F2, Spurmarkierungen M, ein jeweiliger Standstreifen S oder Seitenstreifen und Trajektorienstützpunkte P_i,j = (x_i,y_j) dargestellt sind.
• Ein Fahren des Fahrzeuges 1 in der Mitte seiner Fahrspur F ist mit geringeren Kosten verbunden, als wenn das Fahrzeug 1 nicht in der Mitte fährt. D. h., dass das Fahren in der Mitte seiner Fahrspur F mit geringeren Kosten belohnt wird.
• Das Fahren des Fahrzeuges 1 auf den Spurmarkierungen M wird durch hohe Kosten sanktioniert und das Fahren in der Mitte der linken Fahrspur F1 oder der rechten Fahrspur F2 wird höher sanktioniert als das Fahren in der Mitte der Fahrspur F des Fahrzeuges 1 und weniger sanktioniert als das Fahren auf den Spurmarkierungen M. Das Befahren des Standstreifens S oder Seitenstreifens wird vergleichsweise stark sanktioniert und mit entsprechend hohen Kosten bestraft.
• In 5 sind zum einen ein Verlauf der in 4 dargestellten Kostenfunktion K(y) und eine mittels der Vorsteuerung modifizierte Kostenfunktion K1(y) und deren Verlauf gezeigt.
• Die Vorsteuerung verfolgt das Ziel, die Trajektorienplanung zur Auswahl der Soll-Trajektorie T_Soll an eine geforderte Fahraufgabe und geforderter Randbedingungen anzupassen und bei gegebenenfalls mehreren auszuführenden Fahraufgaben eine Priorisierung vorzunehmen. Die Auswahl der Soll-Trajektorie T_Soll erfolgt somit unter Berücksichtigung der momentanen Fahraufgabe oder gegebenenfalls mehrerer momentan zu berücksichtigender Fahraufgaben.
• Gemäß dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird zur Bildung einer Rettungsgasse R das zur Spurmitte versetzte Fahren des Fahrzeuges 1 innerhalb seiner Fahrspur F durch geringere Kosten stärker belohnt als das Fahren in der Spurmitte der jeweiligen Fahrspur F, F1, F2.
• Das Fahren auf der rechten Fahrspur F2 wird durch geringere Kosten stärker belohnt und das Fahren in der Rettungsgasse R wird durch höhere Kosten sanktioniert.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Vorsteuerung ist in 6 gezeigt, wobei die Kostenfunktion K(y) und eine modifizierte weitere Kostenfunktion K2(y) dargestellt sind.
• Das Fahren auf der rechten Fahrspur F2 wird, beispielsweise aufgrund eines Unfalles auf der rechten Fahrspur F2, vergleichsweise hoch sanktioniert, wobei das Fahren auf der Fahrspur F des Fahrzeuges 1 ebenfalls sanktioniert wird, um im Einsatz befindliche Rettungskräfte am Unfallort nicht zu gefährden.
• In analoger Weise können auch Kostenfunktionen K modifiziert werden, die für andere Fahraufgaben und/oder andere einzuhaltende Randbedingungen vorgegeben sind. Durch die Modifikation wird eine Vorsteuerung für die Trajektorienauswahl erzielt.
• Eine Fahraufgabe für das Fahrzeug 1 kann beispielsweise fordern, dass ein zusätzlicher Versatz zur Spurmitte der entsprechenden Fahrspur F, F1, F2 eingehalten wird, z. B. zur Bildung einer Rettungsgasse R oder zur Erhöhung eines seitlichen Abstandes zu Objekten bestimmter Klassen, wie Lastkraftwagen, Tunnelwände, Brückenpfeiler, Leitmauern.
• Weiterhin kann eine Fahraufgabe fordern, dass wie weiter oben beschrieben, eine bestimmte maximal zulässige Geschwindigkeit eingehalten wird, dass eine Längsdynamik, insbesondere eine absetzbare Verzögerung oder eine zulässige Beschleunigung, oder eine Querdynamik, insbesondere eine Lenkdynamik in Form einer Gierrate, einer Lenkwinkelgeschwindigkeit und/oder einer Querbeschleunigung, auf bestimmte Werte begrenzt wird, die situationsabhängig vorgegebenen werden kann, beispielsweise in Abhängigkeit von Witterungsverhältnissen, einer Fahrgeschwindigkeit V_EGO , einer Straßenkrümmung und/oder einer Degradation eines Lenk- oder Bremssystems des Fahrzeuges 1.
• Zudem kann als Fahraufgabe gefordert sein, das Fahrzeug 1 auf einem Standstreifen S abzustellen, z. B. bei Degradation des Lenk- oder Bremssystems, dass die Fahrgeschwindigkeit V_EGO präventiv verringert wird, z. B. bei einem Unfall, bei einem Einsatz von Polizei, Rettungsdiensten, Fußgängern auf der Fahrbahn, Geisterfahrern auf entsprechend benachbarten Fahrspuren F, F1, F2.
• Darüber hinaus kann als Fahraufgabe vorgegeben sein, dass bestimmte Fahrspuren F, F1, F2 gemieden werden, z. B. die Fahrspur F, F1, F2 neben an einem Einsatzort abgestellten Fahrzeugen der Polizei und Rettungsdienste, d. h. auch bei Vorliegen der sogenannten Move-Over-Law-Situation, und bei Fußgängern oder Geisterfahrern.
• Ferner kann eine zu beachtende Fahraufgabe für das Fahrzeug 1 das Vornehmen eines Fahrspurwechsels sein, z. B. zur Meidung von Fahrspuren F, F1, F2, zum Umfahren von Hindernissen 2, zum Überholen vergleichsweise langsamer Verkehrsteilnehmer, zur Steuerung des Fahrzeuges 1 auf eine Abbiege- oder Ausfädelspur.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

Hindernis

F, F1, F2

Fahrspur

K, K1, K2

Kostenfunktion

M

Spurmarkierung

Pi,j

Trajektorienstützpunkt

R

Rettungsgasse

T

Trajektorie

TSoll

Soll-Trajektorie

TR, TR(0,0)(1,1)

Trajektorienabschnitt

S

Standstreifen

V

Vorausschauhorizont

VEGO

Fahrgeschwindigkeit

xi

x-Koordinate

yj

y-Koordinate

• 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
• DE 102015208790 A1 [0002]
• WO 2019/223909 [0003]

Claims (10)

1. Verfahren zur Planung einer Soll-Trajektorie (T_Soll), die von einem Fahrzeug (1) automatisiert abgefahren werden soll, wobei die Planung auf einer Bestimmung einer diskreten Menge an Kandidaten für die Soll-Trajektorie (T_Soll) sowie auf einer Auswahl eines Kandidaten aus der bestimmten Menge an Kandidaten beruht und die Auswahl auf vorgegebenen Kostenfunktionen (K) basiert, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellung einer Änderung einzuhaltender Rahmenbedingungen und/oder auszuführender Fahraufgaben eine Vorsteuerung der Auswahl vorgenommen wird, indem die Kostenfunktionen (K) für einzelne Trajektorienabschnitte (TR, TR_(0,0)(1,1)) der Kandidaten an die geänderten Randbedingungen und/oder Fahraufgaben angepasst werden, um Trajektorienabschnitten (TR, TR_(0,0)(1,1)), die sich zur Einhaltung der geänderten Randbedingungen und/oder zur Ausführung der geänderten Fahraufgaben besser eignen als andere Trajektorienabschnitte (TR, TR_(0,0)(1,1)), geringere Kosten zuzuweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Trajektorie (T_Soll) als Datensatz sowohl Informationen über einen Ortsverlauf umfasst, dem das Fahrzeug (1) beim Abfahren der Soll-Trajektorie (T_Soll) folgen soll, als auch weitere Informationen über eine Beschleunigung und/oder Fahrgeschwindigkeit (V_EGO) enthält, mit der sich das Fahrzeug (1) beim Abfahren der Soll-Trajektorie (T_Soll) bewegen soll.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Menge von Trajektorien (T), aus denen die Soll-Trajektorie (T_Soll) ausgewählt wird, diskretisiert wird, wobei in einem Vorausschauhorizont (V) eine vorbestimmte Menge von zeitlich geordneten Trajektorienstützpunkten (P_i,j) ermittelt und die Menge von gemäß einer zeitlichen Ordnung durch die verschiedenen Trajektorienstützpunkte (P_i,j) verlaufenden Trajektorien (T) bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der gemäß der zeitlichen Ordnung durch die Trajektorienstützpunkte (P_i,j) verlaufenden Trajektorien (T) eine Trajektorienschar bildet, die als Kandidaten bei der Auswahl der Soll-Trajektorie (T_Soll) berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Trajektorie (T) der Trajektorienschar mittels vorgegebener Kostenfunktionen (K) Kosten ermittelt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kostenfunktionen (K) für die einzelnen Trajektorienabschnitte (TR, TR_(0,0)(1,1)) einer Trajektorie (T) der Trajektorienschar vorgegeben werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer gewichteten Summation der für die verschiedenen Randbedingungen bestimmten Kosten eines Trajektorienabschnittes (TR, TR_(0,0)(1,1)) Gesamtkosten eines Trajektorienabschnittes (TR, TR_(0,0)(1,1)) ermittelt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kosten einer Trajektorie (T) mittels Summation der Gesamtkosten ihrer Trajektorienabschnitte (TR, TR_(0,0)(1,1)) ermittelt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Soll-Trajektorie (T_Soll) die Trajektorie (T) aus der Trajektorienschar ausgewählt wird, die die geringsten Kosten aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kostenfunktionen (K) mittels einer Vorsteuerung modifiziert werden, wobei mittels der Vorsteuerung die Trajektorienplanung an eine aktuelle Fahraufgabe angepasst wird und bei mehreren Fahraufgaben eine Priorisierung vorgenommen wird.

Images