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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Berechnen von optimierten Trajektorien durch mindestens ein Steuergerät und ein Verfahren zum Berechnen von einer Fahrzeugtrajektorie durch ein fahrzeugseitiges Steuergerät eines Fahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Automatisiert betreibbare Fahrzeuge sind üblicherweise nach einem sogenannten 3-Schichtenmodell aufgebaut. Dabei wird die Wahrnehmungs- bzw. Perzeptionsschicht, die Planungsschicht und die Aktionsschicht verwendet, um einen automatisierten Fahrmodus des Fahrzeugs umzusetzen. Die Perzeptionsschicht beinhaltet die Umfeldsensorik und die Aggregation der Umfeldsensorik in einem Umfeldmodell. Die Planungsschicht umfasst die Verhaltensplanung und die Trajektorienplanung. Die Aktionsschicht umfasst die automatisierte Fahrzeugregelung und die Aktorik des Fahrzeugs.
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Aufgrund von rechtlichen Vorschriften der Produkthaftung und der daraus resultierenden Schwierigkeit einer technischen Absicherung werden die oben genannten Schichten für einen automatisierten Betrieb durch die Fahrzeughersteller bevorzugt vollständig im Fahrzeug umgesetzt. Hierdurch basieren alle Fahrentscheidungen maßgeblich auf der fahrzeugseitigen Umfeldsensorik. Dabei wird lokal im Fahrzeug ein Umfeldmodell erstellt und somit lokal geplant.
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Durch die Beschränkung der Schichten zur Umsetzung eines automatisierten Fahrtbetriebs auf die fahrzeugseitigen technischen Möglichkeiten können über die Reichweite der Fahrzeugsensorik hinausgehende vorausschauende Fahrweisen und Informationen nicht berücksichtigt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren zum Berücksichtigen von regionalen Faktoren bei der Trajektorienplanung und zum Ermöglichen einer Berücksichtigung von regionalen optimierten Trajektorien bei lokalen Trajektorienplanungen vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Berechnen von optimierten Trajektorien durch mindestens ein Steuergerät bereitgestellt. Das Steuergerät kann vorzugsweise eine mobile oder stationäre Servereinheit sein. Insbesondere kann das Steuergerät als ein sogenannter Multi-access edge computing (MEC) Server ausgestaltet sein. Das Steuergerät kann dazu eingesetzt werden, lokale Planungen in Einzelfahrzeugen so unterstützt, dass die lokalen bzw. fahrzeugseitigen Planungen regional optimierten Lösungen, insbesondere regional optimierten Trajektorien, nahe kommen.
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In einem Schritt des Verfahrens werden Messdaten von mindestens einer Infrastruktureinheit und/oder mindestens einem Fahrzeug empfangen. Die Messdaten können von Infrastruktureinheiten am Straßenrand, von Verkehrsflusssensoren, Ampeln bzw. Lichtsignalanlagen und dergleichen empfangen werden. Des Weiteren können Messdaten von Fahrzeugen und von fahrzeugseitigen Umfeldsensoren vom Steuergerät empfangen werden. Die Messdaten können beispielsweise von stationären oder mobilen Umfeldsensoren aus einem Umkreis empfangen werden.
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In einem weiteren Schritt wird eine Intention, beispielsweise in Form von Referenztrajektorien, Bedarfstrajektorien und Alternativtrajektorien, von mindestens einem Fahrzeug empfangen oder durch Auswerten von Messdaten ermittelt. Dabei kann jedes automatisiert betreibbare Fahrzeug in dem Umkreis seine Intention dem mindestens einen Steuergerät zu Verfügung stellen. Insbesondere können die Intentionen aller entsprechend ausgestatteter Fahrzeuge empfangen werden. Hierzu kann ein Nachrichtenstandard, wie beispielsweise MCM, verwendet werden, um entsprechende Referenztrajektorien (aktueller Plan), Bedarfstrajektorien (aktueller Wunsch) sowie Alternativtrajektorien (Angebot an andere) mit Kosten zu übertragen. Für alle nicht ausgestatteten Fahrzeuge kann die Intention aus einem sensierten Verhalten hergeleitet werden.
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Die empfangenen Messdaten und die von mindestens einem Fahrzeug empfangene oder ermittelte Intention werden dazu eingesetzt, mindestens eine regional optimierte Trajektorie für das mindestens eine Fahrzeug zu berechnen. Die mindestens eine regional optimierte Trajektorie kann vorzugsweise auf das mindestens eine Fahrzeug zugeschnitten sein.
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Das Thema der Trajektorienplanung unter Erkennung der Intentionen anderer Verkehrsteilnehmer ist komplex und kann üblicherweise nicht mit der fahrzeugseitigen Rechenleistung umgesetzt werden. Die lokale bzw. fahrzeugseitige Berechnung kollisionsfreier Trajektorien für alle automatisierten Fahrzeuge unter Berücksichtigung von Unsicherheiten führt regelmäßig zu sehr rechenintensiven Lösungen, die nicht echtzeitfähig im Fahrzeug integriert werden können und generell nicht leistungsfähig genug sind, um komplexe Szenarien aufzulösen.
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Durch den Einsatz eines fahrzeugexternen Steuergeräts kann eine Rechenleistung bereitgestellt werden, durch die eine echtzeitfähige regionale Berücksichtigung von Fahrzeugen und eine entsprechende optimierte Trajektorienplanung möglich ist.
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Eine regionale bzw. globale Optimierung und Berechnung von Trajektorien kann alle Fahrzeuge und Faktoren, wie beispielsweise Lichtsignalanlagen, Fußgänger, Verkehrsdichten und dergleichen, innerhalb eines Bereichs berücksichtigen. Der Bereich ist vorzugsweise größer als eine Sensorreichweite eines einzelnen automatisiert betreibbaren Fahrzeugs. Beispielsweise kann der Bereich als ein Umkreis von hunderten von Metern oder von mehreren Kilometern ausgestaltet sein.
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Der Bereich für die regional optimierte Berechnung von Trajektorien kann einen Mittelpunkt aufweisen. Beispielsweise kann das fahrzeugexterne Steuergerät oder ein automatisiert betreibbares Fahrzeug als Zentrum des Bereichs dienen.
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Durch das aggregierte regionale Wissen aus den empfangenen Messdaten kann das Steuergerät ohne Begrenzung in der Rechenkapazität eine regional optimierte Lösung für die Trajektorien aller Fahrzeuge ermitteln. Regional können so zukünftige Konflikte mit in die regionale Planung einbezogen werden, die lokal für die jeweiligen Fahrzeuge noch nicht sichtbar sind.
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Die regional optimierten Trajektorien können vorzugsweise an alle durch das Steuergerät berücksichtigten Fahrzeuge verteilt werden.
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Durch das Verfahren können Vorzüge einer regionalen Trajektorienplanung auf einem beispielsweise Mobile Edge Server kombiniert mit der Anforderung, die Verantwortung für automatisiert ausgeführte Fahrmanöver in den Einzelfahrzeugen zu belassen, kombiniert werden. Eine regionale Trajektorienplanung kann insbesondere in innerstädtischen Verkehrsszenarien mit zahlreichen Fahrzeugen vorteilhaft sein, um die Komplexität der Planungsaufgabe, insbesondere der fahrzeugseitigen Berechnung, zu reduzieren.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät bereitgestellt, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen. Das Steuergerät kann beispielsweise ein fahrzeugexternes Steuergerät oder eine fahrzeugexterne Servereinheit, wie beispielsweise ein Cloud-System oder ein MEC Server, sein.
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Darüber hinaus wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer oder ein Steuergerät diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.
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Das mindestens eine Fahrzeug kann hierbei gemäß der BASt Norm assistiert, teilautomatisiert, hochautomatisiert und/oder vollautomatisiert bzw. fahrerlos betreibbar sein. Das mindestens eine Fahrzeug kann als ein Landfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder als ein Luftfahrzeug ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das mindestens eine Fahrzeug ein Robotaxi, ein Personenkraftwagen, ein Nutzfahrzeug, ein Lastkraftwagen, eine Drohne, ein Helikopter, ein Flugzeug und dergleichen sein.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Berechnen von einer Trajektorie durch ein fahrzeugseitiges Steuergerät eines Fahrzeugs bereitgestellt. Von der Fahrzeugsensorik ermittelte Messdaten werden empfangen und basierend auf den empfangenen Messdaten eine lokale Trajektorienplanung zum Berechnen einer Fahrzeugtrajektorie durchgeführt.
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Vorzugsweise wird eine regional optimierte Trajektorie empfangen und mit der berechneten Fahrzeugtrajektorie verglichen. Die regional optimierte Trajektorie kann von einem fahrzeugexternen Steuergerät über eine Kommunikationsverbindung empfangen werden. Die regional optimierte Trajektorie wird anschließend zum Ansteuern des Fahrzeugs und/oder zum Anpassen der fahrzeugseitig berechneten Trajektorie verwendet.
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Es kann somit eine im Fahrzeug lokal berechnete Trajektorie durch eine für dieses explizite Fahrzeug regional optimierte Trajektorie verbessert oder ersetzt werden. Die Verantwortung der Verwendung der regional optimierten Trajektorie kann weiterhin lokal im Fahrzeug verbleiben, wobei die Vorteile einer regionalen Trajektorienplanung genutzt werden. Insbesondere können hierdurch komplexe und rechenintensive Berechnungen durch ein fahrzeugexternes Steuergerät durchgeführt werden.
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Das Verfahren kann beispielsweise auf einer V2X- Kommunikationsverbindung zwischen mindestens einem fahrzeugexternen Steuergerät und mehreren fahrzeugseitigen Steuereinheiten bzw. Steuergeräten basieren. Insbesondere kann das Verfahren eine Lösung darstellen, die das Potential hat im Sinne der Produkthaftung bzw. Absicherung auch durch die Fahrzeughersteller akzeptiert zu werden.
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Der Server bzw. das fahrzeugexterne Steuergerät kann die ermittelten regional optimierten Trajektorien als Vorschläge an die Fahrzeuge bzw. Verkehrsteilnehmer verteilen. Diese planen unabhängig unter Nutzung eines begrenzten Wissens weiterhin lokal ihre Trajektorien und können beispielsweise auf Basis eines Abstandsmaßes zwischen den Trajektorien der regionalen und lokalen Planung entscheiden, ob die regionale Trajektorie akzeptiert werden kann.
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Über die empfangenen Messdaten kann das fahrzeugexterne Steuergerät Anpassungen von Fahrzeugen an die jeweiligen regional optimierten Trajektorien registrieren. Somit kann ermittelt werden, ob ein Fahrzeug dem regional optimierten Vorschlag folgt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die mindestens eine regional optimierte Trajektorie über eine Kommunikationsverbindung an das mindestens eine Fahrzeug übermittelt. Dabei kann das fahrzeugexterne Steuergerät die für die berücksichtigten Fahrzeuge berechneten regional optimierten Trajektorien dem jeweiligen Fahrzeug zusenden. Insbesondere können die relevanten Daten, welche die regional optimierten Trajektorien darstellen, den Fahrzeugen zugesendet werden.
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Die Kommunikationsverbindung zwischen dem mindestens einen Steuergerät und mindestens einem automatisiert betreibbaren Fahrzeug kann auf einer WLAN, UMTS, GSM, LTE, 5G und dergleichen Übertragungsstandard basieren.
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Insbesondere kann die Kommunikationsverbindung als eine sogenannte Vehicleto-X Verbindung ausgestaltet sein.
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Die Übertragung der Daten, welche die regional optimierten Trajektorien und die Unsicherheit deren Berechnung repräsentieren, kann in Form eines hierfür bestimmten Nachrichtenstandards erfolgen. Dabei können die jeweiligen Fahrzeuge als Adressaten über Fahrzeug-IDs zugeordnet werden. Dabei kann vorzugsweise jederzeit ersichtlich sein, welche Informationen über die Kommunikationsverbindung verfügbar sind.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird mit der mindestens einen regional optimierten Trajektorie ein Wert zum Beurteilen einer Unsicherheit der mindestens einen regional optimierten Trajektorie über die Kommunikationsverbindung an das mindestens eine Fahrzeug übermittelt. Durch diese Maßnahme kann das fahrzeugexterne Steuergerät bzw. Server mit der vorgeschlagenen bzw. regional optimierten Trajektorie auch einen Wert übertragen, der die Unsicherheit in der Planung der spezifischen Trajektorie widerspiegelt. Dieser Wert kann lokal in die fahrzeugseitige Entscheidung über die real abzufahrende Trajektorie einfließen.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden ein für die Berechnung von regional optimierten Trajektorien berücksichtigter Raum und/oder eine Anzahl von für die Berechnung von regional optimierten Trajektorien berücksichtigten Fahrzeugen variiert. Das Steuergerät kann somit den Raum der Möglichkeiten für die lokalen Planungen der Trajektorien einschränken. Damit wird die Komplexität der lokalen Planung verringert, ohne die Autonomie der Einzelfahrzeuge zu beschränken. Die Verantwortung kann weiterhin im automatisiert betreibbaren Einzelfahrzeug verbleiben. Die lokale Planung kann damit effizienter umgesetzt werden, da die Anzahl der zu betrachtenden Möglichkeiten bzw. der potentiellen Trajektorien stark verringert wird. Gerade in Situationen mit vielen Fahrzeugen, wie beispielsweise Kreuzungsszenarien mit vielen Fahrzeugen, kann der hier beschriebene Ansatz eine Voraussetzung sein, um zu lokal effizienten Planungslösungen zu kommen.
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Das Steuergerät kann beispielsweise Einschränkungen des befahrbaren Raums bestimmen, weil temporäre Sperrungen oder Blockaden durch Baustellen, Unfälle, Staus oder verlorene Ladungen vorliegen.
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Des Weiteren können langsame Fahrzeuge, wie beispielsweise Versehrtenfahrzeuge oder Reinigungsfahrzeuge, Einsatzfahrzeuge, eine Straße querende Fußgänger und dergleichen Auslöser für eine Beschränkung eines befahrbaren oder des für die Berechnung der regional optimierten Trajektorien berücksichtigten Raums sein.
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Das Steuergerät kann darüber hinaus Einschränkungen für das Geschwindigkeitsprofil von regional optimierten Trajektorien vorsehen, welche zum Berücksichtigen von grünen Wellen von Lichtsignalanlagen, von stockendem Verkehr oder von dynamischen Geschwindigkeitsbeschränkungen dienen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform werden Steuerbefehle zum Beeinflussen von mindestens einer Infrastruktureinheit, insbesondere von Lichtsignalanlagen oder Verkehrsleitsystemen, erzeugt. Hierdurch kann das Steuergerät Ampelphasen für Einzelspuren und ggf. Fußgängerampeln gezielt anpassen, um bei der Befolgung von regional optimierten Trajektorien Vorteile für die die regional optimierte Trajektorie befahrenden Fahrzeuge zu ermöglichen.
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Die Vorteile können ein Vermeiden von zukünftigen kritischen Situationen durch ein gezieltes Verlangsamen oder Beschleunigen des Verkehrs umfassen. Des Weiteren kann eine Vereinfachung des gesamten Verkehrsszenarios durch eine räumliche Angleichung der Verkehrsdichte eine fahrzeugseitige Umsetzung der regional optimierten Trajektorie vereinfachen.
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Es können auch Vorteile die Verbesserung des Verkehrsflusses betreffen. Dabei können Daten über zeitlich veränderliche Verkehrsflüsse zu einer prädiktiven Anpassung der Planungsstrategien führen. Beispielsweise kann ein erhöhtes Verkehrsaufkommen durch Feierabendverkehr umgangen werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Fahrzeug bei einem Benutzen der regional optimierten Trajektorie durch eine Bevorzugung und/oder einen Vorrang gegenüber benachbarten Verkehrsteilnehmern belohnt. Durch diese Maßnahme kann ein Vorrang expliziter Verkehrsteilnehmer zur Unterstützung von kooperativen Verhalten umgesetzt werden. Ein derartiger Vorrang der Verkehrsteilnehmer bzw. der automatisiert betreibbaren Fahrzeuge kann eindeutig festgelegt werden oder eine Abweichung von der gesetzlichen Regelung gemäß rechtlichen Bestimmungen vorsehen, um beispielsweise kooperatives Verhalten zu unterstützen. Des Weiteren können die Fahrzeuge, welche die für sie vorgesehene regional optimiere Trajektorie befolgen, bevorzugt behandelt werden, um einen Anreiz zur Verhaltensanpassung zu bieten. Beispielsweise können die Fahrzeuge mit für sie optimierten Ampelansteuerungen belohnt werden.
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Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1 eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform und
- 2 ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen von einem fahrzeugexternen Verfahren und einem fahrzeugseitigen Verfahren.
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Die 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung 1 zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. Die Anordnung 1 weist ein als Mobile Edge Server ausgestaltetes fahrzeugexternes Steuergerät 2 auf. Das Steuergerät 2 dient zum Empfangen von Empfangen von Messdaten und Intentionen von automatisiert betreibbaren Fahrzeugen 4. Hierbei können ein oder mehrere automatisiert betreibbare Fahrzeuge 4 vorgesehen sein.
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Die Messdaten kann das Steuergerät 2 von stationären Sensoren 6 oder von mobilen Sensoren 8 empfangen. Stationäre Sensoren 6 sind beispielsweise Sensoren von Infrastruktureinheiten und von Lichtsignalanlagen. Die mobilen Sensoren 8 können Sensoren von Fahrzeugen 4 oder von durch Fußgänger tragbaren Geräten 10 sein.
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Das Steuergerät 2 kann die Messdaten 12 der Sensoren 6, 8, 10 empfangen und Verarbeiten. Die Messdaten 12 können auch direkt an automatisiert betriebene Fahrzeuge 4 weitergeleitet werden und von fahrzeugseitigen Steuergerät 14 verarbeitet werden.
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Zum Übertragen der Messdaten 12 können Kommunikationseinheiten 16 zum Herstellen von Kommunikationsverbindungen 18 eingesetzt werden. Beispielsweise kann zwischen einer fahrzeugseitigen Kommunikationseinheit 16 und einer Kommunikationseinheit 16 des Steuergeräts 2 eine Kommunikationsverbindungen 18 ausgebildet werden.
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Das Steuergerät kann durch dedizierte V2X-Nachrichten die lokale Planung aller Verkehrsteilnehmer 4 übernehmen. Hierbei kann das Steuergerät 2 neben den Messdaten 12 auch Intentionen der Fahrzeuge 4 empfangen. Basierend auf den Intentionen und den Messdaten kann eine regional optimierte Trajektorie 13 für jedes Fahrzeug 4 ermittelt und dem jeweiligen Fahrzeug 4 über die Kommunikationsverbindungen 18 übermittelt werden.
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In der 2 ist ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen von einem fahrzeugexternen Verfahren 20 und einem fahrzeugseitigen Verfahren 22 dargestellt.
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Das fahrzeugexterne Verfahren 20 dient zum Berechnen von optimierten Trajektorien 13 durch mindestens ein Steuergerät 2. Hierzu werden in einem Schritt 24 Messdaten von mindestens einer Infrastruktureinheit 6 und/oder mindestens einem Fahrzeug 4 empfangen.
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Des Weiteren wird eine Intention, beispielsweise in Form von Referenztrajektorien, Bedarfstrajektorien und Alternativtrajektorien, von mindestens einem Fahrzeug 4 empfangen oder durch Auswerten von Messdaten ermittelt 26.
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Anschließend werden die empfangenen Messdaten und die von mindestens einem Fahrzeug 4 empfangene oder ermittelte Intention dazu eingesetzt, mindestens eine regional optimierte Trajektorie 13 für das mindestens eine Fahrzeug 4 zu berechnen 28.
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Es kann vorzugsweise pro Fahrzeug 4 eine hierfür berechnete regional optimierte Trajektorie 13 vorgesehen sein, welche anschließend über eine Kommunikationsverbindung 18 an das explizite Fahrzeug 4 übermittelt wird.
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Die empfangene regional optimierte Trajektorie 13 kann anschließend durch das fahrzeugseitige Verfahren 22 verwertet werden.
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Das Fahrzeug 4 und insbesondere eine fahrzeugseitige Steuereinheit 14 kann die regional optimierte Trajektorie 13 empfangen und mit einer berechneten Fahrzeugtrajektorie vergleichen 30.
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Dabei kann die fahrzeugseitige Steuereinheit 14 entscheiden, ob die regional optimierte Trajektorie 13 zum Ansteuern 32 des Fahrzeugs 4 und/oder zum Anpassen 34 der berechneten Trajektorie verwendet wird.
