DE102021102526A1

DE102021102526A1 - Festlegen einer Schlaglöchern ausweichenden Trajektorie eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102021102526A1
Application number: DE102021102526.5A
Authority: DE
Inventors: Georg Maurer; Cyril COERMAN
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2022-08-04
Also published as: US12043251B2; CN114919576A; US20220242404A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Festlegen einer Trajektorie (7) eines Kraftfahrzeugs (1) für eine Fahrerassistenzfunktion beschrieben, wobei das Kraftfahrzeug (1) mindestens einen Sensor (2) zum Erfassen der Fahrbahnoberfläche (4) in Fahrtrichtung (11) umfasst. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Festlegen einer Ausgangstrajektorie (7) für die Fortbewegung des Kraftfahrzeugs (1) auf einer Fahrbahn (4) mit einer Fahrbahnbegrenzung (5, 6) (21); Festlegen eines oberen Schwellenwertes für die laterale Beschleunigung des Kraftfahrzeugs (22); Erfassen der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung (11) vor dem Kraftfahrzeug mittels des Sensors (23); Bestimmen des vertikalen Verlaufs der Fahrbahnoberfläche einer Mehrzahl an parallel zueinander in Fahrrichtung vor dem Kraftfahrzeug verlaufenden Pfaden (8, 9) mittels der durch den Sensor (2) erfassen Daten (24); falls der vertikale Verlauf mindestens einer der Pfade (8, 9) eine Fahrbahnvertiefung aufweist, welche festgelegte Merkmale zur Einordnung der Fahrbahnvertiefung als Schlagloch aufweist (25, 31), Bestimmen einer lateralen Abweichung von der Ausgangstrajektorie, für welche ein Grenzwert, der mittels des festgelegten oberen Schwellenwertes für die laterale Beschleunigung gebildet wird, nicht überschritten wird, wobei die Fahrbahnbegrenzung (5, 6) nicht überschritten wird (26); Ausgeben einer mittels der bestimmten lateralen Abweichung angepassten Trajektorie (27, 35, 39, 43, 51).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen einer Trajektorie eines Kraftfahrzeuges für eine Fahrerassistenzfunktion. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrerassistenzsystem, ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zum zumindest teilweise autonomen Steuern eines Kraftfahrzeuges, ein computerimplementiertes Verfahren, ein Computerprogrammprodukt, einen computerlesbaren Datenträger und ein Datenträgersignal.
Durch das Aufkommen von Fahrerassistenzsystemen oder autonomen Fahrsystemen werden dem menschlichen Fahrer mehr und mehr Steuerungs- und Fahrzeugführungsaufgaben abgenommen. Allerdings besteht das Risiko, dass die durch entsprechende Assistenzsysteme oder autonome Systeme durchgeführten Manöver auf eine geringe Akzeptanz seitens des Fahrers stoßen, insbesondere wenn die assistiert oder autonom durchgeführten Fahrmanöver von dem Fahrstil des Fahrers oder von diesem bevorzugten Fahrmanövern abweichen. In dem Maß, in welchem die Autonomie des Assistenzsystems steigt, steigt auch das Risiko einer geringen Akzeptanz seitens des Fahrers. Ein Beispiel hierfür ist ein Spurhalte-Assistenzsystem, welches vollständig die laterale Steuerung des Fahrzeugs übernimmt. In Situationen, in welchen das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit Schlaglöchern fährt, würde der Fahrer die Schlaglöcher so weit wie möglich umfahren, also durch Lenkmanöver die Trajektorie des Kraftfahrzeuges so anpassen, dass ein Durchfahren der Schlaglöcher vermieden wird. Dem gegenüber würde ein Spurhalte-Assistenzsystem dem zentralen Pfad auf der Fahrbahn folgen und Schlaglöchern daher nicht ausweichen. Dieser Unterschied im Fahrstil führt zu den zuvor genannten Akzeptanzschwierigkeiten.
In dem Dokument US 9 457 807 B2 wird ein Verfahren zum automatischen Zentrieren eines Fahrzeugs auf einer Fahrspur und/oder zum Fahrspurwechsel beschrieben. Dabei wird eine Referenzpfad bestimmt und dieser basierend auf mittels Sensoren detektierten statischen oder sich bewegenden Objekten im Bereich des Referenzpfades angepasst. Weiterhin wird im Bereich einer Kurve die Krümmung des Pfades soweit wie möglich reduziert. Hindernissen vor dem Fahrzeug wird durch eine entsprechende Anpassung des Pfades und der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgewichen. In dem Dokument US 10 407 065 B2 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Planung der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges beschrieben. Dabei werden mittels Radar und einer Kamera mögliche Hindernisse vor dem Kraftfahrzeug detektiert und die Fahrzeuggeschwindigkeit daran angepasst.
In dem Dokument US 2019/0001965 A1 wird ein Verfahren zur Fahrzeugsteuerung beschrieben, wobei die Steuerung an die Fahrbahnoberfläche angepasst wird und insbesondere eine unebene Fahrbahnoberfläche, welche mittels eines Sensors erfasst wird, berücksichtigt wird. In dem Dokument US 2020/0172121 A1 wird ein Verfahren zum zur Verfügung stellen von Empfehlungen während der Navigation eines Kraftfahrzeuges auf einer Fahrbahn beschrieben. Dabei werden mittels Sensoren, beispielsweise Kameras, Umgebungsdaten erfasst und Merkmale der Fahrbahn überwacht, beispielsweise das Vorhandensein von Schlaglöchern, Hindernissen und ähnlichem. Im Ergebnis werden entsprechende Warnungen an einen Nutzer ausgegeben.
Vor dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Festlegen einer Trajektorie eines Kraftfahrzeuges für eine Fahrerassistenzfunktion zur Verfügung zu stellen, beispielsweise zur Anwendung in einem Spurhalte-Assistenzsystem, welche zu einem verbesserten Fahrkomfort und einer erhöhten Akzeptanz seitens des Nutzers führt und ein an menschliches Fahrverhalten angelehntes oder diesem ähnliches Ausweichen von Schlaglöchern ermöglicht. Weitere Aufgaben bestehen darin, ein entsprechendes Fahrerassistenzsystem, ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zum zumindest teilweise autonomen Steuern eines Kraftfahrzeuges, ein computerimplementiertes Verfahren, ein Computerprogrammprodukt, einen computerlesbaren Datenträger und ein Datenträgersignal zur Verfügung zu stellen.
Die erste Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Festlegen einer Trajektorie eines Kraftfahrzeuges für eine Fahrerassistenzfunktion gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die weiteren Aufgaben werden durch ein Fahrerassistenzsystem gemäß Patentanspruch 10, ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 11, ein Verfahren zum zumindest teilweise autonomen Steuern eines Kraftfahrzeuges gemäß Patentanspruch 12, ein computerimplementiertes Verfahren gemäß Patentanspruch 13, ein Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 14, einen computerlesbaren Datenträger gemäß Patentanspruch 15 und ein Datenträgersignal gemäß Patentanspruch 16 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Festlegen einer Trajektorie eines Kraftfahrzeuges für eine Fahrerassistenzfunktion bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug, welches mindestens einen Sensor zum Erfassen der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung, insbesondere vor dem Kraftfahrzeug, umfasst, oder ist zur Anwendung für ein solches Kraftfahrzeug ausgelegt. Das Verfahren kann insbesondere zur Anwendung im Rahmen eines Spurhalte-Assistenzsystem ausgelegt sein. Der Sensor kann zum Erfassen von Fahrbahnmarkierungen ausgelegt sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte: Es wird eine Ausgangstrajektorie für die Fortbewegung des Kraftfahrzeuges auf einer Fahrbahn festgelegt. Dabei weist die Fahrbahn eine Fahrbahnbegrenzung auf. Die Ausgangstrajektorie kann zum Beispiel mittels eines bekannten Spurhalte-Assistenzsystems festgelegt werden. In einem nächsten Schritt wird ein oberer Schwellenwert für eine laterale Beschleunigung des Kraftfahrzeuges festgelegt. Mit anderen Worten, wird die maximale zulässige laterale Beschleunigung des Kraftfahrzeuges festgelegt. Dies erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebszustand des Kraftfahrzeuges, insbesondere von der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder dem Kurvenverlauf der Fahrbahn und/oder den Wetterverhältnissen und/oder dem Zustand der Fahrbahnoberfläche.
In einem weiteren Schritt wird die Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug mittels eines Sensors erfasst. Anschließend wird der vertikale Verlauf, also ein Höhenprofil, der Fahrbahnoberfläche einer Mehrzahl an parallel zueinander in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug verlaufenden Pfaden mittels der durch den Sensor erfassten Daten bestimmt. Hierzu kann zum Beispiel vorhandene Software einer Kamera verwendet werden, mit welcher das Höhenprofil der Fahrbahn automatisch ermittelt werden kann. Unter Pfaden werden Trajektorien oder Linien auf der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung verstanden. Falls der vertikale Verlauf der Fahrbahnoberfläche mindestens einer der Pfade eine Fahrbahnvertiefung aufweist, welche festgelegte Merkmale zur Einordnung der Fahrbahnvertiefung als Schlagloch aufweist, wird eine laterale Abweichung von der Ausgangstrajektorie bestimmt, für welche ein Grenzwert, der mittels des festgelegten oberen Schwellenwertes für die laterale Beschleunigung gebildet wird, nicht überschritten wird, wobei die Fahrbahnbegrenzung nicht überschritten wird. Bei der lateralen Abweichung kann es sich um einen Versatz oder Offset der Ausgangstrajektorie senkrecht zur Fahrtrichtung handeln. In einem weiteren Schritt wird eine mittels der bestimmten lateralen Abweichung angepasste Trajektorie, also eine Ausweichtrajektorie, ausgegeben. Die zuvor beschriebenen Schritte müssen nicht zwingend in der genannten Reihenfolge ausgeführt werden. Sofern die einzelnen Schritte nicht zwangsläufig aufeinander aufbauen, ist die Reihenfolge der Ausführung der Schritte nicht festgelegt.
Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass es ermöglicht, insbesondere im Rahmen eines Spurhalte-Assistenzsystems, Schlaglöchern soweit wie möglich auszuweichen ohne dass dabei die durch Fahrbahnbegrenzungen markierte Spur verlassen wird und ohne dass der Komfort des Fahrers verschlechtert und hierdurch die Akzeptanz verringert wird. Das Fahrverhalten wird somit an ein typisches Fahrverhalten eines menschlichen Fahrers angenähert. Dies erhöht die Akzeptanz einer entsprechenden Fahrerassistenzfunktion durch einen Nutzer.
Vorzugsweise wird das Kraftfahrzeug mittels der Fahrerassistenzfunktion zumindest teilweise, insbesondere vollständig, autonom gesteuert. Insbesondere im Zusammenhang mit vollständig autonom gesteuerten Kraftfahrzeugen trägt das beschriebene Verfahren zu einer deutlichen Erhöhung des Fahrkomforts bei.
Der Sensor zum Erfassen der Fahrbahnoberfläche kann zum Beispiel eine Kamera, insbesondere eine Frontkamera, und/oder einen Radar-Sensor und/oder einen Lidar-Sensor und/oder ein Ultraschall-Sensor und/oder einen Laser-Sensor umfassen. Hierbei können insbesondere bereits an dem Kraftfahrzeug vorhandene Sensoren zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden. Damit ist eine Nachrüstung und Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf sehr kostengünstige Weise möglich.
Die Mehrzahl an Pfaden kann mindestens einen in Fahrtrichtung rechts von der aktuellen Trajektorie des Kraftfahrzeugs angeordneten Pfad und mindestens einen in Fahrtrichtung links von der aktuellen Trajektorie des Kraftfahrzeugs angeordneten Pfad umfassen. Dabei können ein rechts von der aktuellen Trajektorie angeordneter Pfad durch die Spur des rechten Reifens und ein links von der aktuellen Trajektorie angeordneter Pfad durch die Spur des linken Reifens definierter Pfad sein. Die Anzahl der vorgesehenen Pfade beeinflusst die Genauigkeit der zu bestimmenden angepassten Trajektorie im Hinblick darauf, ein Schlagloch möglichst knapp und nicht großräumig zu umfahren. Je mehr Pfade vorhanden sind, desto präziser lässt sich ein detektiertes Schlagloch umfahren, mit anderen Worten desto geringer ist der dazu erforderliche Versatz, bzw. die laterale Abweichung von der Ausgangstrajektorie. In einer vorteilhaften Variante werden zwischen zwei und fünf rechts von der aktuellen Trajektorie angeordnete Pfade vorgesehen und zwischen zwei und fünf links von der aktuellen Trajektorie angeordnete Pfade vorgesehen. In einer beispielhaften Ausgestaltungsvariante werden drei rechts von der aktuellen Trajektorie und drei links von der aktuellen Trajektorie angeordnete Pfade vorgesehen.
Die festgelegten Merkmale zur Einordnung, insbesondere zur Klassifizierung, der Fahrbahnvertiefung als Schlagloch können die Länge, also die horizontale Ausdehnung, und/oder die Tiefe, also die vertikale Ausdehnung, und/oder die Breite, also die laterale Ausdehnung, der Fahrbahnvertiefung umfassen. Dabei können jeweils obere und untere Schwellenwerte oder Bereichsangaben für jeweils die Länge und/oder die Tiefe und/oder die Breite der Fahrbahnvertiefung festgelegt werden.
Vorzugsweise wird die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erfasst und der aktuelle Abstand des Kraftfahrzeugs von dem Schlagloch wird bestimmt. Der Grenzwert, also der oben genannte Grenzwert, der beim Bestimmen der lateralen Abweichung von der Ausgangstrajektorie nicht überschritten wird, wird vorteilhafterweise mittels der aktuellen Geschwindigkeit und des Abstandes gebildet.
Falls das Schlagloch in allen Pfaden vorhanden ist, wird das Schlagloch weiterhin in Bezug auf den Widerstand für jeden Pfad klassifiziert. Widerstand bedeutet dabei die durch das Schlagloch auf das Kraftfahrzeug beim Überfahren bzw. Durchfahren des Schlaglochs einwirkende Kraft. Dabei kann es sich um eine horizontal und/oder vertikal wirkende Kraft handeln, welche zu einem entsprechenden Widerstand führt. Bei der horizontal wirkenden Kraft kann es sich um eine lateral und/oder longitudinal wirkende Kraft handeln. Alternativ oder vorgelagert zu der Klassifizierung kann für jeden Pfad der durch das Schlagloch verursachte Widerstand bestimmt werden. Der Pfad mit dem geringsten bestimmten und/oder klassifizierten Widerstand wird ermittelt. Weiterhin wird der laterale Abstand der Ausgangstrajektorie von diesem Pfad ermittelt. Anschließend wird die laterale Abweichung von der Ausgangstrajektorie in Richtung des ermittelten Pfades mit dem geringsten Widerstand bestimmt. Da in der beschriebenen Variante das Schlagloch in allen Pfaden vorhanden ist, wird auf die beschriebene Weise eine angepasste Trajektorie ermittelt, bei welcher das Schlagloch mit einem möglichst geringen Widerstand durchfahren wird.
Falls das Schlagloch nicht in allen Pfaden vorhanden ist, wird der geringste laterale Abstand der Ausgangstrajektorie von einem Pfad ermittelt, in welchem kein Schlagloch vorhanden ist. Dieser laterale Abstand wird als laterale Abweichung festgelegt, falls für diesen der Grenzwert nicht überschritten wird. Falls für diesen lateralen Abstand als laterale Abweichung der Grenzwert überschritten wird, wird eine geringere laterale Abweichung, vorzugsweise unter Berücksichtigung der Breite der Reifen des Kraftfahrzeuges, festgelegt, für welche der Grenzwert nicht überschritten wird. Durch die beschriebene Ausgestaltung kann dem Schlagloch zumindest teilweise ausgewichen werden, ohne dass der Komfort des Fahrers, die Stabilität des Fahrzeuges und damit die Sicherheit beeinträchtigt wird.
Das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem weist eine Auswertungseinrichtung auf, die zum Empfangen von Signalen eines Sensors zum Erfassen der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug ausgelegt ist. Weiterhin ist die Auswertungseinrichtung zur Ausführung eines zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt. Das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem hat die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits genannten Merkmale und Vorteile.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem und hat die bereits genannten Merkmale und Vorteile. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich zum Beispiel um einen Personenkraftwagen, um einen Lastkraftwagen, einen Bus oder einen Kleinbus handeln.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum zumindest teilweise autonomen Steuern eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges zeichnet sich dadurch aus, dass die Fortbewegung des Kraftfahrzeuges entlang einer mittels des Fahrerassistenzsystems festgelegten Trajektorie gesteuert wird. Dabei kann das Verfahren auch zum vollständig autonomen Steuern eines Kraftfahrzeuges ausgelegt sein.
Das erfindungsgemäße computerimplementierte Verfahren umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein oben beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein oben beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Der erfindungsgemäße computerlesbare Datenträger zeichnet sich dadurch aus, dass auf ihm das zuvor beschriebene Computerprogrammprodukt gespeichert ist. Das erfindungsgemäße Datenträgersignal überträgt das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt. Das beschriebene erfindungsgemäße computerimplementierte Verfahren, das Computerprogrammprodukt, der computerlesbare Datenträger und das Datenträgersignal eignen sich jeweils zu einer kostengünstigen und einfachen Nachrüstung bestehender Fahrerassistenzsysteme.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, dass die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.

1 zeigt schematisch eine Fahrbahn mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug in einer Draufsicht.
2 zeigt schematisch eine allgemeine Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms.
3 zeigt schematisch eine spezielle Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms.
4 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem.

Die 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1, welches sich auf einer Fahrbahn 4 in einer durch den Pfeil 11 gekennzeichneten Fahrtrichtung entlang einer Trajektorie 7 fortbewegt. Die Fahrbahn 4 weist Fahrbahnbegrenzungslinien auf, in der gezeigten Variante eine äußere Fahrbahnbegrenzungslinie 6 und eine Mittellinie 5.
Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Anzahl an Sensoren 2, mindestens einen Sensor 2, zum Erfassen der Fahrbahnoberfläche 4 in Fahrtrichtung 11 auf. Bei dem mindestens einen Sensor 2 kann es sich um eine Kamera, beispielsweise einer Frontkamera, und/oder einen Radar-Sensor und/oder einen Lidar-Sensor und/oder einen Ultraschall-Sensor und/oder einen Laser-Sensor handeln. Mittels des mindestens einen Sensors 2 wird die Fahrbahn 4 entlang einer Mehrzahl an parallel zueinander in Fahrtrichtung 11 vor dem Kraftfahrzeug 1 verlaufenden Pfaden 8, 9 im Hinblick auf Fahrbahnvertiefungen detektiert. In der gezeigten Variante wird die Fahrbahn entlang dreier, rechts von einer Ausgangstrajektorie 7 angeordneter Pfade 8 und entlang dreier links von einer Ausgangstrajektorie 7 angeordneter Pfade 9 in Bezug auf Vertiefungen der Fahrbahnoberfläche 4 überwacht. Dabei ist ein rechter innerer, ein rechter mittlerer, und ein rechter äußerer Pfad 8 vorgesehen und ein linker innerer, ein linker mittlerer und ein linker äußerer Pfad 9 vorgesehen. Die Anzahl der Pfade und deren Anordnung zueinander kann individuell festgelegt werden. Die gezeigte Variante ist lediglich eine beispielhafte Ausgestaltung.
Im Folgenden wird anhand der 2 eine allgemeine Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Festlegen einer Trajektorie eines Kraftfahrzeuges 1 anhand eines Flussdiagramms erläutert. In Schritt 21 wird zunächst eine Ausgangstrajektorie 7 für die Fortbewegung des Kraftfahrzeuges 1 auf einer Fahrbahn 4, welche eine Fahrbahnbegrenzung 5, 6 aufweist, festgelegt. In Schritt 22 wird ein oberer Schwellenwert für eine zulässige laterale Beschleunigung des Kraftfahrzeuges 1 festgelegt. In Schritt 23 wird die Fahrbahnoberfläche 4 in Fahrtrichtung 11 vor dem Kraftfahrzeug 1 mittels des Sensors 2 erfasst.
Anschließend wird in Schritt 24 das Höhenprofil bzw. der vertikale Verlauf einer Mehrzahl an parallel zueinander in Fahrtrichtung 11 vor dem Kraftfahrzeug 1 verlaufenden Pfaden 8, 9 mittels der durch den Sensor 2 erfassten Daten bestimmt. In Schritt 25 wird geprüft, ob mindestens einer der Pfade eine Fahrbahnvertiefung aufweist, welche festgelegte Merkmale zur Einordnung der Fahrbahnvertiefung als Schlagloch aufweist. Ist dies nicht der Fall, so springt das Verfahren zu Schritt 24 zurück. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 26 eine laterale Abweichung von der Ausgangstrajektorie bestimmt, für welche ein Grenzwert, der mittels des festgelegten oberen Schwellenwertes für die laterale Beschleunigung gebildet wird, nicht überschritten wird und für welche die Fahrbahnbegrenzung 5, 6 nicht überschritten wird. Anschließend wird in Schritt 27 eine mittels der in Schritt 26 bestimmten lateralen Abweichung angepasste, also an die Fahrbahnoberfläche angepasste, Trajektorie ausgegeben.
Die Einordnung, insbesondere eine Klassifizierung, einer Fahrbahnvertiefung als Schlagloch kann basierend auf der Länge bzw. horizontalen Ausdehnung und/oder Tiefe und/oder der vertikalen Ausdehnung und/oder der Breite bzw. der lateralen Ausdehnung der Fahrbahnvertiefung erfolgen. In einer einfachen Ausgestaltung kann ein Schlagloch als detektiert angesehen werden, falls eine detektierte Fahrbahnvertiefung einen festgelegten Schwellenwert überschreitet.
Mittels der durch den Sensor 2 erfassten Daten wird vorzugsweise der Abstand x_prev des Kraftfahrzeuges zu dem Schlagloch, so wie die Tiefe und die Länge des detektierten Schlaglochs für jeden der betrachteten Pfade ermittelt. Weiterhin wird vorzugsweise die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit V_veh erfasst. Diese Daten können insbesondere bei der Festlegung des Grenzwertes berücksichtigt werden.
Im Folgenden wird anhand der 3 ein spezielles Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert. Dabei knüpft das gezeigte Flussdiagramm an Schritt 25 des anhand der 2 beschriebenen Verfahrens an, also an den Fall, dass eine Fahrbahnvertiefung detektiert wurde, welche festgelegten Merkmale eines Schlaglochs aufweist. Für ein solches detektiertes Schlagloch wird in Schritt 31 geprüft, ob dieses in allen betrachteten Pfaden 8, 9 vorhanden ist oder nicht.
Falls das detektierte Schlagloch nicht in allen betrachteten Pfaden vorhanden ist - dies ist durch Schritt 32 repräsentiert - wird im Folgenden berechnet, ob das Kraftfahrzeug zu dem nächstliegenden Pfad, in welchem kein Schlagloch detektiert ist, gelenkt werden kann, ohne dass dabei der festgelegte Grenzwert überschritten wird. Dazu wird in Schritt 33 der Abstand zu dem nächstliegenden Pfad, in welchem kein Schlagloch vorhanden ist, d_lat ermittelt. Ist dabei in Schritt 34 der ermittelte Abstand kleiner als ein gemäß der folgenden Formel ermittelter Grenzwert, gilt also d_lat<0,5*A_thr*(x_prev/v_veh)², so wird in Schritt 35 der Abstand zu dem nächstliegenden Pfad ohne Schlagloch d_lat als laterale Abweichung festgelegt und eine entsprechend angepasste Trajektorie ausgegeben. A_thr ist dabei der festgelegte obere Schwellenwert für die zulässige laterale Beschleunigung, x_prev ist der Abstand des Kraftfahrzeuges zu dem detektierten Schlagloch und v_veh ist die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Der obere Schwellenwert der lateralen Beschleunigung kann aus festgelegten Fahrzeugbetriebsmodi ausgewählt werden. Zum Beispiel kann im Rahmen eines sportlichen Fahrmodus ein höherer Wert für den oben Schellenwert der lateralen Beschleunigung festgelegt sein und für einen Komfortmodus ein niedrigerer Wert. Ist also der laterale Abstand d_lat niedriger als der berechnete Grenzwert, welcher basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Abstand des Kraftfahrzeugs zu dem Schlagloch und dem festgelegten oberen Schwellenwert für die zulässige laterale Beschleunigung ermittelt wurde, so wird der Abstand d_lat als Offset oder Versatz zu der Ausgangstrajektorie 7 addiert und auf diese Weise das detektierte Schlagloch umfahren.
Ist in Schritt 36 der Wert d_lat größer als der berechnete Grenzwert, gilt also d_lat>0,5*A_thr*(x_prev/v_veh)², so wird in Schritt 37 ein neuer geringerer Wert für die laterale Abweichung oder Versatz-Wert oder Offset-Wert d_lat2 berechnet. Dazu kann beispielsweise die Formel d_lat2=max((d_lat-0,5*w_tire),(0,5*w_tire)) verwendet werden. w_tire ist dabei die Breite der Reifen. Der geringere Offset-Wert d_lat2 wird deshalb berechnet, da das Kraftfahrzeug eine mittels des Abstandes d_lat berechnete Trajektorie nicht zurücklegen kann, ohne dass dabei der obere Grenzwert für die laterale Beschleunigung überschritten wird. Der erste Teil der Berechnungsformel ist die erforderliche laterale Abweichung, um die Kanten der Räder auf dem gewünschten Pfad (d_lat-0,5*w_tire) entlang zu bewegen. Der zweite Teil der Gleichung berechnet die laterale Abweichung um die Hälfte der Breite des Reifens außerhalb des ursprünglichen Pfades (0,5*w_tire) entlang zu bewegen. Das Ziel dieser Berechnung besteht darin, eine bestmögliche Trajektorie zu ermitteln, bei welcher das Schlagloch zwar nicht lateral vollständig umfahren wird, wobei aber zumindest die Hälfte der Reifenbreite ausreichend ist um zu vermeiden, dass das Rad in das Schlagloch einsinkt.
Falls in Schritt 38 der Wert d_lat2 ohne ein Überschreiten des oberen Schwellenwertes für die laterale Beschleunigung A_thr erreicht werden kann, also gilt d_lat2<0,5*A_thr*(x_prev/v_veh)², wird in Schritt 39 der Wert d_lat2 als laterale Abweichung zu der Ausgangstrajektorie addiert.
Falls in Schritt 40 der Wert d_lat2 nicht ohne eine Überschreitung des oberen Schwellenwertes A_thr erreicht werden kann, also gilt d_lat2>0,5*A_thr*(x_prev/v_veh)² so wird in Schritt 41 ein neuer Wert für die laterale Abweichung oder Versatz-Wert oder Offset-Wert d_lat3 berechnet, beispielsweise unter Verwendung der Formel d_lat3=min((d_lat-0,5*w_tire),(0,5*w_tire)). Dabei wird im Prinzip wie bei der Berechnung des Wertes d_lat2 vorgegangen, wobei statt des maximalen Wertes der minimale Wert verwendet wird. Falls der Wert d_lat3 ohne eine Überschreitung des oberen Schwellenwertes für die laterale Beschleunigung erreicht werden kann, also gilt 42, so wird in Schritt 43 dieser Wert d_lat3 als lateraler Versatz oder laterale Abweichung zu der Ausgangstrajektorie 7 addiert.
Falls in Schritt 44 der Wert d_lat3 nicht ohne eine Überschreitung des oberen Grenzwertes für die laterale Beschleunigung erreicht werden kann, also gilt d_lat3<0,5*A_thr*(x_prev/v_veh)², so wird in schritt 45 keine Modifikation der Ausgangstrajektorie vorgenommen. In diesem Fall würde die erforderliche Anpassung eine zu hohe laterale Beschleunigung hervorrufen, was wiederum zu einer geringeren Akzeptanz seitens des Nutzers und damit nicht zu einer Verbesserung des Fahrkomforts führt.
Falls in Schritt 46 das Schlagloch in allen betrachteten Pfaden, also beispielsweise in allen sechs Pfaden, 8 und 9 der detektiert wurde, so wird das Schlagloch in Schritt 47 für alle Pfade einzeln klassifiziert. Basierend auf der Klassifikation wird in Schritt 48 der Pfad mit dem geringsten Widerstand und dessen Abstand d_lat von der Ausgangstrajektorie 7 ermittelt. Falls beim Wechsel zu diesem Pfad ein verbessertes Durchqueren des Schlaglochs möglich ist, kann dieser Pfad ausgewählt werden, wobei in Schritt 49 die maximal mögliche laterale Auslenkung dmax bzw. der laterale Versatz des Fahrzeuges ohne ein Überschreiten des oberen Schwellenwertes für die laterale Beschleunigung bestimmt wird, beispielsweise gemäß der Formel d_max=0,5*A_thr*(x_Prev/v_veh)² berechnet wird.
Das Vorzeichen und damit die Richtung des maximal möglichen lateralen Versatzes dmax wird in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Ausgangstrajektorie und dem gewünschten Pfad bzw. gewünschten Versatz d_lat gewählt. Die Wahl des Vorzeichens erfolgt in Schritt 50. Ziel ist es, den maximal möglichen Versatz in Richtung des Pfades mit geringstem Widerstand zu wählen. Das wird mit Gleichsetzung des Vorzeichens=Richtung umgesetzt. In Schritt 51 wird die Trajektorie mittels des in Schritt 50 bestimmten Wertes dmax modifiziert, wobei sichergestellt ist, dass bei einem Steuern des Kraftfahrzeuges entlang der modifizierten Trajektorie der obere Grenzwert für die zulässige laterale Beschleunigung A_thr nicht überschritten wird, sign(d_max)=sign(d_lat).
Im Rahmen des anhand der 3 dargestellten Verfahrens wird an geeigneter Stelle geprüft, dass durch die Modifikation der Ausgangstrajektorie die Fahrbahnbegrenzungen nicht überschritten werden. Dies kann beispielsweise im Rahmen der Schritte 35, 39, 43 und 51 erfolgen. Dabei kann der Abstand der einzelnen Pfade und der Ausgangstrajektorie von den jeweiligen Fahrbahnmarkierungen 5, 6 aus den mittels des Sensors 2 erfassten Daten über die Fahrbahnoberfläche 4 bestimmt werden.
Vorzugsweise wird, nachdem die Trajektorie 7 angepasst wurde und das Kraftfahrzeug 1 das Schlagloch passiert hat, die Modifikation rückgängig gemacht, also der im Rahmen des Verfahrens zu der Ausgangstrajektorie addierte laterale Versatz oder die laterale Abweichung wieder subtrahiert und die Fortbewegung des Kraftfahrzeuges 1 auf der Ausgangstrajektorie 7 fortgesetzt. Das Anpassen der Trajektorie 7 sowohl beim Addieren eines Versatzes als auch beim späteren Subtrahieren des Versatzes zu bzw. von der Ausgangstrajektorie erfolgt vorzugsweise mit einer an die jeweilige Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges angepassten lateralen Beschleunigung um einen hohen Fahrtkomfort und damit eine hohe Akzeptanz des Ausweichmanövers seitens des Nutzers zu erreichen.
Die 4 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem 10. Das Fahrerassistenzsystem 10 umfasst eine Auswertungseinrichtung 3. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst mindestens einen Sensor 2 zum Erfassen der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug 1. Die Auswertungseinrichtung 3 ist zum Empfangen von Signalen des Sensors 2 ausgelegt. Dies ist durch einen Pfeil gekennzeichnet.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Sensor
3: Auswertungseinrichtung
4: Fahrbahn
5: Mittellinie
6: äußere Fahrbahnbegrenzungslinie
7: Trajektorie
8: Pfad
9: Pfad
10: Fahrerassistenzsystem
11: Fahrtrichtung
21: Festlegen einer Ausgangstrajektorie
22: Festlegen eines oberen Schwellenwertes für die laterale Beschleunigung des Kraftfahrzeugs
23: Erfassen der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung
24: Bestimmen des vertikalen Verlaufs der Fahrbahnoberfläche einer Mehrzahl an parallel zueinander in Fahrrichtung vor dem Kraftfahrzeug verlaufenden Pfaden mittels der durch den Sensor erfassen Daten
25: Weist der vertikale Verlauf mindestens einer der Pfade ein Schlagloch auf?
26: Bestimmen einer lateralen Abweichung von der Ausgangstrajektorie, für welche ein Grenzwert, der mittels des festgelegten oberen Schwellenwertes für die laterale Beschleunigung gebildet wird, nicht überschritten wird und für welche die Fahrbahnbegrenzung nicht überschritten wird
27: Ausgeben einer angepassten Trajektorie
31: Schlagloch in allen Pfaden detektiert?
32: Schlagloch nicht in allen betrachteten Pfaden vorhanden
33: Schlagloch in allen betrachteten Pfaden vorhanden
34: d_lat<0,5*A_thr*(x_prev/v_veh)²
35: Abstand zu dem nächstliegenden Pfad ohne Schlagloch als laterale Abweichung festlegen
36: d_lat>0,5*A_thr*(x_prev/v_veh)²
37: geringeren Wert für laterale Abweichung d_lat2 berechnen
38: d_lat2<0,5*A_thr*(x_prev/v_veh)²
39: d_lat2 als laterale Abweichung zu Ausgangstrajektorie addieren
40: d_lat2<0,5*A_thr*(x_prev/v_veh)²
41: geringeren Wert für laterale Abweichung d_lat3 berechnen
42: d_lat3<0,5*A_thr*(x_prev/v_veh)²
43: d_lat3 als laterale Abweichung zu Ausgangstrajektorie addieren
44: d_lat3<0,5*A_thr*(x_prev/v_veh)²
45: keine Modifikation der Ausgangstrajektorie
46: Schlagloch in allen betrachteten Pfaden
47: Schlagloch für alle Pfade einzeln klassifizieren
48: Pfad mit geringstem Widerstand und dessen lateralen Abstand von Ausgangstrajektorie d_lat ermitteln
49: maximal mögliche laterale Abweichung bestimmen
50: Vorzeichen wählen
51: Trajektorie anpassen
N: nein
J: ja

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9457807 B2 [0003]
US 10407065 B2 [0003]
US 2019/0001965 A1 [0004]
US 2020/0172121 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Festlegen einer Trajektorie (7) eines Kraftfahrzeugs (1) für eine Fahrerassistenzfunktion, wobei das Kraftfahrzeug (1) mindestens einen Sensor (2) zum Erfassen der Fahrbahnoberfläche (4) in Fahrtrichtung (11) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Festlegen einer Ausgangstrajektorie (7) für die Fortbewegung des Kraftfahrzeugs (1) auf einer Fahrbahn (4) mit einer Fahrbahnbegrenzung (5, 6) (21), - Festlegen eines oberen Schwellenwertes für die laterale Beschleunigung des Kraftfahrzeugs (22), - Erfassen der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung (11) vor dem Kraftfahrzeug mittels des Sensors (23), - Bestimmen des vertikalen Verlaufs der Fahrbahnoberfläche einer Mehrzahl an parallel zueinander in Fahrrichtung vor dem Kraftfahrzeug verlaufenden Pfaden (8, 9) mittels der durch den Sensor (2) erfassen Daten (24), - falls der vertikale Verlauf mindestens einer der Pfade (8, 9) eine Fahrbahnvertiefung aufweist, welche festgelegte Merkmale zur Einordnung der Fahrbahnvertiefung als Schlagloch aufweist (25, 31), Bestimmen einer lateralen Abweichung von der Ausgangstrajektorie, für welche ein Grenzwert, der mittels des festgelegten oberen Schwellenwertes für die laterale Beschleunigung gebildet wird, nicht überschritten wird, wobei die Fahrbahnbegrenzung (5, 6) nicht überschritten wird (26), - Ausgeben einer mittels der bestimmten lateralen Abweichung angepassten Trajektorie (27, 35, 39, 43, 51).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) mittels der Fahrerassistenzfunktion zumindest teilweise autonom gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) zum Erfassen der Fahrbahnoberfläche eine Kamera und/oder einen Radar-Sensor und/oder einen Lidar-Sensor und/oder einen Ultraschall-Sensor und/oder einen Laser-Sensor umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Pfaden (8, 9) mindestens einen in Fahrtrichtung (11) rechts von der aktuellen Trajektorie (7) des Kraftfahrzeugs (1) angeordneten Pfad (8) und mindestens einen in Fahrtrichtung (11) links von der aktuellen Trajektorie (7) des Kraftfahrzeugs (1) angeordneten Pfad (9) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die festgelegten Merkmale zur Einordnung der Fahrbahnvertiefung als Schlagloch die Länge und/oder die Tiefe und/oder die Breite der Fahrbahnvertiefung umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erfasst wird und der aktuelle Abstand des Kraftfahrzeugs von dem Schlagloch bestimmt wird und der Grenzwert mittels der aktuellen Geschwindigkeit und des Abstandes gebildet wird (34, 38, 42).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass falls das Schlagloch in allen Pfaden vorhanden ist (46), das Schlagloch in Bezug auf den Widerstand für jeden Pfad klassifiziert wird (47), der Pfad mit dem geringsten Widerstand und der laterale Abstand der Ausgangstrajektorie von diesem Pfad ermittelt wird (48, 49), und die laterale Abweichung von der Ausgangstrajektorie in Richtung des ermittelten Pfades bestimmt wird (50, 51).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass falls das Schlagloch nicht in allen Pfaden vorhanden ist (32), der geringste laterale Abstand der Ausgangstrajektorie von einem Pfad ermittelt wird (33), in dem kein Schlagloch vorhanden ist, dieser laterale Abstand als laterale Abweichung festgelegt wird (35), falls für diesen der Grenzwert nicht überschritten wird (34), und falls für diesen lateralen Abstand als laterale Abweichung der Grenzwert überschritten wird (36), eine geringere laterale Abweichung festgelegt wird, für die der Grenzwert nicht überschritten wird (39, 43).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die geringere laterale Abweichung basierend auf der Breite der Reifen des Kraftfahrzeugs und/oder der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder dem aktuellen Abstand des Kraftfahrzeugs von dem Schlagloch festgelegt wird (37, 41).
Fahrerassistenzsystem (10), welches eine Auswertungseinrichtung (3) aufweist, die zum Empfangen von Signalen eines Sensors (2) zum Erfassen der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug und zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgelegt ist.
Kraftfahrzeug (1), welches ein Fahrerassistenzsystem (10) nach Anspruch 10 umfasst.
Verfahren zum zumindest teilweise autonomen Steuern eines Kraftfahrzeugs (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortbewegung des Kraftfahrzeugs entlang einer mittels des Fahrerassistenzsystems (10) festgelegten Trajektorie (7) gesteuert wird.
Computerimplementiertes Verfahren, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
Computerlesbarer Datenträger, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14 gespeichert ist.
Datenträgersignal, das das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14 überträgt.