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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum infrastrukturgestützten Assistieren mindestens eines vernetzten Kraftfahrzeugs bei einer zumindest teilautomatisiert geführten Fahrt durch eine Straßeninfrastruktur. Die Erfindung betrifft ferner ein Infrastruktursystem zur Fahrunterstützung von zumindest teilautomatisiert geführten vernetzten Kraftfahrzeugen. Die Erfindung betrifft ferner ein vernetztes Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Wie auch in anderen Technologiebereichen spielt bei Fahrzeuganwendungen die Vernetzung und Automatisierung eine zunehmend größere Rolle. Immer mehr Fahrzeuge besitzen die Möglichkeit, sich mit anderen Verkehrsteilnehmern (V2V-Kommunikation), Infrastruktursystemen oder mit Backenddiensten in der Cloud (V2X-Kommunikation) zu verbinden.
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Insbesondere gewinnt in die Vernetzung von Fahrzeugen mit Infrastruktursystemen an Bedeutung. Solche Systeme können Fahrzeuge bei Ihrer Fahraufgabe unterstützen, indem z. B. durch Sensoren am Straßenrand Umgebungsinformationen liefern, welche die bordeigene Sensorik des Fahrzeuges nicht oder nur eingeschränkt selbst generieren kann. Diese Unterstützung kann bis zum direkten Eingriff in Fahrfunktionen gehen, wenn z. B. autonome Fahrzeuge aufgrund ihrer beschränkten Umfeld-Sicht nicht mehr oder nur eingeschränkt in der Lage sind weiterzufahren. Durch diese Vernetzung von Fahrzeugen und Infrastruktursystemen über eine V2X-Kommunikation können sowohl die Verkehrssicherheit als auch die Verkehrseffizienz entscheidend verbessert werden.
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Neben der Bereitstellung von Umgebungsinformationen ist es auch möglich die gefahrenen Manöver der Fahrzeuge direkter zu kontrollieren. Eine Möglichkeit dabei ist die Teleoperation. Hierbei sind die Geschwindigkeiten üblicherweise deutlich geringer als im Regelbetrieb und die Steuerung des Fahrzeugs und damit Verantwortung für die Fahrzeugbewegung wird von einem Menschen übernommen. Dadurch skaliert die Teleoperation nicht besonders gut und wird eher bei der Auflösung von Fehlerfällen als im Nominalbetrieb von verbundenen Fahrzeugen Anwendung finden.
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Eine weitere Möglichkeit der Einflussnahme auf die Manöver von autonomen oder automatisierten Fahrzeugen von außerhalb des Fahrzeugs wird durch Systeme bereitgestellt, bei denen sich mehrere Fahrzeuge direkt untereinander verbinden und Umgebungsinformationen und Fahraufgaben austauschen, wodurch ein kooperatives Verhalten der Fahrzeuge möglich ist. Dies bietet vor allem in Szenarien Vorteile, in denen die verbundenen Fahrzeuge direkt miteinander interagieren (z.B. Spurwechsel auf der Autobahn) und weniger an großen unübersichtlichen Verkehrsknoten, an denen auch die kombinierten Sichtbereiche von mehreren Fahrzeugen nicht unter Garantie ausreichen, um die gesamte Verkehrssituation zu überblicken.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2020 122 232 A1 zeigt ein Verfahren zur Koordinierung eines Manövers zwischen Fahrzeugen.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2020 102 328 A1 zeigt ein Verfahren und ein Assistenzsystem zur Fahrzeugsteuerung bei einem Kreuzungsmanöver, wobei ein Gesamtenergieaufwand minimiert wird. Es wird ein Steuersignal für mindestens eines der an dem Kreuzungsmanöver beteiligten Fahrzeuge erzeugt, um einen optimierten Verkehrsfluss zu ermöglichen.
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Das Patent
DE 10 2012 219 919 B4 zeigt eine Fahrassistenzvorrichtung und ein Fahrassistenzverfahren, um einem Fahrer zu helfen sanft zu fahren und die Belastung des Fahrers zu verringern. Eine Steuereinheit bestimmt einen Sollfahrzeuggeschwindigkeitsbereich als empfohlenen Fahrzeugzustand, und eine Assistenzeinheit vermittelt einem Fahrer des Fahrzeugs den Sollfahrzeuggeschwindigkeitsbereich. Das Fahrassistenzsystem umfasst beispielsweise mehrere Fahrzeuge, mehrere Ampeln und mehrere Vorrichtungen zur Übertragung von Infrastrukturinformationen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es kann daher als eine Aufgabe der Erfindung angesehen werden, ein effizientes Verfahren zum infrastrukturgestützten Assistieren mindestens eines vernetzten Kraftfahrzeugs bei einer zumindest teilautomatisiert geführten Fahrt durch eine Straßeninfrastruktur bereitzustellen.
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Es kann als eine weitere Aufgabe der Erfindung angesehen werden, ein Infrastruktursystem zur Fahrunterstützung von zumindest teilautomatisiert geführten, vernetzten Kraftfahrzeugen bereitzustellen, das eine hohe Effizienz aufweist.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum infrastrukturgestützten Assistieren mindestens eines vernetzten Kraftfahrzeugs bei einer zumindest teilautomatisiert geführten Fahrt durch eine Straßeninfrastruktur vorgeschlagen, das die folgenden Schritte aufweist:
- Zunächst übermittelt zumindest ein vernetztes und zumindest teilautomatisiert geführtes Kraftfahrzeug seine aktuelle Fahraufgabe an ein Infrastruktursystem. Dies kann beispielsweise mittels bekannter Datenübertragungsmethoden bzw. Protokollen, wie V2X, erfolgen. Die aktuelle Fahraufgabe kann beispielsweise einen als nächstes innerhalb der Straßeninfrastruktur zu befahrenen Routenabschnitt oder ein Zwischenziel umfassen (z.B. Linksabbiegen an einer Kreuzung oder Auffahren auf eine Schnellstraße. Bei der Straßeninfrastruktur kann es sich beispielsweise um einen Verkehrsknotenpunkt, insbesondere eine einspurige oder mehrspurige Verkehrskreuzung mit oder ohne Ampelanlage und/oder einen Beschleunigungsstreifen handeln.
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Weiterhin übermittelt das zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeug fahrzeugspezifische Parameter an das Infrastruktursystem. Diese Parameter beschreiben das beispielsweise vom Fahrzeugtyp oder einer aktuellen Konfiguration des Kraftfahrzeugs abhängige Fahrverhalten und können fahrdynamische Größen und/oder geometrische Maße des Kraftfahrzeugs umfassen.
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In einem weiteren Schritt werden Umgebungsinformationen durch das Infrastruktursystem erfasst. Dazu kann das Infrastruktursystem bevorzugt eine oder mehrere Umfeldsensoren aufweisen, die beispielsweise stationär im Bereich der Straßeninfrastruktur angeordnet sind und ausgebildet sind, Verkehrsteilnehmer und deren Umfeld als Umgebungsinformationen innerhalb der Straßeninfrastruktur zu erfassen. Bei dem oder den Umfeldsensoren kann es sich beispielsweise um Kameras und/oder Radarsensoren und/oder Lidarsensoren und/oder Infrarotsensoren und/oder Ultraschallsensoren handeln. Beim Einsatz der Erfindung an ampelgesteuerten Verkehrsknotenpunkten kennt das Infrastruktursystem als Umgebungsinformation außerdem zusätzlich die aktuellen und gegebenenfalls zukünftige Lichtsignale einer Ampelanlage.
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Erfindungsgemäß wird basierend auf den Umgebungsinformationen, sowie der Fahraufgabe und den fahrzeugspezifischen Parametern eines oder mehrerer zumindest teilautomatisiert geführter Kraftfahrzeuge mindestens ein Manövervorschlag für mindestens ein zumindest teilautomatisiert geführtes Kraftfahrzeug erzeugt. Dies kann beispielsweise durch eine Recheneinheit innerhalb der Straßeninfrastruktur oder in einem Cloud-System erfolgen. Des Manövervorschlag wird daraufhin an das betreffende zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeug übermittelt und durch das das zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeug empfangen. Durch das zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeug erfolgt ein Überprüfen des Manövervorschlags sowie ein Ausführen des Manövervorschlags durch das zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeug abhängig vom Ergebnis des Überprüfens. Das Überprüfen erfolgt z.B. mit der fahrzeugeigenen Sensorik und/oder mittels empfangener Umfeldinformationen.
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Die Formulierung „vernetztes Kraftfahrzeug“ umfasst ein Kraftfahrzeug, das eine geeignete Kommunikationseinrichtung aufweist, mit der das vernetzte Kraftfahrzeug Daten mit anderen Verkehrsteilnehmern, insbesondere mit einem Infrastruktursystem austauschen kann. Dazu wird eine drahtlose Datenverbindung aufgebaut, über die das vernetzte Kraftfahrzeug Daten senden und/oder empfangen kann. Es kann sich bevorzugt um eine Funkverbindung, beispielsweise eine Mobilfunkverbindung oder eine direkte Drahtlosverbindung handeln. Eine derartige Kommunikation zwischen einem Kraftfahrzeug und einem anderen Verkehrsteilnehmer wird auch als V2X oder C2X-Komunikation bezeichnet.
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Die Formulierung „zumindest teilautomatisiert“ umfasst einen oder mehrere der folgenden Fälle: assistiertes Führen, teilautomatisiertes Führen, hochautomatisiertes Führen, vollautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs.
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Assistiertes Führen bedeutet, dass ein Fahrer des Kraftfahrzeugs dauerhaft entweder die Quer- oder die Längsführung des Kraftfahrzeugs ausführt. Die jeweils andere Fahraufgabe (also ein Steuern der Längs- oder der Querführung des Kraftfahrzeugs) wird automatisch durchgeführt. Das heißt also, dass bei einem assistierten Führen des Kraftfahrzeugs entweder die Quer- oder die Längsführung automatisch gesteuert wird.
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Teilautomatisiertes Führen bedeutet, dass in einer spezifischen Situation (zum Beispiel: Fahren auf einer Autobahn, Fahren innerhalb eines Parkplatzes, Überholen eines Objekts, Fahren innerhalb einer Fahrspur, die durch Fahrspurmarkierungen festgelegt ist) und/oder für einen gewissen Zeitraum eine Längs- und eine Querführung des Kraftfahrzeugs automatisch gesteuert werden. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs muss selbst nicht manuell die Längs -und Querführung des Kraftfahrzeugs steuern. Der Fahrer muss aber das automatische Steuern der Längs- und Querführung dauerhaft überwachen, um bei Bedarf manuell eingreifen zu können. Der Fahrer muss jederzeit zur vollständigen Übernahme der Kraftfahrzeugführung bereit sein.
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Hochautomatisiertes Führen bedeutet, dass für einen gewissen Zeitraum in einer spezifischen Situation (zum Beispiel: Fahren auf einer Autobahn, Fahren innerhalb eines Parkplatzes, Überholen eines Objekts, Fahren innerhalb einer Fahrspur, die durch Fahrspurmarkierungen festgelegt ist) eine Längs- und eine Querführung des Kraftfahrzeugs automatisch gesteuert werden. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs muss selbst nicht manuell die Längs- und Querführung des Kraftfahrzeugs steuern. Der Fahrer muss das automatische Steuern der Längs- und Querführung nicht dauerhaft überwachen, um bei Bedarf manuell eingreifen zu können. Bei Bedarf wird automatisch eine Übernahmeaufforderung an den Fahrer zur Übernahme des Steuerns der Längs- und Querführung ausgegeben, insbesondere mit einer ausreichenden Zeitreserve ausgegeben. Der Fahrer muss also potenziell in der Lage sein, das Steuern der Längs- und Querführung zu übernehmen. Grenzen des automatischen Steuerns der Quer- und Längsführung werden automatisch erkannt. Bei einem hochautomatisierten Führen ist es nicht möglich, in jeder Ausgangssituation automatisch einen risikominimalen Zustand herbeizuführen.
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Vollautomatisiertes Führen bedeutet, dass in einer spezifischen Situation (zum Beispiel: Fahren auf einer Autobahn, Fahren innerhalb eines Parkplatzes, Überholen eines Objekts, Fahren innerhalb einer Fahrspur, die durch Fahrspurmarkierungen festgelegt ist) eine Längs- und eine Querführung des Kraftfahrzeugs automatisch gesteuert werden. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs muss selbst nicht manuell die Längs -und Querführung des Kraftfahrzeugs steuern. Der Fahrer muss das automatische Steuern der Längs- und Querführung nicht überwachen, um bei Bedarf manuell eingreifen zu können. Vor einem Beenden des automatischen Steuerns der Quer- und Längsführung erfolgt automatisch eine Aufforderung an den Fahrer zur Übernahme der Fahraufgabe (Steuern der Quer- und Längsführung des Kraftfahrzeugs), insbesondere mit einer ausreichenden Zeitreserve. Sofern der Fahrer nicht die Fahraufgabe übernimmt, wird automatisch in einen risikominimalen Zustand zurückgeführt. Grenzen des automatischen Steuerns der Quer- und Längsführung werden automatisch erkannt. In allen Situationen ist es möglich, automatisch in einen risikominimalen Systemzustand zurückzuführen.
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Fahrerloses Steuern bzw. Führen bedeutet, dass unabhängig von einem spezifischen Anwendungsfall (zum Beispiel: Fahren auf einer Autobahn, Fahren innerhalb eines Parkplatzes, Überholen eines Objekts, Fahren innerhalb einer Fahrspur, die durch Fahrspurmarkierungen festgelegt ist) eine Längs- und eine Querführung des Kraftfahrzeugs automatisch gesteuert werden. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs muss selbst nicht manuell die Längs- und Querführung des Kraftfahrzeugs steuern. Der Fahrer muss das automatische Steuern der Längs- und Querführung nicht überwachen, um bei Bedarf manuell eingreifen zu können. Die Längs- und Querführung des Fahrzeugs werden somit zum Beispiel bei allen Straßentypen, Geschwindigkeitsbereichen und Umweltbedingungen automatisch gesteuert. Die vollständige Fahraufgabe des Fahrers wird somit automatisch übernommen. Der Fahrer ist somit nicht mehr erforderlich. Das Kraftfahrzeug kann also auch ohne Fahrer von einer beliebigen Startposition zu einer beliebigen Zielposition fahren. Potenzielle Probleme werden automatisch gelöst, also ohne Hilfe des Fahrers.
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Ein Fernsteuern des Kraftfahrzeugs bedeutet, dass eine Quer- und Längsführung des Kraftfahrzeugs ferngesteuert werden. Das heißt beispielsweise, dass Fernsteuerungssignale zum Fernsteuern der Quer- und Längsführung an das Kraftfahrzeug gesendet werden. Das Fernsteuern wird zum Beispiel mittels einer Fernsteuerungseinrichtung durchgeführt.
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Durch die Erfindung wird eine Möglichkeit bereitgestellt, wie Infrastrukturbetreiber mithilfe eines geografisch statisch verortetes Infrastruktursystems befähigt werden können, den Verkehrsfluss an Verkehrsknotenpunkten durch Bereitstellung fahrzeugindividueller Manövervorschläge zu optimieren, ohne dabei die Verantwortung an der Bewegung der Fahrzeuge selbst zu übernehmen.
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Durch die erfindungsgemäß bereitgestellten, fahrzeugindividuellen und fahrzeugspezifischen Manövervorschläge, die in einer übergeordneten Planung in der Infrastruktur generiert werden, z.B. mittels eines Softwaremoduls einer Recheneinheit des Infrastruktursystems, können beispielsweise Trajektorien der vernetzten, zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeuge effizienter aufeinander abgestimmt werden. Dadurch können sich insbesondere Vorteile im Gesamtenergieverbrauch und/oder im Verkehrsfluss und/oder in der Gesamtreisezeit der Fahrzeuge ergeben. Auch wenn das Verfahren im Mischverkehr von zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeuge und manuell geführten Kraftfahrzeuge und gegebenenfalls anderen Verkehrsteilnehmer (wie z.B. Radfahrer oder Fußgänger) zusätzlich zu den bestehenden Steuerungsmöglichkeiten des Verkehrs an Knotenpunkten (z.B. Verkehrsschilder und Ampeln) verwendet wird, können diese Vorteile erreicht werden.
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Außerdem ermöglicht eine übergeordnete Planung, also Erzeugung der Manövervorschläge, eine Spezialisierung des dafür verwendeten Planungsalgorithmus auf die speziellen Gegebenheiten der Straßeninfrastruktur, wo dieser angewandt wird. Die Erzeugung, Übermittlug und Verwendung der Manövervorschläge ist auf eine Weise vorgesehen, dass das Infrastruktursystem in der Lage ist, Einfluss auf die Bewegung einzelner zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeuge zu nehmen, aber nicht die Verantwortung an der Bewegung der zumindest teilautomatisiert geführtes Kraftfahrzeug selbst übernehmen muss. Dies ist ein entscheidender Vorteil des hier vorgestellten Systems gegenüber dem Stand der Technik, da eine zuverlässige Steuerung eines zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugs aus der Infrastruktur und damit die Übernahme der Verantwortung der Fahrzeugbewegung an technischen Problemen (z.B. kann ein Abbruch der Verbindung oder ein Fehler im Fahrzeug auftreten) als auch organisatorischen und/oder rechtlichen Fragen scheitern kann.
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Mit anderen Worten beschreibt die vorliegende Erfindung eine Erweiterung von an sich bekannten, geografisch statisch verortetes Infrastruktursystemen, welche zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeuge mittels fusionierter Umgebungsinformationen über eine V2X-Kommunikation unterstützt.
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Die Erweiterung besteht in der zusätzlichen Generierung und Übermittlung von Manövervorschlägen an die verbunden (vernetzten) zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeuge, welche in einer übergeordneten, kooperativen Manöverplanung generiert werden. Die voreilhaften Merkmale dieser Manövervorschläge sind insbesondere:
- - Die Manövervorschläge sind bevorzugt nicht sicherheitsrelevant, d.h. die zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeuge müssen selbst überprüfen können, ob diese Manöver sicher zu fahren sind. Dies ist möglich, da die zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeuge in der Regel zusätzlich zu den von ihren eigenen Umfeldsensoren erfassten Umgebungsinformationen die Umgebungsinformationen des Infrastruktursystems übertragen bekommen. Dadurch trägt das Infrastruktursystem und somit der Infrastrukturbetreiber keine Verantwortung an der Fahrzeugbewegung.
- - Damit eine Optimierung des Verkehrsflusses möglich ist, wird bei der Erzeugung der Manövervorschläge bevorzugt die Fahraufgabe aller verbundener (vernetzten) zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeuge mit einbezogen, aber die Prädiktion, die der Erzeugung voran geht, verlässt sich nicht darauf, dass sich die verbundenen Fahrzeuge diese Manöver genauso durchführen. Die Prädiktion des Verhaltens aller Verkehrsteilnehmern erfolgt bevorzugt ausschließlich auf Basis der in dem Infrastruktursystem generierten Umgebungsinformationen.
- - Die Manövervorschläge ermöglichen ein kooperatives Verhalten zwischen den vernetzten zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen, indem diese aufeinander abgestimmt werden. So können die vernetzten, zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeuge beispielsweise Lücken zum Abbiegen füreinander schaffen. Es ist aber auch denkbar, dass mit diesen Manövervorschlägen kooperatives Verhalten zwischen zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen und manuell geführten (sog. nicht-AD-) Fahrzeugen ermöglicht wird. Beispielsweise kann durch entsprechende Manövervorschläge ein menschliches Fahrverhalten imitiert werden, indem durch gezieltes Verringern der Geschwindigkeit anderen Verkehrsteilnehmern Vorfahrt gewährt wird, falls dies für den Verkehrsfluss insgesamt Vorteile bringt.
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Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Infrastruktursystem zur Fahrunterstützung von zumindest teilautomatisiert geführten vernetzten Kraftfahrzeugen zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen. Es umfasst mindestens ein Umfeldsensorsystem, das zum Erfassen von Umgebungsinformationen einer Straßeninfrastruktur ausgebildet ist. Weiterhin umfasst es eine Recheneinheit, die zum Erzeugen von Manövervorschlägen für zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeuge ausgebildet ist. Weiterhin umfasst es eine Kommunikationseinheit, die zum insbesondere drahtlosen Senden und Empfangen von Daten an und von Kraftfahrzeugen innerhalb der Straßeninfrastruktur ausgebildet ist, wobei die Daten insbesondere Umgebungsinformationen und/oder Manövervorschläge und/oder fahrzeugspezifische Parameter und/oder Fahraufgaben umfassen.
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Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein vernetztes Kraftfahrzeug zum Einsatz in einem Verfahren nach dem ersten Aspekt vorgeschlagen, wobei das Kraftfahrzeug ausgebildet ist, zumindest teilautomatisiert geführt zu werden. Es umfasst eine Kommunikationseinheit, die zum insbesondere drahtlosen Senden und Empfangen von Daten an und von einem Straßeninfrastruktursystem ausgebildet ist, wobei die Daten insbesondere Umgebungsinformationen und/oder Manövervorschläge und/oder fahrzeugspezifische Parameter und/oder Fahraufgaben umfassen, und es umfasst eine Steuerungseinheit zum zumindest teilautomatisierten führen des Kraftfahrzeugs basierend auf einem empfangenen Manövervorschlag. Die Steuerungseinheit ist ausgebildet, den Manövervorschlag zu prüfen und das Ausführen des Manövervorschlag abhängig vom Ergebnis des Überprüfens auszuführen.
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Nach einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein System zum infrastrukturgestützten Assistieren mindestens eines vernetzten Kraftfahrzeugs bei einer zumindest teilautomatisiert geführten Fahrt durch eine Straßeninfrastruktur vorgeschlagen, wobei das System mindestens ein Infrastruktursystem nach dem zweiten Aspekt der Erfindung und mindestens ein vernetztes Kraftfahrzeug nach dem dritten Aspekt der Erfindung umfasst, wobei das mindestens eine Infrastruktursystem und das mindestens eine vernetzte Kraftfahrzeug derart zusammenwirken, dass ein Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung ausgeführt wird.
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Besonders bevorzugt umfasst das Überprüfen eines Manövervorschlags, dass durch das betreffende zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeug ein Plausibilisieren des Manövervorschlags basierend auf Umgebungsinformationen erfolgt, die durch ein Sensorsystem des zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugs erfasst werden und/oder basierend auf Umgebungsinformationen, die durch das Infrastruktursystem zur Verfügung gestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst ein Manövervorschlag eine Vorgabe für eine Zielgeschwindigkeit und/oder Zeitpunkte bezüglich bestimmter Landmarken und/oder zeitliche Freigaben für bestimmte Straßenbereiche. So kann das auf dem Manövervorschlag basierende Fahrmanöver besonders effizient ausgeführt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfassen die fahrzeugspezifischen Parameter eine maximal mögliche Beschleunigung und/oder einen maximal erreichbaren Lenkwinkel des zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugs. Mittels dieser Parameter kann besonders effizient ein entsprechender Manövervorschlag durch das Infrastruktursystem erzeugt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden Manövervorschläge jeweils für eine Mehrzahl von zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen erzeugt, wobei alle beteiligten zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeuge eine Kommunikationsverbindung mit dem Infrastruktursystem ausbilden und die Manövervorschläge derart erzeugt werden, dass ein kooperatives Verhalten der zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeuge ermöglicht wird. Besonders bevorzugt werden hierbei Manövervorschläge derart erzeugt, dass eine Optimierung des Verkehrsflusses ermöglicht wird. Eine Prädiktion der Bewegungen der beteiligten zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeuge erfolgt hierbei bevorzugt ausschließlich auf Basis von in dem Infrastruktursystem generierten Umgebungsinformationen. Die Verkehrsflussoptimierung ist dadurch unabhängig davon, dass die teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeuge diese Manöver genauso durchführen, wie durch den jeweiligen Manövervorschlag vorgegeben.
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Ein vernetztes Kraftfahrzeug weist bevorzugt ein Sensorsystem zum Erfassen von Umgebungsinformationen des Kraftfahrzeugs auf, wobei die Steuerungseinheit des vernetzten Kraftfahrzeugs bevorzugt ausgebildet ist, einen empfangenen Manövervorschlag basierend auf durch das Sensorsystem erfassten Umgebungsinformationen und/oder basierend auf Umgebungsinformationen, die durch das Infrastruktursystem zur Verfügung gestellt werden, zu plausibilisieren.
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Das Sensorsystem eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftfahrzeugs umfasst bevorzugt mindestens eine Kamera und/oder mindestens einen Radarsensor und/oder mindestens einen akustischen Sensor und/oder mindestens einen Lidarsensor.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.
- 1 zeigt eine beispielhafte Systemarchitektur zur Ausführung eines Verfahrens nach einem möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2 zeigte eine Kreuzung als zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten während der Durchführung eines Verfahrens nach einem möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 3 zeigt ein vernetztes Kraftfahrzeug nach einem möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens nach einem möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente gegebenenfalls verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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In 1 ist ein System 10 aus statischen Infrastruktursensoren 12 und einer Sensorfusion 14 eines Infrastruktursystems 15, die an Verkehrsknotenpunkten, an denen das System 10 verwendet werden soll, kontinuierlich Umgebungsinformationen generiert. Auf Basis dieser Umgebungsinformationen und mithilfe der von den vernetzten, zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen 101 (beispielhaft ist hier nur ein Kraftfahrzeug 101 dargestellt) an das Infrastruktursystem 15 übermittelten Fahraufgabe 18 und den ebenfalls übermittelten fahrzeugspezifischen Parametern 16, werden in einer übergeordneten Manöverplanung 13 des Infrastruktursystems 15 fahrzeugindividuelle Manövervorschläge 19 berechnet. Hierbei ist eine Fahraufgabe 18 beispielsweise der Wunsch des zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugs 101 an einer Kreuzung links abzubiegen oder zu einer bestimmten Zeit auf eine Autobahn aufzufahren. Unter den fahrzeugspezifischen Parametern 16 sind alle weiteren fahrzeugspezifischen Informationen zusammengefasst, die für die übergeordnete Planung bzw. die Erzeugung des Manövervorschlags 19 benötigt werden. Diese sind zum Beispiel die maximal mögliche Beschleunigung oder der maximale erreichbare Lenkwinkel des Fahrzeugs.
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Für die Spezifizierung der der Manövervorschläge 18 gibt es mehrere Möglichkeiten, unter anderem denkbar ist:
- - Vorgabe von Zielgeschwindigkeiten für die beteiligten zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeuge 101 und/oder
- - Zeitpunkte an denen bestimmte Landmarken überquert werden sollen, wie beispielsweise eine Stoppline einer Kreuzung und/oder
- - Zeitliche Freigaben für bestimmte Straßenbereiche.
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Die generierten Manövervorschläge 19 werden beispielsweise zusammen mit den Umgebungsinformationen 21 per V2X-Kommunikation 17 an die jeweiligen zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeuge 101 geschickt, beispielsweise als MCM message. Wichtig für die V2X-Kommunikationsverbindung ist, dass sie einen bidirektionalen Datenaustausch ermöglicht. Die jeweiligen zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeuge 101 plausibilisieren diese Manövervorschläge unter Verwendung der empfangenen Umgebungsinformationen (diese sind sicherheitsrelevant) und den mit den Fahrzeugsensoren selbst erstellten Umgebungsinformationen. Wenn die Manövervorschläge für das Kraftfahrzeug 101 funktional und sicherheitstechnisch durchführbar sind, wird das Kraftfahrzeug 101 diesen Vorschlag befolgen.
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Anhand des Beispielszenarios in 2 wird im Folgenden ein möglicher Ablauf beschrieben: An der dargestellten und mit Ampeln ausgestatteten städtischen 4-Wege-Kreuzung 20 wird das oben beschriebene Infrastruktursystem (nicht dargestellt) angeboten. Die Fahrzeuge nutzen den Service nicht, da sie beispielsweise normale Fahrzeuge mit menschlichem Fahrer sind. Die beiden vernetzten zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeuge 112 und 114 möchten das Infrastruktursystem nutzen und bauen daher jeweils eine V2X-Verbindung zum Infrastruktursystem auf, sobald sie eine gewisse Distanz (zum Beispiel 150m) von der Kreuzung entfernt sind (2a)). Beide übermitteln ihre aktuelle Fahraufgabe und die relevanten fahrzeugspezifischen Parameter an das Infrastruktursystem. Das Kraftfahrzeug 114 möchte links abbiegen (wie durch den Pfeil 80 angedeutet ist), während das Kraftfahrzeug 112 geradeaus die Kreuzung überqueren möchte. Basierend auf den Umgebungsinformationen und der für das Infrastruktursystem bekannten geometrischen Besonderheiten der Kreuzung (es gibt z.B. keine Linksabbiegerspur) berechnet eine übergeordnete Manöverplanung in der Infrastruktur, dass eine Verbesserung des Verkehrsflusses erreicht wird, wenn das obere Kraftfahrzeug 114 seine Geschwindigkeit etwas reduziert und schlägt dem Kraftfahrzeug 114 daher ein entsprechendes Manöver vor. Das Kraftfahrzeug 114 führt diesen Vorschlag aus, nachdem es ihn überprüft und für sicher befunden hat. Sobald das Kraftfahrzeug 112 an der Kreuzung angekommen ist, erkennt es die entstandene Lücke vor dem entgegenkommenden Kraftfahrzeug 114 und entscheidet sich eigenständig abzubiegen, da die Lücke groß genug für ein sicheres Abbiegemanöver ist ( 2b)).
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Ohne den Manövervorschlag aus der übergeordneten Planung an das Kraftfahrzeug 114, hätte das Kraftfahrzeug 112 nicht direkt abbiegen können und hätte seinen nachfolgenden Verkehr ausgebremst, wodurch sich ein Rückstau gebildet hätte.
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Die Anwendbarkeit dieser Erfindung ist nicht nur auf ampelgesteuerte Kreuzungen beschränkt, sondern kann allgemein bei Verkehrsknotenpunkten wie Kreuzungen und Autobahnauffahrten Verwendung finden. Außerdem gibt es mehrere Möglichkeiten wo und auf welcher Hardware die Sensorfusion und die übergeordnete Planung berechnet wird, also die Manövervorschläge erzeugt werden. Es ist denkbar sie auf einer Hardware direkt an der Straße oder auf einem Cloudserver auszuführen. Weiterhin gibt es verschiedene Arten, die V2X-Kommuniaktion zu realisieren. Die Verwendung von Mobilfunk oder auch eines WLAN-Standards ist denkbar.
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3 zeigt schematisch ein mögliches Ausführungsbeispiel eines vernetzten Kraftfahrzeug 101 zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren. Das Kraftfahrzeug 101 ist ausgebildet, zumindest teilautomatisiert geführt zu werden. Das Kraftfahrzeug 110 weist eine Kommunikationseinheit 117 auf, die zum insbesondere drahtlosen Senden und Empfangen von Daten an und von einem Straßeninfrastruktursystem ausgebildet ist, beispielsweise mittels V2X-Kommunikation. Die empfangenen Daten können insbesondere Umgebungsinformationen und/oder Manövervorschläge umfassen und die gesendeten Daten können insbesondere fahrzeugspezifische Parameter und/oder Fahraufgaben umfassen. Das Kraftfahrzeug 101 umfasst ferner eine Steuerungseinheit 103, die zum zumindest teilautomatisierten Führen des Kraftfahrzeugs 101 basierend auf einem empfangenen Manövervorschlag ausgebildet ist. Die Steuerungseinheit 103 umfasst dazu ein Steuermodul 105, das ausgebildet ist, den Manövervorschlag zu prüfen und das Ausführen des Manövervorschlag abhängig vom Ergebnis des Überprüfens auszuführen. Das Steuermodul 105 kann dazu beispielsweise Sicherheitsbedingungen prüfen.
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Das Kraftfahrzeug 101 weist ferner ein Sensorsystem 112 zum Erfassen von Umgebungsinformationen des Kraftfahrzeugs auf. Das Sensorsystem 112 kann dazu beispielsweise eine oder mehrere Kamerasysteme und/oder Radarsensoren und/oder andere Umfeldsensoren umfassen. Die von dem Sensorsystem 112 erfassten Umfeldinformationen können beispielsweise in einem Fusionsmodul 109 der Steuerungseinheit 103 verarbeitet und fusioniert werden. Das Steuerungsmodul 105 kann ausgebildet sein, einen empfangenen Manövervorschlag basierend auf durch das Sensorsystem 112 erfassten Umgebungsinformationen und/oder basierend auf Umgebungsinformationen, die durch das Infrastruktursystem zur Verfügung gestellt werden und mittels der Kommunikationseinheit 117 empfangen werden, zu plausibilisieren.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum infrastrukturgestützten Assistieren mindestens eines vernetzten Kraftfahrzeugs bei einer zumindest teilautomatisiert geführten Fahrt durch eine Straßeninfrastruktur nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In Schritt 210 übermittelt ein vernetztes, zumindest teilautomatisiert geführtes Kraftfahrzeug seine aktuelle Fahraufgabe an ein Infrastruktursystem.
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In Schritt 220 übermittelt das vernetzte, zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeug fahrzeugspezifische Parameter an das Infrastruktursystem, beispielsweise eine maximal mögliche Beschleunigung und/oder einen maximal erreichbaren Lenkwinkel. In Schritt 230 werden mittels Infrastruktursensoren des Infrastruktursystems Umgebungsinformationen der Straßeninfrastruktur erfasst, beispielsweise Fahrzeuge und/oder andere Objekte und deren Positionen und Bewegungszustände. In Schritt 240 wird mindestens ein Manövervorschlag für das zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeug basierend auf den in Schritt 230 erfassten Umgebungsinformationen, sowie der im Schritt 210 übermittelten Fahraufgabe und den im Schritt 220 übermittelten fahrzeugspezifischen Parametern erzeugt. In Schritt 250 wird der Manövervorschlag an das vernetzte, zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeug übermittelt. In Schritt 260 wird der Manövervorschlags durch das zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeug empfangen und überprüft. In Schritt 270 wird der Manövervorschlags durch das zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeug abhängig vom Ergebnis des Überprüfens ausgeführt bzw. nicht ausgeführt. Die Überprüfung kann insbesondere eine Sicherheitsüberprüfung sein, bei der geprüft wird, ob bei der Ausführung des Manövervorschlags Gefährdungen auftreten. Die Überprüfung kann insbesondere basieren auf Umgebungsinformationen durchgeführt werden, die durch das vernetzte, zumindest teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeug erzeugt und/oder von dem Infrastruktursystem erzeugt und an das Kraftfahrzeug übermittelt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020122232 A1 [0006]
- DE 102020102328 A1 [0007]
- DE 102012219919 B4 [0008]
