DE102020214022A1 - Method for automatically executing a driving function in a vehicle - Google Patents

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DE102020214022A1
DE102020214022A1 DE102020214022.7A DE102020214022A DE102020214022A1 DE 102020214022 A1 DE102020214022 A1 DE 102020214022A1 DE 102020214022 A DE102020214022 A DE 102020214022A DE 102020214022 A1 DE102020214022 A1 DE 102020214022A1
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Benjamin Schilling
Philip Holzwarth
Andreas Herold
Nico-Philipp Walz
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Es wird ein Verfahren 300 zum automatischen Ausführen einer Fahrfunktion in einem Fahrzeug 100 und ein Fahrzeug 100 mit einer automatischen Fahrfunktion, die mit dem Verfahren gesteuert wird, vorgeschlagen. Das Verfahren 300 sieht vor diskrete Situationsdaten, die die Fahrfunktion betreffen, zu erfassen 305. Die diskreten Situationsdaten werden in eine zeitlich konsistente glatte Sollbahn 170 überführt, indem Sollbahnparameter 145, 165 in zwei Stufen ermittelt werden 310, 315. In einem ersten Schritt 310 werden aus den diskreten Situationsdaten mit einem ersten Optimierungsproblem Sollbahnparameter zur Position und Orientierung 145 ermittelt. In einem zweiten Schritt 315 wird aus den diskreten Situationsdaten mit einem zweiten Optimierungsproblem ein Krümmungsverlauf der Sollbahn 165, 170 unter Berücksichtigung der Sollbahnparameter zur Position und Orientierung 145 ermittelt. Ein automatisches Ausführen der Fahrfunktion wird anhand der ermittelten Sollbahn 170 durchgeführt 330.A method 300 for automatically executing a driving function in a vehicle 100 and a vehicle 100 with an automatic driving function that is controlled using the method are proposed. The method 300 provides for discrete situational data relating to the driving function to be recorded 305. The discrete situational data are converted into a time-consistent smooth target path 170 by target path parameters 145, 165 being determined in two stages 310, 315. In a first step 310 Desired path parameters for position and orientation 145 are determined from the discrete situation data using a first optimization problem. In a second step 315, a curvature course of the target path 165, 170 is determined from the discrete situational data with a second optimization problem, taking into account the target path parameters for position and orientation 145. An automatic execution of the driving function is carried out 330 based on the determined target path 170.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Ausführen einer Fahrfunktion in einem Fahrzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer automatischen Fahrfunktion, die nach dem vorgeschlagenen Verfahren gesteuert wird.The invention relates to a method for automatically executing a driving function in a vehicle. Furthermore, the invention relates to a vehicle with an automatic driving function that is controlled according to the proposed method.

Stand der TechnikState of the art

In modernen Fahrzeugen werden immer häufiger automatische Fahrfunktionen angeboten, um den Fahrer zu entlasten. Beispielsweise kann eine solche automatische Fahrfunktion einen Autobahn- oder Parkassistenten darstellen bzw. zukünftig sind auch pilotierte Funktionen denkbar. Um in diesem Zusammenhang eine momentane Relativposition und - ausrichtung des Fahrzeugs zu bestimmen, kann neben der Verwendung von inertialen Daten bzw. ortsfesten Daten (z.B. Kartendaten) auch auf Beobachtungen aus dem sich bewegenden Fahrzeug (z.B. mittels Kamera, Radar, Lidar, Sensor, etc.) zurückgegriffen werden.In modern vehicles, automatic driving functions are increasingly being offered to relieve the driver. For example, such an automatic driving function can represent a highway or parking assistant, or piloted functions are also conceivable in the future. In order to determine a current relative position and alignment of the vehicle in this context, in addition to using inertial data or stationary data (e.g. map data), observations from the moving vehicle (e.g. using a camera, radar, lidar, sensor, etc.) .) can be used.

Insbesondere bei Fahrerassistenzfunktionen für mehrspurige Straßen ändert sich die Fahrfunktion bzw. die Fahraufgabe bezüglich der Querführung (in diesem Fall eine Sollbahn der Fahrzeugbewegung) aus inertialer Beobachtung nur in Sonderfällen (z.B. bei einem Spurwechsel oder im Falle einer Autobahnausfahrt, etc.). Selbst bei diesen Sonderfällen ändert sich in der Regel nur der Verlauf der Sollposition des Fahrzeugs, nicht jedoch ein Krümmungsverhalten bzw. ein Krümmungsverlauf der Sollbahn. Eine Möglichkeit, um die Fahrfunktion bzw. - aufgabe bezüglich der Querführung darzustellen, besteht in der Verwendung von diskreten Daten. Typischerweise werden die Daten bezüglich des bewegten Beobachters dargestellt. Für die Querregelung des Fahrzeugs ist die Kenntnis von örtlichen und/oder zeitlichen Ableitungen entlang der Sollbahn, die sich nicht ohne Weiteres aus diskreten Daten ermitteln lassen, eine Grundvoraussetzung.Especially in the case of driver assistance functions for multi-lane roads, the driving function or the driving task with regard to lateral guidance (in this case a target path of the vehicle movement) changes from inertial observation only in special cases (e.g. when changing lanes or in the case of a motorway exit, etc.). Even in these special cases, as a rule only the course of the desired position of the vehicle changes, but not a curvature behavior or a curvature course of the desired path. One way to represent the driving function or task with regard to lateral guidance is to use discrete data. Typically, the data is presented with respect to the moving observer. Knowledge of spatial and/or temporal derivations along the target path, which cannot be easily determined from discrete data, is a basic requirement for lateral control of the vehicle.

Aus der DE 10 2018 206 018 A1 ist ein Verfahren zur Führung eines Kraftfahrzeugs sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug bekannt. Basierend auf einer bereits vorgegebenen Sollbahn für das Kraftfahrzeug wird anhand eines ersten Fahrzeugmodells eine vorläufige Steuergröße zur Querführung des Kraftfahrzeugs und wenigstens eine die aktuelle Position und/oder Orientierung des Kraftfahrzeugs betreffende Kraftfahrzeuginformation ermittelt. Eine endgültige Steuergröße wird mithilfe eines zweiten Fahrzeugmodells ermittelt, das verschieden von dem ersten Fahrzeugmodell ausgebildet ist. Dabei stellen die Fahrzeugmodelle die jeweils zu regelnde Größe zur Führung des Kraftfahrzeugs dar.From the DE 10 2018 206 018 A1 a method for driving a motor vehicle and a corresponding motor vehicle are known. Based on an already specified target path for the motor vehicle, a preliminary control variable for lateral guidance of the motor vehicle and at least one piece of motor vehicle information relating to the current position and/or orientation of the motor vehicle are determined using a first vehicle model. A final control variable is determined using a second vehicle model that is designed differently from the first vehicle model. The vehicle models represent the variable to be controlled for driving the motor vehicle.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum automatischen Ausführen einer Fahrfunktion in einem Fahrzeug und ein optimiertes Fahrzeug anzugeben.It is the object of the present invention to specify an improved method for automatically executing a driving function in a vehicle and an optimized vehicle.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is solved by the features of the independent claim. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Es werden ein Verfahren zum automatischen Ausführen einer Fahrfunktion in einem Fahrzeug und ein Fahrzeug mit einer automatischen Fahrfunktion, die nach dem Verfahren gesteuert wird, vorgeschlagen. Das Verfahren sieht vor, diskrete Situationsdaten, die die Fahrfunktion betreffen, zu erfassen. Die diskreten Situationsdaten können beispielsweise in Form von Bewegungsdaten ausgebildet sein, können alternativ aber auch von einer Bewegung des Fahrzeugs unabhängig sein. Die diskreten Situationsdaten werden in eine zeitlich konsistente glatte Sollbahn überführt, indem Sollbahnparameter in zwei Stufen ermittelt werden. In einem ersten Schritt werden aus den diskreten Situationsdaten mit einem ersten Optimierungsproblem Sollbahnparameter zur Position und Orientierung ermittelt.A method for automatically executing a driving function in a vehicle and a vehicle with an automatic driving function controlled according to the method are proposed. The method provides for capturing discrete situational data relating to the driving function. The discrete situation data can be in the form of movement data, for example, but can alternatively also be independent of a movement of the vehicle. The discrete situational data are converted into a time-consistent, smooth desired path by determining desired path parameters in two stages. In a first step, target path parameters for position and orientation are determined from the discrete situation data using a first optimization problem.

In einem zweiten Schritt wird aus den diskreten Situationsdaten mit einem zweiten Optimierungsproblem ein Krümmungsverlauf der Sollbahn unter Berücksichtigung der Sollbahnparameter zur Position und Orientierung ermittelt. Ein automatisches Ausführen der Fahrfunktion wird anhand der ermittelten Sollbahn durchgeführt.In a second step, a curvature course of the target path is determined from the discrete situation data with a second optimization problem, taking into account the target path parameters for position and orientation. An automatic execution of the driving function is carried out based on the determined target path.

Das vorgeschlagene Verfahren und die zugeordnete Vorrichtung verbessern die Sicherheit bei der automatischen Ausführung der Fahrzeugfunktion. Denn durch die zweistufige Ermittlung von Sollbahnparametern mit denen eine zeitlich konsistente glatte Sollbahn beschrieben werden kann, können Abhängigkeiten von der Bewegung des Fahrzeugs individuell in den einzelnen Schritten berücksichtigt werden. Insbesondere ist der Krümmungsverlauf der Sollbahn nicht durch die Bewegung des Fahrzeugs beeinflusst, währenddessen die Sollbahnparameter zur Position und Orientierung sehr stark von der Bewegung des Fahrzeugs beeinflusst sind. Folglich kann die Ermittlung der Sollbahn in einem Schritt zu einer Verfälschung der Sollbahnparameter Position und Orientierung führen und damit zu einem verschlechterten Ausgangspunkt für die Steuerung der Ausführung der Fahrfunktion. Konkret kann dies also verschiedene Fahrzeugeinrichtungen des Fahrzeugs (beispielsweise eine Vorderradlenkung und/oder eine Hinterradlenkung), die für die Ausführung der Querführung erforderlich sind, negativ beeinflussen, beispielsweise aufgrund fehlerbehafteter Regelung und/oder fehlerbehafteter Ansteuerung.The proposed method and the associated device improve safety when the vehicle function is carried out automatically. Because the two-stage determination of target path parameters, with which a time-consistent smooth target path can be described, dependencies on the movement of the vehicle can be taken into account individually in the individual steps. In particular, the course of curvature of the target path is not influenced by the movement of the vehicle, while the target path parameters for position and orientation are very strongly influenced by the movement of the vehicle. Consequently, the determination of the target path in one step can lead to a falsification of the target path parameters position and orientation and thus to a worse starting point for controlling the execution of the driving function. In concrete terms, this can therefore have a negative effect on various vehicle devices of the vehicle (for example a front-wheel steering system and/or a rear-wheel steering system), which are required for the execution of the lateral guidance, for example due to errors liable regulation and/or faulty control.

Das Verfahren ermittelt zudem effizient eine mathematisch optimale Lösung. Ein Beispiel für die Verwendung des Verfahrens ist der Einsatz in der Spurlinienerkennung, in der diskrete Kameradaten in glatte Bahnen bzw. Kurven überführt werden, sodass die Sollbahn dadurch differenzierbar wird. Das Verfahren kann generell angewendet werden, wenn eine Bahn bzw. eine Kurve (im mathematischen Sinn), die mit diskreten Daten beschrieben wird, durch eine kontinuierliche, glatte, parameterabhängige Darstellung beschrieben oder approximativ beschrieben werden soll, was für den Vorgang der Steuerung einer automatischen Fahrfunktion relevant ist. Der Zeitverlauf der Sollbahn (einschließlich deren örtliche Ableitungen) kann einstellbar geglättet werden. Dies stellt für die nachgelagerte Reglerstruktur zur Querführung eine erhebliche Vereinfachung dar. Weiterhin kann die Robustheit gegenüber Ungenauigkeiten und zeitlichen Inkonsistenzen in den diskreten Daten mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens erheblich erhöht werden.The method also efficiently determines a mathematically optimal solution. An example of how the method can be used is in lane line detection, in which discrete camera data are converted into smooth lanes or curves, so that the target lane can be differentiated. The method can generally be used when a path or a curve (in the mathematical sense) that is described with discrete data is to be described or approximately described by a continuous, smooth, parameter-dependent representation, which is necessary for the process of controlling an automatic driving function is relevant. The course of the target path over time (including its local derivatives) can be smoothed in an adjustable manner. This represents a considerable simplification for the downstream controller structure for lateral control. Furthermore, the robustness against inaccuracies and temporal inconsistencies in the discrete data can be significantly increased using the proposed method.

In einer weiteren Ausführungsform werden im ersten Schritt Situationsdaten über einen ersten Beobachtungshorizont und in dem zweiten Schritt Situationsdaten über einen zweiten Beobachtungshorizont berücksichtigt. Dabei ist der erste Beobachtungshorizont kürzer als der zweite Beobachtungshorizont. Beispielsweise entspricht der erste Beobachtungshorizont einem Nahbereich bzw. lokalen Umfeldbereich des Fahrzeugs und der zweite Beobachtungshorizont einem Fernbereich. Durch die unterschiedlichen Beobachtungshorizonte für die verwendeten Daten kann die Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Ermittlung der Sollbahnparameter und der Sollbahn verbessert werden. Werden die Beobachtungshorizonte für die beiden Schritte unabhängig voneinander gewählt, so können die jeweils ermittelten diskreten Situationsdaten für den kurzen Beobachtungshorizont, also dem Nahbereich in der Regel mittels Sensoren zuverlässiger ermittelt werden, da sich diese Daten dynamisch ändern. Während sich weitere Kurvenparameter wie Krümmung oder Krümmungsänderung weniger dynamisch ändern und demnach Beobachtungsdaten des Fernbereichs besser geeignet sind. Alternativ sind auch zeitliche Beobachtungshorizonte denkbar.In a further embodiment, situation data about a first observation horizon are taken into account in the first step and situation data about a second observation horizon are taken into account in the second step. The first observation horizon is shorter than the second observation horizon. For example, the first observation horizon corresponds to a close range or local surrounding area of the vehicle and the second observation horizon to a far range. Due to the different observation horizons for the data used, the accuracy and reliability when determining the target path parameters and the target path can be improved. If the observation horizons for the two steps are selected independently of one another, then the respectively determined discrete situational data for the short observation horizon, ie the close range, can generally be determined more reliably using sensors, since this data changes dynamically. While other curve parameters such as curvature or change in curvature change less dynamically and observation data from the long-distance range are therefore better suited. Alternatively, temporal observation horizons are also conceivable.

In einer weiteren Ausführungsform fasst ein Vektor ppose die Sollbahnparameter zur Position und Orientierung zusammen. Eine Abweichung zwischen einem Segment eines Polygonzugs mix + bi und einer approximierenden Kurve fpose (ppose, x) ist Δ i , p o s e ( x ) = f p o s e ( p p o s e , x ) m i x + b i

Figure DE102020214022A1_0001
Um den Vektor ppose zu bestimmen, wird das integrale Optimierungsproblem m i n p p o s e i x i x i + 1 ( Δ i , p o s e ( p p o s e , x ) ) 2 d x
Figure DE102020214022A1_0002
gelöst. Zur Lösung des Verfahrens können Ansätze aus dem Gebiet der Ausgleichsrechnung (z.B. die Methode der kleinsten Quadrate) mit einem dynamischen Optimierungsproblem kombiniert werden, um die optimalen Sollbahnparameter bzw. die optimale Sollbahn zu erhalten. Auch bei großen Datenmengen, die von der Sensorik, etc. erfasst werden, kann das vorgeschlagene Verfahren effizient eine optimale Lösung ermitteln, mit deren Ergebnis die Vorradlenkung bzw. Hinterradlenkung des Fahrzeugs für eine Querbewegung gesteuert werden kann. Ist die Beschreibung der Sollbahn linear in den Koeffizienten, liegt ein quadratisches Programm vor, das zum Beispiel effizient durch Matrizenalgebra gelöst werden kann.In a further embodiment, a vector p pose summarizes the target trajectory parameters for position and orientation. A deviation between a segment of a polyline m i x +b i and an approximating curve f pose (p pose , x). Δ i , p O s e ( x ) = f p O s e ( p p O s e , x ) m i x + b i
Figure DE102020214022A1_0001
To determine the vector p pose , the integral optimization problem m i n p p O s e i x i x i + 1 ( Δ i , p O s e ( p p O s e , x ) ) 2 i.e x
Figure DE102020214022A1_0002
solved. To solve the method, approaches from the field of regression calculation (eg the method of least squares) can be combined with a dynamic optimization problem in order to obtain the optimal target path parameters or the optimal target path. Even with large amounts of data that are recorded by the sensors, etc., the proposed method can efficiently determine an optimal solution, with the result of which the front-wheel steering or rear-wheel steering of the vehicle can be controlled for a transverse movement. If the description of the target trajectory is linear in the coefficients, there is a quadratic program that can be efficiently solved using matrix algebra, for example.

In einer weiteren Ausführungsform fasst ein Vektor p die Sollbahnparameter für den Krümmungsverlauf zusammen, welcher den Vektor ppose beinhaltet. Eine Abweichung zwischen einem Segment des Polygonzugs mix + bi und einer approximierenden Kurve f (p,x) ist Δ i ( x ) = f ( p , x ) ( m i x + b i ) .

Figure DE102020214022A1_0003
Um den Vektor p zu bestimmen, wird das integrale Optimierungsproblem m i n p i x i x i + 1 ( Δ i ( p , x ) ) 2 d x
Figure DE102020214022A1_0004
gelöst. Die im vorherigen Absatz erläuterten technischen Vorteile gelten uneingeschränkt auch für diese Ausführungsform, da ebenfalls Ansätze aus dem Gebiet der Ausgleichsrechnung mit einem dynamischen Optimierungsproblem kombiniert werden. Insbesondere kann durch die zumindest teilweise Berücksichtigung der Resultate aus dem ersten Schritt, die Sollbahn exakter bestimmt werden.In a further embodiment, a vector p summarizes the nominal path parameters for the course of curvature, which contains the vector p pose . A deviation between a segment of the polyline m i x +b i and an approximating curve f(p,x). Δ i ( x ) = f ( p , x ) ( m i x + b i ) .
Figure DE102020214022A1_0003
To determine the vector p, the integral optimization problem m i n p i x i x i + 1 ( Δ i ( p , x ) ) 2 i.e x
Figure DE102020214022A1_0004
solved. The technical advantages explained in the previous paragraph also apply without restriction to this embodiment, since approaches from the field of adjustment calculation are also combined with a dynamic optimization problem. In particular, the desired path can be determined more precisely by at least partially taking into account the results from the first step.

In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens ein Optimierungsproblem durch wenigstens einen Regularisierungsterm ergänzt, der von einer vorausgegangenen Bestimmung der Sollbahnparameter und/oder von weiteren Situationsdaten abgeleitet wird. Dies ermöglicht, die zeitliche Konsistenz der ermittelten Sollbahnparameter und der Sollbahn zu verbessern und den Einfluss von Signalrauschen zu reduzieren. Der Zeitverlauf der Sollbahn (einschließlich deren örtliche Ableitungen) kann einstellbar geglättet werden. Dies stellt für die nachgelagerte Reglerstruktur zur Querführung eine erhebliche Vereinfachung dar. Auf diese Weise kann also die Regelung bzw. Ansteuerung der Fahrzeugeinrichtungen verbessert werden. Ferner ist trotz des geglätteten Zeitverlaufs jede Bahn in sich konsistent zu den diskreten Situationsdaten, d.h. es entsteht kein systematischer Phasenverzug wie sie zum Beispiel bei Verwendung eines PT1-Filter auftreten kann.In a further embodiment, at least one optimization problem is supplemented by at least one regularization term, which is derived from a previous determination of the target path parameters and/or from other situation data. This makes it possible to improve the temporal consistency of the determined nominal path parameters and the nominal path and to reduce the influence of signal noise. The course of the target path over time (including its local derivatives) can be smoothed in an adjustable manner. This represents a considerable simplification for the downstream controller structure for lateral control the control or activation of the vehicle equipment can be improved. Furthermore, in spite of the smoothed course over time, each path is inherently consistent with the discrete situation data, ie there is no systematic phase delay such as can occur when using a PT1 filter, for example.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Regularisierungsterm gewichtet.In another embodiment, the regularization term is weighted.

Mithilfe der Gewichtung des Regularisierungsterms kann dessen Einfluss spezifisch variiert werden. Somit kann eine erhöhte Flexibilität und Robustheit, sowie eine verbesserte Steuerbarkeit der Fahrzeugeinrichtungen gewährleistet werden.With the help of the weighting of the regularization term, its influence can be specifically varied. Increased flexibility and robustness, as well as improved controllability of the vehicle devices can thus be ensured.

In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet der Regularisierungsterm einen geschätzten Vektor pest, wobei der Vektor pest einen Parametervektor bilden kann. Eine Abweichung zwischen dem geschätzten und dem zu optimierenden Vektor wird als zusätzlicher Term in dem integralen Optimierungsproblem im zweiten Schritt berücksichtigt mit m i n p i x i x i + 1 ( Δ i ( p , x ) ) 2 d x + λ T ( p p e s t ) 2

Figure DE102020214022A1_0005
wobei λ die Gewichtungsfaktoren sind. Durch den hinzugefügten Regularisierungsterm bleibt die mathematische Struktur des Optimierungsproblems unverändert. Der Regularisierungsterm verbessert die zeitliche Konsistenz der ermittelten Sollbahn und reduziert den Einfluss von Signalrauschen. Beispielsweise kann die Schätzung mithilfe eines Kalman Filters umgesetzt sein und gegebenenfalls Situationsdaten bzw. deren Integration berücksichtigen. Eine Schätzung von Parameterwerten zu Null ist ebenfalls denkbar.In another embodiment, the regularization term includes an estimated vector pest, where the vector pest can form a parameter vector. A deviation between the estimated vector and the vector to be optimized is taken into account as an additional term in the integral optimization problem in the second step m i n p i x i x i + 1 ( Δ i ( p , x ) ) 2 i.e x + λ T ( p p e s t ) 2
Figure DE102020214022A1_0005
where λ are the weighting factors. The mathematical structure of the optimization problem remains unchanged by the added regularization term. The regularization term improves the temporal consistency of the determined target path and reduces the influence of signal noise. For example, the estimate can be implemented using a Kalman filter and, if necessary, take situation data or their integration into account. An estimation of parameter values to zero is also conceivable.

In einer weiteren Ausführungsform ist die automatische Fahrfunktion eine Querführung des Fahrzeugs. Die Querführung des Fahrzeugs entlang der Sollbahn kann beispielsweise im Rahmen eines Autobahnassistenten ausgeführt werden. Zudem ist denkbar, dass die automatische Fahrfunktion auch eine Längsführung oder eine kombinierte Längs- und Querführung des Fahrzeugs umfasst, beispielsweise im Rahmen einer pilotierten Assistenzfunktion zur automatischen Durchführung von Fahrstreifenwechseln.In a further embodiment, the automatic driving function is a lateral guidance of the vehicle. The lateral guidance of the vehicle along the target path can be carried out, for example, as part of a motorway assistant. It is also conceivable that the automatic driving function also includes longitudinal guidance or combined longitudinal and lateral guidance of the vehicle, for example as part of a piloted assistance function for automatically changing lanes.

Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.The advantageous configurations and developments of the invention explained above and/or reproduced in the subclaims can be used individually or in any combination with one another, except, for example, in cases of clear dependencies or incompatible alternatives.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

  • 1 a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugs;
  • 1 b eine schematische Darstellung einer Sollbahn;
  • 2 a eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines vorgeschlagenen Verfahrens zum automatischen Ausführen einer Fahrfunktion in einem Fahrzeug nach 1 a;
  • 2 b eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines vorgeschlagenen Verfahrens zum automatischen Ausführen einer Fahrfunktion in einem Fahrzeug nach 1 a;
  • 3 a und 3 b approximierende Kurven zur Beschreibung der Sollbahn; und
  • 4 a und 4 b weitere approximierende Kurven für verschiedene Beobachtungsbereiche.
The characteristics, features and advantages of this invention described above, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of exemplary embodiments, which will be explained in more detail in connection with the schematic drawings. Show it:
  • 1 a a schematic representation of an embodiment of a vehicle;
  • 1 b a schematic representation of a target path;
  • 2 a a schematic representation of a first embodiment of a proposed method for automatically executing a driving function in a vehicle 1 a ;
  • 2 B a schematic representation of a second embodiment of a proposed method for automatically executing a driving function in a vehicle 1 a ;
  • 3 a and 3 b approximating curves to describe the target path; and
  • 4 a and 4 b further approximating curves for different observation areas.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich schematischer Natur und nicht maßstabsgetreu sind. In diesem Sinne können in den Figuren gezeigte Komponenten und Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Bezugszeichen in den Figuren unverändert gewählt worden sind, wenn es sich um gleich ausgebildete Elemente und/oder Komponenten handelt.It is pointed out that the figures are only of a schematic nature and are not true to scale. In this sense, components and elements shown in the figures may be exaggerated or minimized for better understanding. Furthermore, it is pointed out that the reference numbers in the figures have been chosen unchanged if identically designed elements and/or components are involved.

1 a zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugs 100. Das Fahrzeug 100 umfasst eine Datenerfassungseinheit 105, die beispielsweise Sensoren umfassen kann, wobei die Sensoren in Form von lokalen Umfeldsensoren mit begrenzter Reichweite zur Beobachtung des lokalen Fahrzeugumfelds ausgebildet sein können. Das lokale Fahrzeugumfeld kann einem ersten Beobachtungsbereich entsprechen, also dem Nahbereich des Fahrzeugs 100. Die Sensoren können kamera-, radar-, lidar-, ultraschall- oder videobasiert ausgebildet sein und diskrete Situationsdaten des sich bewegenden Fahrzeugs 100 ermitteln. Die Situationsdaten können bewegungsabhängig ausgebildet sein. Alternativ können die Situationsdaten auch unabhängig von der Bewegung des Fahrzeugs 100 ausgebildet sein. Zudem können die Sensoren als Fahrdynamiksensoren ausgebildet sein, d.h. als Raddrehzahl-, Drehraten- oder Beschleunigungssensoren. Ferner kann die Datenerfassungseinheit 105 mit einem inertialen Navigationssystem, zum Beispiel einem globalen Navigations-Satelliten-System, gekoppelt sein, um zusätzlich zu den bewegungsabhängigen diskreten Messdaten auch dynamikunabhänige Kartendaten mithilfe des inertialen Navigationssystems zu erfassen. 1 a FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a vehicle 100. Vehicle 100 includes a data acquisition unit 105, which can include sensors, for example, wherein the sensors can be designed in the form of local environment sensors with a limited range for observing the local vehicle environment. The local vehicle environment can correspond to a first observation area, ie the close range of vehicle 100. The sensors can be camera, radar, lidar, ultrasound or video-based and determine discrete situational data of moving vehicle 100. The situation data can be movement-dependent. Alternatively, the situation data can also be formed independently of the movement of vehicle 100 . In addition, the sensors can be designed as vehicle dynamics sensors, ie as Wheel speed, yaw rate or acceleration sensors. Furthermore, the data acquisition unit 105 can be coupled to an inertial navigation system, for example a global navigation satellite system, in order to acquire dynamic-independent map data in addition to the movement-dependent discrete measurement data using the inertial navigation system.

Die erfassten diskreten Situationsdaten, die auch ortsfeste Kartendaten mit umfassen können, werden an eine Verarbeitungseinheit 110 weitergeleitet. Die Verarbeitungseinheit 110 ist beispielsweise ausgelegt, die diskreten Daten in eine zeitlich konsistente glatte Sollbahn über zu führen, indem die Verarbeitungseinheit 110 Sollbahnparameter in zwei Stufen ermittelt. Die Verarbeitungseinheit 110 kann zum Beispiel eine Linienabtastung bzw. Spurmodellschätzung durchführen und darauf basierend die Verhaltensplanung des Fahrzeugs 100 wählen, welche nachverfolgt wird, wobei das Verhalten zum Beispiel dem Fahren in der Mitte einer Fahrspur oder einem Fahrspurwechsel entsprechen kann. 1 b zeigt eine stark vereinfachte Situation, in der das Fahrzeug 100 eine bestimmte Istposition 135 und Istorientierung 140 aufweist, welche im Rahmen der Ausführung der automatischen Fahrfunktion in dem Fahrzeug 100 in eine Sollposition 125 und in eine Sollorientierung 130 entlang einer vorgegebenen Sollbahn 120 überführt werden soll. Die Verarbeitungseinheit 110 leitet die ermittelten Sollbahnparameter 165 bzw. die ermittelte Sollbahn 170, nachfolgend in den 3 a und 3 b gezeigt, an eine Steuerungseinheit 115 weiter. Die Steuerungseinheit 115 kann beispielsweise eine in 1 a nicht gezeigte Reglerstruktur umfassen, die basierend auf der ermittelten Sollbahn 170 ausgelegt ist, die für die Fahrzeugführung relevanten Sollbahnparameter zu regeln und auf deren Grundlage nicht dargestellte Fahrzeugeinrichtungen, wie eine Vorderadlenkung bzw. eine Hinterradlenkung anzusteuern.The recorded discrete situation data, which can also include stationary map data, are forwarded to a processing unit 110 . The processing unit 110 is designed, for example, to convert the discrete data into a time-consistent smooth desired path, in that the processing unit 110 determines desired path parameters in two stages. The processing unit 110 may, for example, perform a line scan or lane model estimation and based thereon select the behavior plan of the vehicle 100 to be tracked, where the behavior may correspond, for example, to driving in the middle of a lane or to a lane change. 1 b shows a highly simplified situation in which vehicle 100 has a specific actual position 135 and actual orientation 140, which are to be converted into a target position 125 and a target orientation 130 along a specified target path 120 as part of the execution of the automatic driving function in vehicle 100. The processing unit 110 forwards the determined desired path parameters 165 or the determined desired path 170, subsequently in the 3 a and 3 b shown, to a control unit 115 further. The control unit 115 can, for example, be an in 1 a include controller structure not shown, which is designed based on the determined target path 170 to regulate the target path parameters relevant to the vehicle guidance and on their basis to control vehicle devices not shown, such as a front wheel steering or rear wheel steering.

2 a zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens 200 zum automatischen Ausführen einer Fahrfunktion in dem Fahrzeug 100 nach 1 a. Die 3 a und 3 b stellen approximierende Kurven zur Beschreibung der vorgegebenen Sollbahn 120 dar. Ein erster Verfahrensschritt 205 sieht vor, diskrete Situationsdaten, die die Fahrfunktion des Fahrzeugs 100 betreffen, über die oben genannte Datenerfassungseinheit 105 zu erfassen. Die diskreten Situationsdaten, die mit den ortsfesten Daten zusammengeführt und nach einer Bewertungsvorschrift 155 gruppiert werden können, zum Beispiel als Polygonzug verbinden, werden in einem zweiten Verfahrensschritt 210 von der Verarbeitungseinheit 110 weiterverarbeitet, nämlich indem die Sollbahnparameter zweistufig ermittelt werden, wobei die vorgegebene Sollbahn 120 in 3 a gestrichelt gezeichnet ist. 2 a FIG. 1 shows a schematic representation of a first specific embodiment of a method 200 for automatically executing a driving function in vehicle 100. FIG 1 a . the 3 a and 3 b represent approximating curves for describing the specified desired path 120. A first method step 205 provides for recording discrete situational data relating to the driving function of the vehicle 100 via the above-mentioned data acquisition unit 105. The discrete situational data, which can be merged with the stationary data and grouped according to an evaluation rule 155, e.g. combined as a polygon, are further processed by the processing unit 110 in a second method step 210, namely in that the target path parameters are determined in two stages, with the specified target path 120 in 3 a is drawn in dashed lines.

In einem ersten Zwischenschritt 215 in 2 a ermittelt die Verarbeitungseinheit 110 in 1 a aus den diskreten Situationsdaten Sollbahnparameter zur Position und Orientierung durch ein erstes Optimierungsproblem, wobei eine Position zum Beispiel eine Abweichung zwischen einer Istposition 135 und einer Sollposition 125 des Fahrzeugs 100 und eine Orientierung winkelabhängig sein kann, zum Beispiel eine Abweichung zwischen einer Istorientierung 140 und einer Sollorientierung 130 umfassen kann. Beispielsweise wird dazu ein Vektor ppose definiert, der die zu bestimmenden Sollbahnparameter zur Position und Orientierung des Fahrzeugs 100, also die Zustände, zusammenfasst. Zum Beispiel kann der Vektor ppose ein 3x1 Vektor sein, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Durch analytische Lösung des integralen Optimierungsproblems m i n p p o s e i x i x i + 1 ( Δ i , p o s e ( p p o s e , x ) ) 2 d x

Figure DE102020214022A1_0006
können die genannten Sollbahnparameter ermittelt werden, wobei Δi,pose(x) = fpose (ppase, x) - (mix + bi) ist, d.h. eine Abweichung zwischen einem Segment des Polygonzugs mix + bi und einer approximierenden Kurve fpose (ppose, x). Beispielsweise kann hierzu Matrizenalgebra verwendet werden.In a first intermediate step 215 in 2 a determines the processing unit 110 in 1 a from the discrete situation data target path parameters for position and orientation by a first optimization problem, a position, for example, a deviation between an actual position 135 and a target position 125 of the vehicle 100 and an orientation can be angle-dependent, for example a deviation between an actual orientation 140 and a target orientation 130 may include. For example, a vector p pose is defined for this purpose, which summarizes the target path parameters to be determined for the position and orientation of vehicle 100, ie the states. For example, the p pose vector can be, but is not limited to, a 3x1 vector. By analytically solving the integral optimization problem m i n p p O s e i x i x i + 1 ( Δ i , p O s e ( p p O s e , x ) ) 2 i.e x
Figure DE102020214022A1_0006
the specified path parameters can be determined, where Δ i,pose (x)=f pose ( ppase , x)-(m i x +b i ), ie a deviation between a segment of the polygon m i x +b i and an approximating curve f pose (p pose , x). For example, matrix algebra can be used for this.

3 a zeigt in kartesischer Darstellung die diskreten Situationsdaten, die von der Verarbeitungseinheit 110 nach der Bewertungsvorschrift 155 entsprechend gruppiert worden sind, die beispielsweise einen Polygonzug der diskreten Situationsdaten darstellt. Alternativ sind auch eine Taylorapproximation bzw. anderweitige Zusammenfassung der diskreten Messdaten denkbar, zum Beispiel jeweils drei Messpunkte gruppieren, etc. Beispielsweise wird aus der Sicht des bewegten Fahrzeugs 100 in 3 a ein Startpunkt des Fahrzeugs 100 bei x=0 im Fahrzeugkoordinatensystem gewählt, wobei die Achsen jeweils Distanzangaben in Meter umfassen. Die Darstellung ist jedoch nicht auf das Fahrzeugkoordinatensystem beschränkt und hätte auch basierend auf einem anderen Referenzkoordinatensystem erfolgen können. Zur Ermittlung der Sollbahnparameter 145 zur Position und Orientierung des Fahrzeugs 100 (bzw. der approximierenden Kurve 150 der Sollbahnparameter 145 zur Position und Orientierung) wird in 3 a der erste Beobachtungshorizont 160 berücksichtigt. Dabei kann die approximierende Kurve 150 der Sollbahnparameter aus obiger Relation fpose (ppase,x) erhalten werden. Der erste Beobachtungshorizont 160 entspricht zum Beispiel dem Nahbereich, also dem lokalen Umfeld des Fahrzeugs 100. 3 a shows the discrete situation data in a Cartesian representation, which has been grouped accordingly by the processing unit 110 according to the evaluation rule 155, which represents, for example, a polygon of the discrete situation data. Alternatively, a Taylor approximation or other combination of the discrete measurement data is also conceivable, for example grouping three measurement points, etc. For example, from the perspective of the moving vehicle 100 in 3 a a starting point of vehicle 100 is selected at x=0 in the vehicle coordinate system, with the axes each including distance information in meters. However, the representation is not limited to the vehicle coordinate system and could also have been based on another reference coordinate system. In order to determine the target path parameters 145 for the position and orientation of the vehicle 100 (or the approximating curve 150 of the target path parameters 145 for the position and orientation), in 3 a the first observation horizon 160 is taken into account. In this case, the approximating curve 150 of the desired path parameters can be obtained from the above relation f pose (p pase, x). The first observation horizon 160 corresponds, for example, to the close range, i.e. the local environment of the vehicle 100.

In einem zweiten Zwischenschritt 220 in 2 a ermittelt die Verarbeitungseinheit 110 aus den diskreten Situationsdaten mit einem zweiten Optimierungsproblem einen Krümmungsverlauf der Sollbahn 120 unter Berücksichtigung der Sollbahnparameter 145 zur Position und Orientierung als Randbedingung, gemäß nachstehender Formel m i n p i x i x i + 1 ( Δ i ( p , x ) ) 2 d x

Figure DE102020214022A1_0007
wobei ein zu ermittelnder Vektor p die Sollbahnparameter für den Krümmungsverlauf 165 zusammenfasst und den Vektor ppose zumindest teilweise umfasst und dabei eine Abweichung zwischen einem Segment des Polygonzugs mix + bi der diskreten Messdaten und einer approximierenden Kurve f(p,x) Δi(x) = f(p,x) - (mix + bi) entspricht. Die Sollbahnparameter für den Krümmungsverlauf 165 sowie die approximierende Kurve 170 für die Sollbahnparameter des Krümmungsverlaufs sind in 3 a ebenfalls eingezeichnet. Hierzu wurde beispielsweise ein zweiter Beobachtungshorizont 175 unabhängig vom ersten Beobachtungshorizont 160 gewählt, der sich über den gesamten positiven x-Bereich, zum Beispiel bis x=12, in 3 a erstreckt und einem Fernbereich entspricht. Zum Beispiel erstreckt sich der ersten Beobachtungshorizont 160 bis x=7. Die approximierende Kurve 171 für den Krümmungsverlauf kann nach der Relation f(p,x) erhalten werden.In a second intermediate step 220 in 2 a determines the processing unit 110 from the discrete situation data with a second Optimization problem a curvature of the target path 120 taking into account the target path parameters 145 for position and orientation as a boundary condition, according to the following formula m i n p i x i x i + 1 ( Δ i ( p , x ) ) 2 i.e x
Figure DE102020214022A1_0007
wherein a vector p to be determined summarizes the target path parameters for the curvature 165 and at least partially includes the vector p pose and a deviation between a segment of the polygon m i x + b i of the discrete measurement data and an approximating curve f(p,x) Δ i (x) = f(p,x) - (m i x + b i ) corresponds. The target path parameters for the curvature 165 and the approximating curve 170 for the target path parameters of the curvature are in 3 a also marked. For this purpose, for example, a second observation horizon 175 was selected independently of the first observation horizon 160, which extends over the entire positive x-range, for example up to x=12 in 3 a extends and corresponds to a long-distance area. For example, the first observation horizon extends 160 to x=7. The approximating curve 171 for the course of curvature can be obtained using the relation f(p,x).

Die approximierende Kurve für die Sollbahnparameter des Krümmungsverlaufs 170 gibt also die Gesamtbahn bzw. die ermittelte Sollbahn an, die näherungsweise der vorgegebenen Sollbahn 120 entspricht. Die approximierende Kurve 170 stimmt mit der approximierenden Kurve zu Position und Orientierung 150 in Wert und Ableitung an der Stelle x=0 überein. Ist die Beschreibung der Kurve linear in den Koeffizienten, liegt ein quadratisches Programm vor, das sehr effizient durch Matrizenalgebra gelöst werden kann. Dies ist unter anderem für Polynome sowie abschnittsweise Polynome (Splines) der Fall. Vorliegend wird beispielsweise ein Polynom 3. Grades zur Beschreibung des Modells genutzt, wobei im Rahmen der Lösung des ersten integralen Optimierungsproblems beispielsweise zur Verbesserung der Genauigkeit des Modells alle Terme bis einschließlich des quadratischen Terms berücksichtigt werden, da der quadratische Term die Informationen über den Krümmungsverlauf der Straße umfasst. Das heißt es ergeben sich drei Parameter aus dem ersten integralen Optimierungsproblem, wobei für die Weiterverarbeitung (Lösung des zweiten integralen Optimierungsproblems) aber zum Beispiel nur zwei Parameter verwendet werden. Auch die Verwendung bei Kurven in Parameterdarstellung, d.h. Kurven mit einer expliziten Beschreibung der Koordinaten in mehreren Dimensionen (Ebene, Raum), abhängig von Kurvenparametern, z.B. der Bogenlänge, ist möglich.The approximating curve for the target path parameters of the course of curvature 170 therefore indicates the overall path or the determined target path, which approximately corresponds to the specified target path 120 . The approximating curve 170 agrees with the approximating position and orientation curve 150 in value and derivative at the point x=0. If the description of the curve is linear in the coefficients, we have a quadratic program that can be solved very efficiently using matrix algebra. This is the case, among other things, for polynomials and polynomials in sections (splines). In the present case, for example, a 3rd degree polynomial is used to describe the model, with all terms up to and including the quadratic term being taken into account when solving the first integral optimization problem, for example to improve the accuracy of the model, since the quadratic term contains the information about the curvature of the includes road. This means that three parameters result from the first integral optimization problem, but only two parameters, for example, are used for further processing (solution of the second integral optimization problem). It can also be used for curves in parametric representation, i.e. curves with an explicit description of the coordinates in several dimensions (plane, space), depending on curve parameters, e.g. arc length.

In einem dritten Verfahrensschritt 225 in 2 a wird schließlich die automatische Fahrfunktion anhand der ermittelten Kurve der Sollbahnparameter des Krümmungsverlaufs 170 des Fahrzeugs 100 von der Steuereinheit 115 gemäß obiger Erläuterung durchgeführt. In den 3 a und 4 a und 4 b sind ein dritter Beobachtungshorizont 180 (3 a) sowie ein vierter Beobachtungshorizont 185 (4 a) und ein fünfter Beobachtungshorizont 190 gezeigt. Hierbei wurde zum Beispiel auf die Darstellung der approximierenden Kurve 150 der Sollbahnparameter 145 zur Position und Orientierung verzichtet. Beispielsweise verläuft der dritte Beobachtungshorizont 180 bis x=40, der vierte Beobachtungshorizont 185 bis x=75 und der fünfte Beobachtungshorizont 190 bis x=120. Damit stellen der dritte bis fünfte Beobachtungshorizont 180, 185, 190 jeweils Fernbereiche dar und die ermittelten Sollbahnparameter zum Krümmungsverlauf 165 sowie die ermittelte Kurve der Sollbahnparameter des Krümmungsverlaufs 170 jeweils nach oben stehender dynamischen Optimierung bestimmt werden. Die Anzahl der Datenpunkte für die Bewertungsvorschrift 155 in den 3 a und 3 b und 4 a und 4 b sind exemplarisch und hätten auch davon abweichend dargestellt werden können. Ebenso hätten die Beobachtungshorizonte in abweichender Weise gewählt werden können.In a third method step 225 in 2 a Finally, the automatic driving function is carried out by the control unit 115 based on the determined curve of the target path parameters of the curvature profile 170 of the vehicle 100 in accordance with the above explanation. In the 3 a and 4 a and 4 b are a third observation horizon 180 ( 3 a) and a fourth observation horizon 185 ( 4 a) and a fifth observation horizon 190 are shown. In this case, for example, the approximating curve 150 of the target path parameters 145 for position and orientation was not shown. For example, the third observation horizon runs from 180 to x=40, the fourth observation horizon from 185 to x=75 and the fifth observation horizon from 190 to x=120. The third to fifth observation horizons 180, 185, 190 each represent long-distance areas and the determined target path parameters for the curvature profile 165 and the determined curve of the target path parameters for the curvature profile 170 are each determined according to the above dynamic optimization. The number of data points for the scoring rule 155 in the 3 a and 3 b and 4 a and 4 b are exemplary and could have been presented differently. Likewise, the observation horizons could have been chosen differently.

2 b zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens 300 zum automatischen Ausführen einer Fahrfunktion in einem Fahrzeug 100 nach 1 a. Ein erster Verfahrensschritt 305 in 2 b entspricht dem ersten Verfahrensschritt 205 in 2 a, der oben beschrieben wurde. Im Unterschied zu dem Verfahren 200 in 2 a, kann ein zweiter Verfahrensschritt 310 in 2 b in dem ersten Schritt, bei dem aus diskreten Situationsdaten mithilfe des obigen ersten Optimierungsproblems Sollbahnparameter zur Position und Orientierung 145 ermittelt werden, die in dem Vektor ppose zusammengefasst sind, zusätzlich eine Regularisierung umfassen. Dabei kann die Regularisierung von einer vorausgegangenen Bestimmung der Sollbahnparameter und/oder von weiteren Situationsdaten, die die Fahrzeugodometrie betreffen, wie einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einer Gierrate, etc. abgeleitet werden. Die Struktur der Regularisierung, d.h. die Struktur des Regularisierungsterms wird nachfolgend anhand eines dritten Verfahrensschritts 315 in 2 b erläutert. Der dritte Verfahrensschritt 315 umfasst im zweiten Schritt die Ermittlung des Krümmungsverlaufs der Sollbahn unter Berücksichtigung der Sollbahnparameter zu Position und Orientierung 145 mit einem zusätzlichen Regularisierungsterm, der einem geschätzten Vektor pest entspricht. In 2 b geht also der Regularisierungsterm, der abhängig von. dem geschätzten Vektor pest ist, auch in die Berechnung der Sollbahnparameter zur Position und Orientierung 145 im ersten Verfahrensschritt 210 mit ein. 2 B FIG. 1 shows a schematic representation of a second specific embodiment of a method 300 for automatically executing a driving function in a vehicle 100. FIG 1 a . A first method step 305 in 2 B corresponds to the first method step 205 in 2 a , which was described above. In contrast to the method 200 in 2 a , a second method step 310 in 2 B in the first step, in which target path parameters for position and orientation 145 are determined from discrete situation data with the aid of the above first optimization problem, which are combined in the vector p pose , additionally comprise a regularization. In this case, the regularization can be derived from a previous determination of the target path parameters and/or from further situation data relating to the vehicle odometry, such as a speed of the vehicle, a yaw rate, etc. The structure of the regularization, ie the structure of the regularization term, is subsequently determined using a third method step 315 in 2 B explained. In the second step, the third method step 315 includes the determination of the curvature of the target path, taking into account the target path parameters for position and orientation 145 with an additional regularization term, which corresponds to an estimated vector pest. In 2 B so goes the regularization term that depends on. the estimated vector pest is also included in the calculation the target path parameters for the position and orientation 145 in the first method step 210.

Das zweite integrale Optimierungsproblem lautet demnach m i n p i x i x i + 1 ( Δ i ( p , x ) ) 2 d x + λ T ( p p e s t ) 2

Figure DE102020214022A1_0008
wobei eine Abweichung zwischen dem geschätzen Vektor pest und dem zu optimierenden Vektor p als zusätzlicher Term berücksichtigt wird und λ Gewichtungsfaktoren sind, mit denen der Einfluss der Regularisierung gesteuert werden kann. Insbesondere kann die Parameterschätzung als Kalman-Filter ausgebildet sein. The second integral optimization problem reads accordingly m i n p i x i x i + 1 ( Δ i ( p , x ) ) 2 i.e x + λ T ( p p e s t ) 2
Figure DE102020214022A1_0008
where a deviation between the estimated vector pest and the vector p to be optimized is taken into account as an additional term and λ are weighting factors with which the influence of the regularization can be controlled. In particular, the parameter estimation can be designed as a Kalman filter.

Die Sollbahnparameter zum Krümmungsverlauf 165, die im zu ermittelnden Vektor p enthalten sind, gehen wie in 2 b dargestellt ist, in einem vierten Verfahrensschritt 320 in die Bestimmung des Regularisierungsterms, also des geschätzten Vektors pest ein. Der geschätzte Vektor pest wiederum geht als Teil des Regularisierungsterms jeweils in die beiden integralen Optimierungsprobleme ein, sodass die in einem aktuellen Zeitschritt zu ermittelnden Sollbahnparameter also stets auf den in einem vorangehenden Zeitschritt ermittelten Sollbahnparametern beruhen. In einem fünften Verfahrensschritt 325 werden die in dem Vektor p enthaltenen Sollbahnparameter 165 an eine nachgelagerte Reglerstruktur in der Steuereinheit 115 übergeben, die diese weiterverarbeitet und in einem sechsten Verfahrensschritt 330 die automatische Fahrfunktion wie oben beschrieben ausführt.The nominal path parameters for the course of curvature 165, which are contained in the vector p to be determined, are as in 2 B is shown, in a fourth method step 320 in the determination of the regularization term, ie the estimated vector pest. The estimated vector pest, in turn, is included in the two integral optimization problems as part of the regularization term, so that the target path parameters to be determined in a current time step are always based on the target path parameters determined in a preceding time step. In a fifth method step 325, the target path parameters 165 contained in the vector p are transferred to a downstream controller structure in the control unit 115, which processes them further and in a sixth method step 330 executes the automatic driving function as described above.

Die Erfindung wurde im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben. Anstelle der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind weitere Ausführungsbeispiele denkbar, welche weitere Abwandlungen oder Kombinationen von beschriebenen Merkmalen aufweisen können. Die Erfindung ist aus diesem Grund nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt, da vom Fachmann andere Variationen daraus abgeleitet werden können, ohne dabei den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.The invention has been described in detail by preferred embodiments. Instead of the exemplary embodiments described, further exemplary embodiments are conceivable, which can have further modifications or combinations of the features described. For this reason, the invention is not limited by the disclosed examples, since other variations can be derived therefrom by a person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102018206018 A1 [0004]DE 102018206018 A1 [0004]

Claims (9)

Verfahren (200, 300) zum automatischen Ausführen einer Fahrfunktion in einem Fahrzeug (100), wobei diskrete Situationsdaten, die die Fahrfunktion betreffen, erfasst werden (205, 305), wobei die diskreten Situationsdaten in eine zeitlich konsistente glatte Sollbahn (170) überführt werden, indem Sollbahnparameter (145, 165) in zwei Stufen ermittelt werden (210, 310, 315), wobei in einem ersten Schritt (215, 310) aus den diskreten Situationsdaten mit einem ersten Optimierungsproblem Sollbahnparameter zur Position und Orientierung (145) ermittelt werden, und wobei in einem zweiten Schritt (220, 315) aus den diskreten Situationsdaten mit einem zweiten Optimierungsproblem ein Krümmungsverlauf der Sollbahn (165, 170) unter Berücksichtigung der Sollbahnparameter zur Position und Orientierung (145) ermittelt wird, wobei ein automatisches Ausführen der Fahrfunktion anhand der ermittelten Sollbahn (170) durchgeführt wird (225, 330).Method (200, 300) for automatically executing a driving function in a vehicle (100), discrete situational data relating to the driving function being recorded (205, 305), the discrete situation data being converted into a time-consistent, smooth target path (170) in that target path parameters (145, 165) are determined in two stages (210, 310, 315), wherein in a first step (215, 310) from the discrete situation data with a first optimization problem target path parameters for the position and Orientation (145) are determined, and in a second step (220, 315) a curvature course of the target path (165, 170) is determined from the discrete situation data with a second optimization problem, taking into account the target path parameters for position and orientation (145), wherein the driving function is automatically executed using the determined desired path (170) (225, 330). Verfahren nach Anspruch 1, wobei im ersten Schritt (215, 310) Situationsdaten über einen ersten Beobachtungshorizont (160) und in dem zweiten Schritt (220, 315) Situationsdaten über einen zweiten Beobachtungshorizont (175, 180, 185,190) berücksichtigt werden, wobei der erste Beobachtungshorizont (160) kürzer als der zweite Beobachtungshorizont (175, 180, 185,190) ist.procedure after claim 1 , wherein in the first step (215, 310) situation data about a first observation horizon (160) and in the second step (220, 315) situation data about a second observation horizon (175, 180, 185,190) are taken into account, wherein the first observation horizon (160) is shorter than the second observation horizon (175, 180, 185,190). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Vektor ppose die Sollbahnparameter zur Position und Orientierung (145) zusammenfasst, wobei eine Abweichung zwischen einem Segment eines Polygonzugs mix + bi und einer approximierenden Kurve fpose (ppose, x) Δ i , p o s e ( x ) = f p o s e ( p p o s e , x ) ( m i x + b i )
Figure DE102020214022A1_0009
ist, und wobei um den Vektor ppose zu bestimmen, das integrale Optimierungsproblem m i n p p o s e i x i x i + 1 ( Δ i , p o s e ( p p o s e , x ) ) 2 d x
Figure DE102020214022A1_0010
gelöst wird.
procedure after claim 1 or 2 , where a vector p pose summarizes the target path parameters for position and orientation (145), where a deviation between a segment of a polygon m i x + b i and an approximating curve f pose (p pose , x) Δ i , p O s e ( x ) = f p O s e ( p p O s e , x ) ( m i x + b i )
Figure DE102020214022A1_0009
is, and where to determine the vector p pose , the integral optimization problem m i n p p O s e i x i x i + 1 ( Δ i , p O s e ( p p O s e , x ) ) 2 i.e x
Figure DE102020214022A1_0010
is resolved.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein Vektor p die Sollbahnparameter für den Krümmungsverlauf (165) zusammenfasst, welcher den Vektor ppose beinhaltet, wobei eine Abweichung zwischen einem Segment des Polygonzugs mix + bi und einer approximierenden Kurve f(p,x) Δ i ( x ) = f ( p , x ) ( m i x + b i )
Figure DE102020214022A1_0011
ist, wobei um den Vektor p zu bestimmen, das integrale Optimierungsproblem m i n p i x i x i + 1 ( Δ i ( p , x ) ) 2 d x
Figure DE102020214022A1_0012
gelöst wird.
procedure after claim 3 , where a vector p summarizes the target path parameters for the curvature (165), which contains the vector p pose , where a deviation between a segment of the polygon m i x + b i and an approximating curve f(p,x) Δ i ( x ) = f ( p , x ) ( m i x + b i )
Figure DE102020214022A1_0011
is, where to determine the vector p, the integral optimization problem m i n p i x i x i + 1 ( Δ i ( p , x ) ) 2 i.e x
Figure DE102020214022A1_0012
is resolved.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenigstens ein Optimierungsproblem durch wenigstens einen Regularisierungsterm ergänzt wird, der von einer vorausgegangenen Bestimmung der Sollbahnparameter (145, 165) und/oder von weiteren Situationsdaten abgeleitet wird.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , wherein at least one optimization problem is supplemented by at least one regularization term, which is derived from a previous determination of the target path parameters (145, 165) and/or from other situation data. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Regularisierungsterm gewichtet wird.procedure after claim 5 , where the regularization term is weighted. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Regularisierungsterm ein geschätzter Vektor pest ist, und wobei eine Abweichung zwischen dem geschätzten und dem zu optimierenden Vektor als zusätzlicher Term in dem integralen Optimierungsproblem im zweiten Schritt berücksichtigt wird mit m i n p i x i x i + 1 ( Δ i ( p , x ) ) 2 d x + λ T ( p p e s t ) 2
Figure DE102020214022A1_0013
wobei λ die Gewichtungsfaktoren sind.
procedure after claim 6 , where the regularization term is an estimated vector pest, and where a deviation between the estimated vector and the vector to be optimized is taken into account as an additional term in the integral optimization problem in the second step with m i n p i x i x i + 1 ( Δ i ( p , x ) ) 2 i.e x + λ T ( p p e s t ) 2
Figure DE102020214022A1_0013
where λ are the weighting factors.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die automatische Fahrfunktion eine Querführung des Fahrzeugs (100) ist.Procedure according to one of Claims 1 until 7 , wherein the automatic driving function is a lateral guidance of the vehicle (100). Fahrzeug (100) mit einer automatischen Fahrfunktion, die mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gesteuert wird.Vehicle (100) with an automatic driving function with a method according to one of Claims 1 until 8th is controlled.
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