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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für das automatisierte Fahren von Fahrzeugen sowie ein Computerprogrammprodukt und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs.
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In jüngster Zeit werden verstärkt Assistenzsysteme bis hin zum autonomen Fahren für Kraftfahrzeuge vorgeschlagen. Für die Sicherheit von automatisierten Fahrfunktionen ist es wichtig, dabei das Verhalten anderer Verkehrsteilnehmer möglichst gut und frühzeitig vorauszusehen. Dadurch kann das eigene Fahrzeug frühzeitig reagieren und vorausschauend fahren, sodass gefährliche Situationen vermieden werden können. Ein Problemkreis beim automatisierten Fahren ist dabei ein Spurwechsel eines anderen, in der Nähe befindlichen Verkehrsteilnehmers. Hier wäre es wünschenswert, ein Verfahren zu haben, bei dem ein möglicher Spurwechsel des anderen Verkehrsteilnehmers vorhergesehen werden kann, sodass adäquat auf den möglichen Spurwechsel reagiert werden kann. Dies kann jedoch, insbesondere wenn mehrere Verkehrsteilnehmer sich in unmittelbarer Nähe befinden, bei einer Vorhersage eines Spurwechsels zu einem sehr großen Rechenbedarf führen. Da ein Spurwechsel beispielsweise theoretisch zu verschiedenen Zeitpunkten stattfinden kann, müsste für jeden Zeitpunkt eine eigene Berechnung durchgeführt werden, wobei dann auch noch jeder mögliche Spurwechsel zu weiteren möglichen Spurwechseln anderer Verkehrsteilnehmer führen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Verfahren insbesondere sehr wenig Rechenaufwand benötigt. Dadurch kann ein schnelles und einfaches Verfahren zur Bestimmung einer Fahrstrategie bei einem möglichen Spurwechsel eines anderen Verkehrsteilnehmers bereitgestellt werden. Dabei kann eine Spurwechselabsicht eines anderen Verkehrsteilnehmers auf eine sehr effiziente Weise modelliert werden. Dafür wird keine Trajektorien-Schar benötigt, sondern das erfindungsgemäße Verfahren kann mit minimaler Rechenzeit durchgeführt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Verfahren das Erfassen eines anderen Verkehrsteilnehmers in einem Umweltmodell, welches die Umgebung des eigenen Fahrzeugs abbildet, ausführt. Anschließend erfolgt eine Bestimmung, ob eine Spurwechselabsicht des anderen Verkehrsteilnehmers vorliegt oder nicht. In einem nächsten Schritt wird ein Schatten-Verkehrsteilnehmer auf die mögliche Wechselspur im Umweltmodell erzeugt, wobei sich der Schatten-Verkehrsteilnehmer entsprechend dem anderen Verkehrsteilnehmer mit Spurwechselabsicht auf der Fahrspur, auf welche ein Wechsel möglich ist, bewegt. Anschließend wird eine eigene Fahrstrategie für das eigene Fahrzeug bestimmt, um ein Leiten des Fahrzeugs für den möglichen Spurwechsel des anderen Verkehrsteilnehmers bereitzustellen.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise wird bei der Auswahl der eigenen Fahrstrategie des eigenen Fahrzeugs zusätzlich eine Wahrscheinlichkeit für einen Spurwechsel des anderen Verkehrsteilnehmers berücksichtigt. Durch Einbeziehung einer Wahrscheinlichkeit für den Spurwechsel kann ein genaueres Spurwechselmodell und somit eine verbesserte eigene Fahrstrategie für das eigene Fahrzeug bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise basiert die eigene Fahrstrategie auf weiteren Informationen des Umweltmodells und/oder weiteren Informationen von anderen benachbarten Verkehrsteilnehmern. Besonders bevorzugt sind weitere Informationen des Umweltmodells eine Anzahl von Fahrspuren, eine Anwesenheit weiterer zusätzlicher Verkehrsteilnehmer, eine Geschwindigkeit anderer Verkehrsteilnehmer, insbesondere des Verkehrsteilnehmers, bei welchem eine Spurwechselabsicht vermutet wird, eine Art der Fahrspur, z. B. eine Einfädelspur auf eine mehrspurige Fahrstraße und/oder gesetzliche Regelungen und/oder Verkehrszeichen. Weiter bevorzugt können auch weitere zusätzliche Informationen aus dem Umweltmodell, beispielsweise ein nahendes Überholverbot oder eine kurz bevorstehende Reduzierung von Fahrspuren oder dergleichen berücksichtigt werden.
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Um ein möglichst sicheres Fahren auch für andere Verkehrsteilnehmer bereitzustellen, wird der erzeugte Schatten-Verkehrsteilnehmer auch für die anderen Verkehrsteilnehmer in der näheren Umgebung sichtbar. Beispielsweise kann der Schatten-Verkehrsteilnehmer in ein allgemein genutztes Umweltmodell hochgeladen werden oder es erfolgt ein Informationsaustausch zwischen den sich in der Umgebung befindlichen Verkehrsteilnehmern.
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Weiter bevorzugt wird bei Vorhandensein von mehreren Verkehrsteilnehmern in der näheren Umgebung des eigenen Kraftfahrzeugs für jeden Verkehrsteilnehmer mit Spurwechselabsicht ein Schatten-Verkehrsteilnehmer erzeugt und entsprechend eine geschätzte Fahrstrategie für einen Spurwechsel des anderen Teilnehmers und die darauf angepasste eigene Fahrstrategie ausgegeben.
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Vorzugsweise kann durch die Bereitstellung und Sammlung aller Schatten-Verkehrsteilnehmer von allen erfassten Verkehrsteilnehmern im Umweltmodell durch eine wiederholte Anwendung des Verfahrens für jeden erfassten Verkehrsteilnehmer in gleicher Weise wie für das eigene Fahrzeug wieder eine Spurwechselabsicht und/oder angepasste Fahrstrategie vorausgesagt werden, d.h., die erwartete Reaktion auf den jeweils relevanten Schatten-Verkehrsteilnehmer. Dadurch können bei einer Vielzahl von Verkehrsteilnehmern verkettete Spurwechsel vorhergesagt, und damit eine bessere Gesamt-Vorhersage (Prädiktion) von komplexen Verkehrs-Situationen erreicht werden. Die eigene Fahrstrategie kann damit besser und früher an die Situation angepasst werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird, wenn ein tatsächlicher Spurwechsel des anderen Verkehrsteilnehmers vollendet wird, der zu diesem Verkehrsteilnehmer zugehörige Schatten-Verkehrsteilnehmer aus dem Umweltmodell gelöscht.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Die Vorrichtung umfasst eine Abtasteinrichtung zur Abtastung der Umgebung und Erfassung anderer Verkehrsteilnehmer in der Nähe sowie eine Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung einer Spurwechselabsicht wenigstens eines anderen Verkehrsteilnehmers. Die Verarbeitungseinrichtung ist ferner ausgelegt zur Erzeugung eines Schatten-Verkehrsteilnehmers für jeden Verkehrsteilnehmer, bei dem eine Spurwechselabsicht bestimmt wurde. Der Schatten-Verkehrsteilnehmer bewegt sich entsprechend dem jeweiligen anderen Verkehrsteilnehmer auf der möglichen Wechselspur und wird in einem Umweltmodell dargestellt. Ferner ist die Verarbeitungseinrichtung eingerichtet, eine eigene Fahrstrategie für das eigene Kraftfahrzeug für den möglichen Spurwechsel des anderen Verkehrsteilnehmers zu bestimmen.
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Weiterhin ist die Verarbeitungseinrichtung bevorzugt eingerichtet, wenn eine Spurwechselabsicht bestimmt wurde, einen erzeugten Schatten-Verkehrsteilnehmer in ein gemeinsam genutztes Umweltmodell zu integrieren, sodass auch andere Verkehrsteilnehmer, welche sich in der Nähe des jeweiligen Kraftfahrzeugs befinden, die entsprechende Information über dies Spurwechselabsicht durch Anzeige des Schatten-Verkehrsteilnehmers haben. Dies kann verwendet werden, um durch eine wiederholte Anwendung des Verfahrens eine Fahrstrategie bei einer Spurwechselabsicht anderer Verkehrsteilnehmer vorherzusagen (Verkettung).
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Vorzugsweise ist die Verarbeitungseinrichtung bei der Bestimmung der Spurwechselabsicht eingerichtet, eine Spurwechselwahrscheinlichkeit zu berücksichtigen.
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Weiter bevorzugt ist die Verarbeitungseinrichtung eingerichtet, die beschriebenen Bestimmungen der Spurwechsel-Absichten und der Schatten-Verkehrsteilnehmern mithilfe einer schrittweisen Vorwärts-Simulation für ein gegebenes Zeitintervall in die Zukunft wiederholt auszuführen und damit eine Vorhersage des zukünftigen Verlaufs einer Verkehrssituation auszuführen. Aus dem Ergebnis der Vorwärtssimulation kann dann ein verbessertes Verhalten des eigenen Fahrzeugs in der Gegenwart bestimmt werden.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme von begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführung des Verfahrens bei einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, und
- 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer Einfädelspur.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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1 zeigt dabei eine mögliche Situation, bei der das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden können.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist das erste Ausführungsbeispiel auf einer dreispurigen Straße dargestellt. Die Straße umfasst eine erste Fahrspur 1, eine zweite, mittlere Fahrspur 2 und eine dritte Fahrspur 3.
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Das eigene Fahrzeug K1 fährt auf der mittleren Spur 2. Ein anderer Verkehrsteilnehmer K2 fährt auf der ersten Fahrspur 1, auf welcher ebenfalls ein dritter Verkehrsteilnehmer K3 in einem langsameren Tempo fährt. Der dritte Verkehrsteilnehmer 3 ist beispielsweise ein Lastkraftwagen.
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Das eigene Fahrzeug K1 umfasst eine Steuervorrichtung, welche eine Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung einer Spurwechselabsicht eines anderen Verkehrsteilnehmers aufweist. Weiterhin ist eine Abtasteinrichtung zum Abtasten einer Umgebung des eigenen Kraftfahrzeugs K1 vorgesehen. Die Abtasteinrichtung kann unterschiedlich ausgeführt sein und weist beispielsweise einen Erfassungsbereich, vorzugsweise in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs, auf. Die Abtasteinrichtung kann eine Kamera, einen Radarsensor, einen LIDAR-Sensor und/oder einen Ultraschallsensor aufweisen. Die Abtasteinrichtung ist insbesondere in der Lage, mehrere Fahrzeuge bzw. mehrere Fahrspuren zu überwachen.
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Die Vorrichtung kann ferner auch einen Datenspeicher zur Bereitstellung von Umfeldinformationen einer Umgebung des Fahrzeugs aufweisen. Alternativ werden diese Informationen dem Fahrzeug kontinuierlich von außerhalb zugeführt. Hierfür ist insbesondere eine Übermittlungseinrichtung vorgesehen, welche eine zweiseitige Kommunikation mit anderen Fahrzeugen oder Infrastruktursystemen oder anderen zentralen Einrichtungen ermöglicht.
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2 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm des Verfahrens 100 zum Steuern des Kraftfahrzeugs. Das Verfahren ist insbesondere zum Ablaufen auf der Verarbeitungseinrichtung oder einem programmierbaren Mikrocomputer an Bord des Kraftfahrzeugs eingerichtet.
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Das Verfahren beginnt im Schritt 110, indem insbesondere mittels der Abtasteinrichtung eine Umgebung des Kraftfahrzeugs abgetastet wird. Optional können in diesem Schritt auch weitere Informationen, beispielsweise aus einer höheren Instanz oder einem Umweltmodell, bereitgestellt werden, beispielsweise Geschwindigkeitsbeschränkungen, Überholverbote oder dergleichen.
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Wenn ein anderer Verkehrsteilnehmer im Schritt 110 erfasst wurde, wird im Schritt 120 bestimmt, ob dieser erfasste Verkehrsteilnehmer eine Spurwechselabsicht aufweist oder nicht. Wenn keine Spurwechselabsicht des Verkehrsteilnehmers erfasst wurde, geht das Verfahren zurück zum Schritt 110. Wenn eine Spurwechselabsicht erfasst wurde, geht das Verfahren weiter zum Schritt 130.
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Im Schritt 130 wird für den erfassten Verkehrsteilnehmer mit Spurwechselabsicht ein Schatten-Verkehrsteilnehmer S2 im Umweltmodell des eigenen Kraftfahrzeugs erzeugt. Der Schatten-Verkehrsteilnehmer S2 ist gestrichelt in 1 auf der zweiten Fahrspur 2 dargestellt. Da sich der erfasste Verkehrsteilnehmer K2 auf der ersten Fahrspur 1 befindet, kann der erfasste Verkehrsteilnehmer K2 zuerst lediglich ein Spurwechsel in die mittlere zweite Fahrspur 2 durchführen. Im Umweltmodell wird dann der Schatten-Verkehrsteilnehmer S2 derart abgebildet, dass sich dieser entsprechend dem erfassten Verkehrsteilnehmer K2 unter Berücksichtigung eines Spurwechsels im Umweltmodell mitbewegt wird.
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Im Schritt 140 wird für das eigene Fahrzeug eine eigene Fahrstrategie bestimmt, um sich auf einen bevorstehenden Spurwechsel vorzubereiten, d.h., bereits bevor der Verkehrsteilnehmer K2 diesen ausführt. Beispielsweise kann frühzeitig die Geschwindigkeit verringert werden oder ein Spurwechsel auf Spur 3 durchgeführt werden, um ein Einscheren des Verkehrsteilnehmers K2 zu ermöglichen. Anschließend geht das Verfahren zurück zum ersten Schritt 110.
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Wie in 1 angedeutet, wird bei kontinuierlicher Weiterfahrt des erfassten Verkehrsteilnehmers K2 sowie der in 1 mit K2' gekennzeichneten Position auch ein entsprechender Schatten-Verkehrsteilnehmer S2' erzeugt. In einer dritten Position ist dargestellt, dass der erfasste Verkehrsteilnehmer K2" nun den Spurwechsel von der ersten Spur 1 auf die zweite Spur 2 durchführt und somit teilweise das Schattenmodell S2" überdeckt. Der Spurwechsel ist in 1 durch den gestrichelten Pfeil 5 dargestellt.
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In 1 ist das Fahrverhalten des eigenen Fahrzeugs K1 durch die Pfeile 6 und 7 dargestellt. Der Pfeil 6 stellt dabei die ursprüngliche Fahrtrichtung auf der mittleren Spur 2 dar und der Pfeil 7 stellt die mögliche Ausweich-Fahrstrategie für einen möglichen Spurwechsel des erfassten Verkehrsteilnehmers K2 von der ersten Fahrspur 1 auf die mittlere Fahrspur 2 dar.
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Wenn der andere Verkehrsteilnehmer K2 den Spurwechsel von der ersten Fahrspur 1 auf die zweite Fahrspur 2 durchgeführt hat, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren für diesen Verkehrsteilnehmer K2 wieder eine Spurwechselabsicht erfasst werden. Beispielsweise von der zweiten Fahrspur 2 auf die dritte Fahrspur 3.
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Bei der Bestimmung der Spurwechselabsicht des Verkehrsteilnehmers K2 wird vorzugsweise eine Wahrscheinlichkeit für einen Spurwechsel mitberücksichtigt. Weiterhin wird vorzugsweise der erzeugte Schatten-Verkehrsteilnehmer S2 im Umweltmodell auch anderen Verkehrsteilnehmern, beispielsweise dem Verkehrsteilnehmer K3, zur Verfügung gestellt.
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Es sei angemerkt, dass bei dem Ausführungsbeispiel in 1 das eigene Fahrzeug K1 neben dem möglichen Spurwechsel entsprechend dem Pfeil 7 auch ein Bremsvorgang in Betracht ziehen kann, um den erfassten anderen Verkehrsteilnehmer K2 einen Spurwechsel zu ermöglichen. Alternativ kann der Schatten-Verkehrsteilnehmer S2 des anderen Verkehrsteilnehmers K2 auch ignoriert werden, beispielsweise wenn eine Spurwechselwahrscheinlichkeit kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist und/oder eine Differenzgeschwindigkeit zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug K1 und dem anderen Verkehrsteilnehmer K2 sehr groß ist, sodass davon ausgegangen werden kann, dass vor einem Spurwechsel des anderen Verkehrsteilnehmers K2 das eigene Kraftfahrzeug K1 den anderen Verkehrsteilnehmer K2 überholt hat.
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3 zeigt eine weitere Situation zur Ausführung des Verfahrens zum Steuern eines Kraftfahrzeugs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Straße nur eine erste Fahrspur 1 und eine zweite Fahrspur 2 auf. Allerdings mündet in diesem Umweltbereich eine Einfädelspur 4 auf die Straße. Das eigene Kraftfahrzeug K1 bewegt sich entsprechend dem Pfeil 6 auf der zweiten Fahrspur 2, wobei gerade ein langsameres Fahrzeug K3 überholt wird.
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Ein zweiter Verkehrsteilnehmer K2 befindet sich auf der ersten Fahrspur 1 in Fahrtrichtung noch vor der Einfädelspur 4. Auf der Einfädelspur 4 befindet sich ein vierter Verkehrsteilnehmer K4. Das Kraftfahrzeug K1 erfasst in diesem Ausführungsbeispiel sowohl den zweiten Verkehrsteilnehmer K2 als auch den vierten Verkehrsteilnehmer K4. Da sich der vierte Verkehrsteilnehmer K4 auf der Einfädelspur 4 befindet, muss hier von einer Spurwechselabsicht ausgegangen werden, was in 3 durch den Pfeil 8 dargestellt ist. Daher wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Schatten-Verkehrsteilnehmer S4 für den vierten Verkehrsteilnehmer K4 erzeugt.
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Mithilfe des Schatten-Verkehrsteilnehmers S4 auf der ersten Fahrspur 1 wird nun auch für den zweiten Verkehrsteilnehmer K2 eine Spurwechsel-Absicht berechnet (Verkettung), was in 3 durch den gestrichelten Pfeil 5 dargestellt ist. Insofern wird auch für den zweiten Verkehrsteilnehmer K2 ein Schatten-Verkehrsteilnehmer S2 auf Fahrspur 2 erzeugt werden.
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Bei einer Weiterfahrt des eigenen Kraftfahrzeugs K1 in die Position, die mit K1' bezeichnet ist, kann somit ein Bremsvorgang in Betracht gezogen werden, um ein Auffahren auf den die Fahrspur 2 wechselnden zweiten Verkehrsteilnehmer K2 zu vermeiden.
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Zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass vorzugsweise die jeweils erzeugten Schatten-Verkehrsteilnehmer zur weiteren Vorhersage von daraus resultierenden (verketteten) Spurwechsel-Absichten herangezogen werden, um die Vorhersage (Prädiktion) der Gesamtsituation zu verbessern. Des Weiteren können diese Schatten-Verkehrsteilnehmer auch anderen sich in der Umgebung befindlichen Verkehrsteilnehmern kommuniziert und in deren Umweltmodellen gezeigt werden. Dadurch kann die Fahrsteuerung der jeweiligen Verkehrsteilnehmer auch z.B. die Absicht des eigenen Fahrzeugs K1 in ihre eigenen Bestimmungen der Fahrstrategien berücksichtigen. Somit kann eine sinnvolle Interaktion zwischen den beteiligten Verkehrsteilnehmern ermöglicht werden und jeweilige Spurwechselabsichten ohne großen Rechenaufwand für andere Verkehrsteilnehmer auch den anderen Verkehrsteilnehmern bereitgestellt werden.
