DE102021206030A1

DE102021206030A1 - Verfahren zum Betreiben zumindest teilweise automatisiert fahrender Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102021206030A1
Application number: DE102021206030.7A
Authority: DE
Inventors: Adwait Sanjay Kale; Fabian MUELLER
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-06-14
Filing date: 2021-06-14
Publication date: 2022-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines zumindest teilweise automatisiert fahrenden Fahrzeugs (120), wobei eine Trajektorie (T) mit mehreren zukünftigen, zeitlich voneinander beabstandeten Sollwerten (a0, a1, a2) für wenigstens eine, ein Fahrverhalten eines anderen, insbesondere vorausfahrenden, Fahrzeugs (110) bestimmenden Größe (a), erhalten wird, und wobei das Fahrzeug (120) unter Berücksichtigung der Sollwerte der Trajektorie (T) betrieben wird. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (110), das eine solche Trajektorie ermittelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben zumindest teilweise automatisiert fahrender Fahrzeuge, die z.B. zu einem Fahrzeugverbund gehören, eine Recheneinheit bzw. einen Recheneinheitenverbund und ein Computerprogramm zu deren Durchführung, sowie ein solches Fahrzeug.
Hintergrund der Erfindung
Bei modernen Fahrzeugen kommen immer mehr Funktionalitäten zum Einsatz, die beim Fahren unterstützen oder sogar ein (vollständig) automatisiertes Fahren ermöglichen. Beispielsweise kann ein Fahrzeug einem vorausfahrenden Fahrzeug in einem bestimmten Abstand folgen. Dies wird auch als „Adaptive Cruise Control“ (ACC) bezeichnet.
Im LKW-Bereich gibt es z.B. unter dem Begriff „Platooning“ Entwicklungen in Richtung autonomes bzw. automatisiertes Fahren. Darunter ist insbesondere ein Verbund mehrerer teilweise oder gar vollständig automatisiert und vernetzt hintereinanderfahrender Fahrzeuge, insbesondere LKWs, zu verstehen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden Verfahren zum Betreiben zumindest teilweise automatisiert fahrender Fahrzeuge, eine Recheneinheit bzw. einen Recheneinheitenverbund und ein Computerprogramm zu deren Durchführung, sowie ein solches Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Betrieb von Fahrzeugen, die zumindest teilweise automatisiert fahren. Hierunter können Fahrzeuge verstanden werden, die vollständig automatisiert fahren, also ohne Eingriff oder Zutun eines menschlichen Fahrers, aber auch Fahrzeuge, bei denen ein Fahrer lediglich unterstützt wird. Dies kann z.B. umfassen, dass das Fahrzeug zeitweise einem vorausfahrenden Fahrzeug folgt, ohne oder ggf. auch mit Lenkeingriff.
Wie eingangs schon erwähnt, kann im Rahmen des sog. „Adaptive Cruise Control“ ein Fahrzeug einem vorausfahrenden Fahrzeug in einem bestimmten Abstand (automatisiert) folgen. Hierzu werden z.B. in das Fahrzeug integrierte Sensoren wie Radar-Sensoren, Lidar-Sensoren, Kameras und Ultraschallsensoren verwendet, um den aktuellen Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug zu bestimmen und basierend darauf dann z.B. die eigene Geschwindigkeit (über Beschleunigen bzw. Bremsen) anzupassen. So kann z.B. der Abstand im Rahmen einer Regelung möglichst konstant gehalten werden.
Eine Erweiterung dieses „Adaptive Cruise Control“ ist das sog. „Cooperative Adaptive Cruise Control“ (CACC). Hierbei erhält das Fahrzeug vom vorausfahrenden Fahrzeug immer wieder einen Wert über die aktuelle Geschwindigkeit oder auch einen aktuellen Wert einer Beschleunigung (positiv wie negativ, also auch zu einer Verzögerung). Das Fahrzeug, das diese Information erhält, kann dann noch genauer und schneller seine eigene Geschwindigkeit anpassen, um z.B. den Abstand genauer einzuhalten.
Das CACC stützt sich dabei auf die (drahtlose) Kommunikation zwischen (zwei oder auch mehr) Fahrzeugen, auch als V2V-Kommunikation (Vehicle-to-Vehicle) bezeichnet, um die typischerweise kleinen Abstände zwischen den Fahrzeugen sicher zu steuern, insbesondere bei Bremsmanövern. Diese V2V-Kommunikation wird verwendet, um die erwähnten Informationen wie Verzögerungssollwerte an folgende Fahrzeuge zu übertragen. Als Kommunikationsmedium kommt hier z.B. WLAN, Bluetooth oder auch Mobilfunk (dann indirekt) in Betracht.
Ein typischer Austausch solcher Verzögerungssollwerte als Punkt-zu-Punkt-Informationen bedeutet, dass ein Verzögerungssollwert gesendet wird, der bei jedem diskreten Zeitschritt in dem jeweiligen gesteuerten Fahrzeug vorhergesagt bzw. berechnet und dann auch verwendet wird. Bei der V2V-Kommunikation zwischen Fahrzeugen kann es jedoch aus verschiedenen Gründen zu zeitweiligen oder vollständigen Ausfällen kommen, z.B. aufgrund von Störungen auf dem Übertragungskanal, begrenzter Bandbreite und dergleichen.
Wenn das vorausfahrende Fahrzeug nach einem Ausfall der V2V-Kommunikation abbremsen muss, können auch die Sensoren oder Systeme wie Radar, Kamera oder Ultraschall an Bord des nachfolgenden Fahrzeugs keine Sicherheit garantieren. Dies liegt daran, dass diese Sensoren nur basierend auf Messungen des Fahrzeugabstands und der relativen Geschwindigkeit reagieren können, was zu einer insgesamt langsamen Systemreaktionszeit führt. Solche On-Board-Sensoren erkennen die Änderung der Fahrzeuglücke (d.h. des Abstands zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fahrzeugen) meist nur langsam.
Eine Möglichkeit, dem abzuhelfen, ist eine gewisse Redundanz in der V2V-Kommunikation selbst, z.B. in Bezug auf einen anderen Kanal (Übertragungskanal) oder eine andere Technologie. Denkbar ist z.B. eine Kombination aus dem ITS-G5 oder DSRC („Direct Short Range Communication“) basierend auf IEEE 802.11 p Standard und LTE-V. Genau wie die V2V-Kommunikation auf Basis von DSRC oder IST-G5 kann auch die (redundante) V2V-Kommunikation auf Basis von LTE-V ausfallen. Im schlimmsten Fall könnte dies gleichzeitig passieren.
Denkbar ist auch die Verwendung einer Frontkamera zum Erkennen eines Bremslichts des vorausfahrenden Fahrzeugs, um sofort mit dem Abbremsen beginnen zu können. Dies ermöglicht zwar eine schnellere Reaktion im Vergleich zu ihrer Ableitung basierend auf den Attributen der gemessenen Objekte (Abstand). Hier kann jedoch das Ausmaß der Verzögerung, das für eine angemessene und sichere Reaktion nachfolgender Fahrzeuge erforderlich ist, typischerweise nur erreicht werden, wenn weitere Informationen zur Verfügung stehen.
Außerdem kann es zu Einschränkungen je nach Umwelt- und Wetterbedingungen kommen, z.B. bei Nebel und schlechter Sicht.
Vor diesem Hintergrund wird vorgeschlagen, dass von einem (vorausfahrenden) Fahrzeug eine Trajektorie mit mehreren zukünftigen, zeitlich voneinander beabstandeten Sollwerten für wenigstens eine, insbesondere dieselbe Größe bestimmt wird, welche ein Fahrverhalten des Fahrzeugs bestimmt. Bei einer solchen Größe kann es sich insbesondere um eine Beschleunigung (eine positive Beschleunigung, insbesondere aber auch eine Verzögerung, also eine negative Beschleunigung) handeln, ebenso kommen aber z.B. die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Getriebeübersetzung des Fahrzeugs, sowie eine Gierrate in Betracht.
Diese Sollwerte bzw. die diese umfassende Trajektorie können z.B. im Rahmen einer (übergeordneten) Regelung, z.B. einer modellprädiktiven Regelung (MPC) - oder allgemein basierend auf einem modellprädiktiven Ansatz - bestimmt oder berechnet werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug (automatisiert) einem bestimmten Streckenverlauf folgen soll, wofür z.B. ein bestimmter Geschwindigkeitsverlauf nötig ist. Hierfür kann dann mittels der MPC z.B. vorausberechnet werden, wann wie stark abgebremst oder beschleunigt werden muss. Die Sollwerte der Beschleunigung stellen dann Stellwerte der Strecken- oder Geschwindigkeitsregelung dar. Anstelle der MPC oder eines modellprädiktiven Ansatzes sind aber auch andere Möglichkeiten denkbar, z.B. sog. „Lattice Planners“, „Reactive Planners“, oder „Sampling based Methods“.
Das vorausfahrende Fahrzeug übermittelt die so bestimmte Trajektorie mit den Sollwerten für z.B. die Beschleunigung an ein nachfolgendes (oder auch mehrere nachfolgende) Fahrzeug(e) über die erwähnte V2V-Kommunikation (die konkrete Art des Kommunikationsstandards ist hier zunächst nicht weiter relevant). In einem nachfolgenden Fahrzeug wird diese Trajektorie dann empfangen und es kann unter deren Berücksichtigung das (nachfolgende) Fahrzeug betrieben werden. Dies bedeutet, dass z.B. die erhaltenen Sollwerte im nachfolgenden Fahrzeug übernommen und eingeregelt werden. Damit kann z.B. ein möglichst konstanter Abstand eingehalten werden.
Denkbar ist aber auch, dass die Sollwerte der erhaltenen Trajektorie verwendet werden, um im (nachfolgenden) Fahrzeug bestimmte Werte der entsprechenden und/oder anderer Größen anzupassen. Denkbar ist z.B., dass schon vorausschauend eine Getriebeübersetzung geändert wird, also z.B. ein Gang hoch- oder heruntergeschaltet wird, wenn eine starke Beschleunigung des vorausfahrenden Fahrzeugs aufgrund der Trajektorie zu erwarten ist und diesem gefolgt werden soll.
Neben einer frühzeitigen Kenntnis der Aktivität des vorausfahrenden Fahrzeugs ist ein besonderer Vorteil dieses Vorgehens derjenige, dass im Falle einer Unterbrechung, Verlangsamung oder sonstigen Verschlechterung der Kommunikation zwischen den Fahrzeugen (also der V2V-Kommunikation) das nachfolgende Fahrzeug etwaigen Verzögerungen oder starken Bremsmanövern des vorausfahrenden Fahrzeugs trotzdem noch folgen kann. Dies erhöht die Sicherheit deutlich.
In diesem Zusammenhang ist es auch bevorzugt, wenn das vorausfahrende Fahrzeug, also dasjenige Fahrzeug, das die Trajektorie bestimmt und übermittelt, sich möglichst genau an die Sollwerte dieser Trajektorie hält, also entsprechend den Sollwerten der Trajektorie betrieben wird, jedenfalls in einem regulären Fahrbetrieb. Insbesondere ist nur bei Vorliegen wenigstens eines Notfallkriteriums eine Abweichung von den Sollwerten der Trajektorie erlaubt, wenn also beispielsweise etwas Unvorhergesehenes passiert, sich z.B. ein anderes Fahrzeug oder eine Person auf die Straße bewegt.
Selbst in einem solchen Fall kann die Trajektorie dann neu bestimmt und übermittelt werden, sodass ein nachfolgendes Fahrzeug z.B. die Information erhält, wie stark und/oder wie lange ein Bremsmanöver ausfallen wird.
Vorzugsweise werden auch Umgebungsinformationen, die z.B. von einem oder mehreren Sensoren des Fahrzeugs (wie z.B. die schon erwähnten Radar-Sensoren, Lidar-Sensoren, Kameras oder Ultraschallsensoren) erfasst wurden, verwendet, um eine Korrektur der Sollwerte der Trajektorie vorzunehmen und/oder weitere Sollwerte der Trajektorie (also insbesondere solche, die noch weiter in der Zukunft liegen als die schon vorhandenen) zu bestimmen. Als Umgebungsinformationen kommen hier z.B. Abstände zu (vorausfahrenden) Fahrzeugen oder sonstigen Objekten in Betracht. Damit kann z.B. rechtzeitig auf etwaige Hindernisse reagiert werden, indem die Sollwerte der Trajektorie entsprechend angepasst werden. Die Bestimmung weiterer Sollwerte ist insbesondere für (potentiell) besonders gefährliche Situationen von Vorteil. Beispielsweise können damit in einiger Entfernung liegende Hindernisse berücksichtigt werden. Weitere mögliche Umgebungsinformationen umfassen Informationen zu einer Zeitdauer bis zu einer Kollision (z.B. mit einem Hindernis, sog. „time to collsion“), einer relativen Geschwindigkeit des anderen Fahrzeugs (also relativ zum Fahrzeug selbst), Karteninformationen (z.B. zu kritischen Stellen wie Baustellen, Einfädelstellen und Fahrbahnverengungen), und Informationen aus empfangenen Nachrichten, z.B. sog. V2X-Nachrichten wie DENM („Dezentralized Environmental Notification Message“, betrifft z.B. Gefahren) und CAM („Cooperative Awareness Message“, u.a. Position und Geschwindigkeit anderer Fahrzeuge).
Hierzu können die Sollwerte für z.B. die Beschleunigung direkt angepasst werden; denkbar ist aber auch, dass die im Rahmen der überlagerten MPC verwendete Referenz (z.B. der Streckenverlauf) angepasst wird, was dann ja wiederum zur Anpassung der Sollwerte in der Trajektorie führt. Insbesondere können dabei Umgebungskritikalitätsalgorithmen verwendet werden, um die Trajektorie a priori anzupassen. Umgebungskritikalitätsalgorithmen können verschiedene Ausprägungen haben, z.B. als heuristische Regelsätze oder basierend auf Wahrscheinlichkeitstheorien. Typischerweise wird das Verhalten anderer Fahrzeuge in der Szene prädiziert und ein Maß an Kritikalität für die Verkehrssituation als Ausgang bestimmt. Ein Beispiel einer Verwendung der Kritikalität ist, dass, falls die Verkehrssituation kritischer werden könnte, eine defensive Anpassung der berechneten Trajektorie vorgenommen werden kann.
Das im Rahmen der Erfindung vorgeschlagene Vorgehen betrifft zum einen den Betrieb eines (typischerweise vorausfahrenden) Fahrzeugs, das die Trajektorie bestimmt, und zum anderen den Betrieb eines (typischerweise nachfolgenden) Fahrzeugs, das diese Trajektorie empfängt und verwendet. Als Fahrzeuge kommen hier z.B. beliebige Fahrzeuge wie PKWs, NKWs oder LKWs in Betracht, die sich im Straßenverkehr bewegen. Während das Verfahren zum Bestimmen der Trajektorie grundsätzlich in jedem Fahrzeug angewendet werden kann, ist das Verfahren zur Verwendung der Trajektorie zweckmäßigerweise dann anzuwenden, wenn es ein (unmittelbar) vorausfahrendes Fahrzeug gibt, dem gefolgt werden soll. Die Trajektorie kann aber auch an mehrere nachfolgende Fahrzeuge übermittelt werden.
Insgesamt lässt sich damit also auch ein Fahrzeugverbund mit zumindest zwei Fahrzeugen, einem vorausfahrenden und einem (oder mehreren) nachfolgenden, betreiben. Unter einem Fahrzeugverbund kann grundsätzlich eine Anzahl von mehreren, über einen gewissen Zeitraum hintereinanderfahrenden Fahrzeugen verstanden werden. Besonders zweckmäßig ist der Einsatz aber auch einem Fahrzeugverbund im Sinne des eingangs erwähnten „Platoonings“, also bei einem Platoon.
Aktuelle Betrachtungen gehen dabei meist von einem Szenario aus, in dem im Rahmen des Platoonings in allen Fahrzeugen immer noch ein Fahrer vorgesehen ist (z.B. sog. Level-2-Platooning). Die einzelnen Fahrzeuge fahren insofern nicht vollständig automatisiert, können jedoch in gewissen Grenzen zumindest teilweise automatisiert fahren bzw. betrieben werden.
Besonders interessant und daher besonders für den Einsatz der Erfindung geeignet ist, wenn nicht mehr in jedem Fahrzeug des Platoons, d.h. des Fahrzeugverbunds, ein Fahrer eingesetzt ist, oder sogar, wenn in einem Platoon gar kein Fahrer mehr oder höchstens ein Fahrer im Führungsfahrzeug eingesetzt ist (z.B. sog. Level-4-Platooning).
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Fahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Denkbar ist auch ein Recheneinheitenverbund, also z.B. Steuergeräte eines oder verschiedener Fahrzeuge, beispielsweise vorausfahrendes Fahrzeug und nachfolgendes Fahrzeug.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Fahrzeug bzw. ein Fahrzeugverbund, das bzw. der eine erfindungsgemäße Recheneinheit bzw. einen erfindungsgemäßen Recheneinheitenverbund aufweist. Wie eingangs schon erwähnt, sind an solchen Fahrzeugen Sensoren und dergleichen sowie geeignete Kommunikationsmittel vorgesehen, um den Austausch bzw. die Übermittlung der Informationen vornehmen zu können.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt schematisch einen Fahrzeugverbund mit Fahrzeugen zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
2 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.

Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist schematisch und beispielhaft ein Fahrzeugverbund 100 mit zwei Fahrzeugen zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt.
Der Fahrzeugverbund 100 weist beispielhaft ein vorausfahrendes Fahrzeug 110 sowie ein weiteres, diesem Fahrzeug 110 folgendes Fahrzeug bzw. Folgefahrzeug 120 auf einer Straße oder Strecke 140 auf. Das Fahrzeug 120 folgt dem vorausfahrenden Fahrzeug 110 dabei automatisiert in einem bestimmten Abstand d, der geeignet gewählt sein kann.
Das vorausfahrende Fahrzeug 110 weist beispielhaft eine Recheneinheit bzw. ein Steuergerät 112 mit einem beispielhaft integrierten Kommunikationsmodul 114 zur drahtlosen Kommunikation sowie Sensoren bzw. eine Sensorik 116 an der Frontseite auf. Die Sensorik 116 kann beispielsweise Kameras, ein Radar-, ein Ultraschallsystem und dergleichen umfassen, sodass eine Beobachtung und Erkennung des Umfelds möglich ist.
Mit der Recheneinheit 112 können mittels der Sensorik 116 erfasste Informationen verarbeitet und ggf. an eine andere Recheneinheit, z.B. eines anderen Fahrzeugs und/oder eines übergeordneten, zentralen Leitstands, übermittelt werden. Hierzu kann das Kommunikationsmodul 114 verwendet werden.
Das Folgefahrzeug 120 weist entsprechend eine Recheneinheit bzw. ein Steuergerät 122 mit Kommunikationsmodul 124 zur drahtlosen Kommunikation sowie Sensoren bzw. eine Sensorik 126 an der Frontseite auf. Die Funktionsweise entspricht dabei grundsätzlich derjenigen des vorausfahrenden Fahrzeugs 110, sodass auf die dortige Beschreibung verwiesen werden kann.
Während das Folgefahrzeug 120 automatisiert betrieben wird und entsprechend automatisiert dem vorausfahrenden Fahrzeug 110 folgt, kann das vorausfahrende Fahrzeug 110 entweder ebenfalls einem weiteren, hier nicht gezeigten, Fahrzeug automatisiert folgen. Das vorausfahrende Fahrzeug 110 kann aber auch ein sog. Führungsfahrzeug eines als sog. Level-4-Platoons ausgebildeten Fahrzeugverbundes sein, d.h. dass dort ein Fahrer das Fahrzeug führt oder zumindest überwacht.
Im Rahmen eines regulären ACC würde das Folgefahrzeug 120 dem Fahrzeug 110 in dem Abstand d folgen, indem der Abstand zum Fahrzeug 110 unter Verwendung der Sensorik 126 (z.B. kontinuierlich) ermittelt und im Rahmen einer Regelung möglichst konstant gehalten wird. Hierzu kann z.B. die Geschwindigkeit des Folgefahrzeugs entsprechend angepasst werden.
Das Fahrzeug 110 folgt nun z.B. selbst einer gewünschten Strecke wie z.B. die Strecke 140 bzw. zumindest einem gewissen Abschnitt davon, der vor dem Fahrzeug 110 liegt. Eine hierfür benötigte Geschwindigkeit bzw. Verlauf hiervon ist als Referenz R bezeichnet. Die Strecke kann hierbei z.B. mittels der Sensorik 116 erfasst und/oder anhand von Kartendaten bekannt sein.
Um diese vorausliegende Strecke möglichst optimal (automatisiert) abzufahren und damit den Geschwindigkeitsverlauf R möglichst genau einzuhalten, kann in dem Fahrzeug 110 bzw. dessen Recheneinheit 112 z.B. eine modellprädiktive Regelung (MPC) verwendet werden. Im Rahmen einer solchen MPC können z.B. verschiedene Werte bzw. Sollwerte einer Beschleunigung in aufeinanderfolgenden, zukünftigen Zeitabschnitten bestimmt werden, sodass das Fahrzeug 110 der Strecke entsprechend der gewünschten Geschwindigkeit zügig aber sicher folgt. So kann z.B. bei einer vorausliegenden Kurve abgebremst, danach wieder beschleunigt werden.
Diese Sollwerte für die Beschleunigung, beispielhaft mit a₀, a₁, a₂ bezeichnet, bilden zusammen eine Trajektorie T. Das Fahrzeug 110 selbst wird dann auch entsprechend dieser Trajektorie T betrieben, wie im Schritt 150 angedeutet. Eine Abweichung von dieser Trajektorie T bzw. den darin enthaltenen bzw. vorgegebenen Werten sollte möglichst nur in einem Notfall erfolgen.
Die Trajektorie T muss dabei nicht notwendigerweise im Rahmen einer MPC ermittelt werden. Denkbar ist auch, dass die Sollwerte für die Beschleunigung (positiv wie negativ) nur anhand eines vorausliegenden Streckenverlaufs (z.B. unter Verwendung der Sensorik 116 und/oder Karteninformationen) prädiziert werden, ohne dass eine übergeordnete Regelung vorliegt. Wie ebenfalls schon erwähnt, kann die Trajektorie zusätzlich oder auch alternativ Sollwerte anderer Größen, die das Fahrverhalten des Fahrzeugs 110 bestimmen, wie z.B. einer Geschwindigkeit umfassen.
Unabhängig davon, wie genau die Trajektorie T bestimmt wird, wird diese z.B. unter Verwendung des Kommunikationsmoduls 114 an das nachfolgende Fahrzeug 120 drahtlos übermittelt. Dort wird die Trajektorie T entsprechend unter Verwendung des Kommunikationsmoduls 124 empfangen und kann in der Recheneinheit 122 verarbeitet werden.
Das Fahrzeug 120 wird dann unter Berücksichtigung der Trajektorie T betrieben, insbesondere derart, dass die darin enthaltenen Sollwerte - hier einer Beschleunigung - verwendet bzw. eingestellt oder eingeregelt werden. Dies führt dazu, dass das Fahrzeug 120 mit den gleichen Sollwerten zu den gleichen Zeiten bzw. an denselben Orten betrieben wird wie das vorausfahrende Fahrzeug 110.
Der besondere Vorteil der Verwendung einer solchen Trajektorie ist nun, dass auch im Falle einer (unerwarteten) Unterbrechung, Störung oder Verzögerung der drahtlosen Kommunikation (aus welchen Gründen auch immer) das Fahrzeug 120 jedenfalls für eine gewisse Zeit (soweit die Trajektorie in die Zukunft reicht) dem Fahrzeug 110 folgt, und zwar ebenso beschleunigt und/oder abbremst. Falls es wegen Verzögerungen (z.B. Latenzen der V2X-Nachrichten) dazu kommt, dass mehrere solche Trajektorien im Fahrzeug 110 empfangen werden, dann sollten die neuesten und kleinsten Sollwerte zur Fahrzeugsteuerung bestimmt und verwendet werden.
Es versteht sich, dass die im Rahmen einer herkömmlichen ACC verwendeten Funktionen, also z.B. die Bestimmung des Abstands d mittels der Sensorik 126, weiterhin (zusätzlich) verwendet werden können und auch sollen. Damit kann z.B. insbesondere der Bereich zwischen den Fahrzeugen 110 und 120 überwacht werden.
In 2 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, und zwar insbesondere die Bestimmung von Sollwerten einer Geschwindigkeit durch das vorausfahrende Fahrzeug im Rahmen einer MPC.
Hierzu sind verschiedene Verläufe und Werte über einer Zeit t aufgetragen. Der aktuelle Zeitpunkt soll t=0 sein und entspricht einem Zeitschritt k. Die Zukunft soll dabei in zweckmäßigerweise gleichmäßige Zeitschritte eingeteilt sein, diese sind mit k+1 usw. bezeichnet.
Mit R ist nun eine Referenz bezeichnet, die einen Soll-Geschwindigkeitsverlauf für das Fahrzeug darstellt. Im Rahmen der MPC werden dann Stellwerte a für die Beschleunigung - jeweils ein Wert zu einem Zeitschritt - ermittelt. Zweckmäßigerweise werden dabei eine bestimmte Anzahl M, die einem Steuerungshorizont H_M entsprechend bestimmt. Für die nachfolgenden Zeitschritte wird der Wert der Beschleunigung dann konstant gehalten bzw. nicht mehr verändert.
Diese ergeben dabei einen prädizierten Verlauf y der Geschwindigkeit über einen sog. Prädiktionshorizont H_P hinweg. Der Prädiktionshorizont H_P muss dabei nicht dem Steuerungshorizont H_M entsprechen, sondern kann weiter in die Zukunft reichen und auch erst später beginnen. Bei der MPC ist dabei das Ziel, den prädizierten Verlauf y möglichst nah an die Referenz R zu führen, wobei dies typischerweise erst nach einigen Zeitschritten der Fall ist. Im Rahmen der MPC können dabei auch Grenzen (sog. Zustandsbeschränkungen) wie z.B. eine maximal mögliche Beschleunigung a_max berücksichtigt werden.
Die auf diese Weise bestimmten und dann umzusetzenden Werte für die Beschleunigung (jedenfalls eine bestimme Anzahl davon, z.B. diejenigen innerhalb des Steuerungshorizonts H_M) werden dann als die Trajektorie verwendet, die an das nachfolgende Fahrzeug übermittelt wird. Die Werte können als Sollwerte für die Beschleunigung bzw. eine hierfür (unterlagerte) Regelung herangezogen werden.
Dabei können die Länge des Steuerungshorizonts H_M und/oder des Prädiktionshorizonts H_P variiert werden.
Je mehr Umgebungsinformationen vorhanden sind, desto länger („long-term“) kann die Trajektorie genauer ermittelt werden, d.h. der Prädiktionshorizont H_P wird länger. Wenn z.B. Informationen wie Geschwindigkeit und Position von anderen relevanten Fahrzeugen über V2X-Nachrichten wie CAM vorhanden sind, können diese helfen, etwas länger bzw. weiter im Voraus zu prädizieren. Wo es nicht möglich ist, länger zu prädizieren, sollte der Prädiktionshorizont H_P klein gehalten werden, damit der Funkkanal nicht mehr als notwendig belastet wird. Umweltinformationen können auch auf andere Weise hierfür verwendet werden. Dabei ist zu beachten, dass der Prädiktionshorizont H_P und der Steuerungshorizont H_M nicht konstant bleiben müssen und anhand von Umweltinformationen auch variiert werden können.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines zumindest teilweise automatisiert fahrenden Fahrzeugs (120), wobei eine Trajektorie (T) mit mehreren zukünftigen, zeitlich voneinander beabstandeten Sollwerten (a₀, a₁, a₂) für wenigstens eine, ein Fahrverhalten eines anderen, insbesondere vorausfahrenden, Fahrzeugs (110) bestimmenden Größe (a), erhalten wird, und wobei das Fahrzeug (120) unter Berücksichtigung der Sollwerte der Trajektorie (T) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sollwerte der Trajektorie (T) verwendet werden, um im Fahrzeug (120) bestimmte Werte der entsprechenden und/oder anderer Größen (a) anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Fahrzeug (120) entsprechend der Sollwerte (a₀, a₁, a₂) der Trajektorie (T) betrieben wird.
Verfahren zum Betreiben eines zumindest teilweise automatisiert fahrenden Fahrzeugs (110), wobei eine Trajektorie (T) mit mehreren zukünftigen, zeitlich voneinander beabstandeten Sollwerten (a₀, a₁, a₂) für wenigstens eine, ein Fahrverhalten des Fahrzeugs (110) bestimmende Größe (a), bestimmt wird, und wobei die Trajektorie an ein anderes, insbesondere nachfolgendes, Fahrzeug übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Fahrzeug (110) entsprechend der Sollwerte (a₀, a₁, a₂) der Trajektorie (T) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Fahrzeug (110) in einem regulären Fahrbetrieb entsprechend der Sollwerte (a₀, a₁, a₂) der Trajektorie (T) betrieben wird, und wobei nur bei Vorliegen wenigstens eines Notfallkriteriums von den Sollwerten (a₀, a₁, a₂) der Trajektorie (T) abgewichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Trajektorie (T) im Rahmen einer überlagerten Regelung, insbesondere basierend auf einem modellprädiktiven Ansatz, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Umgebungsinformationen, die insbesondere von einem oder mehreren Sensoren (116, 126) des Fahrzeugs (110, 120) erfasst wurden, erhalten werden, und wobei basierend auf den Umgebungsinformationen eine Korrektur der Sollwerte (a₀, a₁, a₂) der Trajektorie (T) vorgenommen und/oder weitere Sollwerte der Trajektorie (T) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Umgebungsinformationen Informationen umfassen, die ausgewählt sind aus: einem Abstand (d) zu einem anderen Fahrzeug (110), einem Abstand zu einem statischen Objekt in der Umgebung, einer Zeitdauer bis zu einer Kollision, einer relativen Geschwindigkeit des anderen Fahrzeugs, Karteninformationen, und Informationen aus empfangenen Nachrichten.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine, das Fahrverhalten des betreffenden Fahrzeugs (110, 120) bestimmende Größe ausgewählt ist aus: einer Beschleunigung (a) des Fahrzeugs, einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einer Getriebeübersetzung des Fahrzeugs, und einer Gierrate des Fahrzeugs.
Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugverbunds (100) mit wenigstens zwei Fahrzeugen (110, 120), wovon eines (110) vorausfährt und ein anderes nachfolgt (120), wobei von dem vorausfahrenden Fahrzeug (110) eine Trajektorie (T) mit mehreren zukünftigen, zeitlich voneinander beabstandeten Sollwerten (a₀, a₁, a₂) für wenigstens eine, ein Fahrverhalten des vorausfahrenden Fahrzeugs bestimmenden Größe (a), bestimmt wird, wobei die Trajektorie (T) von dem vorausfahrenden Fahrzeug (110) an das nachfolgende Fahrzeug (120) übermittelt wird, und wobei das nachfolgende Fahrzeug (120) unter Berücksichtigung der Sollwerte (a₀, a₁, a₂) der Trajektorie (T) betrieben wird.
Recheneinheit (112, 122) oder Recheneinheitenverbund, die bzw. der dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (112, 122) oder einen Recheneinheitenverbund dazu veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (112, 122) oder dem Recheneinheitenverbund ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 13.
Fahrzeug (110, 120) oder Fahrzeugverbund (100), mit einer Recheneinheit (112, 122) oder einem Recheneinheitenverbund nach Anspruch 12.