DE102022119690A1

DE102022119690A1 - Verfahren, Steuergerät und Computerprogrammprodukt zum Bestimmen einer alternativen Fahrzeugtrajektorie eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102022119690A1
Application number: DE102022119690.9A
Authority: DE
Inventors: Marius Wegener; Rene Savelsberg; Björn Krautwig
Original assignee: FEV Europe GmbH; Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2022-08-05
Filing date: 2022-08-05
Publication date: 2023-01-05
Also published as: DE102023117294A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer alternativen Fahrzeugtrajektorie eines Fahrzeugs, ein zum Ausführen des Verfahrens eingerichtetes Steuergerät sowie ein Computerprogrammprodukt. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird eine erste Fahrzeugtrajektorie für einen Prädiktionshorizont bereitgestellt, ein innerhalb des Prädiktionshorizonts erwartetes Verzögern und ein sich daran direkt oder indirekt anschließendes Beschleunigen oder ein innerhalb des Prädiktionshorizonts erwartetes Beschleunigen und ein sich daran direkt oder indirekt anschließendes Verzögern in der ersten Fahrzeugtrajektorie erkannt und daraufhin eine alternative Fahrzeugtrajektorie für den Prädiktionshorizont bestimmt. Die alternative Fahrzeugtrajektorie weist ein früheres Verzögern als die erste Fahrzeugtrajektorie auf. Ein in der ersten Fahrzeugtrajektorie auftretendes Geschwindigkeitsminimum oder Geschwindigkeitsmaximum wird in der alternativen Fahrzeugtrajektorie abgeschwächt oder vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer alternativen Fahrzeugtrajektorie eines Fahrzeugs, ein zum Ausführen des Verfahrens eingerichtetes Steuergerät sowie ein Computerprogrammprodukt.
Aus der WO2016207614A1 ist eine Methode zum Kontrollieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit bekannt. In dem Verfahren wird ein Abschnitt einer erwarteten Route identifiziert, ein optimaler Bremspunkt oder Beschleunigungspunkt bestimmt und ein Zeichen an den Fahrzeugführer ausgegeben, die Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß dem optimalen Bremspunkt oder Beschleunigungspunkt anzupassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen einer alternativen Fahrzeugtrajektorie eines Fahrzeugs umfasst die Schritte:

- Bereitstellen einer ersten Fahrzeugtrajektorie für einen Prädiktionshorizont;
- Erkennen eines innerhalb des Prädiktionshorizonts erwarteten Verzögerns und eines sich daran direkt oder indirekt anschließenden Beschleunigens oder eines innerhalb des Prädiktionshorizonts erwarteten Beschleunigens und eines sich daran direkt oder indirekt anschließenden Verzögerns in der ersten Fahrzeugtrajektorie;
- Bestimmen einer alternativen Fahrzeugtrajektorie für den Prädiktionshorizont, wobei die alternative Fahrzeugtrajektorie ein früheres Verzögern als die erste Fahrzeugtrajektorie aufweist und wobei ein in der ersten Fahrzeugtrajektorie auftretendes Geschwindigkeitsminimum oder Geschwindigkeitsmaximum in der alternativen Fahrzeugtrajektorie abgeschwächt oder vermieden wird.

Unter „direkt oder indirekt anschließend“ ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass in der ersten Fahrzeugtrajektorie auf ein Verzögern sowohl unmittelbar ein Beschleunigen folgen kann, als auch dass zwischen dem Verzögern und dem Beschleunigen eine Zeitspanne liegen kann, in der weder ein Beschleunigen, noch ein Verzögern stattfindet und die Fahrzeuggeschwindigkeit konstant bleibt. Auch ist es möglich, dass zwischen dem Verzögern und dem Beschleunigen ein Stillstand des Fahrzeugs auftritt. Für die Abfolge von Beschleunigen und anschließendem Beschleunigen gelten diese Ausführungen analog.
Als Abschwächen oder Vermeiden eines in der ersten Fahrzeugtrajektorie auftretenden Geschwindigkeitsminimums oder Geschwindigkeitsmaximums wird verstanden, dass Extremwerte der Geschwindigkeit in der alternativen Fahrzeugtrajektorie weniger stark ausgeprägt sind als in der ersten Fahrzeugtrajektorie.
Dadurch, dass die alternative Fahrzeugtrajektorie ein früheres Verzögern als die erste Fahrzeugtrajektorie aufweist und ein in der ersten Fahrzeugtrajektorie auftretendes Geschwindigkeitsminimum oder Geschwindigkeitsmaximum in der alternativen Fahrzeugtrajektorie abgeschwächt oder vermieden wird, ermöglicht das Verfahren ein Einsparen von zum Antrieb des Fahrzeugs benötigter Energie. Wird innerhalb des Prädiktionshorizonts bspw. ein Verzögern mit anschließendem Beschleunigen in der ersten Fahrzeugtrajektorie aufgrund eines vorausfahrenden Fahrzeugs erwartet, kann in der alternativen Fahrzeugtrajektorie durch frühzeitiges Verzögern die Stärke eines anschließenden Beschleunigungsmanövers im Vergleich zur ersten Fahrzeugtrajektorie verringert werden, da in der alternativen Fahrzeugtrajektorie nicht bis zum Geschwindigkeitsminimum der ersten Fahrzeugtrajektorie verzögert werden muss. Die aufzuwendende Energie für das Beschleunigungsmanöver ist in der alternativen Fahrzeugtrajektorie dementsprechend geringer als bei der ersten Fahrzeugtrajektorie.
Vorzugsweise ist die maximale Verzögerung der alternativen Fahrzeugtrajektorie innerhalb des Prädiktionshorizonts kleiner als die maximale Verzögerung der ersten Fahrzeugtrajektorie.
Bevorzugt verlaufen eine Geschwindigkeit und eine Position der alternativen Fahrzeugtrajektorie am Ende des Prädiktionshorizonts zumindest annähernd identisch zu einer Geschwindigkeit und einer Position der ersten Fahrzeugtrajektorie. Dies beinhaltet auch die Möglichkeit, dass der zumindest annähernd identische Verlauf bereits vor dem Ende des Prädiktionshorizonts eintritt. Ein solcher identischer Verlauf ist vorteilhaft, da die alternative Fahrzeugtrajektorie gegenüber der ersten Fahrzeugtrajektorie so keine Auswirkung auf die Reisezeit hat. Als „annähernd identisch“ werden Geschwindigkeitsabweichungen zwischen der alternativen Fahrzeugtrajektorie und der erste Fahrzeugtrajektorie von ±3 km/h und Positionsabweichungen von ±10 m verstanden.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise den Schritt eines Ausgebens eines Signals an einen Fahrzeugführer, ein Gaspedal des Fahrzeugs loszulassen und den Schritt eines autonomen Verzögerns des Fahrzeugs entsprechend der alternativen Fahrzeugtrajektorie, sobald ein Loslassen des Gaspedals erfolgt ist. Dadurch ermöglicht das Verfahren ein präzises Abfahren der alternativen Fahrzeugtrajektorie unabhängig von Steuereingaben des Fahrzeugführers.
Die alternative Fahrzeugtrajektorie wird bevorzugt in eine Rekuperationsphase, eine Segelphase und eine Angleichphase eingeteilt. In der Rekuperationsphase wird eine elektrische Antriebsmaschine des Fahrzeugs als Generator betrieben, welcher vom Drehmoment der Räder angetrieben wird. Die dabei generierte elektrische Energie wird zum Aufladen einer Batterie des Fahrzeugs genutzt. In der Segelphase findet kein aktives Verzögern oder Beschleunigen des Fahrzeugs statt und die Antriebsmaschine ist optional von einem Antriebsstrang des Fahrzeugs entkoppelt. Die Angleichphase dient dem Angleichen der Geschwindigkeit und Position der alternativen Fahrzeugtrajektorie an die Geschwindigkeit und Position der ersten Fahrzeugtrajektorie. In der Angleichphase kann sowohl ein Verzögern als auch ein Beschleunigen auftreten.
In der Rekuperationsphase tritt bevorzugt eine Verzögerung a_Rec im Bereich von -2 m/s² bis -0,5 m/s², in der Segelphase bevorzugt eine Verzögerung a_Coast im Bereich von -1 m/s² bis 0 m/s² und in der Angleichphase bevorzugt eine Verzögerung oder Beschleunigung a_Rematch im Bereich von -2 m/s² bis 2 m/s² auf.
Vorzugsweise wird eine Mehrzahl möglicher alternativer Fahrzeugtrajektorien bestimmt und aus dieser Mehrzahl die optimale alternative Fahrzeugtrajektorie mittels einer Berechnung und dem Vergleich von Kosten für die möglichen alternativen Fahrzeugtrajektorien bestimmt, wobei die mögliche alternative Fahrzeugtrajektorie mit den niedrigsten Kosten ausgewählt wird. Die möglichen alternativen Fahrzeugtrajektorien unterscheiden sich in den auftretenden Verzögerungswerten in den einzelnen Phasen sowie in den Dauern der Phasen. Die Kosten der alternativen Fahrzeugtrajektorie können beispielhaft aus der Summe des quadratischen Mittels der Geschwindigkeit und des quadratischen Mittels der Beschleunigung berechnet werden.
Das Bereitstellen der ersten Fahrzeugtrajektorie für den Prädiktionshorizont erfolgt bevorzugt basierend auf Kartendaten, Sensordaten und/oder V2X-Kommunikation.
Wird mit fortschreitendem Prädiktionshorizont erkannt, dass auf eine erste Abfolge von Beschleunigen und Verzögern zeitnah eine zweite Abfolge von Beschleunigen und Verzögern (Reihenfolge von Beschleunigen und Verzögern jeweils beliebig) folgt, kann ein Anpassen der Beschleunigungs- oder Verzögerungswerte der alternativen Fahrzeugtrajektorie erfolgen. In einem solchen Fall kann außerdem - bei einer Einteilung der alternativen Fahrzeugtrajektorie in Rekuperationsphase, Segelphase und Angleichphase - die Angleichphase oder die Segelphase ausgelassen werden, um die zwei Abfolgen von Beschleunigen und Verzögern zu verbinden.
Ein erfindungsgemäßes Steuergerät ist zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch ein Steuergerät dieses veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

1 die Geschwindigkeitsprofile einer ersten Fahrzeugtrajektorie und einer alternativen Fahrzeugtrajektorie in einem ersten Ausführungsbeispiel und
2 die Geschwindigkeitsprofile einer ersten Fahrzeugtrajektorie und einer alternativen Fahrzeugtrajektorie in einem zweiten Ausführungsbeispiel.

In 1 ist schematisch eine erste Fahrzeugtrajektorie eines ersten Ausführungsbeispiels, dargestellt über ein erstes Geschwindigkeitsprofil 10, gezeigt. Innerhalb des Prädiktionshorizonts T_P wird in der ersten Fahrzeugtrajektorie ein Verzögern 12 und ein anschließendes Beschleunigen 13 erkannt. Verfahrensgemäß wird daher eine alternative Fahrzeugtrajektorie, hier dargestellt über ein alternatives Geschwindigkeitsprofil 20, bestimmt.
In diesem Ausführungsbeispiel wurde die dargestellte alternative Fahrzeugtrajektorie aus einer Mehrzahl von möglichen alternativen Fahrzeugtrajektorie mittels einer Berechnung und dem Vergleich von Kosten der möglichen alternativen Fahrzeugtrajektorie als optimale alternative Fahrzeugtrajektorie bestimmt, wobei die optimale alternative Fahrzeugtrajektorie der möglichen alternativen Fahrzeugtrajektorie mit den niedrigsten Kosten entspricht. Die möglichen alternativen Fahrzeugtrajektorien unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Verzögerungswerte und Verzögerungsdauern.
Die Kosten jeder möglichen alternativen Fahrzeugtrajektorie werden beispielhaft aus der Summe des quadratischen Mittels der Geschwindigkeit und des quadratischen Mittels der Beschleunigung berechnet.
Ist die alternative Fahrzeugtrajektorie, wie im Ausführungsbeispiel der 1 der Fall, in eine Rekuperationsphase 21, eine Segelphase 22 und eine Angleichphase 23 eingeteilt, unterscheiden sich die möglichen alternativen Fahrzeugtrajektorien hinsichtlich der Verzögerungswerte in den einzelnen Phasen und den Dauern der einzelnen Phasen.
Beispielhaft weist die derart bestimmte alternative Fahrzeugtrajektorie in der Rekuperationsphase 21 eine Verzögerung a_Rec=-1 m/s² für eine Dauer t_Rec=3,0 s auf, in der Segelphase 22 eine Verzögerung a_Coast=-0,4 m/s² für eine Dauer t_Coast=4,5 s auf und in der Angleichphase 23 eine Verzögerung a_Rematch=-0,7 m/s² für eine Dauer t_Rematch = 1,5 s auf.
Die Länge des Prädiktionshorizonts beträgt beispielhaft 15 Sekunden.
Die alternative Fahrzeugtrajektorie zeichnet sich allgemein dadurch aus, dass ein Verzögern bereits zu einem Zeitpunkt 30 beginnt, welcher zeitlich vor dem Einsetzen des Verzögerns 12 der ersten Fahrzeugtrajektorie liegt. Darüber hinaus wird ein in der ersten Fahrzeugtrajektorie auftretendes Geschwindigkeitsminimum 11 in der alternativen Fahrzeugtrajektorie deutlich abgeschwächt bzw. vermieden. Das erste Geschwindigkeitsprofil 10 und das alternative Geschwindigkeitsprofil 20 besitzen am Ende der alternativen Fahrzeugtrajektorie einen Schnittpunkt 31, ab welchem die Geschwindigkeitsprofile identisch zueinander verlaufen. Auch die Position der ersten Fahrzeugtrajektorie und der alternativen Fahrzeugtrajektorie verlaufen ab dem Schnittpunkt 31 identisch zueinander. Bei der Bestimmung der Mehrzahl von möglichen alternativen Fahrzeugtrajektorien sind diese Randbedingungen zu berücksichtigen.
In der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens ist die innerhalb des Prädiktionshorizonts T_P maximal auftretende Verzögerung der alternativen Fahrzeugtrajektorie kleiner als die maximal auftretende Verzögerung der ersten Fahrzeugtrajektorie, erkennbar an den Steigungen des ersten Geschwindigkeitsprofils 10 und des alternativen Geschwindigkeitsprofils 20.
In 2 ist eine erste Fahrzeugtrajektorie eines zweiten Ausführungsbeispiels, dargestellt über das erste Geschwindigkeitsprofil 10, gezeigt. In diesem Fall wird innerhalb des Prädiktionshorizonts T_P in der ersten Fahrzeugtrajektorie ein Beschleunigen 13 und ein anschließendes Verzögern 12 erkannt. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel wird daher eine alternative Fahrzeugtrajektorie, dargestellt über das alternative Geschwindigkeitsprofil 20, bestimmt. Ein Verzögern beginnt bereits zu einem Zeitpunkt 30, welcher zeitlich vor dem Einsetzen des Verzögerns 12 der ersten Fahrzeugtrajektorie liegt. Darüber hinaus wird ein in der ersten Fahrzeugtrajektorie auftretendes Geschwindigkeitsmaximum 11' in der alternativen Fahrzeugtrajektorie deutlich abgeschwächt bzw. vermieden.
Die alternative Fahrzeugtrajektorie ist über den Prädiktionshorizont T_P wie im ersten Ausführungsbeispiel in eine Rekuperationsphase 21, eine Segelphase 22 und eine Angleichphase 23 eingeteilt. Beispielhaft weist die Rekuperationsphase 21 eine Verzögerung a_Rec=-0,8m/s² für eine Dauer t_Rec=2,5 s auf, die Segelphase 22 eine Verzögerung a_Coast=-0,4m/s² für eine Dauer t_Coast=10,4 s auf und die Angleichphase 23 eine Verzögerung a_Rematch=-1,3 m/s² für eine Dauer t_Rematch=3,0 s auf.
Die Länge des Prädiktionshorizonts beträgt beispielhaft 25 Sekunden.
Das Bereitstellen der ersten Fahrzeugtrajektorie erfolgt in den Ausführungsbeispielen basierend auf einer Kombination von Kartendaten, Sensordaten und V2X-Kommunikation.
Im Rahmen des Verfahrens kann das Ausgeben eines Signals an einen Fahrzeugführer erfolgen, wobei das Signal mit der Aufforderung, das Gaspedal des Fahrzeugs loszulassen, einhergeht. Das Ausgeben dieses Signals erfolgt bereits einige Zeit vor dem Zeitpunkt 30, bspw. 2 Sekunden vorher. Die Länge der alternativen Fahrzeugtrajektorie ist in Relation zur Länge des Prädiktionshorizonts T_P dementsprechend so auszulegen, dass stets ein kurzer Zeitraum vor dem Zeitpunkt 30 für das Ausgeben des Signals und die Reaktion des Fahrers eingeplant wird. Mit dem Erreichen des Zeitpunkts 30 beginnt ein autonomes Verzögern des Fahrzeugs entsprechend der alternativen Fahrzeugtrajektorie.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016207614 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer alternativen Fahrzeugtrajektorie eines Fahrzeugs, umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer ersten Fahrzeugtrajektorie für einen Prädiktionshorizont; - Erkennen eines innerhalb des Prädiktionshorizonts erwarteten Verzögerns und eines sich daran direkt oder indirekt anschließenden Beschleunigens oder eines innerhalb des Prädiktionshorizonts erwarteten Beschleunigens und eines sich daran direkt oder indirekt anschließenden Verzögerns in der ersten Fahrzeugtrajektorie; - Bestimmen einer alternativen Fahrzeugtrajektorie für den Prädiktionshorizont, wobei die alternative Fahrzeugtrajektorie ein früheres Verzögern als die erste Fahrzeugtrajektorie aufweist und wobei ein in der ersten Fahrzeugtrajektorie auftretendes Geschwindigkeitsminimum oder Geschwindigkeitsmaximum in der alternativen Fahrzeugtrajektorie abgeschwächt oder vermieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die maximale Verzögerung der alternativen Fahrzeugtrajektorie innerhalb des Prädiktionshorizonts kleiner ist als die maximale Verzögerung der ersten Fahrzeugtrajektorie.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Geschwindigkeit und eine Position der alternativen Fahrzeugtrajektorie am Ende des Prädiktionshorizonts zumindest annähernd identisch zu einer Geschwindigkeit und einer Position der ersten Fahrzeugtrajektorie verlaufen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend die Schritte: - Ausgeben eines Signals an einen Fahrzeugführer, ein Gaspedal des Fahrzeugs loszulassen; - Autonomes Verzögern des Fahrzeugs entsprechend der alternativen Fahrzeugtrajektorie, sobald ein Loslassen des Gaspedals erfolgt ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die alternative Fahrzeugtrajektorie in eine Rekuperationsphase, eine Segelphase und eine Angleichphase eingeteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei in der Rekuperationsphase eine Verzögerung von a_Rec=-2,0... -0,5 m/s², in der Segelphase eine Verzögerung von a_Coast=-1,0...0 m/s² und in der Angleichphase eine Verzögerung oder Beschleunigung von a_Rematch=-2,0...2,0 m/s² auftritt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von möglichen alternativen Fahrzeugtrajektorien bestimmt wird und wobei aus dieser Mehrzahl die optimale alternative Fahrzeugtrajektorie mittels einer Berechnung und dem Vergleich von Kosten für die einzelnen alternativen Fahrzeugtrajektorien bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Prädiktionshorizont eine Zeitspanne von 5 bis 60 Sekunden umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bereitstellen der ersten Fahrzeugtrajektorie für den Prädiktionshorizont basierend auf Kartendaten, Sensordaten und/oder V2X-Kommunikation erfolgt.
Steuergerät, eingerichtet zum Ausführen des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch ein Steuergerät dieses veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.