DE102022128153A1

DE102022128153A1 - Verfahren und System zum Koordinieren von autonomen Fahrzeugen in wenigstens einem Verkehrsbereich

Info

Publication number: DE102022128153A1
Application number: DE102022128153.1A
Authority: DE
Inventors: Georg Floerchinger; Lukas Heinen
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2024-04-25
Also published as: WO2024088680A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Koordinieren von autonomen Fahrzeugen (2) in wenigstens einem Verkehrsbereich (1), mit den Schritten:
- Empfangen einer ersten durch ein erstes der autonomen Fahrzeuge (2) geplanten Trajektorie (5) mittels einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung (4);
- Empfangen einer zweiten durch ein zweites der autonomen Fahrzeuge (2) geplanten Trajektorie (5) mittels der zentralen elektronischen Recheneinrichtung (4);
- Bestimmen eines jeweiligen Flächenbedarfs (7) des jeweiligen autonomen Fahrzeugs (2) entlang seiner jeweiligen geplanten Trajektorie (5);
- wenn mittels der zentralen Recheneinrichtung (4) ermittelt wird, dass sich die beiden Flächenbedarfe (7) mit den geplanten Trajektorien (5) in dem wenigstens einen Verkehrsbereich (1) zumindest teilweise überlappen:
o Priorisieren des ersten autonomen Fahrzeugs (2) oder des zweiten autonomen Fahrzeugs (2) durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung (4);
o Erteilen einer Freigabe (mittels eines Signals) zum Befahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 sowie ein System gemäß dem Patentanspruch 10, welche zum Koordinieren von autonomen Fahrzeugen in wenigstens einem Verkehrsbereich dienen.
Die EP 2 911 926 B1 zeigt ein Verfahren zur Koordinierung des Betriebs von vollautomatisiert fahrenden Kraftfahrzeugen. Die DE 11 2019 000 279 T5 zeigt ein Steuern autonomer Fahrzeuge anhand sicherer Ankunftszeiten. Schließlich zeigt die DE 10 2015 007 531 B3 ein Verfahren zur Verkehrssteuerung in einer Parkumgebung.
Ferner sind aus dem allgemeinen Stand der Technik beispielsweise fahrerlose Transportfahrzeuge (kurz FTF) bekannt, welche insbesondere im Rahmen einer Herstellung von Produkten, beispielsweise dem Kraftfahrzeugbau, verwendet werden, um Transportgut - beispielsweise Bauteile - zum Herstellen der Produkte zu transportieren.
Solche fahrerlosen Transportfahrzeuge bilden ein autonom fahrendes Fahrzeug. Darüber hinaus sind zukünftig auch autonom fahrende Fahrzeuge im allgemeinen Straßenverkehr immer häufiger anzutreffen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System zum Koordinieren von autonomen Fahrzeugen in wenigstens einem Verkehrsbereich bereitzustellen, durch welche ein besonders vorteilhafter Verkehrsfluss der autonomen Fahrzeuge zumindest in dem wenigstens einen Verkehrsbereich realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen sowie in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Koordinieren von autonomen Fahrzeugen in beziehungsweise an wenigstens einem Verkehrsbereich, beispielsweise einem Kreuzungsbereich. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei folgende Schritte:

In einem ersten Schritt erfolgt ein Empfangen einer ersten durch ein erstes der autonomen Fahrzeuge geplanten Trajektorie mittels einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung.

In einem zweiten Schritt erfolgt ein Empfangen einer zweiten durch ein zweites der autonomen Fahrzeuge geplanten Trajektorie mittels der zentralen elektronischen Recheneinrichtung.
In einem dritten Schritt erfolgt ein Bestimmen eines ersten Flächenbedarfs des ersten autonomen Fahrzeugs entlang seiner ersten geplanten Trajektorie und ein Bestimmen eines zweiten Flächenbedarfs des zweiten autonomen Fahrzeugs entlang seiner zweiten geplanten Trajektorie jeweils insbesondere durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung.
In einem vierten Schritt erfolgt, wenn mittels der zentralen Recheneinrichtung ermittelt wird, dass sich die beiden Flächenbedarfe mit den geplanten Trajektorien in dem wenigstens einen Verkehrsbereich zumindest teilweise überlappen, ein Priorisieren des ersten autonomen Fahrzeugs oder des zweiten autonomen Fahrzeugs durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung. Ferner erfolgt ein Erteilen einer Freigabe zum Befahren, das heißt wenigstens zum Einfahren beziehungsweise insbesondere zum Durchfahren, des Verkehrsbereichs für das priorisierte autonome Fahrzeug. Ferner unterbleibt somit insbesondere eine Freigabe des nicht priorisierten Fahrzeugs und somit eine zeitliche Unterbrechung dessen geplanter Trajektorie aufgrund der Nicht-Freigabe zum Befahren des Verkehrsbereichs.
Bei dem autonomen Fahrzeug kann es sich insbesondere um einen Routenzug oder eine smarte Roboterplattform in einem Produktionsbereich oder alternativ um einen Kraftwagen, wie beispielsweise einen autonom fahrenden Personenkraftwagen, handeln. Vorzugsweise ist das jeweilige autonome Fahrzeug beispielsweise ein flurgebundenes, fahrerloses Transportfahrzeug, welches entlang der jeweiligen Trajektorie und dabei beispielsweise entlang eines Bodens, das heißt auf einem Boden, fährt. Insbesondere ist das jeweilige autonome Fahrzeug grundsätzlich frei im Raum beziehungsweise frei entlang des Bodens bewegbar.
Das jeweilige Empfangen der Trajektorie kann als jeweilige Anmeldung, insbesondere Log-In, des Fahrzeugs an dem zentralen System, welches zumindest durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung gebildet wird, verstanden werden.
Wenn im Folgenden die Rede von der elektronischen Recheneinrichtung ist, so ist darunter, falls nicht anders angegeben, die zentrale elektronische Recheneinrichtung zu verstehen. Dabei ist dieses zentrale System beziehungsweise die elektronische Recheneinrichtung insbesondere als zentrale Verkehrssteuerung insbesondere für den Verkehrsbereich zu verstehen. Die Nummerierung der Schritte gibt nicht zwingend eine entsprechende zeitliche Reihenfolge der Schritte an, sondern dient insbesondere zum eindeutigen Adressieren der Schritte.
Mit anderen Worten wird bei dem ersten Schritt des Verfahrens mittels der elektronischen Recheneinrichtung eine durch ein erstes der autonomen Fahrzeuge selbst berechnete oder zumindest von dieser vorgegebene, erste Trajektorie des ersten Fahrzeugs empfangen. So empfängt die elektronische Recheneinrichtung die erste Trajektorie des ersten Fahrzeugs, wobei das erste autonome Fahrzeug die Trajektorie selbst berechnet beziehungsweise zumindest vorgibt. Dazu umfasst beispielsweise das erste autonome Fahrzeug eine eigene, erste mobile elektronische Recheneinrichtung, mittels welcher das erste Fahrzeug die erste Trajektorie berechnet. Fährt das erste autonome beziehungsweise somit fahrerlose Fahrzeug entlang der ersten Trajektorie, so kann die erste mobile Recheneinrichtung des ersten Fahrzeugs relativ zur zentralen elektronischen Recheneinrichtung bewegt werden. Diese Ausführungen gelten analog für den zweiten Schritt des Verfahrens beziehungsweise die zweite Trajektorie und insbesondere das zweite autonome Fahrzeug.
So kann das zweite Fahrzeug insbesondere eine zweite mobile elektronische Recheneinrichtung aufweisen, welche sich ebenfalls relativ zur zentralen Recheneinrichtung bewegen kann. Die mobilen elektronischen Recheneinrichtungen sind somit separate, einzelne Recheneinrichtungen, die zusätzlich zu der zentralen elektronischen Recheneinrichtung vorgesehen sein können und separat von dieser ausgebildet sind. Insbesondere jedoch verfügt die jeweilige elektronische Recheneinrichtung über ein Kommunikationsmodul beziehungsweise ist mit einer Kommunikationseinrichtung verbunden, sodass zumindest die jeweiligen elektronischen Recheneinrichtungen jeweils mit der zentralen elektronischen Recheneinrichtung kommunizieren, das heißt beispielsweise Daten, welche beispielsweise die Trajektorie beschreiben, austauschen kann. Dabei ist die Kommunikationseinrichtung insbesondere derart ausgebildet, dass eine drahtlose beziehungsweise insbesondere leitungslose Übertragung der Daten zwischen einzelnen Recheneinrichtungen bereitgestellt werden kann.
Bei dem dritten Schritt des Verfahrens wird mit anderen Worten mittels der zentralen elektronischen Recheneinrichtung ein jeweiliger Flächenbedarf beziehungsweise Platzbedarf für das jeweilige Fahrzeug ermittelt, wobei unter dem jeweiligen Flächenbedarf beispielsweise verstanden werden kann, dass ein erster Bereich entlang der ersten Trajektorie ermittelt wird, wobei sich beispielsweise das erste autonome Fahrzeug auf seinem Weg entlang der ersten Trajektorie durch den ersten Bereich hindurchbewegt oder hindurchbewegen würde, und in dem ersten Bereich, wenn das erste autonome Fahrzeug entlang der ersten Trajektorie fährt oder fahren würde, in dem Bereich entsprechend seiner Grundfläche zu einem bestimmten Zeitpunkt Raum beansprucht beziehungsweise insbesondere Bodenfläche. Entsprechende Ausführungen zum ersten Flächenbedarf gelten in analoger Weise für den zweiten Flächenbedarf. So nimmt beziehungsweise nehmen das jeweilige Fahrzeug den jeweiligen Flächenbedarf beziehungsweise den dazugehörigen Bereich ein, wenn es entlang der jeweiligen Trajektorie fährt oder fahren würde. Zusätzlich oder alternativ kann der Flächenbedarf beispielsweise als zeitabhängiger Flächenkorridor angesehen werden, durch welchen das jeweilige autonome Fahrzeug hindurchfährt oder hindurchfahren würde, wenn es entlang seiner jeweiligen Trajektorie fährt oder fahren würde.
Mit anderen Worten wird somit bei dem vierten Schritt ermittelt, wie sich die Flächenbedarfe, insbesondere beispielsweise in Form der Bereiche beziehungsweise Fahrfläche, gegenseitig zumindest teilweise überlappen, das heißt schneiden und/oder zumindest teilweise ineinander liegen. Anhand dieser Überlappung wird ein Kriterium geschaffen, welches das Priorisieren eines der Fahrzeuge ermöglicht, welches somit aufgrund seiner Anmeldung dann die Freigabe erhält, in den beziehungsweise durch den Verkehrsbereich zu fahren. Die Freigabe erfolgt über die jeweiligen Kommunikationseinrichtungen der elektronischen Recheneinrichtung der autonomen Fahrzeuge. Befinden sich noch andere Verkehrsteilnehmer, wie beispielsweise manuell geführte Personenkraftwagen, in beziehungsweise an dem Verkehrsbereich, kann die Freigabe beispielsweise mittels eines Signals erfolgen, beispielsweise eines Lichtsignals in Form einer Ampel an dem Verkehrsbereich.
Mittels der Erfindung kann ein besonders vorteilhafter Verkehrsfluss beispielsweise in Form eines hohen Durchsatzes an Fahrzeugen zumindest in dem wenigstens einen Verkehrsbereich, welcher beispielsweise eine Kreuzung, eine Einfahrt, eine Brandschutztür, eine Schranke oder dergleichen sein kann, realisiert werden. Insbesondere können durch die Erfindung auch als Deadlocks bezeichnete Blockierungen beziehungsweise Rückstaugeschichten der autonomen Fahrzeuge vermieden werden, wenn beispielsweise als autonome Fahrzeuge fahrerlose Transportfahrzeuge in Transporteinrichtungen eingesetzt werden, welche Engstellen, Einbahnstraßen oder dergleichen aufweisen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Priorisieren des ersten autonomen Fahrzeugs oder des zweiten autonomen Fahrzeugs, also des autonomen Fahrzeugs, welches die Freigabe zum Befahren erhält, anhand eines vorgegebenen, in der zentralen elektronischen Recheneinrichtung hinterlegten Regelwerks. Mit anderen Worten sind Regeln beziehungsweise Anweisungen in der elektronischen Recheneinrichtung hinterlegt, anhand welcher die zentrale elektronische Recheneinrichtung auswählen kann, welches der wenigstens zwei autonomen Fahrzeuge, also das erste autonome Fahrzeug oder das zweite autonome Fahrzeug, priorisiert wird für die Freigabe zum Einfahren in den beziehungsweise Durchfahren durch den Verkehrsbereich. Eine Regel kann beispielsweise sein, dass das Fahrzeug nur einfahren darf, wenn es kein anderes Fahrzeug behindert. Eine weitere Regel kann beispielsweise die Ankunftszeit in Abhängigkeit der jeweils geplanten Trajektorie an dem Verkehrsbereich darstellen. Ein weiteres Regelwerk kann beispielsweise auf konventionellen Verkehrsregeln basieren. So kann beispielsweise, falls der Verkehrsbereich als Kreuzung ausgebildet ist, eine einfache Rechts-vor-Links-Vorschrift zum Einfahren in den Kreuzungsbereich gültig sein. Dadurch ergibt sich für das Verfahren der Vorteil, eine vorgegebene und insbesondere faire beziehungsweise notwendige Priorisierung der Fahrzeuge auf effiziente Weise zu erhalten.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Freigeben zum Befahren durch ein Signal, welches an das priorisierte Fahrzeug übermittelt wird und/oder durch ein Verkehrselement, wie beispielsweise eine Ampel, des Verkehrsbereichs. Mit anderen Worten wird ein Signal erzeugt beziehungsweise durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung bereitgestellt, welches von dem priorisierten autonomen Fahrzeug und/oder von dem eben nicht priorisierten autonomen Fahrzeug empfangen werden kann, um es dem priorisierten Fahrzeug zu ermöglichen, in den Verkehrsbereich einzufahren.
Dabei ist das Verkehrselement insbesondere eine dem Verkehrsbereich zugeordnete Einrichtung, welche dort Einfluss auf einen Verkehrsfluss nehmen kann. So kann es sich bei dem Verkehrselement beispielsweise um eine Schranke, um eine Ampel, um ein Tor oder dergleichen handeln. Dabei verfügt das Verkehrselement beispielsweise über eine eigene elektronische Recheneinrichtung oder zumindest eine Steuerungseinrichtung, welche beispielsweise mittels einer Kommunikationseinrichtung ein Signal der zentralen elektronischen Recheneinrichtung empfangen beziehungsweise ein weiteres Signal für die autonomen Fahrzeuge ausgeben kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Freigabe besonders vorteilhaft erfolgen kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird, wenn mittels der zentralen, elektronischen Recheneinrichtung ermittelt wird, dass das priorisierte autonome Fahrzeug derart entlang seiner geplanten Trajektorie gefahren ist, dass ein Überlappen der Flächenbedarfe unterbleibt, durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung an das weitere autonome Fahrzeug eine Freigabe zum Befahren des Verkehrsbereichs erteilt. Mit anderen Worten wird überprüft, ob der Flächenbedarf des priorisierten Fahrzeugs beim Befahren des Verkehrsbereichs es zulässt, dass zumindest ab einem bestimmten Zeitpunkt eine Freigabe für das weitere beziehungsweise das noch nicht priorisierte autonome Fahrzeug ausgegeben werden kann, ohne dass es zu einem Überlapp der Bereiche kommt. So kann es sein, dass für jedes Fahrzeug seine Länge bekannt ist, beispielsweise in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, der Flächenkorridor derart belegt wird, dass die Freigabe an das weitere autonome Fahrzeug erfolgen kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auf besonders vorteilhafte Weise der Verkehrsdurchsatz in dem Verkehrsbereich besonders hoch ausfallen kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird wenigstens ein an den Verkehrsbereich angrenzender und insbesondere bei wenigstens zwei Verkehrsbereichen zwischen den beiden Verkehrsbereichen liegender, Umgebungsbereich bei der Freigabe berücksichtigt. Mit anderen Worten wird für die Priorisierung beziehungsweise für die Freigabe, insbesondere bei mehreren autonomen Fahrzeuge beispielsweise berücksichtigt, welche Fläche der Umgebungsbereich aufweist. Dabei kann der Umgebungsbereich eine Straße beziehungsweise ein Weg, welcher insbesondere eine bestimmte Länge aufweist, und an beispielsweise einen als Kreuzung ausgebildeten Verkehrsbereich angrenzt, umfassen. Die Freigaben erfolgt dann beispielsweise solange eine Fläche beziehungsweise Flächenbedarf im Umgebungsbereich größer ist als der Flächenbedarf aller durch den Verkehrsbereich in den Umgebungsbereich durch die jeweilige Freigabe fahrender Fahrzeuge. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auf besonders vorteilhafte Weise ein Verkehrsfluss durch das Verfahren bereitgestellt werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird ein Zustand eines Verkehrselements beziehungsweise des Verkehrselements des Verkehrsbereichs ermittelt und die Freigabe erfolgt zusätzlich in Abhängigkeit von diesem ermittelten Zustand. Mit anderen Worten wird durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung der Zustand des Verkehrselements erfasst. Handelt es sich bei dem Verkehrselement beispielsweise um eine Schranke, wird ermittelt, ob diese aktuell geschlossen oder geöffnet ist. In Abhängigkeit von diesem Zustand erfolgt nun die Freigabe zum Befahren des Verkehrsbereichs. Ist die Schranke geschlossen und diese bildet zumindest einen Teil des Verkehrsbereichs, kann aktuell keine Freigabe für das priorisierte autonome Fahrzeug erfolgen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auf besonders vorteilhafte Weise ein Befahren des jeweiligen Verkehrsbereichs ermöglicht werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird, wenn ein Empfangen einer weiteren durch ein weiteres der autonomen Fahrzeuge geplanten Trajektorie mittels der zentralen elektronischen Recheneinrichtung erfolgt, bei der Priorisierung eines der bisher nicht berücksichtigten autonomen Fahrzeuge anhand eines Zeitintervalls priorisiert. Mit anderen Worten wird, wenn beispielsweise mehrere autonome Fahrzeuge in den Verkehrsbereich einfahren wollen und dies zeitlich nicht möglich ist, anhand eines Zeitintervalls, welches insbesondere eine Wartezeit beschreibt, eine Priorisierung eines bisher nicht priorisierten Fahrzeugs erfolgen. Dabei kann beispielsweise das sogenannte First-in-First-out-Prinzip angewandt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass gewährleistet werden kann, dass es jedem autonomen Fahrzeug nach einer gewissen Zeit ermöglicht wird, den Verkehrsbereich zu befahren beziehungsweise zu durchqueren, auch wenn dies beispielsweise anhand des Regelwerks nicht einfach priorisierbar wäre.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird, wenn mittels der zentralen elektronischen Recheneinrichtung ermittelt wird, dass in dem Verkehrsbereich die erste Trajektorie und die zweite Trajektorie zumindest teilweise, jedoch ohne ein Überlappen der Flächenbedarfe, zusammenfallen, eine Freigabe an das erste und das zweite Fahrzeug erteilt. Mit anderen Worten wird durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung kontrolliert beziehungsweise ermittelt, ob bei autonomen Fahrzeugen, welche insbesondere in die gleiche Richtung fahren beziehungsweise zumindest beispielsweise in gleicher Richtung durch den Verkehrsbereich fahren wollen, eine zeitliche Taktung der Trajektorien derart möglich ist, dass ein gleichzeitiges Freigeben zum Befahren ermöglicht wird. Somit kann beispielsweise ein Konvoi realisiert werden beziehungsweise für mehrere Fahrzeuge eines Konvois kann zumindest teilweise zeitgleich eine Freigabe zum Befahren erfolgen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Verfahren besonders vorteilhaft für einen besonders großen Verkehrsfluss verwendet werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt bei einem Erfassen eines nicht autonomen Verkehrsteilnehmers beziehungsweise eines Verkehrsteilnehmers, welcher nicht mit der zentralen elektronischen Recheneinrichtung verbunden ist, durch eine Sensoreinrichtung wenigstens eines der autonomen Fahrzeuge und einer dadurch erfolgten Korrektur der zugehörigen Trajektorie des autonomen Fahrzeugs, welches den Verkehrsteilnehmer erfasst hat, eine Aktualisierung der Priorisierung beziehungsweise der Freigabe. Mit anderen Worten kann das autonome Fahrzeug mit Sensoren, insbesondere Umweltsensoren, welche eine Umgebung des Fahrzeugs erfassen, ausgestattet sein, sodass dieses andere Verkehrsteilnehmer, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, selbständig wahrnehmen beziehungsweise erfassen kann. Erfolgt das Erfassen eines dem System beziehungsweise der elektronischen Recheneinrichtung nicht bekannten Kraftfahrzeugs, kann das autonome Fahrzeug, welches den Verkehrsteilnehmer erfasst hat, insbesondere dann, wenn dessen Erfassen einen direkten Einfluss auf die geplante Trajektorie nimmt, ein Ändern dieser Trajektorie durchführen. Diese Änderung der Trajektorie wird bei einer Aktualisierung des Verfahrens verwendet, um gegebenenfalls die Priorisierung beziehungsweise die Freigabe zu ändern. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Verfahren besonders vorteilhaft an hybriden Verkehrsbereichen verwendet werden kann, welche autonomen und manuellen Verkehr gleichzeitig bedienen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein System umfassend eine zentrale elektronische Recheneinrichtung, welches dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchzuführen.
Dabei sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Vorteile des ersten Aspekts der Erfindung als vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Vorteile des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht eines Verkehrsbereichs, welcher von autonomen Fahrzeugen, welche einen jeweiligen Flächenbedarf aufweisen, passierbar ist;
2 eine weitere schematische Ansicht des Verkehrsbereichs;
3 eine schematische Ansicht eines zweiten Verkehrsbereichs;
4 eine schematische Ansicht eines dritten Verkehrsbereichs;
5 eine schematische Ansicht eines vierten Verkehrsbereichs; und
6 eine weitere schematische Ansicht eines fünften Verkehrsbereichs.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Verkehrsbereich 1, welcher eine Kreuzung darstellt, in welcher sich zwei autonom fahrende Fahrzeuge 2 befinden. Der Verkehrsbereich 1 ist hier als Zentralfläche einer Kreuzung ausgebildet, an welche Umgebungsbereiche 3 grenzen. Die Buchstaben A bis H markieren Eintrittsorte beziehungsweise Austrittsorte in den Verkehrsbereich 1. Die Pfeile zeigen geplante beziehungsweise planbare und insbesondere erlaubte Trajektorien 5 des jeweiligen Fahrzeugs 2. Ferner zeigen die Linien 6 mögliche erlaubte Durchfahrregeln beziehungsweise Trajektorien durch den Verkehrsbereich 1.
So handelt es sich bei dem Verkehrsbereich 1 im gezeigten Beispiel um eine Kreuzung einer zweispurigen Straße. Das erste der autonomen Fahrzeuge 2 ist beispielsweise als Smart Transport Robot oder kurz STR ausgebildet und das zweite der autonomen Fahrzeuge 2 ist als Routenzug ausgebildet, wodurch sich beispielsweise 800 mögliche Kombinationen für ein Durchfahren durch den Verkehrsbereich 1 ergeben. Damit ein effizientes Koordinieren und somit ein hoher Verkehrsdurchsatz durch den in 1 gezeigten Verkehrsbereich 1 möglich ist, wird im Folgenden ein Verfahren zum Koordinieren von autonomen Fahrzeugen 2 in beziehungsweise an dem wenigstens einen Verkehrsbereich 1 vorgestellt. Das Verfahren umfasst mehrere Schritte:
In einem ersten Schritt erfolgt ein Empfangen einer ersten durch das erste der autonomen Fahrzeuge 2 geplanten Trajektorie 5 mittels einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4, wodurch somit quasi ein Anmelden des ersten autonomen Fahrzeugs 2 an der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 erfolgt. Analog hierzu erfolgt in einem zweiten Schritt ein Empfangen einer zweiten durch das zweite der autonomen Fahrzeuge 2 geplanten Trajektorie 5 mittels der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4, wodurch das zweite autonome Fahrzeug 2 ebenfalls an der elektronischen Recheneinrichtung 4 angemeldet wird. In einem dritten Schritt erfolgt ein Bestimmen eines ersten Flächenbedarfs 7 des ersten autonomen Fahrzeugs 2 entlang seiner ersten geplanten Trajektorie 5 sowie das Bestimmen eines zweiten Flächenbedarfs 7 des zweiten autonomen Fahrzeugs 2 entlang seiner zweiten geplanten Trajektorie 5 jeweils durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4. In einem vierten Schritt erfolgt, wenn mittels der zentralen Recheneinrichtung 4 ermittelt wird, dass sich die beiden Flächenbedarfe 7 mit den geplanten Trajektorien 5 in dem wenigstens einen Verkehrsbereich 1 zumindest teilweise überlappen, ein Priorisieren des ersten autonomen Fahrzeugs 2 oder des zweiten autonomen Fahrzeugs 2 durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4. Infolge der Priorisierung erfolgt das Erteilen einer Freigabe beispielsweise mittels eines Signals zum Befahren, das heißt zum Einfahren beziehungsweise Durchfahren, in den Verkehrsbereich 1 beziehungsweise durch den Verkehrsbereich 1 für das priorisierte autonome Fahrzeug 2. Dadurch ergibt sich beispielsweise eine zeitliche Unterbrechung der Trajektorie 5 des nicht freigegebenen Fahrzeugs 2 aufgrund der nicht erfolgten Freigabe für dieses Fahrzeug 2.
2 zeigt eine schematische Draufsicht der Kreuzung gemäß 1, wobei diese nun vereinfacht schematisch dargestellt ist. Dabei zeigt sich, dass der Flächenbedarf 7 aufgrund der Trajektorie 5 des von unten kommenden Fahrzeugs 2 sowie der Flächenbedarf 7 aufgrund der Trajektorie 5 des von oben kommenden autonomen Fahrzeugs 2, welches links abbiegen will, kollidieren würden.
2 zeigt eine Ampelschaltung, welche einem Verkehrselement 8 des Verkehrsbereichs 1 entspricht und welche mehrere Signalleuchten beziehungsweise Ampellichter umfasst.
Das von rechts kommende autonome Fahrzeug 2 hat aktuell als Ampelsignal durch das Ampelelement 9 ein rotes Signal und stoppt somit.
Vorteilhafterweise erfolgt das Priorisieren des autonomen Fahrzeugs 2 anhand eines vorgegebenen, in der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 hinterlegten Regelwerks. Im in 2 gezeigten Beispiel kann das Regelwerk beispielsweise sein, dass das links abbiegende Fahrzeug zu warten hat. Durch das Verfahren wird nun dem Fahrzeug 2, welches beispielsweise eine eigene elektronische Recheneinrichtung zum Steuern beziehungsweise zum Bewerkstelligen der autonomen Fahrt ermöglicht, durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 mitgeteilt, dass es gegenüber dem geradeaus von unten kommenden Fahrzeug 2 zu warten hat.
Jedes Fahrzeug 2 soll eine faire Chance haben, den Verkehrsbereich 1 zu durchqueren, das heißt beispielsweise in einer akzeptablen Zeit. In Abhängigkeit zwischen Kreuzungen müssen berücksichtigt werden, beispielsweise soll bei mehreren Kreuzungen ein Rückstau durch falsche Entscheidungen falsche Priorisierungen vermieden werden. So kann insgesamt ein Optimierungsproblem vorliegen, welches mittels des Verfahrens vorteilhaft gelöst werden kann.
Handelt es sich bei den Fahrzeugen 2 und dem Verkehrsbereich 1 beispielsweise um eine Produktionsanlage einer Kraftfahrzeugherstellung, sodass das von oben und von unten kommende Fahrzeug 2 jeweils der STR ist und das von rechts kommende Fahrzeug 2 ein Routenzug, kann für das Regelwerk beispielsweise auch hinterlegt sein, dass das Fahrzeug 2, welches die für die Produktion wichtigsten Teile liefert, priorisiert wird. Ansonsten ergeben sich für das Regelwerk vorteilhafterweise einfache Verkehrsregeln, insbesondere wenn es sich beispielsweise um einen Verkehrsbereich 1 handelt, bei welchem die Straßenverkehrsordnung gilt. So kann, wie durch 2 mithilfe des Verkehrselements 8 deutlich wird, das Freigeben vorteilhafterweise durch das Verkehrselement 8 erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann das Freigeben durch ein Signal, welches an das priorisierte Fahrzeug 2 übermittelt wird, beispielsweise durch jeweilige Kommunikationseinrichtungen der fahrzeugeigenen elektronischen Recheneinrichtung und der zentralen Recheneinrichtung 4, erfolgen.
Dabei hat es sich von Vorteil gezeigt, wenn mittels der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 ermittelt wird, dass das priorisierte autonome Fahrzeug 2 derart entlang seiner geplanten Trajektorie 5 gefahren ist, dass ein Überlappen der Flächenbedarfe 7 unterbleibt, die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 an das weitere autonome Fahrzeug 2 eine Freigabe zum Befahren des Verkehrsbereichs 1 erteilt.
Der Verkehrsbereich kann derart ausgebildet sein, dass diesen auch nicht autonome Verkehrsteilnehmer befahren, also handelt es sich beispielsweise bei dem Verkehr um einen hybriden Verkehr, welcher aus den autonomen Fahrzeugen 2 sowie nicht autonomen Verkehrsteilnehmern gebildet ist. Somit kann es vorteilhaft sein, wenn eine Sensoreinrichtung wenigstens eines der autonomen Fahrzeuge 2 einen nicht autonomen Verkehrsteilnehmer erfasst und eine dadurch erfolgte Korrektur der zugehörigen Trajektorie 5 des autonomen Fahrzeugs 2 zu erfolgen hat, eine Aktualisierung der Priorisierung beziehungsweise der Freigabe in beziehungsweise durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 erfolgt.
3 zeigt in einer schematischen Draufsicht einen Verkehrsbereich 1, welcher an einer Brandschutztür angeordnet sein kann, für welche somit ein Regelwerk gilt, welches besagt, dass ein Aufenthalt im Stillstand in dem Verkehrsbereich 1 untersagt ist und dieser darüber hinaus zügig durchfahren werden soll. Dabei ist es von Vorteil, wenn ein Zustand eines Verkehrselements 8, beispielsweise einer Schranke beziehungsweise der Brandschutztür, des Verkehrsbereichs 1 ermittelt wird und die Freigabe zusätzlich in Abhängigkeit von diesem ermittelten Zustand erfolgt.
Dazu zeigt in Analogie 4 einen Bereich, wie beispielsweise ebenfalls ein Hallentor oder dergleichen, welcher im Gegensatz zu einem Umgebungsbereich 3 derart verjüngt ist, dass sich die Flächenbedarfe 7 entgegenkommender Fahrzeuge 2 überlappen beziehungsweise überschneiden. Daher hat hier ebenfalls eine Priorisierung zu erfolgen. Wobei, wie in 4 gezeigt ist, drei Fahrzeuge 2 in den Verkehrsbereich 1 einfahren wollen. Hier ist es vorteilhaft für das Verfahren, wenn ein Empfangen einer weiteren durch ein weiteres der autonomen Fahrzeuge 2 geplanten Trajektorie 5 mittels der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 erfolgt, bei der Priorisierung eines der bisher nicht priorisierten autonomen Fahrzeuge 2 anhand eines Zeitintervalls priorisiert wird. Mit anderen Worten soll beispielsweise allein aufgrund der Wartezeit eines jeden der an dem Verkehrsbereich 1 wartenden autonomen Fahrzeugs 1 ermöglicht werden, nach einer gewissen Zeit einzufahren. So kann vermieden werden, dass ein Fahrzeug 2 beispielsweise aufgrund des sonstigen Regelwerks nicht priorisiert werden kann.
5 zeigt eine schematische Draufsicht mehrerer Verkehrsbereiche 1 und dazugehöriger dazwischenliegender Umgebungsbereiche 3, welche beispielsweise entlang einer Produktionsstraße in der Kraftfahrzeugproduktion angeordnet sind. Somit ist es von Vorteil für das Verfahren, wenn wenigstens ein an den wenigstens einen Verkehrsbereich 1 angrenzender und insbesondere bei wenigstens zwei Verkehrsbereichen 1 zwischen den wenigstens zwei Verkehrsbereichen 1 liegender, Umgebungsbereich 3 bei der Freigabe berücksichtigt wird. Ist beispielsweise der Umgebungsbereich 3 zwischen zwei Verkehrsbereichen 1 so kurz, dass bei einer Freigabe das in den Verkehrsbereich 1 einfahrende autonome Fahrzeug 2 diesen nicht mehr verlassen kann, kann auf eine Freigabe verzichtet werden beziehungsweise kann diese nicht erfolgen.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn mittels der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 ermittelt wird, dass im Verkehrsbereich 1 die erste Trajektorie 5 und die zweite Trajektorie 5 zumindest teilweise, jedoch ohne ein Überlappen des Flächenbedarfs 7, zusammenfallen, eine Freigabe an das erste Fahrzeug 2 und an das zweite Fahrzeuge 2 erteilt wird, sodass beispielsweise ein Kolonnenfahren beziehungsweise ein Konvoifahren ermöglicht werden können, wie mit den beiden als Routenzug ausgebildeten Fahrzeugen 2 der 5 gezeigt.
6 zeigt einen weiteren Verkehrsbereich 1, welcher in eine Sackgasse mündet und schmal ist, sodass dieser nicht gleichzeitig von zwei entgegenkommenden Fahrzeugen 2 befahren werden kann. Hier ist eine entsprechende durch die elektronische Recheneinrichtung 4 vorzunehmende Priorisierung und Freigabe anhand der Umstände zu betrachten. Diese kann analog mit der in 4 gezeigten Situation beschrieben werden mit dem Zusatz der Sackgasse.
Mehrere Fahrzeuge 2 können den Verkehrsbereich 1 befahren, wenn es keine Konflikte gibt, wobei die begrenzte Kapazität zu beachten ist. Beispielsweise in Konvoisituationen kann das Durchfahren ermöglicht sein, wenn das jeweilige Fahrzeug 2 beispielsweise zu einem Pool außerhalb der Zone fährt. Es kann durch das Verfahren sichergestellt werden, dass die Fahrzeuge 2 an den Rändern der Zone beziehungsweise des Verkehrsbereichs 1 genügend Platz lassen, damit ein anderes Fahrzeug 2 sie umgehen kann. Beispielsweise können Überholinseln oder dergleichen an Sackgassen beziehungsweise sehr langen engen Straßen eingerichtet werden, welches als Information der elektronischen Recheneinrichtung 4 beziehungsweise im Regelwerk hinterlegt werden kann.
Durch das anhand der Figuren erläuterte Verfahren wird ermöglicht, dass, bevor ein Fahrzeug 2 in den Verkehrsbereich 1 einfährt, sichergestellt werden kann, dass die Chance für ein erfolgreiches Passieren des Verkehrsbereichs 1 hoch ist. So kann insbesondere ein Konflikt innerhalb des Verkehrsbereichs 1 vermieden werden. Ferner können Konflikte beim Verlassen der Zone beziehungsweise des Verkehrsbereichs 1 verhindert werden. Dabei kann insbesondere auch bei mehreren Verkehrsbereichen 1 die Auslastung insgesamt beziehungsweise insbesondere die Auslastung des jeweiligen Verkehrsbereichs 1, beispielsweise der Kreuzung, so hoch wie möglich sein. Je mehr Fahrzeuge 2 parallel über beziehungsweise durch den Verkehrsbereich 1 fahren, desto vorteilhafter.
Dabei wurden bisher im Stand der Technik der sogenannte Limited Capacity Approach beziehungsweise der Ansatz begrenzten Kapazität verwendet, welcher unter Sicherheitsaspekten gut ist, jedoch einen Verkehrsfluss besonders langsam macht. Gegenüber diesem Verfahren stellt das hier vorgestellte Verfahren eine deutliche Verbesserung dar.
7 zeigt einen beispielhaften schematischen Ablauf des Verfahrens. Box B1 repräsentiert dabei die Anfrage des Fahrzeugs 2 zum Einfahren, die Box B2 repräsentiert Konflikte beziehungsweise Überschneidungen der Flächenbedarfe 7 in dem Verkehrsbereich 1. Die Box B3 gibt aus, ob ein Konflikt besteht. In der Box B4 erfolgt die Priorisierung beziehungsweise die Freigabe in der Box B5, wobei in der Box B7 eine kontinuierliche Überprüfung erfolgt.
Die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 kann zur Steuerung von Schranken, Brandschutztoren und dergleichen verwendet werden. Basierend auf dem Status der jeweiligen Anlage beziehungsweise Verkehrselemente 8 kann ein Zeitrahmen definiert werden, in dem versucht wird, den Verkehrsbereich 1 so effizient wie möglich zu nutzen. Die Logik des Verfahrens, wie in dargestellt, gewährt den Fahrzeugen 2 die Zufahrt, bis der Status beziehungsweise der Zustand des jeweiligen Verkehrselements 8 wechselt. Je nach Gerät kann die Zeitspanne eine andere sein, beispielsweise lang bei Feuerschutztoren oder sehr kurz beispielsweise bei Schranken. Eine zeitbasierte Kreuzungssteuerung beziehungsweise Verkehrssteuerung durch den Verkehrsbereich 1 mittels der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 liefert einen detaillierten Status, den das Fahrzeug 2 beziehungsweise dessen Steuerung beachten muss.
Anhand der Fig. und des vorgestellten Verfahrens soll ebenso ein System vorgestellt werden, welches die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 umfasst und welches dazu ausgebildet ist, das Verfahren durchzuführen.
Sowohl durch das vorgestellte Verfahren als auch durch das vorgestellte System wird dem Problem begegnet, welches mittels einer regulären Verkehrskontrolle auftreten kann, welches keinen hohen Durchsatz mit hohen Sicherheitsaspekten an einem Verkehrsbereich als bei einer Kreuzung ermöglichen kann. So ist in dem gezeigten Beispiel in der Fahrzeugproduktion ein Konflikt der Bevorzugung von Routenfahrzeugen und Smart Transport Roboters möglich.
Dabei ist es in einer Produktion beziehungsweise auch im Verkehr wünschenswert, dass Blockaden innerhalb des Verkehrsbereichs vermieden werden, weil der Verkehr, insbesondere der manuelle Verkehr, fließen soll, weil Brandschutztüren jederzeit geschlossen werden können müssen. Weil Produktionsanlagen weiterlaufen und weil hohe Sicherheitsanforderungen an die Freigabe zu erfolgen haben.
Durch das vorgestellte Verfahren und das vorgestellte System ist auf besonders vorteilhafte Weise eine hybride Kreuzungssteuerung für manuellen und autonomen Verkehr realisierbar.
Bezugszeichenliste

1: Verkehrsbereich
2: Fahrzeug
3: Umgebungsbereich
4: zentrale elektronische Recheneinrichtung
5: Trajektorie
6: Linie
7: Flächenbedarf
8: Verkehrselement
9: Signaleinrichtung
B1: Box 1
B2: Box 2
B3: Box 3
B4: Box 4
B5: Box 5
B6: Box 6

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2911926 B1 [0002]
DE 112019000279 T5 [0002]
DE 102015007531 B3 [0002]

Claims

Verfahren zum Koordinieren von autonomen Fahrzeugen (2) in wenigstens einem Verkehrsbereich (1), mit den Schritten: - Empfangen einer ersten durch ein erstes der autonomen Fahrzeuge (2) geplanten Trajektorie (5) mittels einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung (4); - Empfangen einer zweiten durch ein zweites der autonomen Fahrzeuge (2) geplanten Trajektorie (5) mittels der zentralen elektronischen Recheneinrichtung (4); - Bestimmen eines ersten Flächenbedarfs (7) des ersten autonomen Fahrzeugs (2) entlang seiner ersten geplanten Trajektorie (5) und Bestimmen eines zweiten Flächenbedarfs (7) des zweiten autonomen Fahrzeugs (2) entlang seiner zweiten geplanten Trajektorie (5); - wenn mittels der zentralen Recheneinrichtung (4) ermittelt wird, dass sich die beiden Flächenbedarfe (7) mit den geplanten Trajektorien (5) in dem wenigstens einen Verkehrsbereich (1) zumindest teilweise überlappen: o Priorisieren des ersten autonomen Fahrzeugs (2) oder des zweiten autonomen Fahrzeugs (2) durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung (4); o Erteilen einer Freigabe zum Befahren des Verkehrsbereichs (1) für das priorisierte autonome Fahrzeug (2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Priorisieren des ersten autonomen Fahrzeugs (2) oder des zweiten autonomen Fahrzeugs (2) anhand eines vorgegebenen, in der zentralen elektronischen Recheneinrichtung (4) hinterlegten Regelwerks erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Freigeben für das Befahren durch ein Signal, welches an das priorisierte Fahrzeug (2) übermittelt wird, und/oder durch ein Verkehrselement (8) des Verkehrsbereichs (1) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn mittels der zentralen, elektronischen Recheneinrichtung (4) ermittelt wird, dass das priorisierte autonome Fahrzeug (2) derart entlang seiner geplanten Trajektorie (5) gefahren ist, dass ein Überlappen der Flächenbedarfe (7) unterbleibt, die zentrale elektronische Recheneinrichtung (4) an das weitere autonome Fahrzeug (2) eine Freigabe zum Befahren des Verkehrsbereichs (1) erteilt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein an den Verkehrsbereich (1) angrenzender und insbesondere bei wenigstens zwei Verkehrsbereichen (1) zwischen diesen liegender, Umgebungsbereich (3) bei der Freigabe berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zustand eines Verkehrselements (8) des Verkehrsbereichs (1) ermittelt wird und die Freigabe zusätzlich in Abhängigkeit von diesem ermittelten Zustands erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn ein Empfangen einer weiteren durch eine weiteres der autonomen Fahrzeuge (2) geplanten Trajektorie (5) mittels der zentralen elektronischen Recheneinrichtung (4) erfolgt, bei der Priorisierung eines der bisher nicht priorisierten autonomen Fahrzeuge (2) anhand eines Zeitintervalls priorisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn mittels der zentralen, elektronischen Recheneinrichtung (4) ermittelt wird, dass in dem Verkehrsbereich (1) die erste Trajektorie (5) und die zweite Trajektorie (5) zumindest teilweise, jedoch ohne ein Überlappen der Flächenbedarfe (7), zusammenfallen, eine Freigabe an das erste autonome Fahrzeug (2) und an das zweite autonome Fahrzeug (2) erteilt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Erfassen eines nichtautonomen Verkehrsteilnehmers durch eine Sensoreinrichtung wenigstens eines der autonomen Fahrzeuge (2) und einer dadurch erfolgten Korrektur der zugehörigen Trajektorie (5) des autonomen Fahrzeugs (2), welches den Verkehrsteilnehmer erfasst hat, eine Aktualisierung der Priorisierung beziehungsweise der Freigabe erfolgt.
System umfassend eine zentrale elektronische Recheneinrichtung (4), welches dazu ausgebildet ist ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.