DE112019003164T5

DE112019003164T5 - Steuersystem eines Fahrzeugs und Steuerverfahren zum Steuern der Bewegung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE112019003164T5
Application number: DE112019003164.3T
Authority: DE
Inventors: Karl Berntorp; Claus Danielson; Avishai Weiss; Stefano Di Cairano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2021-03-25
Also published as: CN112334368A; US20190389459A1; US11091158B2; WO2020003578A1; JP2021519719A; JP7069345B2

Abstract

Ein Steuersystem eines Fahrzeugs zum Steuern einer Bewegung des Fahrzeugs, das sich auf einer Straße bewegt, die mit einer Gruppe von sich bewegenden Objekten geteilt wird, umfasst einen Speicher, um eine Gruppe von Bereichen von Zuständen der Lateraldynamik des Fahrzeugs entsprechend einer Gruppe von Gleichgewichtspunkten zu speichern. Jeder Bereich definiert eine steuerungsinvariante Gruppe der Zustände der Lateraldynamik, die für unterschiedliche Geschwindigkeiten des Fahrzeugs bestimmt sind, so dass das Fahrzeug, aufweisend einen Zustand innerhalb eines für eine Geschwindigkeit bestimmten Bereichs, in der Lage ist, seine Zustände innerhalb des Bereichs bei Bewegung mit der Geschwindigkeit beizubehalten. Jeder Bereich umfasst einen entsprechenden Gleichgewichtspunkt und überschneidet sich mit zumindest einem benachbarten Bereich. Jeder Gleichgewichtspunkt ist einem oder mehreren Bereichen zugeordnet, die für unterschiedliche Geschwindigkeiten bestimmt sind. Ein Kollisionsdetektor, um eine Kollision jedes Bereichs mit zumindest einem Objekt bei jedem Zeitschritt der Steuerung in einem Zeithorizont zu bestimmen, wenn sich eine Trajektorie des Objekts bei dem Zeitschritt der Steuerung mit einem Raum überschneidet, der durch eine Längsverlagerung des Fahrzeugs bei dem Zeitschritt der Steuerung und einen Bereich von Werten der lateralen Verlagerung des Bereichs definiert ist, um eine Datenstruktur zu erstellen, anzeigend einen kollisionsfreien Bereich bei unterschiedlichen Zeitschritten der Steuerung. Ein Wegplaner bestimmt eine Zeitfolge, definierend eine kollisionsfreie Folge von Bereichen, bildend eine Einheit von Bereichen in Raum und Zeit, verbindend einen Bereich, umfassend eine anfängliche Verlagerung mit einem Bereich, umfassend eine Zielverlagerung, um eine Trajektorie zu erstellen innerhalb der Einheit, verbindend die anfängliche Verlagerung mit der Zielverlagerung. Eine Steuereinheit steuert das Fahrzeug gemäß der Trajektorie.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf autonomes Fahren und fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme und insbesondere auf die Steuerung der Bewegung eines Fahrzeugs mit variabler Geschwindigkeit unter Berücksichtigung des Risikos, das von den Bewegungen anderer Fahrzeuge ausgeht.
Hintergrund zum Stand der Technik
Zuverlässige Lokalisierung und Bewegungsvorhersage ist eine Schlüsselkomponente für autonomes Fahren und fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS). Eine Komponente in einem autonomen Fahrzeug und ADAS ist zum Beispiel der Bewegungsplaner, der Informationen über die Umgebung aufnimmt und ein Trajektorie-Profil berechnet, um zu einem Zielort zu navigieren, oft in Gegenwart von sich bewegenden Hindernissen. Als ein weiteres Beispiel benötigen ADAS, wie Fahrspurwechsel-Systeme, genaue Informationen darüber, wo sich andere Fahrzeuge befinden, und zwar sowohl zu dem aktuellen Zeitpunkt als auch zu irgendeiner zukünftigen Zeit.
Zu diesem Zweck enthalten moderne Fahrzeuge manchmal Gefahreneinschätzungs- und/oder Kollisionsvermeidungssysteme, die Objekterfassungssensoren einsetzen, die genutzt werden, um Kollisionswarnung oder Vermeidung und andere Anwendungen der aktiven Sicherheit zu ermöglichen. Die Objekterfassungssensoren können eine beliebige Anzahl von Technologien nutzen, wie beispielsweise Kurzstreckenradar, Langstreckenradar, Kameras mit Bildverarbeitung, Laser oder LiDAR, Ultraschall usw. Die Objekterfassungssensoren erfassen Fahrzeuge und andere Objekte auf der Strecke eines Wirtsfahrzeugs, und die Anwendungssoftware nutzt die Objekterfassungsinformationen, um gegebenenfalls Warnungen bereitzustellen oder Aktionen durchzuführen. Bei vielen Fahrzeugen sind die Objekterfassungssensoren direkt in die vordere Stoßstange oder andere Verkleidungsteile des Fahrzeugs integriert.
Gefahreneinschätzung und/oder Kollisionsvermeidung beim Planen der lateralen Bewegung des Wirtsfahrzeugs sind jedoch schwierige Aufgaben. Beispielsweise berücksichtigt ein in der US 8543261 beschriebenes System die Gefahreneinschätzung durch die Erzeugung von optimalen Fahrzeugzuständen und die Erzeugung einer Gefahreneinschätzung auf Grundlage dieser optimalen Zustände. Die Berechnung optimaler Strecken kann jedoch rechnerisch prohibitiv sein, insbesondere in komplexen Umgebungen.
In der US 2016/0109571 basiert die Gefahreneinschätzung auf einer vorhergesagten Trajektorie des Wirtsfahrzeugs unter Verwendung der Bewegungsdynamiken des Fahrzeugs und mehrerer zurückgegebener Abtastpunkte der erfassten Fahrzeuge und dem Berechnen des Risikos jedes erfassten Fahrzeugs, sich mit dem vorhergesagten Weg des Wirtsfahrzeugs zu überschneiden. Es kann jedoch rechnerisch prohibitiv sein, die Überschneidung jeder möglichen Trajektorie der lateralen Bewegung des Wirtsfahrzeugs mit jeder möglichen Trajektorie anderer Fahrzeuge vorherzusagen.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem System und einem Verfahren zum Steuern der lateralen Bewegung des Fahrzeugs unter Berücksichtigung des Risikos, das von den Bewegungen anderer Fahrzeuge ausgeht, in einer rechnerisch effizienten Weise.
Zusammenfassung der Erfindung
Einige Ausführungsformen basieren auf dem Verständnis, dass die laterale Bewegung eines Fahrzeugs gemäß unterschiedlichen Trajektorien gesteuert werden kann. Zum Beispiel kann ein Fahrspurwechselmanöver durch mehrere Trajektorien mit unterschiedlichen Werten der Änderungsrate der lateralen Verlagerung und unterschiedlichen Vorwärtsgeschwindigkeiten, im Folgenden als Geschwindigkeit bezeichnet, erreicht werden. Zu diesem Zweck kann es wünschenswert sein, unterschiedliche Trajektorien für unterschiedliche Ziele der lateralen Bewegung vorauszuberechnen und die Realisierbarkeit dieser Trajektorien für die aktuellen Verkehrssituationen zu testen, während die Bewegung des Fahrzeugs in Echtzeit gesteuert wird.
Einige Ausführungsformen basieren jedoch auf dem Verständnis, dass die Vorausberechnung und das Testen dieser Trajektorien immer noch eine rechnerisch anspruchsvolle Aufgabe sein kann. Konkret kann für jedes Ziel der lateralen Bewegung, wie beispielsweise ein Fahrspurwechsel von rechts nach links, ein Fahrspurwechsel von links nach rechts, eine Überholung von rechts oder eine Überholung von links, eine riesige, wenn nicht unendliche Anzahl von möglichen Trajektorien sein, die das Fahrzeug von der aktuellen Position zu der dem aktuellen Ziel entsprechenden Position bringen. Zudem, falls ein Hindernis eine Trajektorie auch nur an einem einzigen Punkt der Trajektorie schneidet, muss die gesamte Trajektorie verworfen werden, wodurch Rechen- und Speicherressourcen verschwendet werden.
Einige Ausführungsformen basieren auf der Erkenntnis, dass der Grund für die Fülle der Trajektorien und die Sensitivität aller Punkte der Trajektorie für eine partielle Kollision in der zeitlichen Interdependenz aller Punkte der Trajektorien liegt. Konkret sind die Trajektorien die Funktionen der Zeit, die nicht nur die Folge der Punkte, sondern auch die Übergänge zwischen den Punkten als die Funktion der Zeit spezifizieren. Diese Übergänge bestimmen den Zustand und die Dynamiken des Fahrzeugs an jedem Punkt der Trajektorie und zwingen das Fahrzeug, sich gemäß der Trajektorie zu bewegen. Die gleiche laterale Verlagerung zwischen zwei benachbarten Punkten kann mit unterschiedlichen Zeitübergängen und unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs erzielt werden. Unterschiedliche Zeitübergänge erzwingen wiederum unterschiedliche Zustände des Fahrzeugs in diesen zwei benachbarten Punkten, wodurch jede Trajektorie einzigartig und interdependent gemacht wird.
Einige Ausführungsformen basieren auf der Erkenntnis, dass durch Brechen der zeitlichen Interdependenz zwischen Werten der lateralen Verlagerung des Fahrzeugs und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs die Berechnung der kollisionsfreien Trajektorie für die laterale Bewegung des Fahrzeugs vereinfacht werden kann. Einige Ausführungsformen basieren auf der Erkenntnis, dass unterschiedliche Werte der lateralen Verlagerung voneinander entkoppelt werden können durch Konstruieren eines Bereichs für jede laterale Verlagerung und Fahrzeuggeschwindigkeit, definierend eine steuerungsinvariante Gruppe der Zustände der Lateraldynamik, die bestimmt ist, so dass das Fahrzeug, aufweisend einen Zustand innerhalb eines Bereichs, in der Lage ist, seine Zustände innerhalb des Bereichs beizubehalten.
Einige Ausführungsformen basieren auf der Erkenntnis, dass, wenn es möglich ist, den Zustand des Fahrzeugs innerhalb eines Bereichs beizubehalten, die Kollisionen des Bereichs mit unterschiedlichen Hindernissen zu unterschiedlichen Zeitpunkten getrennt und unabhängig von der Kollisionsbewertung anderer Bereiche bewertet werden können. Nach Abschluss der Bewertung ist es möglich, eine Zeitfolge auszuwählen, die eine kollisionsfreie Folge von Bereichen definiert, die eine Einheit von Bereichen in Raum und Zeit gemäß einem gewünschten Ziel der lateralen Bewegung bilden. Um es bildlich auszudrücken, die gewünschte Folge von Bereichen ist auf einem kollisionsfreien Zeitfaden verkettet. Durch Veränderung des kollisionsfreien Zeitfadens können unterschiedliche kollisionsfreie Trajektorien gebildet werden.
In einigen Ausführungsformen wird eine Gruppe von Bereichen von Zuständen der Lateraldynamik des Fahrzeugs für eine gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit für eine entsprechende Gruppe von Punkten bestimmt, die die lateralen Verlagerungen auf der von dem Fahrzeug befahrenen Straße definieren. Jeder Zustand der Lateraldynamik umfasst eine laterale Verlagerung, eine Änderungsrate der lateralen Verlagerung, eine laterale Orientierung und eine Änderungsrate der lateralen Orientierung des Fahrzeugs. Jeder Bereich definiert eine steuerungsinvariante Gruppe der Zustände der Lateraldynamik, die bestimmt sind, so dass das Fahrzeug, aufweisend einen Zustand innerhalb eines Bereichs, in der Lage ist, seine Zustände innerhalb des Bereichs für Fahrzeuggeschwindigkeiten in einem begrenzten Bereich von Geschwindigkeiten beizubehalten.
In einigen Ausführungsformen überschneiden sich diese Bereiche miteinander. Auf diese Weise kann die Einheit von kollisionsfreien Bereichen in Raum und Zeit gebildet werden, ohne die Übergänge außerhalb der Bereiche zu bewerten.
In einigen Ausführungsformen ist die Gruppe der Bereiche für die Lateraldynamik des Fahrzeugs ohne Berücksichtigung der Längsdynamik des Fahrzeugs vorherbestimmt, wobei jedoch die Fahrzeuggeschwindigkeit ein Parameter für die Lateraldynamiken ist. Eine solche Entkopplung ermöglicht die Wiederverwendung der gleichen Gruppe von Bereichen für unterschiedliche Längsverlagerungen des Fahrzeugs, um Kollisionen unterschiedlicher Bereiche zu unterschiedlichen Zeiten zu bestimmen.
In alternativen Ausführungsformen wird die Gruppe von Bereichen für die Lateraldynamik des Fahrzeugs unter Berücksichtigung der Längsdynamik des Fahrzeugs vorherbestimmt. Beispielsweise werden in einer Ausführungsform unterschiedliche Gruppen von Bereichen für unterschiedliche Werte der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt. Diese Ausführungsform erlaubt es, die Gruppe von Bereichen entsprechend einer aktuellen und/oder gewünschten Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs auszuwählen. In einer Ausführungsform werden die Verbindungen zwischen Gruppen von Bereichen für unterschiedliche Geschwindigkeiten unter Berücksichtigung der Längsdynamiken hergestellt.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Gruppe von Bereichen in einem Speicher eines Steuersystems gespeichert. Beispielsweise wird in einer Ausführungsform die Gruppe von Bereichen für alle möglichen Variationen der Straßenbedingungen vorausberechnet. In dieser Ausführungsform wird die die Lateraldynamik des Fahrzeugs beeinflussende Variation der Form der Straße durch eine Bewegungssteuerungseinheit gehandhabt.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Steuersystem einen Transceiver, um einen aktuellen Standort des Fahrzeugs zu übermitteln, und in Antwort auf die Übermittlung die für die aktuelle Form der Straße bestimmte Gruppe von Bereichen zu empfangen.
Dementsprechend offenbart eine Ausführungsform ein Steuersystem eines Fahrzeugs zum Steuern der Bewegung des Fahrzeugs, das sich auf einer Straße bewegt, die mit einer Gruppe von sich bewegenden Objekten geteilt wird. Das Steuersystem umfasst einen Speicher, um eine Gruppe von Gleichgewichtspunkten, definierend laterale Verlagerungen auf der Straße, die von dem Fahrzeug befahren wird, zu speichern und eine Gruppe von Bereichen von Zuständen der Lateraldynamik des Fahrzeugs entsprechend der Gruppe von Gleichgewichtspunkten zu speichern, wobei jeder Zustand der Lateraldynamik eine laterale Verlagerung, eine Änderungsrate der lateralen Verlagerung, eine laterale Orientierung und eine Änderungsrate der lateralen Orientierung umfasst, wobei jeder Bereich eine steuerungsinvariante Gruppe der Zustände der Lateraldynamik definiert, die für unterschiedliche Geschwindigkeiten des Fahrzeugs bestimmt ist, so dass das Fahrzeug, aufweisend einen Zustand innerhalb eines für eine Geschwindigkeit bestimmten Bereichs, in der Lage ist, seine Zustände innerhalb des Bereichs während der Bewegung mit der Geschwindigkeit beizubehalten, wobei jeder Bereich einen entsprechenden Gleichgewichtspunkt enthält und sich mit zumindest einem benachbarten Bereich überschneidet, und wobei jeder Gleichgewichtspunkt einem oder mehreren Bereichen zugeordnet ist, die für unterschiedliche Geschwindigkeiten bestimmt sind; zumindest einen Sensor, um ein Zeitreihensignal zu erzeugen, das eine Bewegungstrajektorie jedes Objekts in der Gruppe von sich bewegenden Objekten auf einer mit dem Fahrzeug geteilten Straße anzeigt; einen Kollisionsdetektor, um eine Kollision jedes für eine erste Geschwindigkeit bestimmten Bereichs mit zumindest einem Objekt bei jedem Zeitschritt der Steuerung in einem Zeithorizont zu erfassen, wenn die Bewegungstrajektorie des Objekts bei dem Zeitschritt der Steuerung einen Raum schneidet, der durch eine Längsverlagerung des Fahrzeugs bei dem Zeitschritt der Steuerung und einen Bereich von Werten der lateralen Verlagerung des Bereichs definiert ist, um eine Datenstruktur zu erstellen, anzeigend kollisionsfreie Bereiche bei unterschiedlichen Zeitschritten der Steuerung; einen Wegplaner, um eine Zeitfolge, definierend eine kollisionsfreie Folge von Bereichen, bildend eine Einheit von Bereichen in Raum und Zeit, verbindend einen Bereich, umfassend eine Anfangsverlagerung, mit einem Bereich, umfassend eine Zielverlagerung, um eine Trajektorie zu erstellen innerhalb der Einheit, verbindend die anfängliche Verlagerung mit der Zielverlagerung; eine Steuereinheit zum Steuern des Fahrzeugs gemäß der Trajektorie.
Zum Beispiel kann der Kollisionsdetektor eine Kollision jedes für eine zweite Geschwindigkeit bestimmten Bereichs erfassen, wenn der Wegplaner die Zeitfolge, definierend die für die erste Geschwindigkeit bestimmte kollisionsfreie Folge von Bereichen, nicht bestimmen kann. In dieser Situation bestimmt der Wegplaner die kollisionsfreie Folge von Bereichen, die für die zweite Geschwindigkeit bestimmt ist, um das Fahrzeug zu steuern.
Zum Beispiel kann der Kollisionsdetektor in einigen Ausführungsformen durch unterschiedliche Werte der Geschwindigkeit iterieren bis zu einem Wert der Geschwindigkeit, für den die für diesen Wert bestimmte kollisionsfreie Folge von Bereichen gefunden ist. Beispielsweise kann der Kollisionsdetektor die erste Geschwindigkeit als eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs auswählen und die Iteration ab dieser aktuellen Geschwindigkeit starten. Zusätzlich oder alternativ kann der Kollisionsdetektor die Iteration ab der auf der befahrenen Straße erlaubten Geschwindigkeitsbegrenzung starten.
In einigen Implementierungen deckt ein Bereich, der für einen Gleichgewichtspunkt bestimmt wurde, der eine aktuelle Verlagerung des Fahrzeugs repräsentiert, eine Folge von Geschwindigkeiten, umfassend die erste und die zweite Geschwindigkeit, ab. Beispielsweise sind die Geschwindigkeiten zum Bestimmen von Bereichen gewählt, so dass sich die Bereiche entsprechend unterschiedlichen Geschwindigkeiten bei ähnlichen lateralen Verlagerungen für zumindest eine Geschwindigkeit überlappen. Auf diese Weise kann das Steuersystem die Geschwindigkeiten des Fahrzeugs sicher ändern.
Eine weitere Ausführungsform offenbart ein Steuerverfahren zum Steuern der Bewegung des Fahrzeugs, das sich auf einer Straße bewegt, die mit einer Gruppe von sich bewegenden Objekten geteilt wird, wobei das Verfahren zumindest einen Prozessor nutzt, der mit einem Speicher gekoppelt ist, der eingerichtet ist, eine Gruppe von Gleichgewichtspunkten, definierend laterale Verlagerungen auf der von dem Fahrzeug befahrenen Straße, speichert und eine Gruppe von Bereichen von Zuständen der Lateraldynamik des Fahrzeugs entsprechend der Gruppe von Gleichgewichtspunkten speichert, wobei jeder Zustand der Lateraldynamik eine laterale Verlagerung, eine Änderungsrate der lateralen Verlagerung, eine laterale Orientierung und eine Änderungsrate der lateralen Orientierung umfasst, wobei jeder Bereich eine steuerungsinvariante Gruppe von Zuständen der Lateraldynamik definiert, die für unterschiedliche Geschwindigkeiten des Fahrzeugs bestimmt ist, so dass das Fahrzeug, aufweisend einen Zustand innerhalb eines für eine Geschwindigkeit bestimmten Bereichs, in der Lage ist, seine Zustände innerhalb des Bereichs während der Bewegung mit der Geschwindigkeit beizubehalten, wobei jeder Bereich einen entsprechenden Gleichgewichtspunkt enthält und sich mit zumindest einem benachbarten Bereich überschneidet, und wobei jeder Gleichgewichtspunkt einem oder mehreren Bereichen zugeordnet ist, die für unterschiedliche Geschwindigkeiten bestimmt sind, wobei der Prozessor mit gespeicherten Anweisungen gekoppelt ist, die das Verfahren implementieren, wobei die Anweisungen, bei Ausführung durch den Prozessor, Schritte des Verfahrens ausführen.
Das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Zeitreihensignals, das eine Bewegungstrajektorie jedes Objekts in der Gruppe von sich bewegenden Objekten auf einer mit dem Fahrzeug geteilten Straße anzeigt; Erfassen einer Kollision jedes für eine erste Geschwindigkeit bestimmten Bereichs mit zumindest einem Objekt bei jedem Zeitschritt der Steuerung in einem Zeithorizont, wenn sich die Bewegungstrajektorie des Objekts bei dem Zeitschritt der Steuerung mit einem Raum überschneidet, der durch eine Längsverlagerung des Fahrzeugs bei dem Zeitschritt der Steuerung und einen Bereich von Werten der lateralen Verlagerung des Bereichs definiert ist, um eine Datenstruktur zu erzeugen, anzeigend kollisionsfreie Bereiche bei unterschiedlichen Zeitschritten der Steuerung; Bestimmen einer Zeitfolge, definierend eine kollisionsfreie Folge von Bereiche, bildend eine Einheit von Bereichen in Raum und Zeit, verbindend einen Bereich, umfassend eine anfängliche Verlagerung, mit einen Bereich, umfassend eine Zielverlagerung, um eine Trajektorie zu erzeugen innerhalb der Einheit, verbindend die anfängliche Verlagerung mit der Zielverlagerung; und Steuern des Fahrzeugs gemäß der Trajektorie.
Figurenliste

[1A] 1A zeigt eine Beispielsituation, in der sich ein Fahrzeug auf der linken Fahrspur einer zweispurigen Straße bewegt.
[1B] 1B zeigt eine schematische Darstellung, darstellend Prinzipien, die von einigen Ausführungsformen für die laterale Bewegung der Fahrzeuge eingesetzt werden.
[2] 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Fahrzeugs, das sich auf einer Straße bewegt, die mit einer Gruppe von sich bewegenden Hindernissen geteilt wird.
[3A] 3A zeigt ein Blockdiagramm eines Steuersystems eines Fahrzeugs zum Steuern der Bewegung des Fahrzeugs, das sich auf einer Straße bewegt, die mit einer Gruppe von sich bewegenden Objekten geteilt wird, gemäß einiger Ausführungsformen.
[3B] 3B zeigt eine allgemeine Struktur des Steuersystems gemäß einer Ausführungsform.
[4A] 4A zeigt eine schematische Darstellung eines Bewegungsziels eines Fahrzeugs.
[4B] 4B zeigt Vorteile eines steuerungsinvarianten Bereichs gemäß einigen Ausführungsformen.
[4C] 4C zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften steuerungsinvarianten Bereichs, der von einigen Ausführungsformen genutzt wird.
[4D] 4D veranschaulicht ein Szenario der Bewegung durch eine Gruppe von steuerungsinvarianten Bereichen zu einer Zielposition gemäß einigen Ausführungsformen.
[5A] 5A zeigt ein Beispiel für die Modellierung der Fahrzeugsteuerung in dem Rahmen des Fahrzeugs gemäß einigen Ausführungsformen.
[5B] 5B zeigt eine schematische Darstellung eines Modells eines Zustands eines Fahrzeugs, das von einigen Ausführungsformen genutzt wird.
[5C] 5C zeigt ein Beispiel für die Auswirkungen der physikalischen Beschränkungen des Systems auf die steuerungsinvarianten Gruppen.
[5D] 5D zeigt ein Beispiel für die Auswirkungen der physikalischen Beschränkungen des Systems auf die steuerungsinvarianten Gruppen.
[5E] 5E zeigt ein alternatives Beispiel für die Bestimmung von Verbindungen zwischen Gleichgewichtspunkten.
[6A] 6A zeigt ein Beispiel für einen Zustandsübergangsgraphen, der mögliche Übergänge zwischen Gleichgewichtspunkten definiert, die unterschiedlichen Bereichen für unterschiedliche Zeitschritte der Steuerung entsprechen, ohne die Hindernisse zu berücksichtigen, gemäß einigen Ausführungsformen.
[6B] 6B zeigt den Graphen von 6A, der in Antwort auf das Erfassen der Hindernisse aktualisiert wurde, um eine Datenstruktur zu bilden, die die kollisionsfreien Bereiche anzeigt, gemäß einigen Ausführungsformen.
[6C] 6C zeigt eine schematische Darstellung einer Datenstruktur, die den von einigen Ausführungsformen genutzten Zustandsübergangsgraphen anzeigt.
[7A] 7A zeigt eine Situation, in der sich Teile der sicheren Bereiche 700a mit dem vorhergesagten Hindernis überschneiden.
[7B] 7B veranschaulicht das Schema des probabilistischen Bestimmens der kollisionsfreien Bereiche gemäß einer Ausführungsform.
[8A] 8A zeigt eine beispielhafte Implementierung des Kollisionsdetektors für die Bestimmung der Datenstruktur, die kollisionsfreie Bereiche anzeigt, gemäß einer Ausführungsform.
[8B] 8B zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erzeugung einer realisierbaren Trajektorie und zur Bestimmung ihrer Wahrscheinlichkeit der Überschneidung mit einem Bereich gemäß einigen Ausführungsformen.
[8C] 8C zeigt eine Tabelle, in der unterschiedliche Intentionen eines hypothetischen Fahrers aufgelistet sind, gemäß einigen Ausführungsformen.
[8D] 8D zeigt eine Folge von Zustandsübergängen, die eine Iteration des Verfahrens aus 8B veranschaulicht.
[8E] 8E zeigt ein Flussdiagramm einer beispielhaften Implementierung der Bestimmung der Gruppe von abgetasteten Zustände gemäß einer Ausführungsform.
[8F] 8F zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Aktualisierung der Wahrscheinlichkeit, dass die abgetasteten Zustände mit den in 8C gezeigten Intentionen des Fahrers konsistent sind.
[8G] 8G zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung der Iteration des Verfahrens, das einen Zustand für jeden diskreten Abschnitt der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (PDF) erstellt.
[8H] 8H zeigt mögliche zugeordnete Wahrscheinlichkeiten der fünf Zustände bei der ersten Iteration in 8G.
[81] 8l zeigt einen Graphen einer Gesamtwahrscheinlichkeitsdichtefunktion, die von einer Ausführungsform genutzt wird.
[9] 9 zeigt ein Beispiel für mögliche realisierbare Trajektorien eines Fahrzeugs.
[10A] 10A zeigt ein Zeitreihensignal einer Lenktrajektorie des Lenkrads des Fahrzeugs und eine Beschleunigungstrajektorie des Fahrzeugs, die von einigen Ausführungsformen genutzt wird, um die Intention eines Fahrers eines Fahrzeugs zu bestimmen.
[10B] 10B zeigt ein Flussdiagramm einer beispielhaften Implementierung eines Verfahrens zur Aktualisierung der Wahrscheinlichkeiten jeder realisierbaren Trajektorie, die zu verfolgen ist, auf Grundlage der Konsistenz der realisierbaren Trajektorien aus der Teilgruppe mit der Intention des Fahrzeugs aus dem Zeitreihensignal, gemäß einigen Ausführungsformen.
[11A] 11A zeigt eine Darstellung der Änderung der Bereichsgröße mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten.
[11B] 11B veranschaulicht die Bestimmung einer sicheren Folge von Bereichen für unterschiedliche Geschwindigkeiten.
[12A] 12A veranschaulicht die Auswahl der lateralen Verlagerungen für unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeiten.
[13A] 13A zeigt eine schematische Darstellung, wie ausgewählt wird, welche Bereiche in dem Speicher zu speichern sind.
[13B] 13B zeigt eine schematische Darstellung des Auswählens von Bereichen, die in einem Speicher zu speichern sind, gemäß einigen Ausführungsformen.
[14A] 14A zeigt eine Darstellung einer möglichen Geschwindigkeitsanordnung.
[14B] 14B zeigt eine Darstellung einer möglichen Geschwindigkeitsanordnung.
[14C] 14C zeigt eine Darstellung, wie ein sicheres Übergehen zwischen unterschiedlichen Geschwindigkeiten gewährleistet werden kann, gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
[15] 15 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Fahrzeugs.
[16] 16 zeigt eine beispielhafte Implementierung eines Verfahrens für die Bestimmung der Datenstruktur, die kollisionsfreie Bereiche anzeigt.
[17] 17 zeigt eine Darstellung der Wahl der Kostenfunktion für die Zustandsübergänge.

Beschreibung der Ausführungsformen
Einige Ausführungsformen der Erfindung basieren auf dem Verständnis, dass die laterale Bewegung eines Fahrzeugs gemäß unterschiedlichen Trajektorien gesteuert werden kann, wobei ein Fahrzeug im Allgemeinen ein straßengebundenes Fahrzeug ist, wie z.B. ein Personenkraftwagen, ein Bus, ein Lastkraftwagen oder ähnliches. Beispielsweise kann ein Fahrspurwechselmanöver durch mehrere Trajektorien mit unterschiedlichen Werten der Änderungsrate der lateralen Verlagerung erzielt werden. Abhängig von der besonderen Verkehrssituation und der Präferenz der Fahrzeuginsassen können unterschiedliche Trajektorien besser geeignet sein als andere. Zu diesem Zweck kann es wünschenswert sein, unterschiedliche Trajektorien für unterschiedliche Ziele der lateralen Bewegung vorauszuberechnen und die Realisierbarkeit dieser Trajektorien für die aktuellen Verkehrssituationen zu testen, während die Bewegung des Fahrzeugs in Echtzeit gesteuert wird.
1A zeigt eine Beispielsituation, in der sich ein Fahrzeug 101a auf der linken Fahrspur einer zweispurigen Straße mit Straßenbegrenzungen 110a und einem Fahrspurteiler 120a bewegt. Das Ziel ist der Fahrfahrspurwechsel auf die rechte Fahrspur 130a. Die einem Fahrspurwechsel entsprechende Bewegung kann irgendeine von mehreren Bewegungen 140a sein. Je nachdem, ob sich andere Fahrzeuge in der Umgebung befinden, sind einige der Trajektorien 140a möglicherweise nicht geeignet oder wegen einer drohenden Kollision sogar unmöglich durchzuführen.
Im Allgemeinen kann die Anzahl der Trajektorien 140a groß sein. Daher kann es eine herausfordernde und rechnerisch anspruchsvolle Aufgabe sein, die Trajektorien vorauszuberechnen und auf ihre Realisierbarkeit zu testen. Konkret kann für jedes Ziel der lateralen Bewegung, wie z.B. ein Fahrspurwechsel von rechts nach links, ein Fahrspurwechsel von links nach rechts, eine Überholung von rechts oder eine Überholung von links, eine riesige, wenn nicht unendliche Anzahl von möglichen Trajektorien vorhanden sein. Zudem, falls ein Hindernis eine Trajektorie auch nur an einem einzigen Punkt der Trajektorie schneidet, muss die gesamte Trajektorie verworfen werden, wodurch Rechen- und Speicherressourcen verschwendet werden.
1B zeigt eine schematische Darstellung, darstellend Prinzipien, die von einigen Ausführungsformen für die laterale Bewegung der Fahrzeuge eingesetzt werden. Betrachtet sei zum Beispiel der linke Teil in 1B, der ein Schema der Bewegung von der lateralen Ausgangsposition 110b zu der lateralen Zielposition 120b in vier Zeitschritten zeigt. Zu diesem Zweck setzt sich die Trajektorie aus Bewegungen des Fahrzeugs zusammen, die durch Zustandsübergänge 113b zwischen Punkten 111b definiert sind, um nach vier Zeitschritten bei 120b zu landen. Hier umfasst eine Zustandstrajektorie eine Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs mit der Zeit, d.h. die Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Wenn sich ein anderes Fahrzeug 121b mit der berechneten Trajektorie 113b überschneidet, ist die Trajektorie 113b nicht mehr gültig und eine neue Trajektorie muss entweder berechnet und erneut auf Kollision mit dem Hindernis 121b überprüft oder aus einer Bibliothek mit vorausberechneten Trajektorien entnommen werden.
Ein Teil des Grundes für die Fülle der Trajektorien und die Sensitivität aller Punkte der Trajektorie für eine partielle Kollision liegt in der zeitlichen Interdependenz aller Punkte 111b der Trajektorien. Konkret sind die Trajektorien 113b die Funktionen der Zeit, die nicht nur die Folge der Punkte 111b, sondern auch die Übergänge zwischen den Punkten als die Funktion der Zeit spezifizieren. Diese Übergänge bestimmen den Zustand und die Dynamiken des Fahrzeugs an jedem Punkt der Trajektorie und zwingen das Fahrzeug, sich gemäß der Trajektorie zu bewegen. Die gleiche laterale Verlagerung zwischen zwei benachbarten Punkten kann mit unterschiedlichen Zeitübergängen erzielt werden. Unterschiedliche Zeitübergänge erzwingen wiederum unterschiedliche Zustände des Fahrzeugs in diesen zwei benachbarten Punkten, wodurch jede Trajektorie einzigartig und interdependent gemacht wird.
Einige Ausführungsformen basieren auf der Erkenntnis, dass durch das Brechen 140b der zeitlichen Interdependenz zwischen Werten der lateralen Verlagerung des Fahrzeugs die Berechnung der kollisionsfreien Trajektorie für die laterale Bewegung des Fahrzeugs erheblich vereinfacht werden kann. Einige Ausführungsformen basieren auf der Erkenntnis, dass unterschiedliche Werte des lateralen Versatzes voneinander entkoppelt werden können, durch Konstruieren eines Bereichs, der bestimmt ist, so dass das Fahrzeug, das einen Zustand innerhalb eines Bereichs hat, in der dazu Lage ist und seine Zustände innerhalb des Bereichs aufrechterhalten wird.
Zum Beispiel zeigt der rechte Teil von 1B die Situation, wenn das Ziel darin besteht, das Fahrzeug von der lateralen anfängliche Verlagerung 110b bis zu der lateralen Zielverlagerung 120b zu steuern. Anstatt eine Trajektorie 113b zu bestimmen, die Punkte 111b und entsprechende Zustandsübergänge zwischen den Punkten definiert, erkennt eine Ausführungsform, dass die laterale Zielverlagerung 120b von 110b aus erreicht werden kann, indem Bereiche konstruiert werden, in denen es für das Fahrzeug sicher ist, sich dort zu befinden. Die Bereiche sind überlappend, was bedeutet, dass es möglich ist, sich in einem sicheren Korridor von Bereichen von dem Ausgangspunkt 110b bis zu der finalen lateralen Verlagerung 120b innerhalb der Bereiche zu bewegen, so dass Kollision vermieden wird. Folglich können durch die Verwendung der Bereiche anstelle spezifischer Trajektorien sichere Trajektorien bestimmt werden, die in dem sicheren Korridor der Bereiche liegen, was sicherstellt, dass, falls sich ein Hindernis 121b mit einem bestimmten Bereich 130b in einem bestimmten Zeitfenster überschneidet, der Bereich als unsicher markiert wird und stattdessen andere sichere Bereiche genutzt werden können.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Fahrzeugs, das sich auf einer Straße bewegt, die mit einer Gruppe von sich bewegenden Hindernissen oder Objekten geteilt wird, die im Folgenden austauschbar mit Fahrzeugen bezeichnet sind. Das Verfahren nutzt einen Speicher zum Speichern von Informationen, die für die Implementierung von Schritten des Verfahrens notwendig sind. Das Verfahren ruft 110 aus dem Speicher 109 eine Gruppe von Gleichgewichtspunkten, die laterale Verlagerungen und die Orientierung des Fahrzeugs auf der Straße definieren, und eine Gruppe von Bereichen von Zuständen der Lateraldynamiken des Fahrzeugs entsprechend den Gleichgewichtspunkten ab, wobei jeder Zustand der Lateraldynamik eine laterale Verlagerung, eine Änderungsrate der lateralen Verlagerung, eine laterale Orientierung und eine Änderungsrate der lateralen Orientierung umfasst. Jeder Bereich definiert eine steuerungsinvariante Gruppe der Zustände der Lateraldynamik, die bestimmt ist, so dass das Fahrzeug, aufweisend einen Zustand innerhalb eines Bereichs, in der Lage ist, seine Zustände innerhalb des Bereichs beizubehalten. Bei einigen Implementierungen umfasst jeder Bereich einen entsprechenden Gleichgewichtspunkt und überschneidet sich mit zumindest einem benachbarten Bereich.
Das Verfahren erzeugt 120 unter Verwendung der Informationen 119 von zumindest einem Sensor, der entweder eine Direktverbindung mit dem Fahrzeug hat oder Remoteverbindung mit dem Fahrzeug hat, ein Zeitreihensignal 121, das die Bewegung jedes Objekts in der Gruppe der durch die Sensoren erfassten sich bewegenden Objekte anzeigt. Die Messungen können Kameramessungen oder Laser/LIDAR-Messungen umfassen. Die Messungen können Messungen von Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation umfassen, und die Messungen können GPS-Daten enthalten. Die Länge der Messungsfolge kann von Fahrzeug zu Fahrzeug variieren.
Unter Verwendung des Zeitreihensignals 121 und der aus dem Speicher abgerufenen Informationen 111 bestimmt 130 das Verfahren eine Datenstruktur, die kollisionsfreie Bereiche bei unterschiedlichen Zeitschritten der Steuerung anzeigt. Bei der Bestimmung 130 erfasst ein Kollisionsdetektor eine Kollision jedes Bereichs mit zumindest einem Objekt bei jedem Zeitschritt der Steuerung in einem Zeithorizont, wenn eine Trajektorie des Objekts bei dem Zeitschritt der Steuerung einen Raum schneidet, der durch eine Längsverlagerung des Fahrzeugs bei dem Zeitschritt der Steuerung und einen Bereich von Werten der lateralen Verlagerung des Bereichs definiert ist. Dann bestimmt 140 das Verfahren unter Verwendung der bestimmten Datenstruktur 131 mit Hilfe eines Wegplaners eine Zeitfolge, definierend eine kollisionsfreie Folge von Bereichen, bildend eine Einheit von Bereichen in Raum und Zeit, verbindend einen Bereich, umfassend eine anfängliche Verlagerung, mit einem Bereichs, umfassend eine Zielverlagerung, um eine Trajektorie 141 zu erstellen innerhalb der Einheit, verbindend die anfängliche Verlagerung mit der Zielverlagerung. Schließlich steuert 150 das Verfahren das Fahrzeug, um eine Fahrzeugbewegung 151 gemäß der Trajektorie 141 zu erstellen.
3A zeigt ein Blockdiagramm eines Steuersystems 299 zum Steuern der Bewegung eines Fahrzeugs 300, das sich auf einer Straße bewegt, die mit einer Gruppe von sich bewegenden Objekte geteilt wird, gemäß einigen Ausführungsformen. Das Fahrzeug kann auch externe Eingaben 310 empfangen, die die Befehle des Steuersystems 299 überschreiben. In einem solchen Fall ist das Fahrzeug ein halbautonomes Fahrzeug.
Das Steuersystem 299 umfasst einen Speicher 320, um eine Gruppe von Gleichgewichtspunkten zu speichern, die die lateralen Verlagerungen auf der von dem Fahrzeug befahrenen Straße definieren, und um eine Gruppe von Bereichen von Zuständen der Lateraldynamik des Fahrzeugs entsprechend der Gruppe von Gleichgewichtspunkten zu steuern, wobei jeder Zustand der Lateraldynamik eine laterale Verlagerung, eine Änderungsrate der lateralen Verlagerung, eine laterale Orientierung und eine Änderungsrate der lateralen Orientierung umfasst, wobei jeder Bereich eine steuerungsinvariante Gruppe der Zustände der Lateraldynamik definiert, die bestimmt ist, so dass das Fahrzeug, aufweisend einen Zustand innerhalb eines Bereichs, in der Lage ist, seine Zustände innerhalb des Bereichs beizubehalten, wobei jeder Bereich einen entsprechenden Gleichgewichtspunkt umfasst und sich mit zumindest einem benachbarten Bereich überschneidet.
Das Steuersystem umfasst ein Erfassungssystem 330 mit zumindest einem Sensor zur Erzeugung eines Zeitreihensignals 331, das die Bewegung jedes Fahrzeugs in der Gruppe von Fahrzeugen anzeigt, die sich in der Umgebung 370 bewegen. Beispielsweise kann das Erfassungssystem 330 Positionen mit Hilfe von Globales-Positionsbestimmungssystem-(GPS)-Informationen und/oder Inertialbewegung mit Hilfe einer Inertialmessungseinheit (IMU) messen. Zum Beispiel kann die IMU einen oder mehrere 3-Achsen-Beschleunigungsmesser, 3-Achsen-Gyroskop(e) und/oder Magnetometer umfassen. Die IMU kann Beschleunigungs-, Geschwindigkeits-, Orientierungs- und/oder andere positionsbezogene Informationen an andere Komponenten des Steuersystems 299 liefern.
Das Steuersystem 299 enthält einen Kollisionsdetektor 340, um eine Kollision jedes in dem Speicher 320 gespeicherten Bereichs mit zumindest einem Objekt bei jedem Zeitschritt der Steuerung in einem Zeithorizont zu erfassen, wenn eine Trajektorie des Objekts bei dem Zeitschritt der Steuerung einen Raum schneidet, der durch eine Längsverlagerung des Fahrzeugs bei dem Zeitschritt der Steuerung und einen Bereich von Werten der lateralen Verlagerung des Fahrzeugs definiert ist. Der Kollisionsdetektor gibt 341 eine Datenstruktur aus, die kollisionsfreie Bereiche bei unterschiedlichen Zeitschritten der Steuerung anzeigt. Die Datenstruktur 341 wird von einem in das Steuersystem 299 eingebetteten Streckenplaner 350 genutzt, der eine Zeitfolge bestimmt, definierend eine kollisionsfreie Folge von Bereichen, bildend eine Einheit von Bereichen in Raum und Zeit, verbindend einen Bereich, umfassend eine anfängliche Verlagerung, mit einem Bereich, umfassend eine Zielverlagerung, um eine Trajektorie innerhalb der Einheit zu erzeugen, die die anfängliche Verlagerung mit der Zielverlagerung verbindet. Die bestimmte Trajektorie 351 wird von zumindest einer Steuereinheit 360 des Fahrzeugs genutzt, um das Fahrzeug gemäß der Trajektorie zu steuern.
3B zeigt eine allgemeine Struktur des Steuersystems 299 gemäß einer Ausführungsform. Das Steuersystem 299 enthält zumindest einen Prozessor 390 zum Ausführen von Modulen der Kollisionserfassung und Kursplanung. Der Prozessor 390 ist mit einem Speicher 380 verbunden 391, der eine Gruppe von Gleichgewichtspunkten 381, definierend laterale Verlagerungen und die laterale Orientierung auf der von dem Fahrzeug befahrenen Straße, und eine Gruppe von Bereichen 382 von Zuständen der Lateraldynamik des Fahrzeugs entsprechend der Gruppe von Gleichgewichtspunkten speichert, wobei jeder Zustand der Lateraldynamik eine laterale Verlagerung, eine Änderungsrate der lateralen Verlagerung, eine laterale Orientierung und eine Änderungsrate der lateralen Orientierung umfasst, wobei jeder Bereich eine steuerungsinvariante Gruppe der Zustände der Lateraldynamik definiert, die bestimmt ist, so dass das Fahrzeug, aufweisend einen Zustand innerhalb eines Bereichs, in der Lage ist, seine Zustände innerhalb des Bereichs beizubehalten, wobei jeder Bereich einen entsprechenden Gleichgewichtspunkt umfasst und sich mit zumindest einem angrenzenden Bereich schneidet.
4A zeigt ein Schema eines Bewegungsziels eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug 400 einen Fahrspurwechsel von der linken Fahrspur auf die rechte Spur einleitet, wobei das Ziel darin besteht, in der Mitte der rechten Fahrspur zu landen. Das Einleiten des Fahrspurwechsels kann entweder durch das Steuersystem oder durch externe Eingaben in das Steuersystem erfolgen. Ein Fahrer des Fahrzeugs kann beispielsweise den Fahrspurwechsel von dem Armaturenbrett des Fahrzeugs aus einleiten. Einige Ausführungsformen basieren auf der Erkenntnis, dass es mehrere Trajektorien gibt, die zu einer finalen lateralen Zielverlagerung des Fahrzeugs führen können. Die Zustandsübergänge, die die Trajektorie 419 definieren, führen dazu, dass das Fahrzeug 400 die Mitte der rechten Fahrspur bei der Position 420 erreicht, während die Trajektorie 409 dazu führt, dass die Mitte der rechten Fahrspur bei Position 409 erreicht wird. Die Bestimmung, dass 419 und 409 kollisionsfrei sind, kann in einer Umgebung mit einer Anzahl von Hindernissen und mit einer Fülle von Trajektorien 409 und 419 rechnerisch prohibitiv sein. So führt zum Beispiel irgendeine Position zwischen 410 und 420 zu einer anderen Trajektorie und damit letztlich zu einer unendlichen Anzahl möglicher Trajektorien, die zu der gewünschten lateralen Verlagerung führen. Die exakte Trajektorie, die zu der gewünschten lateralen Verlagerung des Fahrzeugs führt, ist jedoch von geringerer Bedeutung als die, dass das Fahrzeug tatsächlich bei der gewünschten lateralen Verlagerung landet.
4B zeigt Vorteile eines steuerungsinvarianten Bereichs gemäß einigen Ausführungsformen. Ein Bereich 430 wurde so bestimmt, dass ein Fahrzeug, aufweisend einen Zustand innerhalb eines Bereichs, in der Lage ist, seine Zustände innerhalb des Bereichs beizubehalten. Durch Berücksichtigung von Bereichen anstelle von einzelnen Trajektorien reicht es aus, zu bestimmen, ob sich ein Objekt mit dem Bereich 430 überschneidet, um alle Trajektorien 409 und 419 in diesem Bereich auszuschließen, ohne die Trajektorien 409 und 419 zu bestimmen.
Dementsprechend bestimmt eine Ausführungsform Bereiche, die mit einer lateralen Verlagerung des Fahrzeugs verbunden sind, wobei jeder Bereich eine Fülle von Zustandsübergängen und entsprechenden Trajektorien abdeckt, die das Fahrzeug durchlaufen könnte, und wobei die laterale Verlagerung einen Gleichgewichtspunkt des Fahrzeugs definiert. Beispielsweise bestimmt eine Ausführungsform den Bereich als eine steuerungsinvariante Gruppe der Zustände der Lateraldynamiken des Fahrzeugs, die einer lateralen Verlagerung zugeordnet sind. Eine steuerungsinvariante Gruppe ist ein Bereich, der einem Gleichgewicht zugeordnet ist, d.h. einem stationären Punkt der Lateraldynamiken des Fahrzeugs, und eine Steuereinheit zum Steuern der lateralen Bewegung des Fahrzeugs. Die Größe des Bereichs ist von den Parametern der Lateraldynamiken des Fahrzeugs und der für die Steuerung der Lateraldynamiken des Fahrzeugs genutzten Steuereinheit abhängig. Bei der Verwendung einer Steuereinheit, um die laterale Bewegung des Fahrzeugs zu steuern, kann der Steuereinheit und dem Gleichgewichtspunkt, d.h. der lateralen Verlagerung, des Fahrzeugs auf der Straße eine steuerungsinvariante Gruppe zugeordnet sein.
4C zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften steuerungsinvarianten Bereichs, der von einigen Ausführungsformen genutzt wird. Der Ausgangszustand 399c des Fahrzeugs befindet sich innerhalb der steuerungsinvarianten Gruppe 410c. Das Ziel, d.h. das Ziel der Bewegung oder des lateralen Manövers, ist es, die Steuereinheit zu nutzen, um das Fahrzeug auf die Position 400c zu steuern. Da sich der Ausgangszustand 399c innerhalb des Bereichs 410c befindet, der durch die steuerungsinvariante Gruppe definiert ist, ist somit gewährleistet, dass die Trajektorie 420c, die sich aus der Steuerung des Fahrzeugs auf die Zielverlagerung 400c ergibt, innerhalb des Bereichs liegt, solange die gewünschte Verlagerung unverändert bleibt.
In einigen Ausführungsformen werden die lateralen Verlagerungen so bestimmt, dass sich die entsprechenden Bereiche schneiden. Auf diese Weise wird ein Korridor von Bereichen so konstruiert, dass die Bereiche, wenn diese sich nicht mit einem Objekt überschneiden, eine sichere Folge von lateralen Verlagerungen und eine zugeordnete Trajektorie bereitstellen, um das Fahrzeug von der lateralen anfängliche Verlagerung zu der lateralen Zielverlagerung zu bewegen.
4D veranschaulicht ein Szenario der Bewegung durch eine Gruppe von steuerungsinvarianten Bereichen zu einer Zielposition 440d gemäß einigen Ausführungsformen. Der 440d zugeordnete Bereich 420d schneidet sich nicht mit dem Bereich 410c, der die Ausgangsposition 399c abdeckt. Zu diesem Zweck bestimmt eine Ausführungsform eine andere laterale Verlagerung, die durch den Standort 430d veranschaulicht wird, welcher den zugeordneten Bereich 410d hat, der sich mit dem Bereich 410c und dem Bereich 420d überschneidet. Wenn sich also die Trajektorie 450d innerhalb des Teils 460d des Bereichs befindet, der mit zumindest zwei Bereichen geteilt wird, kann der Zwischenzielort 400c zunächst auf 430d und dann auf den Endzielort 440d geändert werden, um eine Trajektorie zu erstellen, die in den sicheren Korridor der Einheit der Bereiche eingebettet ist.
5A zeigt ein Beispiel für die Modellierung der Fahrzeugsteuerung in dem Rahmen des Fahrzeugs gemäß einigen Ausführungsformen. Unter Bezugnahme auf 5A wird in einer Ausführungsform erkannt, dass durch das Modellieren der Steuerung des Fahrzeugs 500a in dem Rahmen des Fahrzeugs anstelle von in dem globalen Rahmen die Ausdrücke erheblich vereinfacht werden. Aufgrund der Modellierung in dem lokalen Rahmen des Fahrzeugs kann ein Gleichgewichtspunkt jedoch zusätzlich zu einer lateralen Verlagerung auch eine laterale Orientierung haben, um die Inertialwirkungen beim Übergang vom globalen zum lokalen Rahmen zu berücksichtigen. In diesem Beispiel besteht das Bewegungsziel darin, das Fahrzeug von der lateralen Verlagerung 500a auf die finale laterale Verlagerung 510a zu bewegen. Beispielsweise führt die Modellierung der Straße in dem globalen Rahmen 520a zu steuerungsinvarianten Gruppen, die zu Bereichen 540a mit komplizierten Formen führen, die mathematisch schwer auszudrücken sind. Stattdessen müssen numerische, näherungsweise Ansätze verwendet werden. Durch die Modellierung in dem lokalen Rahmen 530 des Fahrzeugs haben die steuerungsinvarianten Gruppen jedoch einfache Formen, wie z.B. Ellipsoide 550a, die sich exakt und damit genauer ausdrücken lassen.
Wie von unterschiedlichen Ausführungsformen verwendet, handelt es sich bei den steuerungsinvarianten Gruppen um Bereiche in der vorwärtigen und lateralen Dimension des Fahrzeugs. Im Allgemeinen sind die Gruppen jedoch höherdimensional und beinhalten den Zustand des Fahrzeugs um den Gleichgewichtspunkt herum, wobei jeder Zustand der Lateraldynamiken eine laterale Verlagerung, eine Änderungsrate der lateralen Verlagerung, eine laterale Orientierung und eine Änderungsrate der lateralen Orientierung umfasst, wobei jeder Bereich eine steuerungsinvariante Gruppe der Zustände der Lateraldynamik definiert, der bestimmt ist, so dass das Fahrzeug, aufweisend einen Zustand innerhalb eines Bereichs, in der Lage ist, seine Zustände innerhalb des Bereichs beizubehalten. Das Modell des Fahrzeugs kann mehrere Formen annehmen. In einer Ausführungsform ist das Fahrzeugmodell ein kinematisches Modell, in dem Kräfte ignoriert werden. Solche Modelle sind unter eingeschränkten Fahrbedingungen geeignet. In einer anderen Ausführungsform wird ein Fahrzeugmodell als ein dynamisches System aus dem Newtonschen Kraft-Masse-Gleichgewicht ausgedrückt.
5B zeigt eine schematische Darstellung eines Modells eines Zustands eines Fahrzeugs, das von einigen Ausführungsformen genutzt wird. Der Zustand ist zum Beispiel modelliert mit
wobei e_y und e_ψ= ψ - ψ_d die laterale Position beziehungsweise die Fahrzeugorientierung bezeichnen, in dem straßenausgerichteten Koordinatenrahmen, und ψ_d der Winkel der Tangente der Straße in Bezug auf den Inertialrahmen 510b ist. Das Fahrzeugmodell kann als ein lineares dynamisches System geschrieben sein,
wobei der Begriff D_eψ̇_d eine auf das Fahrzeugmodell wirkende Störung ist, die durch den Wechsel des Koordinatensystems von dem globalen zu dem lokalen System entsteht. In einer Ausführungsform wird diese Störung durch die Steuereinheit aufgehoben, die genutzt wird, um die steuerungsinvarianten Gruppen zu konstruieren.
Die 5C und 5D zeigen Beispiele für die Auswirkungen der physikalischen Beschränkungen des Systems auf die steuerungsinvarianten Gruppen. Insbesondere können die steuerungsinvarianten Gruppen je nach den physikalischen Beschränkungen des Systems ihre Form und Gestalt ändern. 5C auf der linken Seite zeigt z.B. eine steuerungsinvariante Gruppe 510c zu der Zeit 0, wobei die Größe des Bereichs so begrenzt ist, dass diese sich nicht mit den Hindernissen 520c überschneidet. $x = {[\begin{matrix} e_{y} & {\dot{e}}_{y} & e_{ψ} & {\dot{e}}_{ψ} \end{matrix}]}^{T}_{\dot{x} = A_{e} x + B_{e} δ + D_{e} {\dot{ψ}}_{d}}$
Darüber hinaus schneidet sich der Bereich zu der Zeit 0 mit dem Bereich 530c zu der Zeit 1, was bedeutet, dass es möglich ist, in einem einmaligen Schritt von 509c auf 529c zu wechseln. Werden jedoch auch Begrenzungen auf die Lenkung des Fahrzeugs eingestellt, kann die steuerungsinvariante Gruppe kleiner sein, da es aufgrund der begrenzten Betätigung nicht möglich ist, zu gewährleisten, in einem großen Bereich zu bleiben. Somit wird, wie in 5D dargestellt, die steuerungsinvariante Gruppe 510c auf 510d geschrumpft und überschneidet sich nicht mehr mit 530c. Daher ist es nicht möglich, eine kollisionsfreie Trajektorie von 509c bis 529c zu finden.
In einigen Ausführungsformen ist die Gruppe von Bereichen für die Lateraldynamiken des Fahrzeugs ohne Berücksichtigung der Längsdynamiken des Fahrzeugs vorherbestimmt. Eine solche Entkopplung ermöglicht die Wiederverwendung der gleichen Gruppe von Bereichen für unterschiedliche Längsverlagerungen des Fahrzeugs, um Kollisionen unterschiedlicher Bereiche zu unterschiedlichen Zeiten zu bestimmen. In alternativen Ausführungsformen wird die Gruppe von Bereichen für die Lateraldynamik des Fahrzeugs unter Berücksichtigung der Längsdynamik des Fahrzeugs vorherbestimmt. Beispielsweise werden in einer Ausführungsform unterschiedliche Gruppen von Bereichen für unterschiedliche Werte der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt. Diese Ausführungsform erlaubt es, die Gruppe von Bereichen entsprechend einer aktuellen und/oder gewünschten Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs auszuwählen.
5E zeigt ein alternatives Beispiel für die Bestimmung von Verbindungen zwischen Gleichgewichtspunkten. Im Allgemeinen wird der Zustand mit zunehmender Zeit nicht nur in der steuerungsinvarianten Gruppe beibehalten, sondern konvergiert auch zu dem Gleichgewichtspunkt, was impliziert, dass die effektive steuerungsinvariante Gruppe ihre Größe im Laufe der Zeit ändert. Somit wird in einer Ausführungsform die Bestimmung des sicheren Korridors auf Grundlage der Schrumpfung der Größe des sicheren Bereichs mit zunehmender Zeit vorgenommen. In 5E ist es beispielsweise das Ziel, sich von 509e zu 529e zu bewegen, wobei die entsprechenden invarianten Gruppen mit 510e und 530e bezeichnet sind. In einem einmaligen Schritt der Steuerung ändert die invariante Gruppe 530e die Größe auf 540e, was bedeutet, dass alle in 540e enthaltenen Zustände die invariante Gruppe 530e in einem einmaligen Schritt der Steuerung erreichen können. Die Gruppe 540e enthält jedoch nicht die Gruppe 510e, so dass es nicht sicher ist, dass alle Zustände in 510e 530e erreichen können. In einem weiteren Zeitschritt der Steuerung hat die Gruppe 530e jedoch die Größe auf 550e vergrößert, welche 510e abdeckt. Somit ist es möglich, in zwei Zeitschritten der Steuerung von irgendeinem Zustand in 510e die dem Gleichgewichtspunkt 529e zugeordnete invariante Gruppe 530e zu erreichen, was impliziert, dass es möglich ist, sich in zwei Zeitschritten der Steuerung von 509e zu 529e zu bewegen.
6A zeigt ein Beispiel für einen Zustandsübergangsgraphen, der mögliche Übergänge zwischen Gleichgewichtspunkten definiert, die unterschiedlichen Bereichen für unterschiedliche Zeitschritte der Steuerung entsprechen, ohne die Hindernisse zu berücksichtigen, gemäß einigen Ausführungsformen. Im Beispiel von 6A befindet sich das Fahrzeug in dem Bereich, der der lateralen Verlagerung 600a entspricht, und das Bewegungsziel ist es, sich auf die laterale Verlagerung 610a zu bewegen. Zum Beispiel gibt es für jeden Zeitschritt der Steuerung drei laterale Verlagerungen, Gleichgewichtspunkte, auf der Straße. Die möglichen Übergänge 620, die mögliche Zeitfolgen bilden, um die gewünschte laterale Verlagerung zu erreichen, bilden einen Zustandsübergangsgraphen, der im Speicher gespeichert ist. Aus 6A kann der mögliche Übergang zum Erreichen der lateralen Verlagerung 610a bewertet werden, und die Zustandszeitfolge, die 630a entspricht, ist die Folge von Gleichgewichtspunkten, die die laterale Verlagerung in Mindestzeit 2 Zeitschritten der Steuerung erreichen, was zur Erstellung der Trajektorie 640a führt.
6B zeigt den Graphen von 6A, der in Antwort auf das Erfassen der Hindernisse aktualisiert wurde, um eine Datenstruktur zu bilden, die die kollisionsfreien Bereiche anzeigt, gemäß einigen Ausführungsformen. 6B zeigt zum Beispiel die Situation, in der der Kollisionsdetektor ein Hindernis 630b erfasst, wodurch die Übergänge 640b ungültig gemacht werden.
In einigen Ausführungsformen ist der Zustandsübergangsgraph unter der Annahme, dass es keine Hindernisse gibt, vorbestimmt, wobei der Kollisionsdetektor zumindest einige Übergänge auf dem Graphen in Antwort auf die Erfassung der Hindernisse ungültig macht, und wobei der Wegplaner die gültigen Übergänge des Graphen durchsucht, um die Einheit von Bereichen zu finden. Zum Beispiel sucht der Wegplaner nach der Mindestzeitfolge 650b, die sich nun in 3 Zeitschritten der Steuerung befindet. Zusätzlich oder alternativ dazu enthalten die Übergänge in einigen Ausführungsformen Unsicherheiten, so dass der Zustandsübergangsgraph eine Markov-Kette ist.
In einer Ausführungsform wird die Gruppe von Bereichen für alle möglichen Variationen der Straßenbedingungen vorausberechnet und im Speicher des Steuersystems gespeichert. In dieser Ausführungsform wird die Variation der Form der Straße, die die Lateraldynamik des Fahrzeugs beeinflusst, durch eine Bewegungssteuerungseinheit gehandhabt, zum Beispiel die Bewegungssteuerungseinheit, die den steuerungsinvarianten Gruppen zugeordnet ist.
6C zeigt eine schematische Darstellung einer Datenstruktur, die den von einigen Ausführungsformen genutzten Zustandsübergangsgraphen anzeigt. Beispielsweise speichert eine Ausführungsform die Gruppe von Gleichgewichtspunkten über die Zeitschritte der Steuerung, die den Zustandsübergangsgraphen als eine obere Blockdiagonalmatrix anzeigt, wobei alle Elemente, die zu möglichen Übergängen führen, ungleich Null sind. Und wobei alle Elemente, die zu nicht möglichen Übergängen führen, Null sind. Wenn zum Beispiel die Anzahl der Zeitschritte der Steuerung N ist und die Anzahl der Gleichgewichtspunkte M ist, dann hat die Matrix die Größe MN x MN, mit der Struktur wie in 6C, wobei der Wert der Ungleich-Null-Elemente durch die Kosten der Bewegung von einem Gleichgewichtspunkt zu einem anderen Gleichgewichtspunkt bestimmt wird, wie durch andere Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Jedes Element 600c enthält M Elemente und insgesamt gibt es N Elemente 600c. Alle Elemente unterhalb der Diagonale sind Null, weil ein Gleichgewichtspunkt nicht mit weniger als einem einmaligen Schritt erreicht werden kann, d.h. das System hat eine zeitliche Kausalität. Die Elemente bis zur rechten Seite der Matrix sind Null, da die invarianten Gruppen eine begrenzte Größe haben.
Der Kollisionsdetektor 340 schätzt die zukünftige Bewegung auf Grundlage des Zeitreihensignals, das die Bewegung des Objekts anzeigt. In einer Ausführungsform bestimmt der Kollisionsdetektor, ob sich die zukünftige Bewegung des Objekts mit jedem Bereich, der einer lateralen Verlagerung zugeordnet ist, überschneidet wird.
7A zeigt eine Situation, in der sich Teile 710a der sicheren Bereiche 700a mit dem vorhergesagten Hindernis 720a überschneiden und somit der Kollisionsdetektor die Übergänge auf dem Graphen entsprechend den Bereichen 710a ungültig macht. Auf diese Weise bestimmt der Wegplaner eine Zeitfolge, definierend eine kollisionsfreie Folge von Bereichen, bildend eine Einheit von Bereichen in Raum und Zeit, verbindend einen Bereich, umfassend eine anfänglichen Verlagerung mit einem Bereich, umfassend eine Zielverlagerung, um eine Trajektorie zu erstellen innerhalb der Einheit, verbindend die anfängliche Verlagerung mit der Zielverlagerung. Zum Beispiel verbindet die Einheit von Bereichen 735a und 745a den Zustand oder die Gleichgewichtspunkte 730a und 740a in Raum und Zeit, um einen kollisionsfreien Korridor bereitzustellen. Jede Trajektorie innerhalb dieses Korridors ist kollisionsfrei.
In einer Ausführungsform bestimmt der Wegplaner beispielsweise die Trajektorie durch Optimieren einer Kostenfunktion der Bewegung des Fahrzeugs innerhalb der Einheit. Zusätzlich oder alternativ dazu bestimmt der Kursplaner in einer Ausführungsform die kürzeste Zeitfolge, die die Einheit bildet. Beispielsweise kann der Wegplaner die Trajektorie bestimmen, die die Gleichgewichtspunkte verbindet, die die anfängliche Verlagerung und die Zielverlagerung definieren.
In einigen Ausführungsformen umfasst die vorhergesagte Trajektorie der Hindernisse zumindest einen Kurs, eine Geschwindigkeit und eine Orientierung/Fahrtrichtung, kann aber auch weitere Entitäten wie Rotationsgeschwindigkeiten, Beschleunigungen und Lenkung umfassen. Darüber hinaus kann die Bewegung als eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (PDF) dargestellt sein, die die Wahrscheinlichkeit misst, dass sich die Bewegung an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit befindet.
In einigen Ausführungsformen schätzt der Kollisionsdetektor eine zukünftige Trajektorie des Objekts in Übereinstimmung mit dem Zeitreihensignal, das die Bewegung des Objekts anzeigt, schätzt eine Wahrscheinlichkeit der Überschneidung der zukünftigen Trajektorie mit jedem Bereich bei jedem Zeitschritt der Kontrolle und erfasst den Bereich bei dem Zeitschritt der Kontrolle als kollisionsfrei, falls die Wahrscheinlichkeit der Überschneidung unter einem Schwellenwert liegt.
7B veranschaulicht das Schema des probabilistischen Bestimmens der kollisionsfreien Bereiche gemäß einer Ausführungsform. In 7B überschneidet sich zum Beispiel der geschätzte Standort eines Hindernisses 700b bei einem einmaligen Schritt der Steuerung und zugeordneter PDF 710b des Standorts mit dem Bereich 720b entsprechend dem Gleichgewichtspunkt 730b bei dem einmaligen Schritt der Steuerung. Falls die Wahrscheinlichkeit einer Überschneidung mit der Grenze 721b des sicheren Bereichs über dem Schwellenwert 740b liegt, werden die Übergänge, die zu dem Gleichgewichtspunkt 730b führen, ungültig gemacht und aus der Graphensuche des Wegplaners entfernt, indem die entsprechenden Elemente der entsprechenden oberen Blockdiagonalmatrix eingestellt werden.
Einige Ausführungsformen basieren auf der Erkenntnis, dass Fahrzeuge, die sich in der mit dem Wirtsfahrzeug geteilten Umgebung bewegen, nur dann eine Gefahr für das Wirtsfahrzeug darstellen, wenn sich die Fahrzeuge auf den Trajektorien bewegen, die die Trajektorie des Wirtsfahrzeugs schneiden. Diese Aussage lässt sich jedoch umkehren, was zu dem Verständnis führt, dass eine hypothetische Trajektorie, die sich mit der Trajektorie des Wirtsfahrzeugs überschneidet, nur dann eine Gefahr für das Wirtsfahrzeug darstellt, wenn es ein anderes Fahrzeug gibt, das diese hypothetische Trajektorie befährt.
Einige Ausführungsformen basieren auf der Erkenntnis, dass es möglich und rechnerisch effizienter ist, die Gefahr der Trajektorien für das Wirtsfahrzeug zu bewerten, und nicht die Gefahr der Bewegung anderer Fahrzeuge für das Wirtsfahrzeug zu bewerten. Dies liegt daran, dass es nur eine begrenzte Anzahl von realisierbaren Trajektorien gibt, die durch das befahrbare Gebiet, den Straßenverkehr und/oder die Karte der Umgebung vorgegeben sind. Diese realisierbaren Trajektorien können auf rechnerisch effiziente Weise vorausberechnet sein, und es ist einfacher zu testen, ob das Fahrzeug der vorausberechneten Trajektorie folgt, und nicht alle möglichen Trajektorien für das sich bewegende Fahrzeug zu generieren. Auf diese Weise wird das Problem der Erzeugung der optimalen Trajektorien durch das Zuordnungs- und/oder Klassifizierungsproblem ersetzt, das rechnerisch effizienter ist.
Einige Ausführungsformen basieren auf der Erkenntnis, dass die Überschneidung einer realisierbaren Trajektorie mit der Trajektorie des Wirtsfahrzeugs probabilistisch bestimmt werden kann. Auf diese Weise kann die realisierbare Trajektorie durch eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion dargestellt sein, um einen breiteren Raum eines befahrbaren Gebiets abzudecken, wodurch die Anzahl der zu erzeugenden realisierbaren Trajektorien reduziert wird. In ähnlicher Weise kann auch die Zuordnung des Fahrzeugs zu einer realisierbaren Trajektorie probabilistisch bestimmt sein, um die Unsicherheit der Messungen der Bewegung, die Möglichkeit einer schnellen Änderung der Fahrintention eines Fahrers des Fahrzeugs und die Möglichkeit einer Bewegung entlang von Segmenten, die zu mehreren Trajektorien gehören, darzustellen.
Zu diesem Zweck bestimmen einige Ausführungsformen eine Höhe des Risikos einer realisierbaren Trajektorie als eine Kombination aus der Wahrscheinlichkeit, dass sich die realisierbare Trajektorie mit der Trajektorie des Wirtsfahrzeugs überschneidet, und der Wahrscheinlichkeit, dass die realisierbare Trajektorie von zumindest einem Fahrzeug verfolgt wird.
8A zeigt eine beispielhafte Implementierung des Kollisionsdetektors zur Bestimmung 130 der Datenstruktur, die kollisionsfreie Bereiche anzeigt, gemäß einer Ausführungsform. Die beispielhafte Implementierung bestimmt 810 eine Gruppe von realisierbaren Trajektorien von hypothetischen Objekten, die sich in einem Fahrgebiet des Fahrzeugs bewegen. Dann bestimmt 820 die beispielhafte Implementierung eine Wahrscheinlichkeit jeder realisierbaren Trajektorie, sich mit jedem Bereich bei jedem Zeitschritt der Steuerung zu überschneiden. Dann bestimmt die beispielhafte Implementierung, unter Verwendung der Zeitreihensignale, eine Wahrscheinlichkeit jeder realisierbaren Trajektorie von zumindest einem Objekt verfolgt zu werden. Schließlich wird eine Höhe des Risikos der Überschneidung jeder realisierbaren Trajektorie mit jedem Bereich bei jedem Zeitschritt der Steuerung als eine Kombination der Wahrscheinlichkeit der realisierbaren Trajektorie, sich mit jedem Bereich bei jedem Zeitschritt der Steuerung zu überschneiden, und der Wahrscheinlichkeit der realisierbaren Trajektorie, von zumindest einem Objekt verfolgt zu werden, bestimmt; und die beispielhafte Implementierung schlussfolgert mit dem Erfassen eines Bereichs bei einem Zeitschritt der Steuerung kollisionsfrei, falls die Höhe des Risikos einer Überschneidung aller realisierbaren Trajektorien mit dem Bereich bei dem Zeitschritt der Steuerung unter einem Schwellenwert liegt.
In einigen Ausführungsformen werden die realisierbaren Trajektorien mit Hilfe eines kinematischen Modells einer Bewegung eines hypothetischen Fahrzeugs bestimmt, z.B. durch Generierung der realisierbaren Trajektorien für unterschiedliche Geschwindigkeiten der hypothetischen Fahrzeuge an unterschiedlichen Standorten der Umgebung, die sich mit unterschiedlichen Fahrintentionen bewegen, die aus einer Gruppe von Fahrintentionen ausgewählt sind.
Zusätzlich oder alternativ dazu bestimmen einige Ausführungsformen die realisierbaren Trajektorien durch iteratives Abtasten des Zustandsraums eines hypothetischen Objekts und Hinzufügen eines abgetasteten Zustands in einer realisierbaren Trajektorie für eine Intention einer Bewegung des hypothetischen Objekts, wenn der abgetastete Zustand mit der Intention der Bewegung konsistent ist.
8B zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 810 zur Generierung einer realisierbaren Trajektorie und Bestimmung ihrer Wahrscheinlichkeit der Überschneidung mit einem Bereich gemäß einigen Ausführungsformen. Das Verfahren bestimmt iterativ eine Folge von Zuständen, die die Bewegung des Fahrzeugs von einem hypothetischen Ausgangszustand des Fahrzeugs zu einer Zielfahrspur des Fahrzeugs spezifizieren, z.B. während unterschiedliche Intentionen eines hypothetischen Fahrers erfüllt werden. In unterschiedlichen Ausführungsformen ist der hypothetische Anfangszustand ein Zustand von Fahrzeugen, der in der Vergangenheit beobachtet wurde, und/oder wobei der hypothetische Anfangszustand der entsprechende Zustand ist, der während einer vorherigen Iteration des Verfahrens bestimmt wurde.
8C zeigt eine Tabelle, in der unterschiedliche Intentionen eines hypothetischen Fahrers aufgelistet sind, gemäß einigen Ausführungsformen. Beispielsweise bestimmen einige Ausführungsformen die realisierbaren Trajektorien für jedes hypothetische Fahrzeug, das unterschiedliche, durch die Umgebung zulässige Fahrintentionen durchführt, die das hypothetische Fahrzeug in das Fahrgebiet des Wirtsfahrzeugs bewegen. Zum Beispiel umfasst die Gruppe von Fahrintentionen eine oder eine Kombination aus einer Intention zum Linksabbiegen, einer Intention zum Rechtsabbiegen, einer Intention zum Geradeausfahren, einer Intention zum Fahrspurwechsel nach links, einer Intention zum Fahrspurwechsel nach rechts, einer Intention zum Bremsen, einer Intention zum Beschleunigen und einer Intention zum Beibehalten der Geschwindigkeit.
Die Bewegung wird durch die Zustandsübergänge definiert, die die Zustände des Fahrzeugs verbinden. Jeder Zustand umfasst einen Standort, eine Geschwindigkeit und eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs. Die Bewegung wird iterativ bestimmt, bis eine Abbruchbedingung erfüllt ist, z.B. für einen Zeitraum, für eine vorherbestimmte Anzahl von Iterationen oder solange die realisierbare Trajektorie in dem interessierenden Bereich liegt. Die Abbruchbedingung kann in Bezug auf den Planungshorizont in dem Wegplaner 350 eingestellt sein. Für ein manuell betriebenes Fahrzeug kann die Abbruchbedingung in Bezug auf die Sichtbarkeit des Straßensegments festgelegt sein.
8D zeigt eine Folge von Zustandsübergängen, die eine Iteration des Verfahrens aus 8B veranschaulicht. Das Verfahren bestimmt 800b, ausgehend von einem Anfangszustand 800d, einer Gruppe von abgetasteten Zuständen 820d und 870d und einer entsprechenden Gruppe von Zustandsübergängen 821d, so dass der Zustand und der Übergang statische und dynamische Beschränkungen für den Zustand des Fahrzeugs erfüllt. Beispielsweise beginnt das Verfahren bei dem Zustand 880d, bestimmt den Zustand 860d und den Zustandsübergang 881d in 8D, während Hindernisse 890d vermieden werden und Beschränkungen 830d für die Bewegung des Fahrzeugs aus der Umgebungskarte erfüllt werden.
8E zeigt ein Flussdiagramm einer beispielhaften Implementierung der Bestimmung der Gruppe von abgetasteten Zuständen 800b gemäß einer Ausführungsform. Das Bestimmen 800b verwendet Informationen über die Umgebung, die anhand vorheriger Iterationen bestimmten Zustände und die Intentionen des Fahrers in 8C. Beispiele für die vorherigen Zustände umfassen die Knoten 880d, 870d, 820d und den Anfangszustand 800d in 8D.
Die Beispielimplementierung führt eine erste Bestimmung eines Zustandes 801e durch. Falls es sich um die erste Iteration des Verfahrens handelt, ist der Anfangszustand der aktuelle hypothetische Zustand des Fahrzeugs, mit einer zugeordneten Unsicherheit. Die Unsicherheit kann in der Form eines Konfidenzintervalls vorliegen oder kann in der Form mehrerer möglicher Standorte vorliegen. Ein solches Szenario könnte sich beispielsweise ergeben, falls das Erfassungssystem sehr unsichere Messungen liefert oder falls die Karte unsicher ist. Andernfalls wird der Anfangszustand durch vorherige Iterationen des Verfahrens bestimmt.
Das Verfahren tastet 802e eine Gruppe von vorhergesagten Zuständen ab, die Einschränkungen auf die Bewegung des Fahrzeugs erfüllen und vorherbestimmt werden können oder adaptiv gemacht werden können. In einigen Ausführungsformen der Erfindung werden die Zustände 802e aus einer fiktiven Störgeräuschquelle des dynamischen Systems erzeugt, d.h. aus, mit der nominalen Eingabe als den Mittelwert der Eingabe. w_k Kann beispielsweise als aus einer Gaußschen Verteilung w_k~N(u_k, Q_k)resultierend gewählt sein oder als eine Wahrscheinlichkeitsdichtfunktion (PDF) gewählt sein, die auf die bestimmte Intention zugeschnitten ist, die der realisierbaren Trajektorie zugeordnet ist.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung werden die abgetasteten Zustände 802e unter Verwendung der Intentionen in 8C erzeugt. Die Intentionen des Fahrers sind im Voraus bekannt, und die von der Störgeräuschquelle des dynamischen Systems erzeugten Zustände werden korrigiert, um die Intentionen besser zu erfüllen. Zum Beispiel kann eine probabilistische Funktionq (x_k+1|x_k, y_k+1) verwendet werden, um Zustände zu erzeugen, wobei eine Funktion des Zustands bei dem Zeitindex k+1 unter Berücksichtigung des Zustands bei dem Zeitindex und der Spezifikation bei dem Zeitindex k+1 ist.
Als besonderes Beispiel, falls beide und additiv sind, können Gaußsche PDFs, qgewählt werden als $q (x_{k + 1} | x_{k}^{i}, y_{k + 1}) = p (x_{k + 1} | x_{k}^{i}, y_{k + 1}) = N (x_{k + 1} | x_{k + 1}^{i}, {(\sum)}_{k + 1}^{- 1}),$
wobei $\begin{array}{l} x_{k + 1}^{i} = f (x_{k}^{i}) + w_{k}^{i} + L_{k}^{i} (y_{k + 1} - H_{k}^{i} f (x_{k}^{i})), \sum_{k + 1}^{i} = ({(H_{k}^{i})}^{T} R_{k + 1}^{- 1} (H_{k}^{i}) + \\ {Q_{k}^{- 1})}^{- 1} \end{array}$
und $L_{k}^{i} = (Q_{k} {(H_{k}^{i})}^{T} {(H_{k}^{i} Q_{k} {(H_{k}^{i})}^{T} + R_{k + 1}^{- 1})}^{- 1},$
das heißt, der Zustand kann erzeugt werden als eine Zufallsabtastung aus der Störgeräuschquelle des dynamischen Systems, die durch die mathematische Beschreibung des Fahrzeugs propagiert ist und mit einem deterministischen Term modifiziert ist, um die Abweichung von der Intention zu berücksichtigen, und der entsprechende Zustand wird unter Verwendung dieses modifizierten Terms vorhergesagt.
In einer Ausführungsform wird die Generierung der abgetasteten Zustände 802e und die Vorhersage des entsprechenden Zustands in einer Schleife ausgeführt, wobei die Anzahl der Iterationen im Voraus bestimmt ist. In einer anderen Ausführungsform erfolgt die rechtzeitige Generierung der Zustände 802e auf Grundlage der Zeitschritte der beabsichtigten Trajektorie. Beispielsweise kann die Anzahl der Iterationen als eine feste Anzahl von Schritten bestimmt sein, oder die Iterationen können als eine Funktion der Auflösung der Sensoren des Abtastsystems 330 bestimmt sein. Wenn 802e der ausgeführte Zeitschritt ist, werden die Zustände gemäß allen Standorten erzeugt, die der beabsichtigten Trajektorie von dem Zeitindex k+1 bis zu dem Zeitindex k+T entsprechen, d.h., q(X_k+1|x_k, y_k+1, ..., y_k+T)
8F zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Aktualisierung der Wahrscheinlichkeit, dass die abgetasteten Zustände mit den in 8C gezeigten Intentionen des Fahrers konsistent sind. Konkret bestimmt das Verfahren 812f, ob der abgetastete Zustand mit einem Zustand konsistent ist, der zu dem Zielzustand führt, der mit den Intentionen des Fahrers konsistent ist, und aktualisiert 813f die Wahrscheinlichkeit des Zustands auf Grundlage der Bewertung der Konsistenz. Falls zum Beispiel des Intention des Fahrers darin besteht, auf die linke Fahrspur zu wechseln, kann der Zielzustand in einer Mitte der linken Fahrspur liegen, und die Zwischenzustände, die zu dem Zielzustand führen, sind der Intention des Fahrers konsistent, während andere Zustände nicht mit der Intention des Fahrers konsistent sind.
In einigen Ausführungsformen wird das Bestimmen 812e als eine Kombination aus der PDF der Intentionen/Beschränkungen, $p (y_{k + 1} | x_{k + 1}^{i})$
dem nächsten Zustand und der Wahrscheinlichkeit $ω_{k}^{i}$
des während der vorherigen Iteration bestimmten Zustands durchgeführt. Falls beispielsweise Zustände gemäß dem dynamischen Modell des Fahrzeugs generiert werden, sind die Wahrscheinlichkeiten proportional zu der PDF der Spezifikationen, das heißt, $ω_{k + 1}^{i} \propto p (y_{k + 1} | x_{k + 1}^{i}) ω_{k}^{i} .$
Als ein weiteres Beispiel, falls die Abtastung der Zustände gemäß $p (x_{k + 1} | x_{k}^{i}, y_{k + 1})$
erfolgt, sind die Wahrscheinlichkeiten proportional zu der Vorhersage der PDF der beabsichtigten Trajektorien, d.h. $ω_{k + 1}^{i} \propto p (y_{k + 1} | x_{k}^{i}) ω_{k}^{i} .$
In einer Ausführungsform werden die Wahrscheinlichkeiten so normalisiert, dass sie ein PDF darstellen.
In einer Ausführungsform werden in einigen Zeitschritten Zustände mit nichtnull, aber geringer Wahrscheinlichkeit durch Zustände mit höherer Wahrscheinlichkeit ersetzt. Zum Beispiel erzeugt eine Ausführungsform eine neue Gruppe von Zuständen in einer solchen Weise, dass die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von $x_{k}^{i}, ω_{k}^{i}$
ist. In einer anderen Ausführungsform wird die Ersetzung immer dann durchgeführt, wenn die inverse Quadratsumme der Wahrscheinlichkeiten unter einem vordefinierten Schwellenwert liegt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass nur wahrscheinlich gute Zustände verwendet werden.
Das Bestimmen 820b des Zustandes kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Zum Beispiel bestimmt eine Ausführungsform Zustände durch Verwendung einer gewichteten Durchschnittsfunktion, um den Zustand zu erstellen als $x_{k + 1} = \sum_{i = 1}^{N} ω_{k + 1}^{i} x_{k + 1}^{i} .$
Eine andere Ausführungsform bestimmt den Zustand als den Zustand mit der höchsten Wahrscheinlichkeit, das heißt, $i = a r g m a x ω_{k + 1}^{i} .$
Zusätzlich oder alternativ bestimmt eine Ausführungsform den Zustand durch Mittelwertbildung über eine festgelegte Anzahl m < N_von abgetasteten Zuständen.
8G zeigt ein vereinfachtes Schema der Iteration des Verfahrens, die einen Zustand für jeden diskreten Abschnitt PDF erzeugt. In diesem Beispiel werden die Zustände 823g und 824g für eine einzelne Iteration ausgewählt. Die Auswahl mehrerer Zustände für zumindest eine Iteration führt zu einer Gruppe von Bewegungen, die den aktuellen Zustand des Fahrzeugs mit dem Zielzustand des Fahrzeugs verbinden. Zu diesem Zweck wählt eine Ausführungsform aus der Gruppe der Bewegungen die Bewegung aus, die eine Kostenfunktion optimiert.
8H zeigt mögliche zugeordnete Wahrscheinlichkeiten der fünf Zustände bei der ersten Iteration in 8G. Diese Wahrscheinlichkeiten 821h, 822h, 823h, 824h und 825h spiegeln sich in der Auswahl der Größen der Punkte wider, die die Zustände 821g, 822g, 823g, 824g und 825g darstellen.
Zurückverweisend auf 8G werden die Zustände 823g und 824g zu dem Anfangszustand für die nächste Iteration, die wiederum fünf abgetastete Zustandsübergänge des Fahrzeugs von den Anfangszuständen zu den nächsten Zuständen erstellt.
8l zeigt einen Graphen einer Gesamtwahrscheinlichkeitsdichtefunktion, die von einer Ausführungsform genutzt wird. Um zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, dass sich eine realisierbare Trajektorie mit jedem Bereich des Zeitschrittes der Steuerung überschneidet, enthalten die realisierbaren Trajektorien eine Wahrscheinlichkeitsverteilung aus dem Bestimmen 810b. In einer Ausführungsform, unter Bezugnahme auf 81, wird die realisierbare Trajektorie aus der Gesamtwahrscheinlichkeitsdichte als die Trajektorie mit der höchsten Wahrscheinlichkeit 810i bestimmt, und in einer Ausführungsform wird diese als die aggregierten Zustände 820i über die Dichte bestimmt. In einer Ausführungsform wird die Wahrscheinlichkeit bestimmt, wie groß der Teil 830i der PDF zu einem bestimmten Zeitpunkt ist, der sich mit dem Bereich bei einem bestimmten Zeitschritt überschneidet. Falls sich zum Beispiel die gesamte PDF überschneidet, ist die Wahrscheinlichkeit 1.
Die Wahrscheinlichkeit, dass sich eine realisierbare Trajektorie mit der beabsichtigten Trajektorie des Wirtsfahrzeugs überschneidet, reicht nicht aus, um die Höhe des Risikos einer realisierbaren Trajektorie zu bestimmen, denn diese sagt nicht aus, ob irgendein Fahrzeug der realisierbaren Trajektorie folgt wird.
9 zeigt ein Beispiel für mögliche realisierbare Trajektorien eines Fahrzeugs. Es sei 9 betrachtet, in der es 8 mögliche Trajektorien gibt, denen ein Fahrzeug 910 folgen kann. Die hypothetischen Trajektorien 920 sind mit dem gemessenen Fahrzeug 910 nicht konsistent, so dass die Teilgruppe der realisierbaren Trajektorien 930 umfasst. Es sei angenommen, dass die Wahrscheinlichkeit einer Überschneidung von 930 mit der Trajektorie des Wirtsfahrzeugs bestimmt wurde. Dann wird in einer Ausführungsform die Höhe des Risikos als eine Kombination aus der Wahrscheinlichkeit, dass sich die realisierbare Trajektorie mit der Trajektorie des Wirtsfahrzeugs überschneidet, und der Wahrscheinlichkeit, dass die realisierbare Trajektorie von zumindest einem Fahrzeug verfolgt wird, bestimmt.
Eine Ausführungsform klassifiziert das Zeitreihensignal des Fahrzeugs, um eine Fahrintention des Fahrzeugs zu erstellen, und aktualisiert die Wahrscheinlichkeiten jeder realisierbaren Trajektorie aus der Teilgruppe auf Grundlage der Konsistenz der realisierbaren Trajektorien aus der Teilgruppe mit der Intention des Fahrzeugs. Die Idee ist, dass zuvor beobachtete Daten verwendet werden können, um die in der Zukunft getroffenen Entscheidungen vorherzusagen. Wenn zum Beispiel gelernt wird, welche Eigenschaften ein Fahrer hat, der die Fahrspur wechselt, können zukünftige Fahrspurwechsel vorhergesagt werden.
10A zeigt ein Zeitreihensignal einer Lenktrajektorie des Lenkrads des Fahrzeugs und eine Beschleunigungstrajektorie des Fahrzeugs, die von einigen Ausführungsformen genutzt wird, um die Intention eines Fahrers eines Fahrzeugs zu bestimmen. Der Fahrer leitet zum Zeitpunkt 1010a einen Fahrspurwechsel ein. Es kann jedoch festgestellt werden, dass vor dem Fahrspurwechsel für einen kurzen Moment ein leichter Anstieg 1020a des Lenkwinkels auftritt. Das kann zum Beispiel daran liegen, dass der Fahrer des Fahrzeugs über die Schulter schaut, um zu sehen, ob sich irgendwelche Fahrzeuge im toten Winkel befinden. Außerdem ist zu erkennen, dass die Beschleunigung 1030a langsam zunimmt, bevor der Fahrspurwechsel eingeleitet wird, und dann während des gesamten Fahrspurwechsels beibehalten wird. Daher können Informationen aus aufgezeichneten Daten verwendet werden, um zukünftige Intentionen vorherzusagen.
10B zeigt ein Flussdiagramm einer beispielhaften Implementierung eines Verfahrens 1010b zur Aktualisierung der Wahrscheinlichkeiten 830 jeder realisierbaren Trajektorie, verfolgt zu werden, auf Grundlage der Konsistenz der realisierbaren Trajektorien aus der Teilgruppe mit der Intention des Fahrzeugs aus dem Zeitreihensignal gemäß einigen Ausführungsformen. Das Verfahren bestimmt 1010b die Intention des Fahrzeugs. Beispielsweise berücksichtigt eine Ausführungsform, wie in 8C beispielhaft veranschaulicht, folgende Intentionen: Linksabbiegen 810c, Rechtsabbiegen 820c, Geradeausfahren 830c, Fahrspurwechsel nach links 840c, Fahrspurwechsel nach rechts 850c, zusätzlich zum Bremsen 860c, Beschleunigen 870c, oder Beibehalten der Geschwindigkeit 880c. Einige Ausführungsformen lernen, wie die Intention durch Beobachten des Verhaltens vieler Fahrzeuge zu wählen ist. Beispielsweise verwendet eine Ausführungsform Fahrzeugdaten mit bekannten Intentionen, um einen Zufallswald-Algorithmus zu trainieren, der auf tiefen Entscheidungsbäumen basiert, eine andere Ausführungsform trainiert eine Support-Vektor-Maschine und eine dritte Ausführungsform trainiert ein neuronales Netz.
Dann aktualisiert das Verfahren 1020b die Wahrscheinlichkeit der realisierbaren Trajektorie, der das Fahrzeug folgen soll. In einer Ausführungsform wird die Wahrscheinlichkeit durch die Wahrscheinlichkeit 810i der aus 810i generierten realisierbaren Trajektorie aktualisiert, d.h. die Wahrscheinlichkeit der wahrscheinlichsten Trajektorie. In einer anderen Ausführungsform erfolgt die Aktualisierung durch den gewichteten Durchschnitt 820i über die PDF der realisierbaren Trajektorie.
Eine Ausführungsform nimmt die Wahrscheinlichkeit einer realisierbaren Trajektorie, sich mit einer Wahrscheinlichkeit einer realisierbaren Trajektorie, verfolgt zu werden, zu überschneiden, und gewichtet diese Wahrscheinlichkeiten miteinander. Beispielsweise verwendet eine Ausführungsform einen gewichteten Mittelwert der Wahrscheinlichkeiten.
Mehrere Ausführungsformen der Erfindung nutzen die Höhe des Risikos, um die Trajektorie des Wirtsfahrzeugs anzupassen. Zum Beispiel wird in einer Ausführungsform, falls die Höhe des Risikos über einem bestimmten Schwellenwert liegt, die Zeit bis zur Kollision zwischen der realisierbaren Trajektorie des Fahrzeugs mit der Trajektorie des Bewegungsplaners des Wirtsfahrzeugs berechnet. Eine Ausführungsform rendert an den Fahrer des Fahrzeugs die Höhe des Risikos als Zeit-bis-Kollision als einen Warnton, ein Signal auf dem Armaturenbrett oder beides, und passt dann die Trajektorie in Antwort auf die von dem Fahrer empfangenen Eingabebefehle an. In einer anderen Ausführungsform wird die Höhe des Risikos oberhalb eines Schwellenwerts an ein Kollisionsvermeidungsmodul des Wirtsfahrzeugs weitergegeben und passt die Trajektorie in Antwort auf die von dem Kollisionsvermeidungsmodul empfangenen Eingabebefehle an. Das Kollisionsvermeidungsmodul kann zum Beispiel der Bewegungsplaner 350 oder eine andere Steuereinheit 360 des Fahrzeugs sein. Die Eingabebefehle können Lenkrad- und Drosselklappenbefehle umfassen.
In einigen Ausführungsform findet der Wegplaner die Zeitfolge von Punkten und der entsprechenden Trajektorie durch Optimieren einer Kostenfunktion der Bewegung des Fahrzeugs innerhalb der Einheit. Zum Beispiel ist, wie in 6A dargestellt, eine Kostenfunktion die Mindestzeit, um eine laterale Verlagerung zu erreichen. Eine weitere Kostenfunktion kann darin bestehen, die Laufruhe der Fahrzeugbewegung zu optimieren, zum Beispiel aufgrund der Notwendigkeit, für die Fahrzeuginsassen ein komfortables Fahren bereitzustellen.
Die Trajektorie 640a, die der Zeitfolge 630a entspricht, kann auf mehrere Weisen bestimmt werden. In einer Ausführungsform wird die Trajektorie durch Verfolgen der Gleichgewichtspunkte und Schalten zwischen den Gleichgewichtspunkten bei durch den Wegplaner bestimmten Zeitschritten der Steuerung bestimmt, wie in 4D und 6A dargestellt.
In anderen Ausführungsformen umfasst das Steuersystem einen Geschwindigkeitsmesser zum Messen einer Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs, wobei der Kollisionsdetektor die Längsverlagerung des Fahrzeugs bei dem Zeitschritt der Steuerung bestimmt auf Grundlage eines Produkts der Längsgeschwindigkeit mit einem dem Zeitpunkt der Steuerung entsprechenden Zeitraum. Eine Ausführungsform geht jedoch davon aus, dass es keinen Geschwindigkeitsmesser gibt und stattdessen die Kollisionserfassung auf konstanter Geschwindigkeit basiert, die z.B. aus der befohlenen Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs geschätzt wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Fahrzeug mit einem Positionssensor wie GPS ausgestattet, um einen aktuellen Standort des Fahrzeugs zu bestimmen, und in einer weiteren Ausführungsform wird ein Transceiver genutzt, um den aktuellen Standort des Fahrzeugs zu übermitteln und in Antwort auf die Übermittlung die Gruppe von Bereichen zu empfangen, die für eine Form der Straße, umfassend den aktuellen Standort, bestimmt wurde.
Variable Geschwindigkeit
Einige Ausführungsformen basieren auf dem Verständnis, dass sich die Form der Bereiche, die genutzt wird, um einen verketteten kollisionsfreien Zeitfaden zu bilden, mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert. Wenn ein Fahrzeug beispielsweise mit hoher Geschwindigkeit fährt, ist es möglich, bzg. der Zeit schnellere Fahrspurwechsel durchzuführen als bei niedrigen Geschwindigkeiten, was impliziert, dass der kollisionsfreie Bereich anders ist.
11A zeigt eine Darstellung der Änderung der Bereichsgröße mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Es gibt drei laterale Verlagerungen 1110a, 1120a und 1130a auf der Straße. Für eine Fahrzeuggeschwindigkeit v1 ist es möglich, sich von der lateralen Verlagerung 1110a auf 1120a zu bewegen, durch Bleiben in dem Bereich 1111a. Bei gleicher Geschwindigkeit ist es nicht möglich, sich sicher direkt von 1110a nach 1130a zu bewegen, da der Bereich 1113a die laterale Verlagerung 1130a nicht abdeckt. Für eine andere Fahrzeuggeschwindigkeit v2 ist es jedoch möglich, sich von 1110a sowohl auf 1120a als auch auf 1130a zu bewegen, da die dieser Geschwindigkeit zugeordneten Bereiche 1112a und 1114a diese beiden lateralen Verlagerungen abdecken.
11B veranschaulicht die Bestimmung einer sicheren Folge von Bereichen für unterschiedliche Geschwindigkeiten unter Verwendung der drei lateralen Verlagerungen 1110a, 1120a und 1130a. Zwei Hindernisse 1110b und 1120b machen es unmöglich, bei der gleichen lateralen Verlagerung 1110a zu bleiben oder sich mit der Geschwindigkeit v1 zu der lateralen Verlagerung 1120a zu bewegen, da sich die Bereiche 1111a mit einem Hindernis überschneiden. Gleichzeitig ist es nicht möglich, sich mit der Geschwindigkeit v1 zu der lateralen Verlagerung 1130a zu bewegen, da der Bereich 1113a 1130a nicht überlappt. Durch den Wechsel auf die Fahrzeuggeschwindigkeit v2 ist es jedoch möglich, sich zu der lateralen Verlagerung 1130 zu bewegen, da der mit der Geschwindigkeit v2 verbundene Bereich 1114a 1130a überlappt. Somit ist es möglich, eine Kollision mit den Hindernissen 1110b und 1120b durch Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit sicher zu vermeiden.
Bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten ist es möglich, Flexibilität einzubeziehen, wie die lateralen Verlagerungen auf der Straße zu platzieren sind. Da sich beispielsweise die Bereiche, die unterschiedlichen Geschwindigkeiten zugeordnet sind, in ihrer Größe ändern, ist es möglich und kann vorteilhaft sein, einige laterale Verlagerungen für eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit näher beieinander zu platzieren.
12A veranschaulicht die Auswahl der lateralen Verlagerungen für unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeiten. Für die Geschwindigkeit v1 genügt es mit drei lateralen Verlagerungen auf der Straße und drei Zeitschritten, um von der Verlagerung 1210a zu 1220a zu gelangen. Für die Geschwindigkeit v2 sind jedoch vier laterale Verlagerungen notwendig, da es ansonsten nicht möglich ist, keine kollisionsfreie Folge von Bereichen in Raum und Zeit zu bilden.
In einer Ausführungsform wird die Anzahl der lateralen Verlagerungen bestimmt durch Maximieren des Abstands zwischen den lateralen Verlagerungen für eine bestimmte Geschwindigkeit, während sichergestellt wird, dass es für jede laterale Verlagerung, die nicht die Endverlagerung auf der Straße ist, möglich ist, sich in zumindest einer benachbarten lateralen Verlagerung auf jeder Seite der aktuellen lateralen Verlagerung in einer vordefinierten Anzahl der Zeitschritte der Steuerung zu bewegen. Mit anderen Worten, die Platzierung der lateralen Verlagerungen wird als die Lösung für ein Optimierungsproblem bestimmt, bei dem versucht wird, die Anzahl der lateralen Verlagerungen unter der Randbedingung zu minimieren, dass die Verlagerungen noch miteinander verbunden sind.
In einer anderen Ausführungsform wird die Anzahl der lateralen Verlagerungen als die Anzahl der lateralen Verlagerungen bestimmt, die die Laufruhe für die Insassen des Fahrzeugs maximiert, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass sich die Verlagerungen für die relevanten Zeitschritte der Steuerung überlappen. Die Laufruhe wird durch Minimieren eines der Laufruhe zugeordneten Parameters bestimmt. Eine Ausführungsform modelliert zum Beispiel die Lenkrate als eine Steuereingabe in das Fahrzeug, die in dem Modell der Fahrzeugdynamiken enthalten ist, und minimiert die Steuergröße so, dass die die sicheren Bereiche bildenden steuerungsinvarianten Gruppen noch eine Verbindung bilden, die eine sichere kollisionsfreie Folge von Bereiche ermöglicht.
Die Speicherung aller unterschiedlichen Bereiche für jede laterale Verlagerung und jede unterschiedliche Geschwindigkeit wäre rechner- und speicherprohibitiv. Zu diesem Zweck erkennen einige Ausführungsformen, dass es ausreicht, eine Teilgruppe der Bereiche zu speichern und die gleichen Bereiche für unterschiedliche Geschwindigkeiten und laterale Verlagerungen zu verwenden.
13A zeigt ein Schema der Auswahl von Bereichen zur Speicherung in einem Speicher gemäß einigen Ausführungsformen. In diesem Beispiel hat die laterale Verlagerung 1310 vier Bereiche 1320, 1330, 1340 und 1350, die jeweils einer unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeit zugeordnet sind. Der Bereich 1340 umfasst die Bereiche 1330 und 1320, was sicherstellt, dass der Bereich 1340 auch für Geschwindigkeiten verwendet werden kann, die den Bereichen 1320 und 1330 zugeordnet sind. Auf diese Weise wird der zum Speichern der Bereiche benötigte Speicherplatz verringert.
In einer Ausführungsform wird der gleiche Bereich für mehrere Geschwindigkeiten verwendet, und die Bestimmung der Konnektivität zwischen lateralen Verlagerungen für unterschiedliche Zeitschritte der Steuerung erfolgt mit dem gleichen Bereich für unterschiedliche Geschwindigkeiten. Falls ein Hindernis tatsächlich nicht den Bereich 1340 schneidet, schneidet das Hindernis auch keinen Teilbereich des Bereichs 1340. Der Bereich 1350 ist jedoch in keinem der anderen Bereiche enthalten und deckt selbst keinen anderen Bereich ab. Daher reicht es für die laterale Verlagerung 1310 aus, zwei Bereiche 1340 und 1350 zu verwenden, obwohl ursprünglich vier unterschiedliche Bereiche vorhanden waren.
Um die Anzahl der Bereiche, die im Speicher gespeichert werden müssen, weiter zu verringern, wird in einer Ausführungsform eine Optimierungsroutine genutzt, um einen Bereich zu finden, so dass auch der Bereich 1350 in den mehreren Bereichen enthalten ist. 13B zeigt eine Situation, in der ein zusätzlicher Bereich 1360b bestimmt wurde, so dass alle anderen Bereiche in diesem Bereich abgedeckt sind. In einigen Implementierungen wird dieses Problem als ein Schätzproblem aufgeworfen, bei dem das Ziel darin besteht, das Volumen des Bereichs 1360b zu minimieren und gleichzeitig alle anderen Bereiche abzudecken, die den anderen Geschwindigkeiten zugeordnet sind, was das Finden einer dem Bereichs zugeordneten Steuereinheit umfasst. Durch diese Vorgehensweise wird eine Konservativität gewährleistet, so dass Kollisionen minimiert werden und dass der Speicherbedarf minimiert wird.
Beim Testen der Hindernisse, die den Bereich 1340 schneiden, wird der Hindernisstandort relativ zu dem Fahrzeug bei einem bestimmten Zeitschritt der Steuerung für unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeiten unterschiedlich sein. Während die Verwendung der gleichen Bereiche für unterschiedliche Geschwindigkeiten eine gewisse Konservativität einführt, gewährleisten die unterschiedlichen relativen Positionen, dass es möglich ist, die unterschiedlichen Bereiche für unterschiedliche Geschwindigkeiten zu unterscheiden.
In einigen Ausführungsformen sind die unterschiedlichen Geschwindigkeiten in Folge geordnet, je nachdem, wie wünschenswert diese sind. Geht man zum Beispiel davon aus, dass die Geschwindigkeitsbegrenzung für eine bestimmte Straße die gewünschte Geschwindigkeit ist und die Überschreitung der Geschwindigkeitsbegrenzung gegen die Verkehrsregeln verstößt, ist eine natürliche Reihung, mit der Geschwindigkeitsbegrenzung zu starten und in absteigender Reihenfolge zu durchlaufen, bis eine Mindestgeschwindigkeit erreicht ist. Erst danach, vorausgesetzt, dass keine kollisionsfreie Folge von Bereichen gefunden wurde, werden die Geschwindigkeiten oberhalb der Geschwindigkeitsbegrenzung getestet.
14A zeigt eine Darstellung einer möglichen Geschwindigkeitsanordnung. Die erste Priorität ist die Beibehaltung der Geschwindigkeitsbegrenzung. Wenn das nicht möglich ist, d.h. wenn es keine Folge einer Einheit von Bereichen gibt, die eine kollisionsfreie Folge von lateralen Verlagerungen bildet, iteriert eine Ausführungsform durch die Folge der nominalen Fahrzeuggeschwindigkeiten 1420, bis eine Lösung gefunden wird. Zurückverweisend auf 12A wird auf diese Weise sichergestellt, dass die Anzahl der lateralen Verlagerungen für unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeiten variieren kann, um die Konnektivität für unterschiedliche Geschwindigkeiten zu gewährleisten.
In einer Ausführungsform ist die Null-Geschwindigkeit in der Folge der zu durchlaufenden Geschwindigkeiten. 14B zeigt eine weitere Anordnung 1420, die nicht alle Geschwindigkeiten bis hin zum Stillstand umfasst.
Die Auflösung der Gruppe von nominalen Geschwindigkeiten, d.h. die Anzahl der nominalen Fahrzeuggeschwindigkeiten, die auf eine kollisionsfreie Folge zu testen sind, kann von der Größe der sicheren Bereiche abhängen. Bezieht man sich beispielsweise auf 13A, falls Bereich 1350 der nominalen Geschwindigkeit v1, Bereich 1340 der nominalen Geschwindigkeit v2, Bereich 1330 der nominalen Geschwindigkeit v3 und Bereich 1320 der Geschwindigkeit v4 entspricht, ist es nicht möglich, sofort die Geschwindigkeit von v1 auf irgendeine der von v2, v3 oder v4 zu ändern, da Bereich 1350 keinen der Bereiche 1340, 1330 oder 1320 abdeckt. Bezugnehmend auf 5E, durch Bestimmen der Schrumpfung der unterschiedlichen Bereiche für unterschiedliche Zeitschritte der Steuerung, kann es möglich sein, die Geschwindigkeit v2, die den Bereich 1340 entspricht, von der Geschwindigkeit v1, die den Bereich 1350 entspricht, in einer bestimmten Anzahl von Zeitschritten der Steuerung zu erreichen. Falls zum Beispiel der Bereich 530e in 5E der Bereich 1350 ist und der Bereich 510e der Bereich 1340 ist, ist es durch die Änderung der Größe und Form des Bereichs 530e für unterschiedliche Zeitschritte der Steuerung möglich, die Geschwindigkeit v2 in zwei Zeitschritten der Steuerung zu erreichen, da Bereich 550e nach zwei Zeitschritten der Steuerung Bereich 530e entspricht.
In einer anderen Ausführungsform wird der Auflösungs- oder Diskretisierungsgrad der Fahrzeuggeschwindigkeiten auf Grundlage von Laufruhe-Bedingungen bestimmt, die ein angenehmes Fahren für die Insassen des Fahrzeugs gewährleisten. Beispielsweise modelliert eine Ausführungsform die Längsgeschwindigkeitssteuerungseinheit des Fahrzeugs bei der Bestimmung der Auflösung von nominalen Fahrzeuggeschwindigkeiten. Es wird ein maximaler und ein minimaler Wert der zulässigen Beschleunigung bestimmt, und die Auflösung der Geschwindigkeiten wird als die maximale Auflösung bestimmt, die den minimalen und den maximalen Wert nicht verletzt.
14C zeigt eine Darstellung, wie ein sicheres Übergehen zwischen unterschiedlichen Geschwindigkeiten gewährleistet werden kann, gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Den unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten 1409c sind mehrere Bereiche 1410c, 1420c, 1430c und 1440c zugeordnet, wobei jeder Bereich für mehrere Geschwindigkeiten verwendet wird, die durch andere Ausführungsformen der Erfindung bestimmt sind. Zum Beispiel ist der Bereich 1410c für die Geschwindigkeiten v1, v11, v12 und v2 anwendbar. Es sei nun angenommen, dass das Fahrzeug mit der Geschwindigkeit v2 fährt, und es keine kollisionsfreie Folge von Bereichen für keine der Geschwindigkeiten in dem Bereich von v1 und v2 gibt. Der Bereich 1420c ist jedoch für die Geschwindigkeiten v2, v21, v22 und v3 anwendbar. Falls es also eine kollisionsfreie Folge von Bereichen gibt, die zu einer kollisionsfreien Trajektorie führt, dann ist es möglich, einen sicheren Übergang von einer Geschwindigkeit v2 zu einer der Geschwindigkeiten v21, v22 und v3 zu gewährleisten.
In einer Ausführungsform wird die bevorzugte Geschwindigkeit von einem Fahrzeuginsassen eingestellt, z.B. über die Stimme oder das Armaturenbrett. In einer anderen Ausführungsform ist die bevorzugte Geschwindigkeit die der Geschwindigkeitsbegrenzung entsprechende Geschwindigkeit.
In einer Ausführungsform sind die Hindernisstandorte in dem Koordinatensystem des Fahrzeugs relativ zu einer nominalen Geschwindigkeit, wie beispielsweise der bevorzugten Geschwindigkeit, bestimmt. Die Hindernisstandorte und das anschließende Ungültigmachen der Bereiche relativ zu einer zweiten Geschwindigkeit werden dann bestimmt durch Translation der Hindernisstandorte für unterschiedliche Zeitschritte der Steuerung unter Berücksichtigung der Differenz zwischen der bevorzugten Geschwindigkeit und der zweiten Geschwindigkeit. Auf diese Weise und durch die Verwendung von nominalen Geschwindigkeiten wird sichergestellt, dass Berechnungen reduziert werden.
15 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Fahrzeugs, das sich auf einer Straße bewegt, die mit einer Gruppe von sich bewegenden Hindernissen oder Objekten geteilt wird, das im Folgenden austauschbar mit Fahrzeugen bezeichnet ist. Das Verfahren nutzt einen Speicher zum Speichern von Informationen, die für die Implementierung von Schritten des Verfahrens notwendig sind. Das Verfahren ruft 1510 aus dem Speicher 1509 eine Gruppe von gewünschten Geschwindigkeiten und eine Gruppe von Gleichgewichtspunkten ab, die die lateralen Verlagerungen und Orientierung des Fahrzeugs auf der Straße definieren, und eine Gruppe von Bereichen von Zuständen der Lateraldynamiken des Fahrzeugs, die den Gleichgewichtspunkten entsprechen, wobei jeder Zustand der Lateraldynamiken eine laterale Verlagerung, eine Änderungsrate der lateralen Verlagerung, eine laterale Orientierung und eine Änderungsrate der lateralen Orientierung umfasst. Jeder Bereich definiert eine steuerungsinvariante Gruppe der Zustände der Lateraldynamik, die für zumindest eine der gewünschten Geschwindigkeiten gewünscht ist, so dass das Fahrzeug, aufweisend einen Zustand innerhalb eines Bereichs, in der Lage ist, seine Zustände innerhalb des Bereichs beizubehalten. Bei einigen Implementierungen umfasst jeder Bereich einen entsprechenden Gleichgewichtspunkt und überschneidet sich mit zumindest einem benachbarten Bereich.
Das Verfahren erzeugt 1520 unter Verwendung der Informationen 1519 von zumindest einem Sensor, der mit dem Fahrzeug eine Direktverbindung hat oder der mit dem Fahrzeug eine Remoteverbindung hat, ein Zeitreihensignal 1521, das die Bewegung jedes Objekts in der Gruppe der durch die Sensoren erfassten sich bewegenden Objekte anzeigt. Die Messungen können Kameramessungen oder Laser/LIDAR-Messungen umfassen. Die Messungen können Messungen von Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation umfassen, und die Messungen können GPS-Daten enthalten. Die Länge der Messungsfolge kann von Fahrzeug zu Fahrzeug variieren.
Unter Verwendung des Zeitreihensignals 1521 und der aus dem Speicher abgerufenen Informationen 1511 bestimmt 1530 das Verfahren eine Datenstruktur, die kollisionsfreie Bereiche Bei unterschiedlichen Zeitschritten der Steuerung anzeigt. Bei der Bestimmung 1530 erfasst ein Kollisionsdetektor eine Kollision jedes Bereichs mit zumindest einem Objekt bei jedem Zeitschritt der Steuerung in einem Zeithorizont, wenn eine Trajektorie des Objekts bei dem Zeitschritt des Zeitschritts der Steuerung einen Raum schneidet, der durch eine Längsverlagerung des Fahrzeugs bei dem Zeitschritts der Steuerung und einen Bereich von Werten der lateralen Verlagerung des Bereichs definiert ist. Dann bestimmt 1540 das Verfahren unter Verwendung der bestimmten Datenstruktur 1531 für zumindest eine Referenzgeschwindigkeit mit Hilfe eines Wegplaners eine Zeitfolge, definierend eine kollisionsfreie Folge von Bereichen definiert, bildend eine Einheit von Bereichen in Raum und Zeit, verbindend einen Bereich, umfassend eine anfängliche Verlagerung, mit einem Bereich, umfassend eine Zielverlagerung, um eine Trajektorie 1541 zu erstellen innerhalb der Einheit, verbindend die anfängliche Verlagerung mit der Zielverlagerung. Schließlich steuert das Verfahren 1550 das Fahrzeug, um eine Fahrzeugbewegung 1551 gemäß der Trajektorie 1541 zu erstellen.
16 zeigt eine beispielhafte Implementierung eines Verfahrens für die Bestimmung 1530 der Datenstruktur, die kollisionsfreie Bereiche anzeigt, und zur Bestimmung 1540 einer kollisionsfreien Folge von lateralen Verlagerungen und eine entsprechende Fahrzeugtrajektorie gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Das Verfahren wählt 1609 eine gewünschte Geschwindigkeit des Fahrzeugs aus. Dann überprüft das Verfahren 1610 anhand der lateralen Verlagerungen und der zugeordneten Bereiche für die gewünschte Geschwindigkeit die Vorhersage der Hindernisse, die sich mit den Bereichen überschneiden sollen. Das Verfahren entfernt 1620 die entsprechenden lateralen Verlagerungen für jeden Zeitschritt der Steuerung, das zumindest ein Hindernis mit dem zugeordneten Bereich überschneidet. Dann bestimmt das Verfahren unter Verwendung der aktuellen Position 1628 und einer Zielverlagerung 1629 die der aktuellen Position zugeordnete anfängliche Verlagerung 1630 und versucht, eine Lösung für die Zielverlagerung zu finden. In einer Ausführungsform wird die anfängliche Verlagerung als die Verlagerung gewählt, die der aktuellen Position am nächsten kommt. Falls eine Lösung gefunden ist, steigt das Verfahren aus und steuert das Fahrzeug gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung. Wenn es keine Folge von Verlagerungen gibt, die zu einer kollisionsfreien Lösung führt, wird eine andere gewünschte Geschwindigkeit 1609 gewählt, und das Verfahren führt eine weitere Iteration durch.
In einer Ausführungsform bestimmt der Wegplaner die Trajektorie durch Optimieren einer Kostenfunktion der Bewegung des Fahrzeugs innerhalb der Einheit der kollisionsfreien Bereiche. Beispielsweise werden in einer Ausführungsform die Kosten für den Übergang zwischen unterschiedlichen Verlagerungen in Zeitschritten der Steuerung als eine Kombination aus der Abweichung von der Mitte der Fahrspur und dem Abstand zu umgebenden Hindernissen bestimmt.
17 zeigt eine Veranschaulichung der Wahl der Kostenfunktion für die von einer Ausführungsform genutzten Zustandsübergänge. Die Straße kann beispielsweise eine zweispurige Straße in eine Richtung sein. Die Kosten für den Übergang zu einer lateralen Verlagerung, die einer Verlagerung zwischen den Fahrspuren entspricht, erhöhen sich, wenn die Zeitschritte der Steuerung erhöht werden, und die Kosten für den Aufenthalt in der Nähe der Mitte der Fahrspuren werden niedrig gehalten. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Wegplaner bevorzugt frühzeitig die Fahrspur wechselt, was den Abstand zu anderen Objekten auf der Straße vergrößert.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auf vielfältige Weise umgesetzt werden. So können beispielsweise die Ausführungsformen mittels Hardware, Software oder einer Kombination davon realisiert werden. Bei der Implementierung in Software kann der Softwarecode auf jedem geeigneten Prozessor oder jeder Sammlung von Prozessoren ausgeführt werden, unabhängig davon, ob er in einem einzelnen Computer bereitgestellt ist oder zwischen mehreren Computern verteilt ist. Solche Prozessoren können als integrierte Schaltungen mit einem oder mehreren Prozessoren in einer integrierten Schaltungskomponente implementiert sein. Allerdings kann ein Prozessor mit Hilfe von Schaltkreisen in jedem geeigneten Format implementiert sein.
Zusätzlich oder alternativ können die oben beschriebenen Ausführungsformen als ein nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium implementiert sein, auf dem ein von einem Prozessor ausführbares Programm zur Durchführung eines Verfahrens unterschiedlicher Ausführungsformen verkörpert ist.
Außerdem können die unterschiedlichen hierin beschriebenen Verfahren oder Prozesse als Software kodiert sein, die auf einem oder mehreren Prozessoren ausführbar ist, die eines von einer Vielzahl von Betriebssystemen oder Plattformen verwenden. Darüber hinaus kann diese Software mittels einer beliebigen Reihe geeigneter Programmiersprachen und/oder Programmier- oder Skriptwerkzeuge geschrieben sein und auch als ausführbarer Maschinensprachencode oder Zwischencode kompiliert sein, der auf einem Framework oder einer virtuellen Maschine ausgeführt ist. Typischerweise kann die Funktionalität der Programmodule in unterschiedlichen Ausführungsformen beliebig kombiniert oder verteilt sein.
Außerdem können die Ausführungsformen der Erfindung können als ein Verfahren dargestellt sein, für welches ein Beispiel bereitgestellt wurde. Die im Rahmen des Verfahrens durchgeführten Aktionen können in jeder geeigneten Weise geordnet sein. Dementsprechend können Ausführungsformen konstruiert sein, in denen Aktionen in einer anderen Ordnung als der Veranschaulichten durchgeführt werden, was auch die gleichzeitige Durchführung einiger Aktionen beinhalten kann, auch wenn diese in veranschaulichenden Ausführungsformen als aufeinanderfolgende Aktionen dargestellt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8543261 [0004]
US 2016/0109571 [0005]

Claims

Steuersystem eines Fahrzeugs zum Steuern der Bewegung des Fahrzeugs, das sich auf einer Straße bewegt, die mit einer Gruppe von sich bewegenden Objekten geteilt wird, umfassend: einen Speicher, um eine Gruppe von Gleichgewichtspunkten, definierend laterale Verlagerungen auf der Straße, die von dem Fahrzeug befahren wird, zu speichern und eine Gruppe von Bereichen von Zuständen der Lateraldynamik des Fahrzeugs entsprechend der Gruppe von Gleichgewichtspunkten zu speichern, wobei jeder Zustand der Lateraldynamik eine laterale Verlagerung, eine Änderungsrate der lateralen Verlagerung, eine laterale Orientierung und eine Änderungsrate der lateralen Orientierung umfasst, wobei jeder Bereich eine steuerungsinvariante Gruppe der Zustände der Lateraldynamik definiert, die für unterschiedliche Geschwindigkeiten des Fahrzeugs bestimmt ist, so dass das Fahrzeug, das einen Zustand innerhalb eines für eine Geschwindigkeit bestimmten Bereichs aufweist, in der Lage ist, seine Zustände innerhalb des Bereichs während der Bewegung mit der Geschwindigkeit beizubehalten, wobei jeder Bereich einen entsprechenden Gleichgewichtspunkt enthält und sich mit zumindest einem benachbarten Bereich überschneidet, und wobei jeder Gleichgewichtspunkt einem oder mehreren Bereichen zugeordnet ist, die für unterschiedliche Geschwindigkeiten bestimmt sind; zumindest einen Sensor, um ein Zeitreihensignal zu erzeugen, das eine Bewegungstrajektorie jedes Objekts in der Gruppe von sich bewegenden Objekten auf einer mit dem Fahrzeug geteilten Straße anzeigt; einen Kollisionsdetektor, um eine Kollision jedes für eine erste Geschwindigkeit bestimmten Bereichs mit zumindest einem Objekt bei jedem Zeitschritt der Steuerung in einem Zeithorizont zu erfassen, wenn die Bewegungstrajektorie des Objekts bei dem Zeitschritt der Steuerung einen Raum schneidet, der definiert ist durch eine Längsverlagerung des Fahrzeugs bei dem Zeitschritt der Steuerung und einen Bereich von Werten der lateralen Verlagerung des Bereichs, um eine Datenstruktur zu erstellen, anzeigend kollisionsfreie Bereiche bei unterschiedlichen Zeitschritten der Steuerung; einen Wegplaner, um eine Zeitfolge zu bestimmen, definierend eine kollisionsfreie Folge von Bereichen, bildend eine Einheit von Bereichen in Raum und Zeit, die einen Bereich, umfassend eine anfängliche Verlagerung, mit einem Bereich, umfassend eine Zielverlagerung, verbindet, um eine Trajektorie innerhalb der Einheit zu erzeugen, verbindend die anfängliche Verlagerung mit der Zielverlagerung; und eine Steuereinheit zum Steuern des Fahrzeugs gemäß der Trajektorie.
System nach Anspruch 1, wobei der Kollisionsdetektor eine Kollision jedes für eine zweite Geschwindigkeit bestimmten Bereichs erfasst, wenn der Wegplaner die Zeitfolge, definierend die kollisionsfreie Folge von Bereichen, die für die erste Geschwindigkeit definiert ist, nicht bestimmen kann, und wobei der Wegplaner die kollisionsfreie Folge von Bereichen, die für die zweite Geschwindigkeit bestimmt ist, bestimmt, um das Fahrzeug zu steuern.
System nach Anspruch 2, wobei der Kollisionsdetektor durch unterschiedliche Werte der Geschwindigkeit iteriert bis zu einem Wert der Geschwindigkeit, für den die für diesen Wert der Geschwindigkeit bestimmte kollisionsfreie Folge von Bereichen gefunden ist.
System nach Anspruch 2, wobei die erste Geschwindigkeit eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist.
System nach Anspruch 2, wobei ein Bereich, der bestimmt ist für einen Gleichgewichtspunkt, repräsentierend eine aktuelle Verlagerung des Fahrzeugs, eine Folge von Geschwindigkeiten, umfassend die erste Geschwindigkeit und die zweite Geschwindigkeit, abdeckt.
System nach Anspruch 2, wobei der Kollisionsdetektor die Hindernisstandorte in Bezug auf die erste Geschwindigkeit bestimmt durch Berechnen zukünftiger Zustände des Fahrzeugs, das sich mit der ersten Geschwindigkeit bewegt, und die Hindernisstandorte in Bezug auf die zweite Geschwindigkeit bestimmt durch Anpassen der zukünftigen Zustände des Fahrzeugs, das sich mit der ersten Geschwindigkeit bewegt, auf Grundlage einer Differenz zwischen der ersten Geschwindigkeit und der zweiten Geschwindigkeit.
System nach Anspruch 2, wobei die Geschwindigkeiten für das Bestimmen von Bereichen so gewählt sind, dass sich die Bereiche, die unterschiedlichen Geschwindigkeiten bei ähnlichen lateralen Verlagerungen entsprechen, für zumindest eine Geschwindigkeit überlappen.
System nach Anspruch 2, wobei die Geschwindigkeiten in absteigender Reihenfolge ausgehend von einer Maximalgeschwindigkeit, die einer Geschwindigkeitsbegrenzung entspricht, iterativ getestet werden.
System nach Anspruch 1, wobei der Speicher eine Datenstruktur speichert, anzeigend einen Zustandsübergangsgraphen, definierend mögliche Übergänge zwischen Bereichen für unterschiedliche Zeitschritte der Steuerung, die bestimmt sind für die gleichen und unterschiedlichen Geschwindigkeiten ohne Berücksichtigung von Hindernissen, und wobei der Kollisionsdetektor zumindest einige Übergänge auf dem Graphen ungültig macht in Antwort auf ein Erfassen der Hindernisse, um die Datenstruktur zu bilden, anzeigend die kollisionsfreien Bereiche, und wobei der Wegplaner die gültigen Übergänge des Graphen durchsucht, um die Einheit der Bereiche zu finden.
System nach Anspruch 1, wobei die Datenstruktur, anzeigend den Zustandsübergangsgraphen, eine obere Blockdiagonalmatrix enthält.
System nach Anspruch 1, wobei der Kollisionsdetektor eine zukünftige Trajektorie des Objekts schätzt, die mit dem Zeitreihensignal konsistent ist, das die Bewegung des Objekts anzeigt, eine Wahrscheinlichkeit einer Überschneidung der zukünftigen Trajektorie mit jedem Bereich bei jedem Zeitschritt der Steuerung schätzt und den Bereich bei dem Zeitschritt der Steuerung als kollisionsfrei erfasst, falls die Wahrscheinlichkeit einer Überschneidung unter einem Schwellenwert liegt.
System nach Anspruch 1, wobei der Kollisionsdetektor ausgelegt ist zum Bestimmen einer Gruppe von realisierbaren Trajektorien von hypothetischen Objekten, die sich in einem Fahrgebiet des Fahrzeugs bewegen; Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit jeder realisierbaren Trajektorie, sich mit jedem Bereich bei jedem Zeitschritt der Steuerung zu überschneiden; Bestimmen, unter Verwendung der Zeitreihensignale, einer Wahrscheinlichkeit jeder realisierbaren Trajektorie, von zumindest einem Objekt verfolgt zu werden; Bestimmen einer Höhe eines Risikos einer Überschneidung jeder realisierbaren Trajektorie mit jedem Bereich bei jedem Zeitschritt der Steuerung als eine Kombination der Wahrscheinlichkeit der realisierbaren Trajektorie, sich mit jedem Bereich bei jedem Zeitschritt der Steuerung zu überschneiden, und der Wahrscheinlichkeit der realisierbaren Trajektorie, von zumindest einem Objekt verfolgt zu werden; und Erfassen eines Bereichs bei einem Zeitschritt der Steuerung als kollisionsfrei, falls die Höhe des Risikos einer Überschneidung aller realisierbaren Trajektorien mit dem Bereich bei dem Zeitschritt der Steuerung unter einem Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die realisierbaren Trajektorien bestimmt sind unter Verwendung eines kinematischen Modells einer Bewegung eines hypothetischen Fahrzeugs, umfassend: Erzeugen der realisierbaren Trajektorien für unterschiedliche Geschwindigkeiten der hypothetischen Fahrzeuge an unterschiedli- chen Standorten der Umgebung, die sich mit unterschiedlichen Fahrintentionen bewegen, die aus einer Gruppe von Fahrintentionen ausgewählt sind.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Geschwindigkeitsmesser, um eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu messen, wobei der Kollisionsdetektor die Längsverlagerung des Fahrzeugs bei dem Zeitschritt der Steuerung misst auf Grundlage eines Produkts der aktuellen Geschwindigkeit mit einem dem Zeitschritt der Steuerung entsprechenden Zeitraum.
Steuerverfahren zum Steuern einer Bewegung des Fahrzeugs, das sich auf einer Straße bewegt, die mit einer Gruppe von sich bewegenden Objekten geteilt wird, wobei das Verfahren zumindest einen Prozessor nutzt, der mit einem Speicher gekoppelt ist, der eingerichtet ist, eine Gruppe von Gleichgewichtspunkten, definierend laterale Verlagerungen auf der Straße, die von dem Fahrzeug befahren wird, zu speichern und eine Gruppe von Bereichen von Zuständen der Lateraldynamik des Fahrzeugs entsprechend der Gruppe von Gleichgewichtspunkten zu speichern, wobei jeder Zustand der Lateraldynamik eine laterale Verlagerung, eine Änderungsrate der lateralen Verlagerung, eine laterale Orientierung und eine Änderungsrate der lateralen Orientierung umfasst, wobei jeder Bereich eine steuerungsinvariante Gruppe der Zustände der Lateraldynamik definiert, die für unterschiedliche Geschwindigkeiten des Fahrzeugs bestimmt ist, so dass das Fahrzeug, aufweisend einen Zustand innerhalb eines für eine Geschwindigkeit bestimmten Bereichs, in der Lage ist, seine Zustände innerhalb des Bereichs während der Bewegung mit der Geschwindigkeit beizubehalten, wobei jeder Bereich einen entsprechenden Gleichgewichtspunkt enthält und sich mit zumindest einem benachbarten Bereich überschneidet, und wobei jeder Gleichgewichtspunkt einem oder mehreren Bereichen zugeordnet ist, die für unterschiedliche Geschwindigkeiten bestimmt sind, wobei der Prozessor mit gespeicherten Anweisungen gekoppelt ist, die das Verfahren implementieren, wobei die Anweisungen bei Ausführung durch den Prozessor Schritte des Verfahrens ausführen, umfassend: Erzeugen eines Zeitreihensignals, das eine Bewegungstrajektorie jedes Objekts in der Gruppe von sich bewegenden Objekten auf einer mit dem Fahrzeug geteilten Straße anzeigt; Erfassen einer Kollision jedes Bereichs, der für eine erste Geschwindigkeit bestimmt ist, mit zumindest einem Objekt bei jedem Zeitschritt der Steuerung in einem Zeithorizont, wenn sich die Bewegungstrajektorie des Objekts bei dem Zeitschritt der Steuerung mit einem Raum überschneidet, der durch eine Längsverlagerung des Fahrzeugs bei dem Zeitschritt der Steuerung und einen Bereich von Werten der lateralen Verlagerung des Bereichs definiert ist, um eine Datenstruktur zu erstellen, anzeigend kollisionsfreie Bereiche bei unterschiedlichen Zeitschritten der Steuerung; Bestimmen einer Zeitfolge, definierend eine kollisionsfreie Folge von Bereichen, bildend eine Einheit von Bereichen in Raum und Zeit, verbindend einen Bereich, umfassend eine anfängliche Verlagerung mit einem Bereich, umfassend eine Zielverlagerung, um eine Trajektorie zu erstellen innerhalb der Einheit, verbindend die anfängliche Verlagerung mit der Zielverlagerung; und Steuern des Fahrzeugs gemäß der Trajektorie.