DE102021115170A1

DE102021115170A1 - Fahrassistenzsystem und Fahrassistenzverfahren zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102021115170A1
Application number: DE102021115170.8A
Authority: DE
Inventors: Felix Rempe
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-06-11
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2022-12-15

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Fahrassistenzsystem zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs (10), insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Das Fahrassistenzsystem (100) umfasst ein Routing-Modul (110), das eingerichtet ist, um eine Fahrtroute zu einem Routenziel zu bestimmen; ein Vorhersage-Modul (120), das eingerichtet ist, um für jeden Streckenabschnitt einer Vielzahl von Streckenabschnitten der Fahrtroute einen Fahrmodus zu prognostizieren, wobei der Fahrmodus ein automatisierter Fahrmodus oder ein manueller Fahrmodus ist, und wobei das Vorhersage-Modul eingerichtet ist, um den Fahrmodus für jeden Streckenabschnitt basierend auf einer Verkehrsgeschwindigkeit (vtr) auf dem Streckenabschnitt und/oder einer Verkehrsdichte (ktr) auf dem Streckenabschnitt zu prognostizieren; und ein Steuermodul (130), das eingerichtet ist, um wenigstens eine Fahrzeugfunktion basierend auf den prognostizieren Fahrmodi der Vielzahl von Streckenabschnitten anzusteuern.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Fahrassistenzsystem zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs, ein Fahrzeug mit einem solchen Fahrassistenzsystem, ein Fahrassistenzverfahren zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs und ein Speichermedium zum Ausführen des Fahrassistenzverfahrens. Die vorliegende Offenbarung betrifft insbesondere eine Vorhersage von Streckenabschnitten, auf denen ein automatisiertes Fahren möglich ist.
Stand der Technik
Fahrassistenzsysteme zum automatisierten Fahren gewinnen stetig an Bedeutung. Das automatisierte Fahren kann mit verschiedenen Automatisierungsgraden erfolgen. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind ein assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes oder vollautomatisiertes Fahren. Diese Automatisierungsgrade wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) definiert (siehe BASt-Publikation „Forschung kompakt“, Ausgabe 11/2012). Beispielsweise sind die Fahrzeuge mit Level 4 vollautonom im Stadtbetrieb unterwegs.
Im Rahmen des automatisierten Fahrens erfolgt oftmals eine Routenplanung von einem Startpunkt zu einem Routenziel sowie eine Prognose für Ankunftszeiten und/oder Reisezeiten. Eine wesentliche Herausforderung solcher Prognosen besteht darin, zeitlich und räumlich exakte Verkehrsgeschwindigkeiten entlang einer Route zu prognostizieren. Beispielsweise kann die raumzeitliche Dynamik von Verkehrsstaus ein Problem für die zuvor genannten Prognosen darstellen. Da Staus dynamisch entstehen, sich auflösen und die Staugrenzen raumzeitlich beweglich sind, kann es für ein automatisiert fahrendes Fahrzeug schwierig sein, vorausschauend zu agieren.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Fahrassistenzsystem zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs, ein Fahrzeug mit einem solchen Fahrassistenzsystem, ein Fahrassistenzverfahren zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs und ein Speichermedium zum Ausführen des Fahrassistenzverfahrens anzugeben, die ein vorausschauendes Agieren von Fahrassistenzsystemen zum automatisierten Fahren ermöglichen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Sicherheit im Straßenverkehr bei der Nutzung von Fahrassistenzsystemen zum automatisierten Fahren zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrassistenzsystem zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, angegeben. Das Fahrassistenzsystem umfasst ein Routing-Modul, das eingerichtet ist, um eine Fahrtroute zu einem Routenziel zu bestimmen; ein Vorhersage-Modul, das eingerichtet ist, um für jeden Streckenabschnitt einer Vielzahl von Streckenabschnitten einen Fahrmodus zu prognostizieren, wobei der Fahrmodus aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem automatisierten Fahrmodus und einem manuellen Fahrmodus besteht, und wobei das Vorhersage-Modul eingerichtet ist, um den Fahrmodus für jeden Streckenabschnitt basierend auf einer Verkehrsgeschwindigkeit auf dem Streckenabschnitt und/oder einer Verkehrsdichte auf dem Streckenabschnitt zu prognostizieren; und ein Steuermodul, das eingerichtet ist, um wenigstens eine Fahrzeugfunktion basierend auf den prognostizieren Fahrmodi der Vielzahl von Streckenabschnitten anzusteuern.
Die Verkehrsgeschwindigkeit gibt eine Geschwindigkeit der auf dem Streckenabschnitt vorhandenen Fahrzeuge an. Die Verkehrsgeschwindigkeit kann zum Beispiel eine mittlere Geschwindigkeit aller auf dem Streckenabschnitt vorhandener Fahrzeuge zu einem bestimmten Zeitpunkt sein.
Die Verkehrsdichte kann als Fahrzeuge pro Streckeneinheit definiert sein. Eine Streckeneinheit kann dabei zum Beispiel ein Kilometer sein, so dass die Verkehrsdichte als Fahrzeuge pro Kilometer definiert ist.
In einigen Ausführungsformen kann das Fahrassistenzsystem eingerichtet sein, um die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte allein basierend auf der Verkehrsgeschwindigkeit durchzuführen.
In anderen Ausführungsformen kann das Fahrassistenzsystem eingerichtet sein, um die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte allein basierend auf der Verkehrsdichte durchzuführen.
In noch anderen Ausführungsformen kann das Fahrassistenzsystem eingerichtet sein, um die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte basierend auf der Verkehrsgeschwindigkeit und der Verkehrsdichte, also einer Kombination davon, durchzuführen.
Erfindungsgemäß wird unter Verwendung der Verkehrsgeschwindigkeit und/oder der Verkehrsdichte für vorausliegende Streckenabschnitte bestimmt, ob ein automatisiertes Fahren auf den Streckenabschnitten möglich ist oder nicht. Insbesondere kann für jeden Streckenabschnitt eine Adäquanz bestimmt werden, die als die Fähigkeit des Fahrzeugs, auf einem Streckenabschnitt im automatisierten Fahrmodus zu fahren, definiert ist. Die Verkehrsgeschwindigkeit und/oder der Verkehrsdichte ermöglichen dabei eine exakte Prognose, welcher Fahrmodus für einen vorausliegenden Streckenabschnitt möglich und/oder erlaubt ist.
Dadurch kann zum Beispiel ein automatisches Umschalten vom automatisierten Fahrmodus auf den manueller Fahrmodus erfolgen, wenn das Fahrzeug einen Streckenabschnitt, auf dem nur der manuelle Fahrmodus möglich ist, erreicht. Optional kann vor dem Umschalten in den manuellen Fahrmodus auch ein Take-over Request zeitoptimiert an den Fahrer ausgegeben werden. Im Ergebnis wird ein vorausschauendes Agieren des Fahrassistenzsystems ermöglicht, wodurch insbesondere eine Verkehrssicherheit beim automatisierten Fahren verbessert werden kann.
Das Routing-Modul und/oder das Vorhersagemodul und/oder das Steuermodul können in einem gemeinsamen Software- und/oder Hardware-Modul realisiert sein. Alternativ dazu können das Routing-Modul und/oder das Vorhersagemodul und/oder das Steuermodul jeweils in getrennten Software- und/oder Hardware-Modulen realisiert sein.
Unter dem Begriff „automatisiertes Fahren“ kann im Rahmen des Dokuments ein Fahren mit automatisierter Längs- oder Querführung oder ein autonomes Fahren mit automatisierter Längs- und Querführung verstanden werden. Bei dem automatisierten Fahren kann es sich beispielsweise um ein zeitlich längeres Fahren auf der Autobahn oder um ein zeitlich begrenztes Fahren im Rahmen des Einparkens oder Rangierens handeln. Der Begriff „automatisiertes Fahren“ umfasst ein automatisiertes Fahren mit einem beliebigen Automatisierungsgrad. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind ein assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes oder vollautomatisiertes Fahren. Diese Automatisierungsgrade wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) definiert (siehe BASt-Publikation „Forschung kompakt“, Ausgabe 11/2012).
Beim assistierten Fahren führt der Fahrer dauerhaft die Längs- oder Querführung aus, während das System die jeweils andere Funktion in gewissen Grenzen übernimmt. Beim teilautomatisierten Fahren (TAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum und/oder in spezifischen Situationen, wobei der Fahrer das System wie beim assistierten Fahren dauerhaft überwachen muss. Beim hochautomatisierten Fahren (HAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum, ohne dass der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss; der Fahrer muss aber in einer gewissen Zeit in der Lage sein, die Fahrzeugführung zu übernehmen. Beim vollautomatisierten Fahren (VAF) kann das System für einen spezifischen Anwendungsfall das Fahren in allen Situationen automatisch bewältigen; für diesen Anwendungsfall ist kein Fahrer mehr erforderlich.
Die vorstehend genannten vier Automatisierungsgrade entsprechen den SAE-Level 1 bis 4 der Norm SAE J3016 (SAE International - früher Society of Automotive Engineering). Beispielsweise entspricht das hochautomatisierte Fahren (HAF) Level 3 der Norm SAE J3016. Ferner ist in der SAE J3016 noch der SAE-Level 5 als höchster Automatisierungsgrad vorgesehen, der in der Definition der BASt nicht enthalten ist. Der SAE-Level 5 entspricht einem fahrerlosen Fahren, bei dem das System während der ganzen Fahrt alle Situationen wie ein menschlicher Fahrer automatisch bewältigen kann; ein Fahrer ist generell nicht mehr erforderlich.
Vorzugsweise ist das Fahrassistenzsystem eingerichtet, um einen Automatisierungsgrad gemäß SAE-Level 3 zu implementieren.
SAE-Level 3 entspricht einer Bedingungsautomatisierung der Fahrzeugführung. Bei einer derartigen Bedingungsautomatisierung der Fahrzeugführung muss der Fahrer das Fahrassistenzsystem nicht ununterbrochen überwachen. Das Fahrassistenzsystem führt selbstständig Funktionen wie das Auslösen des Blinkers, Spurwechsel und Spurhalten durch. Es muss jedoch sichergestellt sein, dass der Fahrer bei Bedarf innerhalb einer bestimmten Zeit auf eine Aufforderung (z.B. Take-over Request, TOR) durch das Fahrassistenzsystem hin die Führung des Fahrzeugs übernehmen kann.
In einigen Ausführungsformen kann das Fahrassistenzsystem ein Stauassistent sein. Stauassistenten sind im Allgemeinen eine Kombination der ACC (Adaptive Cruise Control) und eines Spurhalteassistenten. Das Fahrassistenzsystem kann somit in einer Stausituation selbstständig beschleunigen, bremsen und lenken.
Vorzugsweise ist das Routing-Modul eingerichtet ist, um die Fahrtroute unter Verwendung eine Routing-Algorithmus zu bestimmen.
Vorzugsweise ist das Vorhersage-Modul eingerichtet, um den Fahrmodus basierend auf der Verkehrsgeschwindigkeit und einer Systemgeschwindigkeitsbegrenzung zu prognostizieren. Die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung kann eine aus technischen, gesetzlichen und/oder anderen Gründen vorgegebene Geschwindigkeit sein, bis zu der das Fahrzeug im automatisierten Modus fahren kann und/oder darf.
Vorzugsweise ist das Vorhersage-Modul eingerichtet, um den automatisierten Fahrmodus für einen Streckenabschnitt zu prognostizieren, wenn die Verkehrsgeschwindigkeit auf dem Streckenabschnitt gleich oder kleiner als die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung ist. Das Vorhersage-Modul kann weiter eingerichtet sein, um den manuellen Fahrmodus für einen Streckenabschnitt zu prognostizieren, wenn die Verkehrsgeschwindigkeit auf dem Streckenabschnitt gleich oder größer als die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung ist.
Vorzugsweise ist das Vorhersage-Modul eingerichtet, um den Fahrmodus weiter basierend auf einer Streckengeschwindigkeitsbegrenzung zu prognostizieren.
In einem ersten Beispiel kann das Vorhersage-Modul eingerichtet sein, um den automatisierten Fahrmodus für einen Streckenabschnitt zu prognostizieren, wenn die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung gleich oder größer als die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung ist. Das Vorhersage-Modul kann weiter eingerichtet sein, um den manuellen Fahrmodus für einen Streckenabschnitt zu prognostizieren, wenn die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung gleich oder kleiner als die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung ist. Damit kann verhindert werden, dass das Fahrzeug im automatisierten Fahrmodus langsamer als die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung fährt, so dass das Fahrzeug kein Hindernis für andere schnellere Fahrzeuge darstellt.
In einem zweiten Beispiel kann das Vorhersage-Modul eingerichtet sein, um den automatisierten Fahrmodus für einen Streckenabschnitt zu prognostizieren, wenn

(i) die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung gleich oder kleiner als die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung ist; und/oder
(ii) die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung gleich oder größer als die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung ist und eine Differenz zwischen der Streckengeschwindigkeitsbegrenzung und der Systemgeschwindigkeitsbegrenzung gleich oder kleiner als eine Schwelle ist. Die Schwelle kann zum Beispiel 5km/h oder weniger, 10km/h oder weniger, 20km/h oder weniger, oder 30km/h oder weniger sein.

Der manuelle Fahrmodus kann in allen anderen Fällen prognostiziert werden, also wenn die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung gleich oder größer als die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung ist und die Differenz zwischen der Streckengeschwindigkeitsbegrenzung und der Systemgeschwindigkeitsbegrenzung gleich oder größer als die Schwelle ist. Damit kann verhindert werden, dass das Fahrzeug im automatisierten Fahrmodus wesentlich langsamer als die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung fährt, so dass das Fahrzeug kein Hindernis für andere schnellere Fahrzeuge darstellt.
Vorzugsweise ist das Vorhersage-Modul eingerichtet, um den Fahrmodus basierend auf der Verkehrsdichte und einem Schwellwert der Verkehrsdichte zu prognostizieren. Beispielsweise kann das Vorhersage-Modul eingerichtet sein, um den automatisierten Fahrmodus zu prognostizieren, wenn die Verkehrsdichte gleich oder größer als der Schwellwert der Verkehrsdichte ist, und um den manuellen Fahrmodus zu prognostizieren, wenn die Verkehrsdichte gleich oder kleiner als der Schwellwert der Verkehrsdichte ist.
Beispielsweise kann das Fahrzeug nur dann im automatisierten Modus fahren, wenn ein anderes Fahrzeug vorausfährt (Car-Following-Kriterium). Die Verkehrsdichte und der Schwellwert der Verkehrsdichte können daher verwendet werden, um zu bestimmen, ob das Car-Following-Kriterium auf einem bestimmten Streckenabschnitt zumindest mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit erfüllt ist.
Vorzugsweise ist das Vorhersage-Modul eingerichtet, um die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte zu Beginn der Fahrt, insbesondere im Rahmen der Bestimmung der Fahrtroute, durchzuführen.
Ergänzend oder alternativ ist das Vorhersage-Modul eingerichtet, um die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte während der Fahrt, insbesondere mehrfach und/oder kontinuierlich, durchzuführen.
Vorzugsweise ist das Vorhersage-Modul eingerichtet, um die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte unter Verwendung eines neuronales Netzes durchzuführen. Das neuronale Netz kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die ein Deep Neural Network, ein Convolutional Neural Network und ein Recurrent Neural Network umfasst, oder die daraus besteht.
In einigen Ausführungsformen kann das neuronale Netz datengetrieben und/oder mittels Methoden des maschinellen Lernens trainiert werden.
Vorzugsweise umfasst das Ansteuern der wenigstens eine Fahrzeugfunktion einen oder mehrere der folgenden Aspekte:

- Ausgeben eines Take-over Requests;
- Umschalten des Fahrmodus vom automatisierten Fahrmodus zum manuellen Fahrmodus oder vom manuellen Fahrmodus zum automatisierten Fahrmodus;
- Einstellen wenigstens eines Betriebsparameters des Fahrzeugs, insbesondere in Bezug auf ein Lenkrad, eine Beleuchtung, ein Bremssystem (z.B. Vorkonditionierung in Form einer Bremsdruckregelung, um im Extremfall stärker bremsen zu können) und/oder eine Motorkonfiguration (z.B. Umschalten auf Benutzerpräferenzen);
- Umschalten des Fahrmodus von einem ersten automatisierten Fahrmodus auf einen zweiten automatisierten Fahrmodus (der erste automatisierte Fahrmodus und der zweite automatisierte Fahrmodus sind verschiedene Fahrmodi; im Falle, dass der aktuelle automatisierte Fahrmodus beendet wird, kann z.B. eine Aktivierung einer niedrigeren Stufe (Level 1, Level 2) erfolgen, z.B. Lenk- und Spurhalteassistent).

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, angegeben. Das Fahrzeug umfasst zumindest einen Teil des Fahrassistenzsystems zum automatisierten Fahren gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Vorzugsweise ist das gesamte Fahrassistenzsystem im Fahrzeug integriert. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf begrenzt und zumindest ein Teil des Fahrassistenzsystems, wie zum Beispiel das Routing-Modul und/oder das Vorhersage-Modul, können außerhalb des Fahrzeugs zum Beispiel in einer zentralen Einheit oder einem Backend implementiert sein. Das Steuermodul kann im Fahrzeug integriert sein. In diesem Fall kann eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug und der zentralen Einheit vorhanden sein, um die Funktionalität des Fahrassistenzsystems zu ermöglichen. Die Kommunikationsverbindung kann zum Beispiel mittels eines mobilen Netzwerks, wie einem LTE-Netz oder 5G-Netz, implementiert werden
Der Begriff Fahrzeug umfasst PKW, LKW, Busse, Wohnmobile, Krafträder, etc., die der Beförderung von Personen, Gütern, etc. dienen. Insbesondere umfasst der Begriff Kraftfahrzeuge zur Personenbeförderung.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrassistenzverfahren zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, angegeben. Das Fahrassistenzverfahren umfasst ein Bestimmen einer Fahrtroute zu einem Routenziel; ein Prognostizieren, für jeden Streckenabschnitt einer Vielzahl von Streckenabschnitten der Fahrtroute, eines Fahrmodus, wobei der Fahrmodus aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem automatisierten Fahrmodus und einem manuellen Fahrmodus besteht, und wobei der Fahrmodus für jeden Streckenabschnitt basierend auf einer Verkehrsgeschwindigkeit auf dem Streckenabschnitt und/oder einer Verkehrsdichte auf dem Streckenabschnitt prognostiziert wird; und ein Ansteuern wenigstens einer Fahrzeugfunktion basierend auf den prognostizieren Fahrmodi der Vielzahl von Streckenabschnitten.
Das Fahrassistenzverfahren kann die Aspekte des in diesem Dokument beschriebenen Fahrassistenzsystems zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs implementieren.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Software (SW) Programm angegeben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Fahrassistenzverfahren zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs auszuführen.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Speichermedium angegeben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Fahrassistenzverfahren zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs auszuführen.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Software mit Programmcode zur Durchführung des Fahrassistenzverfahrens zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs auszuführen, wenn die Software auf einer oder mehreren softwaregesteuerten Einrichtungen abläuft.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 schematisch ein Fahrzeug mit einem Fahrassistenzsystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
2A und 2B schematisch den Einfluss einer Verkehrsgeschwindigkeit auf möglichen Fahrmodi für einzelne Streckenabschnitte,
3A und 3B schematisch den Einfluss einer Verkehrsdichte auf möglichen Fahrmodi für einzelne Streckenabschnitte,
4 schematisch eine Änderung einer Verkehrsgeschwindigkeit während der Fahrt,
5 schematisch eine Änderung einer Verkehrsdichte während der Fahrt,
6A und 6B schematisch eine Adäquanz in Raum und Zeit gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
7 schematisch ein neuronales Netz mit Schichten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
8 eine Ausgabe eines Take-over Requests gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, und
9 ein Flussdiagramm eines Fahrassistenzverfahrens gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Ausführungsformen der Offenbarung
Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 10 mit einem Fahrassistenzsystem 100 zum automatisierten Fahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Das Fahrzeug 10 umfasst das Fahrassistenzsystem 100 zum automatisierten Fahren. Beim automatisierten Fahren erfolgt die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs 10 automatisch. Das Fahrassistenzsystem 100 übernimmt also die Fahrzeugführung. Hierzu steuert das Fahrassistenzsystem 100 den Antrieb 20, das Getriebe 22, die hydraulische Betriebsbremse 24 und die Lenkung 26 über nicht dargestellte Zwischeneinheiten.
Zur Planung und Durchführung des automatisierten Fahrens werden Umfeldinformationen einer Umfeldsensorik, die das Fahrzeugumfeld beobachtet, vom Fahrerassistenzsystem 100 entgegengenommen. Insbesondere kann das Fahrzeug wenigstens einen Umgebungssensor 12 umfassen, der zur Aufnahme von Umgebungsdaten, die das Fahrzeugumfeld angeben, eingerichtet ist. Vorzugsweise umfasst der wenigstens eine Umgebungssensor 12 wenigstens ein LiDAR-System und/oder wenigstens ein Radar-System und/oder wenigstens eine Kamera und/oder wenigstens ein Ultraschall-System und/oder wenigstens einen Laserscanner.
In einigen Ausführungsformen kann das Fahrassistenzsystem 100 ein Stauassistent sein. Das Fahrassistenzsystem 100 ist bei Geschwindigkeiten unterhalb einer vorbestimmten Schwelle aktiv. Die vorbestimmte Schwelle kann zum Beispiel 60km/h sein. Wenn das Fahrzeug diese Geschwindigkeitsgrenze überschreitet, erscheint ein Warnhinweis (Take-over Request, TOR). Der Take-over Request ist eine Aufforderung an den Fahrer, die Fahrzeugführung zu übernehmen. In diesem Fall kann der Stauassistent deaktiviert werden und die Fahrzeugführung an den Fahrer übergeben werden.
Bei Fahrassistenzsystemen zum automatisierten Fahren, wie beim zuvor beschriebenen Stauassistenten, können also Bedingungen definiert sein, unter denen das Fahrzeug automatisiert betrieben werden kann. Solche Bedingungen können statischer oder dynamischer Natur sein. Statische Bedingungen sind zum Beispiel eine Breite der Fahrspur, das Vorhandensein von physischen Trennwänden auf der Straße, die Anzahl der Fahrspuren und die vorherrschende Geschwindigkeitsbegrenzung. Dynamische Bedingungen sind Bedingungen, deren Vorhandensein und/oder Einfluss auf die Fähigkeit des Fahrzeugs, automatisiert zu fahren, sich im Laufe der Zeit in Abhängigkeit von bestimmten Orten auf einer Straße ändert. Beispielsweise ist die Höhe eines Niederschlags aufgrund einer eingeschränkten Sicht bei starkem Regen eine dynamische Bedingung, die einen Einfluss auf die Fähigkeit zum automatisierten Fahren hat.
Erfindungsgemäß werden als weitere Bedingungen, unter denen das Fahrzeug automatisiert betrieben werden kann, eine Verkehrsgeschwindigkeit und/oder eine Verkehrsdichte auf vorausliegenden Streckenabschnitten berücksichtigt. Insbesondere kann für jeden Streckenabschnitt eine Adäquanz bestimmt werden, die als die Fähigkeit des Fahrzeugs, auf einem Streckenabschnitt im automatisierten Fahrmodus zu fahren, definiert ist.
Hierzu umfasst das Fahrassistenzsystem 100 ein Routing-Modul 110, das eingerichtet ist, um eine Fahrtroute zu einem Routenziel zu bestimmen; ein Vorhersage-Modul 120, das eingerichtet ist, um für jeden Streckenabschnitt einer Vielzahl von Streckenabschnitten der Fahrtroute einen Fahrmodus zu prognostizieren, wobei der Fahrmodus ein automatisierter Fahrmodus oder ein manueller Fahrmodus ist, und wobei das Vorhersage-Modul 120 eingerichtet ist, um den Fahrmodus für jeden Streckenabschnitt basierend auf einer Verkehrsgeschwindigkeit auf dem Streckenabschnitt und/oder einer Verkehrsdichte auf dem Streckenabschnitt zu prognostizieren; und ein Steuermodul 130, das eingerichtet ist, um wenigstens eine Fahrzeugfunktion basierend auf den prognostizieren Fahrmodi der Vielzahl von Streckenabschnitten anzusteuern.
Erfindungsgemäß wird also für Streckenabschnitte der Fahrtroute unter Verwendung der Verkehrsgeschwindigkeit und/oder der Verkehrsdichte im Voraus bestimmt, ob ein automatisiertes Fahren auf den Streckenabschnitten möglich ist oder nicht. Dadurch kann zum Beispiel ein automatisches Umschalten vom automatisierten Fahrmodus auf den manuellen Fahrmodus erfolgen, wenn das Fahrzeug einen Streckenabschnitt, auf dem nur der manuelle Fahrmodus möglich ist, erreicht. Optional kann vor dem Umschalten in den manuellen Fahrmodus auch ein Take-over Request zeitoptimiert an den Fahrer ausgegeben werden. Im Ergebnis wird ein vorausschauendes Agieren des Fahrassistenzsystems 100 ermöglicht, wodurch insbesondere eine Verkehrssicherheit beim automatisierten Fahren verbessert werden kann.
Im Beispiel der 1 sind das Routing-Modul 110, das Vorhersage-Modul 120 und das Steuermodul 130 im Fahrzeug 10 integriert. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf begrenzt und zumindest ein Teil des Fahrassistenzsystems 100, wie zum Beispiel das Routing-Modul 110 und/oder das Vorhersage-Modul 120, können außerhalb des Fahrzeugs 10 zum Beispiel in einer zentralen Einheit oder einem Backend implementiert sein. Das Steuermodul 130 kann im Fahrzeug 10 integriert sein. In diesem Fall kann eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug 10 und der zentralen Einheit vorhanden sein, um die Funktionalität des Fahrassistenzsystems 100 zu ermöglichen. Die Kommunikationsverbindung kann zum Beispiel mittels eines mobilen Netzwerks, wie einem LTE-Netz oder 5G-Netz, implementiert werden.
2A und 2B zeigen schematisch den Einfluss einer Verkehrsgeschwindigkeit auf möglichen Fahrmodi für einzelne Streckenabschnitte.
2A zeigt Streckenabschnitte I-V mit automatisiertem Fahrmodus (weiße Abschnitte I, III und V) und manuellem Fahrmodus (gestreifte Abschnitte II und IV). Der manuelle Fahrmodus wird immer dann gewählt, wenn der automatisierte Fahrmodus nicht möglich ist bzw. die für den automatisierten Fahrmodus notwendigen Bedingungen nicht erfüllt sind. 2B zeigt eine beispielhafte Bestimmung der in der 2A gezeigten Streckenabschnitte unter Verwendung der Verkehrsgeschwindigkeit.
Bezugnehmend auf die 2B gibt die x-Achse eine Strecke x entlang der Fahrtroute an, und die y-Achse gibt eine Geschwindigkeit v in Abhängigkeit einer Position auf der Fahrtroute an. Insbesondere sind eine Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li (gepunktete Linie), eine Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th (gestrichelte Linie) und eine Verkehrsgeschwindigkeit v_tr (durchgezogene Linie) dargestellt.
Die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li ist ein verbindlicher Grenzwert für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf einem bestimmten Streckenabschnitt, die vom Fahrzeug nicht überschritten werden darf (zulässige oder erlaubte Höchstgeschwindigkeit bzw. Tempolimit).
Aus technischen, gesetzlichen und/oder anderen Gründen kann es sein, dass ein Fahrzeug nur bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit im automatisierten Modus fahren kann und/oder darf. Eine solche Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th ist zum Beispiel für Stauassistenten vorgeschrieben, in Deutschland sind dies zum Beispiel etwa 60km/h.
Die Verkehrsgeschwindigkeit v_tr gibt eine Geschwindigkeit der auf dem Streckenabschnitt vorhandenen Fahrzeuge an. Die Verkehrsgeschwindigkeit v_tr kann zum Beispiel eine mittlere Geschwindigkeit aller auf dem Streckenabschnitt vorhandener Fahrzeuge zu einem bestimmten Zeitpunkt sein. Die Verkehrsgeschwindigkeit v_tr kann auch als „Geschwindigkeit des Verkehrsflusses“ bezeichnet werden.
Auf Streckenabschnitten, auf denen die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li niedriger als die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th ist, ist im Allgemeinen keine Einschränkung für den Betrieb des Fahrzeugs im automatisierten Modus gegeben.
Ist die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li (z.B. 130km/h) jedoch größer als die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th (z.B. 50km/h), darf und/oder kann das Fahrzeug jedoch nicht im automatisierten Modus betrieben werden. Insbesondere könnte beim Fahren im automatisierten Modus mit v_th die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit anderen Fahrzeugen steigen, was zu einem schweren Verkehrsunfall führen kann. In diesem Fall kann der Fahrer aufgefordert werden, manuell zu fahren.
Es kann jedoch Fälle geben, in denen die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li zwar größer als die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th ist, das Fahrzeug aber trotzdem im automatisierten Fahrmodus betrieben und seine Geschwindigkeit auf die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th begrenzt werden kann. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn eine Differenz zwischen der Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li und der Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th kleiner oder gleich einer Schwelle ist. Beispielsweise besteht bei einer Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th von 90km/h und einer Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li von 100km/h möglicherweise keine Gefahr, und das Fahren in einem automatisierten Modus kann dann möglich sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird bei der Bestimmung des Fahrmodus die Verkehrsgeschwindigkeit v_tr berücksichtigt.
Im ersten Streckenabschnitt I liegt sowohl die Verkehrsgeschwindigkeit v_tr als auch die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li unter der Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th, so dass dem ersten Streckenabschnitt I der automatisierte Fahrmodus zugeordnet wird.
Im zweiten Streckenabschnitt II liegt sowohl die Verkehrsgeschwindigkeit v_tr als auch die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li über der Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th, so dass dem zweiten Streckenabschnitt II der manuelle Fahrmodus zugeordnet wird.
Im dritten Streckenabschnitt III liegt die Verkehrsgeschwindigkeit v_tr unter der Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th und die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li liegt über der Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th, so dass dem dritten Streckenabschnitt III der automatisierte Fahrmodus zugeordnet wird. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th weniger als eine Schwelle unter der Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li liegt, so dass das Fahrzeug trotz der Unterschreitung der Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li keine Gefahr für andere Verkehrsteilnehmer darstellt.
Im vierten Streckenabschnitt IV liegt sowohl die Verkehrsgeschwindigkeit v_tr als auch die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li über der Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th, so dass dem vierten Streckenabschnitt IV der manuelle Fahrmodus zugeordnet wird.
Im fünften Streckenabschnitt V liegt die Verkehrsgeschwindigkeit v_tr unter der Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th und die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li liegt über der Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th, so dass dem fünften Streckenabschnitt V der automatisierte Fahrmodus zugeordnet wird. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th weniger als die Schwelle unter der Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li liegt, so dass das Fahrzeug trotz der Unterschreitung der Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li keine Gefahr für andere Verkehrsteilnehmer darstellt.
Wie aus der Darstellung der 2B ersichtlich ist, kann sich die Länge der Streckenabschnitte, in denen kontinuierlich derselbe Fahrmodus vorhanden ist, aus dem Verlauf der Verkehrsgeschwindigkeit v_tr ergeben. Beispielsweise können Anfangspunkte und Endpunkte x₁, x₂, x₃, x₄ eines jeden Streckenabschnitts durch einen jeweiligen Kreuzungspunkt der Verkehrsgeschwindigkeit v_tr und der Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th definiert bzw. gegeben sein.
Bei ungestörtem Verkehrsfluss, wie beispielswiese auf Autobahnen, können die Fahrzeuggeschwindigkeiten anderer Verkehrsteilnehmer bei freiem Verkehr bis zur geltenden Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li reichen. Daher kann bei ungestörtem Verkehrsfluss die vorherrschende Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li verwendet werden, um den Einfluss der Verkehrsgeschwindigkeit v_tr auf die Betriebsart des Fahrzeugs, also automatisiert oder manuell, zu beurteilen. Insbesondere kann bei freiem Verkehr die Streckengeschwindigkeitsbegrenzung v_li als Verkehrsgeschwindigkeit v_tr angenommen werden, also v_tr = v_li (z.B. im ersten Streckenabschnitt I, zweiten Streckenabschnitt II und vierten Streckenabschnitt IV).
Im Stau, also wenn die Verkehrsdichte hoch ist und die Geschwindigkeiten der Fahrzeuge deutlich abnehmen, kann jedoch auch die Verkehrsgeschwindigkeit v_tr deutlich verringert sein (z.B. im dritten Streckenabschnitt III und fünften Streckenabschnitt V). In diesem Fall kann die Verkehrsgeschwindigkeit v_tr beispielsweise niedriger als die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung v_th sein und somit möglicherweise den Betrieb des Fahrzeugs im automatisierten Modus ermöglichen.
3A und 3B zeigen schematisch den Einfluss einer Verkehrsdichte auf möglichen Fahrmodi für einzelne Streckenabschnitte.
3A zeigt Streckenabschnitte I-IV mit automatisiertem Fahrmodus (weiße Abschnitte I und III) und manuellem Fahrmodus (gestreifte Abschnitte II und IV). Der manuelle Fahrmodus wird immer dann gewählt, wenn der automatisierte Fahrmodus nicht möglich ist bzw. die für den automatisierten Fahrmodus notwendigen Bedingungen nicht erfüllt sind. 3B zeigt eine beispielhafte Bestimmung der in der 3A gezeigten Streckenabschnitte unter Verwendung der Verkehrsdichte.
In einigen Ausführungsformen kann ein Fahrzeug nur dann im automatisierten Modus fahren, wenn ein anderes Fahrzeug vorausfährt (Car-Following-Kriterium). Dies reduziert sicherheitsrelevante Risiken, da sich das automatisierte Fahrzeug auf die Fahrfähigkeiten des vorausfahrenden Fahrzeugs verlassen kann. Das vorausfahrende Fahrzeug würde z.B. anhalten, bevor es auf ein Hindernis auffährt, oder bei ungünstigen Umgebungsbedingungen wie Glätte, Nebel usw. langsamer fahren. Um die Wahrscheinlichkeit abzuschätzen, ein vorausfahrendes Fahrzeug zu finden, kann die Verkehrsdichte (Einheit = Fahrzeuge pro Kilometer) verwendet werden. Der automatisierte Fahrmodus kann also für einen Streckenabschnitt prognostiziert werden, wenn die Verkehrsdichte k_tr auf dem Streckenabschnitt gleich oder größer als ein bestimmter Schwellwert k_th ist.
Bezugnehmend auf die 3B liegt die Verkehrsdichte k_tr auf dem ersten Streckenabschnitt I über dem Schwellwert k_th, so dass dem ersten Streckenabschnitt I der automatisierte Fahrmodus zugeordnet wird.
Im zweiten Streckenabschnitt II liegt die Verkehrsdichte k_tr unter dem Schwellwert k_th, so dass dem zweiten Streckenabschnitt II der manuelle Fahrmodus zugeordnet wird.
Im dritten Streckenabschnitt III liegt die Verkehrsdichte k_tr über dem Schwellwert k_th, so dass dem dritten Streckenabschnitt III der automatisierte Fahrmodus zugeordnet wird.
Im vierten Streckenabschnitt IV liegt die Verkehrsdichte k_tr wieder unter dem Schwellwert k_th, so dass dem vierten Streckenabschnitt IV der manuelle Fahrmodus zugeordnet wird.
Wie aus der Darstellung der 3B ersichtlich ist, kann sich die Länge der Streckenabschnitte, in denen kontinuierlich derselbe Fahrmodus vorhanden ist, aus dem Verlauf der Verkehrsdichte k_tr ergeben. Beispielsweise können Anfangspunkte und Endpunkte x₁, x₂, x₃ eines jeden Streckenabschnitts durch einen jeweiligen Kreuzungspunkt der Verkehrsdichte k_tr und des Schwellwerts k_th definiert bzw. gegeben sein.
In einigen Ausführungsformen kann das Fahrassistenzsystem eingerichtet sein, um die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte allein basierend auf der Verkehrsgeschwindigkeit durchzuführen.
In anderen Ausführungsformen kann das Fahrassistenzsystem eingerichtet sein, um die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte allein basierend auf der Verkehrsdichte durchzuführen.
In noch anderen Ausführungsformen kann das Fahrassistenzsystem eingerichtet sein, um die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte basierend auf der Verkehrsgeschwindigkeit und der Verkehrsdichte, also einer Kombination davon, durchzuführen.
In den 2A, 2B, 3A und 3B ist dargestellt, dass sich der Fahrmodus entlang der Fahrtroute vom manuellen Fahrmodus zum automatisierten Fahrmodus sowie vom automatisierten Fahrmodus zum manuellen Fahrmodus ändern kann.
Wenn aus technischen, gesetzlichen und/oder anderen Gründen ein Übergang vom automatisierten Fahrmodus zum manuellen Fahrmodus erforderlich ist, muss der Fahrer eine bestimmte Zeit im Voraus gewarnt werden, beispielsweise mittels eines Take-over Requests. Die Zeit für die Ausgabe des Take-over Requests kann zwischen wenigen Sekunden und Minuten variieren. Nur ein Fahrer, der vorsorglich gewarnt wird, ist in der Lage, die Kontrolle über das Fahrzeug sicher zu übernehmen. Die erfindungsgemäße Prognose der Zeiten und Orte, an denen eine Übernahme notwendig ist, basiert auf der Verkehrsgeschwindigkeit und/oder der Verkehrsdichte, wodurch die Prognose akkurat und daher zuverlässig ist.
In einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann das Fahrassistenzsystem eingerichtet sein, um die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte zu Beginn der Fahrt, insbesondere im Rahmen der Bestimmung der Fahrtroute, durchzuführen. So können neben der geschätzten Ankunftszeit zwei weitere Attribute mit der Fahrtroute verknüpft werden: die Anzahl der Take-over Requests (TORs) und die Zeit des automatisierten Fahrens (TAD). Diese Attribute können den Fahrer beispielsweise bei der Auswahl seiner bevorzugten Route unterstützen. Um die TORs und die TAD abschätzen zu können, sollte eine Vorhersage von v_tr so früh wie möglich und/oder so genau wie möglich zur Verfügung stehen.
Ergänzend oder alternativ kann das Fahrassistenzsystem eingerichtet sein, um die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte während der Fahrt, insbesondere mehrfach und/oder kontinuierlich, durchzuführen. Durch das iterative Aktualisieren der Prognose für alle Zeiten und Orte entlang der verbleibenden Fahrtroute kann die Prognose beispielsweise an geänderte Umstände (z.B. ein neuer Stau, ein aufgelöster Stau, etc.) angepasst werden. Dies wird im Folgenden anhand der 4 und 5 erläutert.
Während der Fahrt können sich die Verkehrsbedingungen ändern. Zum Beispiel löst sich ein Stau auf. Auch die Positionen von Staufronten können sich verschieben (Wanderstau). Daher werden in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die zukünftigen Verkehrsbedingungen vorhergesagt und für die Prognose der Fahrmodi auf den einzelnen Streckenabschnitten verwendet.
Im Beispiel der 4 sind die Verkehrsgeschwindigkeit v_tr zu Beginn der Fahrt und die während der Fahrt tatsächlich erfahrene Verkehrsgeschwindigkeit v_ex dargestellt. Im Beispiel der 5 sind die Verkehrsdichte k_tr zu Beginn der Fahrt und die während der Fahrt tatsächlich erfahrene Verkehrsdichte k_ex dargestellt. Durch das iterative Aktualisieren der Prognose für alle Zeiten und Orte entlang der verbleibenden Fahrtroute können die für die Prognose verwendete Verkehrsgeschwindigkeit und Verkehrsdichte an die tatsächlich erfahrene Verkehrsgeschwindigkeit v_ex bzw. die tatsächlich erfahrene Verkehrsdichte k_ex angenähert werden, wodurch die Prognose verbessert werden kann.
6A und 6B zeigen schematisch eine Adäquanz A in Raum und Zeit gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Die Adäquanz A ist als Fähigkeit des Fahrzeugs, auf einem Streckenabschnitt im automatisierten Fahrmodus zu fahren, definiert. Für eine technische Implementierung der Prognose der Fahrmodi können Raum und Zeit diskretisiert werden. Insbesondere kann der Raum in Segmente der Länge dx diskretisiert werden, und die Zeit kann in Segmente der Länge dt diskretisiert werden.
6B zeigt eine Trajektorie T des Fahrzeugs in Raum und Zeit, wobei für jedes Raum- und Zeitsegment eine Adäquanz A und damit ein Fahrmodus bestimmt werden kann. Beispielsweise kann A = 1 den automatisierten Fahrmodus angeben, und A=0 kann den manuellen Fahrmodus angeben.
Somit kann die Gesamtzeit des automatisierten Fahrers auf der Fahrtroute wie folgt berechnet werden: $\int_{t_{0}}^{t_{e n d}} A (t, x (t)) d t$
Hier ist A(T, x(T)) die Zeit-Raum-Kontinuum-Adäquanz, x(t) ist die Position des Fahrzeugs zur Zeit t und t_end ist die Ankunftszeit des Fahrzeugs am Routenziel.
Zudem kann die Anzahl der Take-over Requests durch Zählen aller Übergänge von A = 1 zu A=0 entlang der Fahrtroute bestimmt werden.
7 zeigt schematisch ein neuronales Netz mit Schichten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
In einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann das Vorhersage-Modul eingerichtet sein, um die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte unter Verwendung eines neuronales Netzes durchzuführen. Das neuronale Netz kann zum Beispiel ein Deep Neural Network, ein Convolutional Neural Network oder ein Recurrent Neural Network sein.
Typischerweise kann das neuronale Netz datengetrieben und/oder mittels Methoden des maschinellen Lernens trainiert werden.
Im Folgenden ist ein konkretes Anwendungsbeispiel erläutert.
Es wird angenommen, dass das Routen-Modul des Fahrassistenzsystems eine Fahrtroute mit einer Länge von 5km ausgibt und die Fahrtdauer auf 10 Minuten schätzt. Bei einer Diskretisierung von dx = 100m und dt = 30s ergeben sich N_x = 50 Intervalle in der Raumdimension und N_t = 20 Intervalle in der Zeitdimension.
Ein Prognose-Algorithmus verwendet als Eingabe für das neuronale Netz die Adäquanzwerte aller Raumintervalle zum aktuellen Zeitpunkt sowie die Adäquanzwerte aller Raumintervalle der vorangegangenen L Zeitintervalle. Das (vortrainierte) neuronale Netz berechnet die Adäquanz für alle Raum- und Zeitintervalle in der Zukunft bis zu N_t Zeitschritten. Bei einem geschätzten Fahrgeschwindigkeitsprofil des Fahrzeugs werden die jeweiligen Adäquanzwerte in Zeit und Raum gewählt, die das Fahrzeug voraussichtlich passieren wird.
Im Ergebnis steht eine vorhergesagte HAF-Zeit zur Verfügung und kann z.B. zur Anzeige für den Fahrer verwendet werden. Zudem ist das Zeit- und Raumintervall entlang der Fahrtroute verfügbar, auf dem das Fahrzeug potenziell im automatisierten Modus fahren kann.
Dies ermöglicht verschiedene Anwendungsfälle. Zum Beispiel können Fahrzeugeinstellungen im Voraus angepasst oder eingestellt werden, so dass die Übernahme der Kontrolle erleichtert wird (z.B. Lenkrad einstellen, Beleuchtung anpassen, Motorkonfiguration auf Benutzerpräferenzen umschalten usw.).
Ergänzend oder alternativ kann eine Warnung (Take-over Request) für den Fahrer ausgegeben werden, wenn der Fahrer die Kontrolle übernehmen soll. Ein entsprechender Prozess für die Ausgabe eines Take-over Requests ist beispielhaft in der 8 dargestellt.
Während der Fahrt im automatisierten Fahrmodus kann der Fahrer unaufmerksam sein. Der automatisierte Fahrmodus kann beispielsweise aufgrund eines Verkehrsstaus aktiviert werden, der die Geschwindigkeit des Verkehrsflusses unter v_th senkt. Wenn sich das Fahrzeug dem Ende des Staus nähert, wo die Verkehrsgeschwindigkeit v_th überschreiten und somit möglicherweise der automatisierte Fahrmodus deaktiviert werden könnte, muss der Fahrer im Voraus gewarnt werden.
Der Prozess bestimmt zuerst, ob der automatisierte Fahrmodus aktiv ist (Block 810). Ist dies der Fall, wird im Block 820 beispielsweise bestimmt, ob die Straße in x Metern stromabwärts voraussichtlich geeignet ist, um automatisiert zu fahren. Wird dies verneint, kann im Block 830 der Take-over Request ausgegeben werden. Wird die Eignung zum automatisierten Fahren im Block 820 jedoch bejaht, kann der Prozess k Sekunden warten (Block 840), um dann wieder beim Block 810 zu beginnen.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Fahrassistenzverfahrens 900 zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Fahrassistenzverfahren 900 kann durch eine entsprechende Software implementiert werden, die durch einen oder mehrere Prozessoren (z.B. eine CPU) ausführbar ist.
Das Fahrassistenzverfahren 900 umfasst im Block 910 ein Bestimmen einer Fahrtroute zu einem Routenziel; im Block 920 ein Prognostizieren, für jeden Streckenabschnitt einer Vielzahl von Streckenabschnitten, eines Fahrmodus, wobei der Fahrmodus ein automatisierter Fahrmodus oder ein manueller Fahrmodus ist, und wobei der Fahrmodus für jeden Streckenabschnitt basierend auf einer Verkehrsgeschwindigkeit auf dem Streckenabschnitt und/oder einer Verkehrsdichte auf dem Streckenabschnitt prognostiziert wird; und im Block 930 ein Ansteuern wenigstens einer Fahrzeugfunktion basierend auf den prognostizieren Fahrmodi der Vielzahl von Streckenabschnitten.
Erfindungsgemäß wird unter Verwendung der Verkehrsgeschwindigkeit und/oder der Verkehrsdichte für vorausliegende Streckenabschnitte bestimmt, ob ein automatisiertes Fahren auf den Streckenabschnitten möglich ist oder nicht. Die Verkehrsgeschwindigkeit und/oder der Verkehrsdichte ermöglichen dabei eine exakte Prognose, welcher Fahrmodus für einen vorausliegenden Streckenabschnitt möglich und/oder erlaubt ist. Dadurch kann zum Beispiel ein automatisches Umschalten vom automatisierten Fahrmodus auf den manueller Fahrmodus erfolgen, wenn das Fahrzeug einen Streckenabschnitt, auf dem nur der manuelle Fahrmodus möglich ist, erreicht. Optional kann vor dem Umschalten in den manuellen Fahrmodus auch ein Take-over Request zeitoptimiert an den Fahrer ausgegeben werden. Im Ergebnis wird ein vorausschauendes Agieren des Fahrassistenzsystems ermöglicht, wodurch insbesondere eine Verkehrssicherheit beim automatisierten Fahren verbessert werden kann.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, 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. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.

Claims

Fahrassistenzsystem (100) zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs (10), umfassend: ein Routing-Modul (110), das eingerichtet ist, um eine Fahrtroute zu einem Routenziel zu bestimmen; ein Vorhersage-Modul (120), das eingerichtet ist, um für jeden Streckenabschnitt einer Vielzahl von Streckenabschnitten der Fahrtroute einen Fahrmodus zu prognostizieren, wobei der Fahrmodus ein automatisierter Fahrmodus oder ein manueller Fahrmodus ist, und wobei das Vorhersage-Modul eingerichtet ist, um den Fahrmodus für jeden Streckenabschnitt basierend auf einer Verkehrsgeschwindigkeit (v_tr) auf dem Streckenabschnitt und/oder einer Verkehrsdichte (k_tr) auf dem Streckenabschnitt zu prognostizieren; und ein Steuermodul (130), das eingerichtet ist, um wenigstens eine Fahrzeugfunktion basierend auf den prognostizieren Fahrmodi der Vielzahl von Streckenabschnitten anzusteuern.
Das Fahrassistenzsystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Vorhersage-Modul (120) eingerichtet ist, um den Fahrmodus basierend auf der Verkehrsgeschwindigkeit (v_tr) und einer Systemgeschwindigkeitsbegrenzung (v_th) zu prognostizieren.
Das Fahrassistenzsystem (100) nach Anspruch 2, wobei das Vorhersage-Modul (120) eingerichtet ist, um den automatisierten Fahrmodus zu prognostizieren, wenn die Verkehrsgeschwindigkeit (v_tr) gleich oder kleiner als die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung ist (v_th), und wobei das Vorhersage-Modul (120) eingerichtet ist, um den manuellen Fahrmodus zu prognostizieren, wenn die Verkehrsgeschwindigkeit (v_tr) größer als die Systemgeschwindigkeitsbegrenzung (v_th) ist.
Das Fahrassistenzsystem (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Vorhersage-Modul (120) eingerichtet ist, um den Fahrmodus weiter basierend auf einer Streckengeschwindigkeitsbegrenzung (v_li) zu prognostizieren.
Das Fahrassistenzsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Vorhersage-Modul (120) eingerichtet ist, um den Fahrmodus basierend auf der Verkehrsdichte (k_tr) und einem Schwellwert (k_th) der Verkehrsdichte zu prognostizieren.
Das Fahrassistenzsystem (100) nach Anspruch 5, wobei das Vorhersage-Modul (120) eingerichtet ist, um den automatisierten Fahrmodus zu prognostizieren, wenn die Verkehrsdichte (k_tr) gleich oder größer als der Schwellwert (k_th) der Verkehrsdichte ist, und wobei das Vorhersage-Modul (120) eingerichtet ist, um den manuellen Fahrmodus zu prognostizieren, wenn die Verkehrsdichte (k_tr) kleiner als der Schwellwert (k_th) der Verkehrsdichte ist.
Das Fahrassistenzsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Vorhersage-Modul (120) eingerichtet ist, um: (i) die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte zu Beginn der Fahrt, insbesondere im Rahmen der Bestimmung der Fahrtroute, durchzuführen; und/oder (ii) die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte während der Fahrt, insbesondere mehrfach und/oder kontinuierlich, durchzuführen.
Das Fahrassistenzsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Vorhersage-Modul (120) eingerichtet ist, um die Prognose der Fahrmodi für die Streckenabschnitte unter Verwendung eines neuronales Netzes durchzuführen.
Das Fahrassistenzsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Ansteuern der wenigstens eine Fahrzeugfunktion einen oder mehrere der folgenden Aspekte umfasst: - Ausgeben eines Take-over Requests; - Umschalten des Fahrmodus vom automatisierten Fahrmodus zum manuellen Fahrmodus oder vom manuellen Fahrmodus zum automatisierten Fahrmodus; - Einstellen wenigstens eines Betriebsparameters des Fahrzeugs (10), insbesondere in Bezug auf ein Lenkrad, eine Beleuchtung, ein Bremssystem und/oder eine Motorkonfiguration; - Umschalten des Fahrmodus von einem ersten automatisierten Fahrmodus auf einen zweiten automatisierten Fahrmodus.
Fahrzeug (10), insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend das Fahrassistenzsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Fahrassistenzverfahren (900) zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs, umfassend: Bestimmen (910) einer Fahrtroute zu einem Routenziel; Prognostizieren (920), für jeden Streckenabschnitt einer Vielzahl von Streckenabschnitten der Fahrtroute, eines Fahrmodus, wobei der Fahrmodus ein automatisierter Fahrmodus oder ein manueller Fahrmodus ist, und wobei der Fahrmodus für jeden Streckenabschnitt basierend auf einer Verkehrsgeschwindigkeit auf dem Streckenabschnitt und/oder einer Verkehrsdichte auf dem Streckenabschnitt prognostiziert wird; und Ansteuern (930) wenigstens einer Fahrzeugfunktion basierend auf den prognostizieren Fahrmodi der Vielzahl von Streckenabschnitten.
Speichermedium, umfassend ein Software-Programm, das eingerichtet ist, um auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt zu werden, und um dadurch das Fahrassistenzverfahren (900) gemäß Anspruch 11 auszuführen.