DE102021113940A1

DE102021113940A1 - Teilautonomes zurücksetzen eines folgefahrzeugs

Info

Publication number: DE102021113940A1
Application number: DE102021113940.6A
Authority: DE
Inventors: Carlos E. Arreaza; Hojjat Izadi
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-11-03
Filing date: 2021-05-30
Publication date: 2022-05-05
Also published as: US11465623B2; US20220135037A1; CN114527738A

Abstract

Systeme und Verfahren zum Zurücksetzen eines teilautonomen Folgefahrzeugs umfassen das Ermitteln einer Geschwindigkeit eines Führungsfahrzeugs, das sich vor dem zurücksetzenden Folgefahrzeug befindet und nicht an dieses angehängt ist. Ein Verfahren umfasst das Schätzen einer Bahn des Führungsfahrzeugs und das Ermitteln einer Bahn für das Folgefahrzeug auf Grundlage der Bahn des Führungsfahrzeugs. Eine Längsbewegung des Folgefahrzeugs wird auf Grundlage der Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs gesteuert und eine Querbewegung des Folgefahrzeugs wird auf Grundlage der Bahn für das Folgefahrzeug gesteuert.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft das teilautonome Zurücksetzen eines Folgefahrzeugs.
Im Bereich der autonomen Fahrzeuge bezieht sich Platooning auf eine Gruppe von Fahrzeugen, die miteinander kommunizieren, um einen Zug oder Schwarm zu bilden, in dem das Führungsfahrzeug die Geschwindigkeit kontrolliert und jedes der Folgefahrzeuge diese Geschwindigkeit beibehält. Diese Anordnung kann z. B. die Fahrzeit verbessern und die Fahrbahnkapazität erhöhen. Ein wesentlicher Schritt in Richtung der Entwicklung eines Zuges autonomer Fahrzeuge ist eine Führungsfahrzeug-Folgefahrzeug-Anordnung. Gemäß der Anordnung führt ein Führungsfahrzeug, das einen Fahrer umfasst, ein fahrerloses Folgefahrzeug, das teilautonom ist. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein teilautonomes Zurücksetzen eines Folgefahrzeugs zu ermöglichen.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei einer beispielhaften Ausgestaltung umfasst ein Verfahren zum Zurücksetzen eines teilautonomen Folgefahrzeugs das Ermitteln einer Geschwindigkeit eines Führungsfahrzeugs, das sich vor dem zurücksetzenden Folgefahrzeug befindet und nicht an dieses angehängt ist, sowie das Schätzen einer Bahn des Führungsfahrzeugs. Das Verfahren umfasst außerdem das Ermitteln einer Bahn für das Folgefahrzeug auf Grundlage der Bahn des Führungsfahrzeugs und das Steuern der Längsbewegung des Folgefahrzeugs auf Grundlage der Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs und einer Querbewegung des Folgefahrzeugs auf Grundlage der Bahn für das Folgefahrzeug.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren außerdem das Ermitteln eines Radstands L_L des Führungsfahrzeugs und eines Lenkradwinkels SWA_L des Führungsfahrzeugs durch den Prozessor des Folgefahrzeugs, wobei das Ermitteln der Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs, des Radstands L_L des Führungsfahrzeugs und des Lenkradwinkels SWA_L des Führungsfahrzeugs über eine vom Führungsfahrzeug ausgehende Car-to-Car-Kommunikation (C2C-Kommunikation) erfolgt.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Schätzen der Bahn des Führungsfahrzeugs das Ermitteln eines Wenderadius R wie folgt: $R = \frac{L_{L}}{S W A_{L} * S G R},$
wobei
SGR einer Lenkübersetzung entspricht, die ein Umrechnungsfaktor zwischen dem Lenkradwinkel SWA_L und einem Laufradwinkel ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Schätzen der Bahn des Führungsfahrzeugs das Erzeugen einer Trajektorie in einem x-y-Koordinatensystem wie folgt: $R^{2} = x^{2} + {(y - R)}^{2} .$
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren ferner das Ermitteln einer Position des Folgefahrzeugs im x-y-Koordinatensystem unter Verwendung des Prozessors des Folgefahrzeugs wie folgt: $x_{ƒ} = \frac{L_{ƒ}}{2} + d * sin (α + Δ Y a w)$
und $y_{ƒ} = d * c o s (α + Δ Y a w),$
wobei
d ein Abstand zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug ist, α ein Azimutwinkel zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug ist, L_f ein Radstand des Folgefahrzeugs ist und ΔYaw eine Differenz zwischen einer Gierbewegung des Führungsfahrzeugs und einer Gierbewegung des Folgefahrzeugs ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren außerdem das Ermitteln des Abstands d zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug und des Azimutwinkels α zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug unter Verwendung eines Sensors des Folgefahrzeugs.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren außerdem das Ermitteln der Gierbewegung des Führungsfahrzeugs über die C2C-Kommunikation, das Ermitteln der Gierbewegung des Folgefahrzeugs über einen Sensor und das Bestimmen der Differenz ΔYaw als Gierbewegung des Führungsfahrzeugs, subtrahiert von der Gierbewegung des Folgefahrzeugs.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Ermitteln der Bahn für das Folgefahrzeug das Berechnen eines Lenkradwinkels SWA_F des Folgefahrzeugs, wobei die Berechnung das Ermitteln der Gierbewegung des Führungsfahrzeugs an einem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs und das Ermitteln eines Abstands von dem Folgefahrzeug zu dem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs umfasst.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Ermitteln der Gierbewegung des Führungsfahrzeugs an dem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs das Bestimmen eines Winkels zwischen dem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs und einer Linie, die die Bahn des Führungsfahrzeugs an dem Punkt tangential berührt.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Berechnen des Lenkradwinkels SWA_F des Folgefahrzeugs das Verwenden von Abstimmungsparametern, die eine Funktion der Geschwindigkeit sind.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung umfasst ein System zur Durchführung eines teilautonomen Zurücksetzens ein Führungsfahrzeug, um über die Car-to-Car-Kommunikation (C2C-Kommunikation) eine Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs bereitzustellen. Das System umfasst außerdem einen Prozessor eines Folgefahrzeugs, das physisch nicht mit dem Führungsfahrzeug gekoppelt ist. Der Prozessor schätzt eine Bahn des Führungsfahrzeugs, ermittelt eine Bahn für das Folgefahrzeug auf Grundlage der Bahn des Führungsfahrzeugs und steuert die Längsbewegung des Folgefahrzeugs auf Grundlage der Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs und die Querbewegung des Folgefahrzeugs auf Grundlage der Bahn des Folgefahrzeugs.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ermittelt der Prozessor des Folgefahrzeugs einen Radstand L_L des Führungsfahrzeugs und einen Lenkradwinkel SWA_L des Führungsfahrzeugs über eine vom Führungsfahrzeug ausgehende Car-to-Car-Kommunikation (C2C-Kommunikation).
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale schätzt der Prozessor des Folgefahrzeugs die Bahn des Führungsfahrzeugs durch Bestimmen eines Wenderadius R wie folgt: $R = \frac{L_{L}}{S W A_{L} * S G R},$
wobei
SGR einer Lenkübersetzung entspricht, die ein Umrechnungsfaktor zwischen dem Lenkradwinkel SWA_L und einem Laufradwinkel ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale schätzt der Prozessor des Folgefahrzeugs die Bahn des Führungsfahrzeugs, indem er eine Trajektorie in einem x-y-Koordinatensystem wie folgt erzeugt: $R^{2} = x^{2} + {(y - R)}^{2} .$
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ermittelt der Prozessor des Folgefahrzeugs eine Position des Folgefahrzeugs im x-y-Koordinatensystem wie folgt: $x_{ƒ} = \frac{L_{ƒ}}{2} + d * sin (α + Δ Y a w)$
und $y_{ƒ} = d * c o s (α + Δ Y a w),$
wobei
d ein Abstand zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug ist, α ein Azimutwinkel zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug ist, L_f ein Radstand des Folgefahrzeugs ist und ΔYaw eine Differenz zwischen einer Gierbewegung des Führungsfahrzeugs und einer Gierbewegung des Folgefahrzeugs ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ermittelt der Prozessor des Folgefahrzeugs den Abstand d zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug und den Azimutwinkel α zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug unter Verwendung eines Sensors des Folgefahrzeugs.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ermittelt der Prozessor des Folgefahrzeugs die Gierbewegung des Führungsfahrzeugs über die C2C-Kommunikation, ermittelt die Gierbewegung des Folgefahrzeugs über einen Sensor und ermittelt die Differenz ΔYaw als die Gierbewegung des Führungsfahrzeugs, subtrahiert von der Gierbewegung des Folgefahrzeugs.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ermittelt der Prozessor des Folgefahrzeugs die Bahn für das Folgefahrzeug durch Berechnen eines Lenkradwinkels SWA_F des Folgefahrzeugs, wobei das Berechnen das Ermitteln der Gierbewegung des Führungsfahrzeugs an einem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs und das Ermitteln eines Abstands vom Folgefahrzeug zu dem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs umfasst.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ermittelt der Prozessor des Folgefahrzeugs die Gierbewegung des Führungsfahrzeugs an dem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs, indem er einen Winkel zwischen dem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs und einer Linie ermittelt, die die Bahn des Führungsfahrzeugs an dem Punkt tangential berührt.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale berechnet der Prozessor des Folgefahrzeugs den Lenkradwinkel SWA_F des Folgefahrzeugs unter Verwendung von Abstimmungsparametern, die eine Funktion der Geschwindigkeit sind.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung leicht ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden.
Figurenliste
Weitere Merkmale, Vorteile und Details sind nur beispielhaft in der folgenden ausführlichen Beschreibung aufgeführt, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:

1 ein teilautonomes Zurücksetzen eines Folgefahrzeugs gemäß einer oder mehrerer Ausgestaltungen veranschaulicht,
2 Parameter zeigt, die bei der Durchführung der Bahnplanung für das teilautonome Zurücksetzen eines Folgefahrzeugs gemäß einer oder mehrerer Ausgestaltungen verwendet werden, und
3 einen Prozessablauf eines Verfahrens zum Zurücksetzen eines Folgefahrzeugs gemäß einer oder mehrerer Ausgestaltungen zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und ist nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch einzuschränken. Es versteht sich, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Wie bereits erwähnt, umfasst eine Führungsfahrzeug-Folgefahrzeug-Anordnung ein Führungsfahrzeug mit einem Fahrer und ein teilautonomes, fahrerloses Folgefahrzeug. Ausgestaltungen der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren beziehen sich auf das teilautonome Zurücksetzen eines Folgefahrzeugs. Das Folgefahrzeug kann ein Anhänger sein, der ein anderes Fahrzeug (z. B. ein Boot, ein anderes Wasserfahrzeug, einen Geländewagen), einen Wohnwagen oder eine andere fahrerlose Plattform aufnimmt, die zuvor vom Führungsfahrzeug physisch gezogen worden sein kann. Wenn das Folgefahrzeug dem Führungsfahrzeug folgt, hält das Folgefahrzeug einen vorgegebenen Abstand hinter dem Führungsfahrzeug und eine vorgegebene azimutale oder laterale Abweichung auf der vom Führungsfahrzeug erzeugten Bahn ein. Das Folgefahrzeug hält den erforderlichen Abstand und die erforderliche Bahn auf Grundlage der Sichtlinie zwischen den Sensoren des Führungsfahrzeugs und des Folgefahrzeugs ein, ohne dass eine physische Verbindung zwischen den beiden besteht.
Auf Grundlage dieser Anordnung fährt das Folgefahrzeug bei einem Rücksetzmanöver eigentlich vor dem Führungsfahrzeug. Daher muss das Folgefahrzeug die Bewegung des Führungsfahrzeugs antizipieren und sich an diese anpassen, gemäß den hierin beschriebenen Ausgestaltungen. Das Folgefahrzeug muss sich der Längsbewegung (d. h. der Geschwindigkeit) des Führungsfahrzeugs so weit anpassen, dass ein Mindestabstand zwischen beiden eingehalten wird. Dies kann durch eine Car-to-Car-Kommunikation (C2C-Kommunikation) zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug oder durch eine Schätzung der Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs durch das Folgefahrzeug gemäß beispielhafter Ausgestaltungen ermöglicht werden. Das Folgefahrzeug muss sich außerdem der seitlichen Bewegung des Führungsfahrzeugs anpassen, um einen Klappmessereffekt (d. h. Führungsfahrzeug und Folgefahrzeug bilden einen spitzen Winkel) oder ein anderes Ereignis zu vermeiden, das bewirkt, dass die Sichtlinie zwischen den Sensoren der beiden Fahrzeuge verloren geht. Dies kann durch C2C-Kommunikation des Lenkwinkels des Führungsfahrzeugs ermöglicht werden. Der Lenkwinkel wird vom Folgefahrzeug verwendet, um eine Bahn des Führungsfahrzeugs zu schätzen und eine entsprechende Bahn für das Folgefahrzeug zu berechnen, wie gemäß einer oder mehrerer Ausgestaltungen beschrieben.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung veranschaulicht 1 ein teilautonomes Zurücksetzen eines Folgefahrzeugs 140 gemäß einer oder mehrerer Ausgestaltungen. Es sind ein Führungsfahrzeug 100 und ein Folgefahrzeug 140 gezeigt. Das in 1 gezeigte beispielhafte Führungsfahrzeug 100 ist ein Personenkraftwagen 101, aber das Führungsfahrzeug 100 kann auch ein LKW, ein landwirtschaftliches Gerät, eine Baumaschine oder ein beliebiges Transportmittel mit einem Fahrer sein, gemäß alternativer Ausgestaltungen. Das in 1 gezeigte beispielhafte Folgefahrzeug 140 ist ein Wohnwagen 141, aber, wie bereits erwähnt, kann das Folgefahrzeug 140 alternativ jede Art von fahrerlosem Fahrzeug sein, das zuvor in der Führungsfahrzeug-Folgefahrzeug-Anordnung physisch gezogen worden sein kann.
Das Führungsfahrzeug 100 und das Folgefahrzeug 140 umfassen Sensoren 130, die Informationen über die Umgebung der Fahrzeuge 100, 140 erhalten und die Informationen über das Fahrzeug 100, 140 selbst bereitstellen. Beispielhafte Sensoren 130 umfassen Kameras, Lidarsysteme, Radarsysteme, Ultraschallsensoren, ein globales Navigationssatellitensystem wie z. B. ein globales Positionierungssystem, eine inertiale Messeinheit, ein Gyroskop und Raddrehzahlsensoren. Gemäß einer oder mehrerer Ausgestaltungen umfassen die Sensoren 130, die für die seitliche Steuerung des Folgefahrzeugs 140 relevant sind, einen Gierbewegungssensor in jedem der Fahrzeuge 100, 140 und einen Lenkradwinkelsensor in wenigstens dem Fahrzeug 100. Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung sind die Sensoren 130 an der Rückseite des Führungsfahrzeugs 100 und an beiden Enden des Folgefahrzeugs 140 abgebildet. Die Anzahl und Anordnung der Sensoren 130 am Führungsfahrzeug 100 oder am Folgefahrzeug 140 sind jedoch durch die beispielhafte Veranschaulichung nicht eingeschränkt. Das Führungsfahrzeug 100 umfasst eine Schnittstelle 125 zum Fahrer. Die Schnittstelle 125 kann z. B. Teil des Infotainmentsystems sein, das einen Bildschirm umfasst und dem Fahrer einen Touchscreen oder ein anderes Eingabegerät zur Verfügung stellt.
Das Führungsfahrzeug 100 umfasst ein Gaspedal 105, ein Bremspedal 115 und ein Lenkrad 120, die alle von einem Fahrer des Führungsfahrzeugs 100 bedient werden. Während die Pedale 105, 115 zu Erklärungszwecken gezeigt und erörtert sind, können Knöpfe, Hebel oder andere Steuermechanismen verwendet werden, um die gleichen Funktionen gemäß alternativer Ausgestaltungen zu erfüllen. Das Führungsfahrzeug 100 umfasst eine Steuerung 110, die allein oder in Kombination mit anderen Verarbeitungsschaltungen Aspekte des Betriebs und der Kommunikation des Führungsfahrzeugs 100 steuert. Zum Beispiel können das Führungsfahrzeug 100 und das Folgefahrzeug 140 eine Car-to-Car-Kommunikation (C2C-Kommunikation) durchführen und C2C-Nachrichten 135 austauschen. Wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, kann die vom Führungsfahrzeug 100 ausgehende C2C-Kommunikation die Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs 100 und die Bewegung des Lenkrads 120 anzeigen. Die C2C-Kommunikation vom Folgefahrzeug 140 zum Führungsfahrzeug 100 kann Daten (z. B. Bilder) bereitstellen, die mit einem oder mehreren seiner Sensoren 130 (z. B. Kameras) gewonnen wurden. Bilder, die das Führungsfahrzeug 100 vom Folgefahrzeug 140 erhält, können beispielsweise über die Schnittstelle 125 (z. B. den Infotainmentbildschirm) für den Fahrer des Führungsfahrzeugs 100 angezeigt werden.
Das Folgefahrzeug 140 ist so gezeigt, dass es eine Steuerung 145 umfasst. Die Steuerung 145 des Folgefahrzeugs 140 ermöglicht die C2C-Kommunikation mit dem Führungsfahrzeug 100. Diese Kommunikation kann Informationen anzeigen, die das Führungsfahrzeug 100 nicht ohne weiteres selbst erhalten kann. Da sich das Folgefahrzeug 140 in der Rücksetzanordnung vor dem Führungsfahrzeug 100 befindet, können die Sensoren 130 des Folgefahrzeugs 140 beispielsweise ein Objekt (z. B. Fußgänger, anderes Fahrzeug, Wand) erkennen, das für die Sensoren 130 des Führungsfahrzeugs 100 noch nicht sichtbar ist. Das Folgefahrzeug 140 kann das Führungsfahrzeug 100 über C2C-Kommunikation warnen, dass das Folgefahrzeug 140 das Objekt berühren wird, wenn das Zurücksetzen fortgesetzt wird. Darüber hinaus kann das Folgefahrzeug 140 das Führungsfahrzeug 100 vor einem möglichen Klappmessereffekt warnen (d. h. das Führungsfahrzeug 100 und das Folgefahrzeug 140 bilden zusammen einen spitzen Winkel). Das heißt, dass die Steuerung 145 des Folgefahrzeugs 140 den Winkel überwacht, der durch die Kombination aus dem Führungsfahrzeug 100 und dem Folgefahrzeug 140 gebildet wird. Diese Überwachung kann auf der geschätzten Bahn 150 des Führungsfahrzeugs 100 und der berechneten Bahn 160 des Folgefahrzeugs 140 beruhen, die weiter unten erörtert werden. Wenn der Winkel abnimmt und einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht, kann das Folgefahrzeug 140 über die C2C-Kommunikation eine Warnung an das Führungsfahrzeug 100 ausgeben.
Zusätzlich zur Ermöglichung der C2C-Kommunikation mit dem Führungsfahrzeug 100 kann die Steuerung 145 des Folgefahrzeugs 140 auch die Ausführung der Längs- und Quersteuerung (z. B. die Bahnplanung) übernehmen und steuern, die mit Bezug auf 2 erörtert wird. Insbesondere kann die Steuerung 145 des Folgefahrzeugs 140 zusätzlich zur Ermittlung oder Schätzung der Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs 100 die Bahn 150 des Führungsfahrzeugs 100 schätzen, um eine Bahn 160 für das Folgefahrzeug 140 zu berechnen. Sowohl die Steuerung 110 des Führungsfahrzeugs 100 als auch die Steuerung 145 des Folgefahrzeugs 140 können Verarbeitungsschaltungen umfassen, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung
(ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten umfassen, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
2 zeigt Parameter, die bei der Durchführung der Bahnplanung für das teilautonome Zurücksetzen eines Folgefahrzeugs 140 gemäß einer oder mehrerer Ausgestaltungen verwendet werden. Es wird ein x-y-Koordinatensystem gewählt, wie in 2 angegeben. Dieses spezielle Koordinatensystem könnte stattdessen das eines der Fahrzeuge 100, 140 im Schwerpunkt (CoG) eines der Fahrzeuge 100, 140 oder an einer anderen Stelle sein, oder es kann nach einer anderen Grundlage gewählt werden, aber wichtig ist, wie beschrieben ein gemeinsames Koordinatensystem bei der Betrachtung aller Positionen zu haben.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung wird ein Fahrzeugfahrradmodell für das Führungsfahrzeug 100 als Führungsfahrradmodell 210 und für das Folgefahrzeug 140 als Folgefahrradmodell 220 erzeugt. Gemäß alternativer Ausgestaltungen können auch andere Modelle für die Bestimmung der Bahn 150, 160 verwendet werden. Das Fahrzeugfahrradmodell ist ein bekanntes kinematisches Modell, das die vier Räder mit zwei Rädern darstellt, die ein lenkbares Vorderrad, das die beiden Vorderräder repräsentiert, und ein nicht lenkbares Hinterrad, das die beiden Hinterräder des Fahrzeugs repräsentiert, umfassen. Der Radstand L, d. h. der Abstand zwischen den Vorder- und Hinterreifen, wird im Fahrradmodell verwendet, aber die Spurweite, d. h. der Abstand zwischen den beiden Vorder- bzw. den beiden Hinterrädern (d. h. die Länge der Vorder- bzw. Hinterachse), ist normalerweise nicht Teil des Modells. Der Lenkwinkel des Vorderrads in einem Fahrradmodell ist der Durchschnitt der Winkel zwischen dem linken und dem rechten Rad zum tatsächlichen Fahrzeug. In den folgenden Gleichungen steht L_L für den Radstand des Führungsfahrzeugs 100 und L_F für den Radstand des Folgefahrzeugs 140. Die beiden Radstandwerte L_L und L_F werden der Steuerung 145 des Folgefahrzeugs 140 zur Verfügung gestellt.
Eine Gierbewegung bezieht sich auf eine Verschiebung (nach links oder rechts) der Ausrichtung eines Fahrzeugs gegenüber einer Referenzausrichtung. Die Gierwinkel des Führungsfahrzeugs 100 und des Folgefahrzeugs 140 sind Yaw_L bzw. Yaw_F. Wie bereits erwähnt, stellen die Sensoren 130 am Führungsfahrzeug 100 und am Folgefahrzeug 140 die Gierwinkel bereit. Zusätzlich wird die C2C-Kommunikation genutzt, um den Gierwinkel des Führungsfahrzeugs 100 Yaw_L an die Steuerung 145 des Folgefahrzeugs 140 zu melden. Die Gierwinkel Yaw_L und Yaw_F werden, wie gezeigt, in das x-y-Koordinatensystem umgerechnet. Im Beispielfall ist der Gierwinkel des Folgefahrzeugs 140 YaW_F im x-y-Koordinatensystem gleich 0. Der Unterschied ΔYaw ist: $Δ Y a w = Y a w_{F} - Y a w_{L}$
Wie bereits erwähnt, wird zusätzlich zum Gierwinkel des Führungsfahrzeugs 100 Yaw_L auch der Lenkradwinkel des Führungsfahrzeugs 100 SWA_L über die C2C-Kommunikation von der Steuerung 145 des Folgefahrzeugs 140 ermittelt. Auf Grundlage dieses Winkels und des Radstands des Führungsfahrzeugs 100 L_L ermittelt die Steuerung 145 den Wenderadius R des Führungsfahrzeugs 100 mit Hilfe des Führungsfahrradmodells 210 wie folgt: $R = \frac{L_{L}}{S W A_{L} * S G R}$
In Gleichung 2 ist die Lenkübersetzung (SGR) ein Umrechnungsfaktor zwischen dem Lenkradwinkel des Führungsfahrzeugs 100 SWA_L und dem Laufradwinkel (d. h. dem Winkel des Vorderrads des Führungsfahrradmodells 210). Dann wird die Trajektorie (d. h. die geschätzte Bahn 150) des Führungsfahrzeugs 100 im x-y-Koordinatensystem gemäß der Formel für einen Kreis geschätzt: $R^{2} = x^{2} + {(y - R)}^{2}$
Das heißt, sobald der Wenderadius R des Führungsfahrzeugs 100 auf Grundlage seines Lenkradwinkels SWA_L ermittelt worden ist, kann die Trajektorie für die Bahn 150 gemäß GI. 3 geschätzt werden. Diese wird immer dann aktualisiert, wenn sich der Lenkradwinkel des Führungsfahrzeugs 100 SWA_L ändert. In ähnlicher Weise wird die Differenz ΔYaw gemäß Gl. 1 aktualisiert.
Wie bereits erwähnt, hält das Folgefahrzeug 140, egal ob es zurücksetzt oder folgt, einen vorgeschriebenen Abstand d vom Führungsfahrzeug 100 und eine vorgeschriebene azimutale oder seitliche Abweichung (Winkel α) vom Führungsfahrzeug 100 ein. Das Folgefahrzeug 140 kann mit Hilfe von Sensoren 130 (z. B. Lidarsystem) seinen Abstand d und Azimutwinkel α zum Führungsfahrzeug 100 ermitteln. Wie in 2 gezeigt, liegt der Azimutwinkel α zwischen der y-Achse (Ausrichtung des Folgefahrzeugs in 2) und einer Linie zwischen dem vorderen Mittelpunkt des Folgefahrradmodells 220 und dem hinteren Mittelpunkt des Führungsfahrradmodells 210. Auf Grundlage dieses Abstands d und des Azimutwinkels α kann die Position des Folgefahrzeugs 140 im x-y-Koordinatensystem wie folgt ermittelt werden: $x_{ƒ} = \frac{L_{ƒ}}{2} + d * sin (α + Δ Y a w)$
$y_{ƒ} = d * c o s (α + Δ Y a w)$
In 2 ist der Abstand d vom Hinterrad des Führungsfahrradmodells 210 zum Vorderrad des Folgefahrradmodells 220 gezeigt und die Position x_f, y_f des Folgefahrradmodells 220 befindet sich im Schwerpunkt (COG) des Folgefahrradmodells 220. Diese beispielhafte Ausgestaltung soll jedoch nicht einschränkend sein. Die Position x_f, y_f des Folgefahrradmodells 220 kann stattdessen das Vorder- oder Hinterrad des Folgefahrradmodells 220 sein und der Abstand d kann stattdessen der Abstand von einem anderen Teil des Führungsfahrradmodells 210 zu einem anderen Teil des Folgefahrradmodells 220 sein. Die Gleichungen gemäß einer oder mehrerer Ausgestaltungen ermöglichen die seitliche Steuerung des Folgefahrzeugs 140 auf Grundlage einer der alternativen Ausgestaltungen. Im Allgemeinen ermitteln die Sensoren 130 (z. B. Lidarsystem, Kameras) am Führungsfahrzeug 100 und am Folgefahrzeug 140, die einander zugewandt sind (z. B. die Rückseite des Führungsfahrzeugs 100 und die Vorderseite des Folgefahrzeugs 140), den Abstand d zwischen denselben.
Während des Rücksetzvorgangs kann der Lenkradwinkel des Folgefahrzeugs 140 SWA_F, der die seitliche Bewegung des Folgefahrzeugs 140 steuert, wie folgt ermittelt werden: $S W A_{F} = k 1 * (Y a w_{F} - Y a w_{p a t h}) + arctan (k 2 * \frac{d_{p a t h}}{s p e e d})$
Bei alternativen Ausgestaltungen kann der Lenkradwinkel des Folgefahrzeugs 140 SWA_F mit einem anderen bekannten Ansatz, wie z. B. der reinen Verfolgung, berechnet werden. Die Geschwindigkeit in GI. 6 bezieht sich auf die Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs 100, die der Steuerung 145 des Folgefahrzeugs 140 über die C2C-Kommunikation auf Grundlage des Tachometers des Führungsfahrzeugs 100 zur Verfügung gestellt oder von einem oder mehreren Sensoren 130 des Folgefahrzeugs 140 gemäß alternativer Ausgestaltungen ermittelt wird.
Die Gierbewegung der Bahn 150 Yaw_path bezieht sich auf die Gierbewegung des Führungsfahrzeugs 100 an einem Punkt x', y' auf der Bahn 150, während es die Bahn 150 abfährt. Die Gierbewegung der Bahn 150 Yaw_path ergibt sich als Winkel a zwischen einer Tangente T an den Kreis, der die Bahn 150 gemäß Gl. 3 an dem Punkt x', y' definiert, der normalerweise der dem Folgefahrzeug 140 am nächsten liegende Punkt der Bahn 150 ist. Dieser Punkt x', y' entlang der Bahn 150 kann aus Gl. 3 ermittelt werden, indem y' = y_f gesetzt wird (d. h. das Führungsfahrzeug 100 wird weiter hinten auf der Bahn 150 an der Position des Folgefahrzeugs 140 platziert), um z. B. nach x' zu lösen. Der Abstand zur Bahn 150 d_path ist der Abstand von der Position x_f, y_f des Folgefahrzeugs 140 zu der durch den Kreis in GI. 3 definierten Bahn. Das heißt, der Abstand zu der Bahn 150 d_path ist der Abstand von der Position x_f, y_f zu einem Punkt x', y' auf der Bahn 150 (d. h. auf dem Kreis, der durch GI. 3 definiert ist). In Gleichung 6 sind k1 und k2 Abstimmparameter. Insbesondere sind k1 und k2 Funktionen der Geschwindigkeit und hängen auch von der Kinematik und Dynamik des Folgefahrzeugs 140 ab. Diese Werte können z. B. durch Tests ermittelt werden, um ein bestimmtes Ansprechverhalten der Steuerung 145 des Folgefahrzeugs 140 zu erhalten (d. h. um den seitlichen Versatzfehler innerhalb einer vorgegebenen Zeit zu korrigieren).
Der Lenkradwinkel des Folgefahrzeugs 140 SWA_F, der gemäß Gl. 6 ermittelt wird, stellt die Bahn 160 des Folgefahrzeugs 140 auf Grundlage von Gl. 2 und 3 bereit. Das heißt, der Wenderadius des Folgefahrzeugs 140 wird unter Verwendung des Radstands des Folgefahrzeugs 140 L_F und des Lenkradwinkels des Folgefahrzeugs 140 SWA_F in Gl. 2 ermittelt. Die Gleichung für die Bahn 160 kann dann unter Verwendung von Gl. 3 ermittelt werden.
3 zeigt einen Prozessablauf eines Verfahrens 300 zum Zurücksetzen eines Folgefahrzeugs 140 gemäß einer oder mehrerer Ausgestaltungen. In Block 310 ermittelt die Steuerung 145 des Folgefahrzeugs 140 Informationen über das Führungsfahrzeug 100. Die Informationen können z. B. über die C2C-Kommunikation ermittelt werden. Die Informationen umfassen die Geschwindigkeit und die Gierbewegung des Führungsfahrzeugs 100 Yaw_L, den Radstand des Führungsfahrzeugs L_L und den Lenkradwinkel des Führungsfahrzeugs 100 SWA_L. In Block 320 ermittelt das Folgefahrzeug 140 den Abstand d zum Führungsfahrzeug 100 und den Winkel α vom Führungsfahrzeug 100. Diese Ermittlung kann z. B. regelmäßig wiederholt werden. Wie bereits erwähnt, können diese Informationen über einen Sensor 130 (z. B. Lidarsystem) des Folgefahrzeugs 140 ermittelt werden.
In Block 330 werden der Wenderadius R berechnet und die Formel für die Bahn 150 des Führungsfahrzeugs 100 gemäß GI. 2 und 3 ermittelt. In Block 340 wird die Position x_f, y_f des Folgefahrzeugs 140 im gleichen x-y-Koordinatensystem ermittelt, das zum Ermitteln der Bahn 150 des Führungsfahrzeugs 100 verwendet wird. Für diese Ermittlung werden die Gleichungen 4 und 5 verwendet. In Block 350 erfolgt die Ermittlung des Lenkradwinkels des Folgefahrzeugs 140 SWA_F gemäß GI. 6. In Block 360 erfolgt die Steuerung des Folgefahrzeugs 140 während des Rücksetzvorgangs gemäß der Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs 100 und dem Lenkradwinkel des Folgefahrzeugs 140 SWA_F. Die Geschwindigkeit des Folgefahrzeugs 140 wird so eingestellt, dass sie genau der Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs 100 entspricht. Insbesondere kann die Geschwindigkeit des Folgefahrzeugs 140 auf einen vorgegebenen Wert unterhalb der Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs 100 eingestellt werden oder z. B. innerhalb eines Schwellenwertbereichs der Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs 100 gehalten werden.
Das in 3 beschriebene Verfahren 300 stellt einen teilautonomen Rücksetzvorgang dar, da die Steuerung 145 des Folgefahrzeugs 100 Informationen vom Führungsfahrzeug 100 verwendet, um das Folgefahrzeug 140 schließlich zurückzusetzen. Die Vorgänge 310 bis 360 werden während des Zurücksetzens des Führungsfahrzeugs 100 und des Folgefahrzeugs 140 wiederholt. Diese Wiederholung kann gemäß alternativer Ausgestaltungen ereignisbasiert oder periodisch sein. Beispielsweise kann eine Änderung einer der Werte (z. B. eine C2C-Nachricht des Führungsfahrzeugs 100, die einen anderen Lenkradwinkel des Führungsfahrzeugs 100 SWA_L meldet, die Ermittlung eines anderen Abstands d) eine erneute Ausführung der in 3 gezeigten Vorgänge auslösen. Alternativ können alle Werte in den Blöcken 310 und 320 ermittelt werden und die Ermittlungen können regelmäßig wiederholt werden.
Während die obige Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausgestaltungen beschrieben wurde, ist es unter Fachleuten bekannt, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und gleichwertige Elemente ersetzt werden können, ohne vom Anwendungsbereich abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne vom wesentlichen Umfang der Offenbarung abzuweichen. Daher soll die vorliegende Offenbarung nicht auf die besonderen Ausgestaltungen beschränkt sein, sondern alle Ausgestaltungen umfassen, die in ihren Umfang fallen

Claims

Verfahren zum Zurücksetzen eines teilautonomen Folgefahrzeugs, wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln einer Geschwindigkeit eines Führungsfahrzeugs, das sich vor dem zurücksetzenden Folgefahrzeug befindet und nicht an demselben angehängt ist, durch einen Prozessor des Folgefahrzeugs, Schätzen einer Bahn des Führungsfahrzeugs durch den Prozessor des Folgefahrzeugs, Ermitteln einer Bahn für das Folgefahrzeug auf Grundlage der Bahn des Führungsfahrzeugs durch den Prozessor des Folgefahrzeugs und Steuern der Längsbewegung des Folgefahrzeugs auf Grundlage der Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs und der Querbewegung des Folgefahrzeugs auf Grundlage der Bahn für das Folgefahrzeug durch den Prozessor des Folgefahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Ermitteln eines Radstands L_L des Führungsfahrzeugs und eines Lenkradwinkels SWA_L des Führungsfahrzeugs durch den Prozessor des Folgefahrzeugs, wobei das Ermitteln der Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs, des Radstands L_L des Führungsfahrzeugs und des Lenkradwinkels SWA_L des Führungsfahrzeugs über eine von dem Führungsfahrzeug ausgehende Car-to-Car-Kommunikation (C2C-Kommunikation) erfolgt, wobei das Schätzen der Bahn des Führungsfahrzeugs das Ermitteln eines Wenderadius R wie folgt umfasst: $R = \frac{L_{L}}{S W A_{L} * S G R},$
wobei SGR einer Lenkübersetzung entspricht, die ein Umrechnungsfaktor zwischen dem Lenkradwinkel SWA_L und einem Laufradwinkel ist, wobei das Schätzen der Bahn des Führungsfahrzeugs das Erzeugen einer Trajektorie in einem x-y-Koordinatensystem wie folgt umfasst: $R^{2} = x^{2} + {(y - R)}^{2},$
und das Verfahren das unter Verwendung des Prozessors des Folgefahrzeugs erfolgende Ermitteln einer Position des Folgefahrzeugs in dem x-y-Koordinatensystem wie folgt umfasst: $x_{ƒ} = \frac{L_{ƒ}}{2} + d * sin (α + Δ Y a w)$
und $y_{ƒ} = d * c o s (α + Δ Y a w),$
wobei d ein Abstand zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug ist, α ein Azimutwinkel zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug ist, L_f ein Radstand des Folgefahrzeugs ist und ΔYaw eine Differenz zwischen einer Gierbewegung des Führungsfahrzeugs und einer Gierbewegung des Folgefahrzeugs ist.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Ermitteln des Abstands d zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug und des Azimutwinkels α zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug unter Verwendung eines Sensors des Folgefahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Ermitteln der Gierbewegung des Führungsfahrzeugs über die C2C-Kommunikation, das Ermitteln der Gierbewegung des Folgefahrzeugs über einen Sensor und das Ermitteln der Differenz ΔYaw als die Gierbewegung des Führungsfahrzeugs, subtrahiert von der Gierbewegung des Folgefahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Ermitteln der Bahn für das Folgefahrzeug das Berechnen eines Lenkradwinkels SWA_F des Folgefahrzeugs umfasst, wobei das Berechnen das Ermitteln der Gierbewegung des Führungsfahrzeugs an einem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs und das Ermitteln eines Abstands von dem Folgefahrzeug zu dem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs umfasst, wobei das Ermitteln der Gierbewegung des Führungsfahrzeugs an dem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs das Ermitteln eines Winkels zwischen dem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs und einer Linie, die die Bahn des Führungsfahrzeugs an dem Punkt tangential berührt, umfasst und das Berechnen des Lenkradwinkels SWA_F des Folgefahrzeugs das Verwenden von Abstimmungsparametern, die eine Funktion der Geschwindigkeit sind, umfasst.
System zur Durchführung eines teilautonomen Zurücksetzens, wobei das System umfasst: ein Führungsfahrzeug, das dazu ausgelegt ist, über eine Car-to-Car-Kommunikation (C2C-Kommunikation) eine Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs bereitzustellen, und einen Prozessor eines Folgefahrzeugs, der nicht physisch mit dem Führungsfahrzeug gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, eine Bahn des Führungsfahrzeugs zu schätzen, eine Bahn für das Folgefahrzeug auf Grundlage der Bahn des Führungsfahrzeugs zu ermitteln und eine Längsbewegung des Folgefahrzeugs auf Grundlage der Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs und eine Querbewegung des Folgefahrzeugs auf Grundlage der Bahn für das Folgefahrzeug zu steuern.
System nach Anspruch 6, wobei der Prozessor des Folgefahrzeugs dazu ausgelegt ist, einen Radstand L_L des Führungsfahrzeugs und einen Lenkradwinkel SWA_L des Führungsfahrzeugs über eine von dem Führungsfahrzeug ausgehende Car-to-Car-Kommunikation (C2C-Kommunikation) zu ermitteln, wobei der Prozessor des Folgefahrzeugs dazu ausgelegt ist, die Bahn des Führungsfahrzeugs durch Bestimmen eines Wenderadius R wie folgt zu schätzen: $R = \frac{L_{L}}{S W A_{L} * S G R},$
wobei SGR einer Lenkübersetzung entspricht, die ein Umrechnungsfaktor zwischen dem Lenkradwinkel SA_L und einem Laufradwinkel ist, wobei der Prozessor des Folgefahrzeugs dazu ausgelegt ist, die Bahn des Führungsfahrzeugs durch Erzeugen einer Trajektorie in einem x-y-Koordinatensystem wie folgt zu schätzen: $R^{2} = x^{2} + {(y - R)}^{2},$
und der Prozessor des Folgefahrzeugs dazu ausgelegt ist, eine Position des Folgefahrzeugs in dem x-y-Koordinatensystem wie folgt zu ermitteln: $x_{ƒ} = \frac{L_{ƒ}}{2} + d * sin (α + Δ Y a w)$
und $y_{ƒ} = d * c o s (α + Δ Y a w),$
wobei d ein Abstand zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug ist, α ein Azimutwinkel zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug ist, L_f ein Radstand des Folgefahrzeugs ist und ΔYaw eine Differenz zwischen einer Gierbewegung des Führungsfahrzeugs und einer Gierbewegung des Folgefahrzeugs ist.
System nach Anspruch 7, wobei der Prozessor des Folgefahrzeugs dazu ausgelegt ist, den Abstand d zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug und den Azimutwinkel α zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug unter Verwendung eines Sensors des Folgefahrzeugs zu ermitteln.
System nach Anspruch 7, wobei der Prozessor des Folgefahrzeugs dazu ausgelegt ist, die Gierbewegung des Führungsfahrzeugs über die C2C-Kommunikation zu ermitteln, die Gierbewegung des Folgefahrzeugs über einen Sensor zu ermitteln und die Differenz ΔYaw als die Gierbewegung des Führungsfahrzeugs subtrahiert von der Gierbewegung des Folgefahrzeugs zu ermitteln.
System nach Anspruch 7, wobei der Prozessor des Folgefahrzeugs dazu ausgelegt ist, die Bahn für das Folgefahrzeug durch Berechnen eines Lenkradwinkels SWA_F des Folgefahrzeugs zu ermitteln, wobei das Berechnen das Ermitteln einer Gierbewegung des Führungsfahrzeugs an einem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs und das Ermitteln eines Abstands von dem Folgefahrzeug zu dem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs umfasst, wobei der Prozessor des Folgefahrzeugs dazu ausgelegt ist, die Gierbewegung des Führungsfahrzeugs an dem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs zu ermitteln, indem er einen Winkel zwischen dem Punkt in der Bahn des Führungsfahrzeugs und einer Linie ermittelt, die die Bahn des Führungsfahrzeugs an dem Punkt tangential berührt, und der Prozessor des Folgefahrzeugs dazu ausgelegt ist, den Lenkradwinkel SWA_F des Folgefahrzeugs unter Verwendung von Abstimmungsparametern zu berechnen, die eine Funktion der Geschwindigkeit sind.