EP4523196A1 - Verfahren und vorrichtung zur planung eines spurwechsels eines fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur planung eines spurwechsels eines fahrzeugs

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Publication number
EP4523196A1
EP4523196A1 EP23721613.0A EP23721613A EP4523196A1 EP 4523196 A1 EP4523196 A1 EP 4523196A1 EP 23721613 A EP23721613 A EP 23721613A EP 4523196 A1 EP4523196 A1 EP 4523196A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
acceleration
lane change
detection sensor
lane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23721613.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fridtjof Stein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler Truck Holding AG
Original Assignee
Daimler Truck AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Truck AG filed Critical Daimler Truck AG
Publication of EP4523196A1 publication Critical patent/EP4523196A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems
    • G08G1/167—Driving aids for lane monitoring, lane changing, e.g. blind spot detection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/50—Context or environment of the image
    • G06V20/56—Context or environment of the image exterior to a vehicle by using sensors mounted on the vehicle
    • G06V20/588—Recognition of the road, e.g. of lane markings; Recognition of the vehicle driving pattern in relation to the road
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/04—Detecting movement of traffic to be counted or controlled using optical or ultrasonic detectors

Definitions

  • the invention relates to a method for planning a lane change of a vehicle according to the features of the preamble of claim 1 and a device for planning a lane change of a vehicle.
  • a method for optimizing maneuver planning for autonomously driving vehicles includes a planning level that is divided into at least three different abstraction levels for all planning layers of the planning level.
  • a combination of continuous planning and semantic information is carried out by grouping several identified maneuver options and evaluating the success of each maneuver option, taking into account uncertainties in the behavior of other road users, in order to select the best strategy to execute.
  • At least one processing device is programmed to receive an image representing an environment of the ego vehicle, determine a planned navigation action for the ego vehicle, analyze the image to identify a target vehicle with a direction of travel toward the ego vehicle , and to determine a distance between the ego vehicle and the target vehicle that would result if the planned navigation action were carried out.
  • the at least one processing device also determines a braking distance for the ego vehicle based on a braking rate, a maximum acceleration capacity and a current speed of the ego vehicle, a braking distance for the target vehicle based on a braking rate, a maximum acceleration capacity and a current speed of the target vehicle, and implements the planned navigation action if the specified distance is greater than a sum of the braking distances for the ego vehicle and the target vehicle.
  • the driver assistance system includes at least one sensor, which is set up to at least partially detect a driving situation of a vehicle, and at least one first data interface for reading in traffic data from a route ahead. Furthermore, the driver assistance system comprises at least one second data interface for reading in roadway data, in particular topography and/or roadway course of a roadway section ahead and/or a roadway section behind.
  • a prediction module of the driver assistance system is set up to dynamically simulate at least one future driving scenario based on the current driving situation, the traffic data and the roadway data and in turn to dynamically simulate and output possible trajectories of the vehicle based on the at least one future driving scenario.
  • An optimization module of the driver assistance system is set up to select and output one of the possible trajectories based on at least one predetermined boundary condition that characterizes a driving style attribute of the driver assistance system.
  • a control module is connected to the vehicle's steering system, braking system, and/or propulsion system to guide the vehicle based on the selected trajectory.
  • the invention is based on the object of specifying a method which is improved over the prior art and a device which is improved over the prior art for planning a lane change of a vehicle.
  • the object is achieved according to the invention by a method for planning a lane change of a vehicle with the features of claim 1 and a device for planning a lane change of a vehicle with the features of claim 8.
  • a method for planning a lane change of a vehicle from an acceleration route on which the vehicle is accelerated to an adjacent lane it is in particular provided that an acceleration of the vehicle that can be achieved on the acceleration route is determined, wherein For this purpose, a topology of the acceleration path is taken into account.
  • the method is carried out in particular in the vehicle, in particular by the vehicle and/or by a device arranged in the vehicle.
  • the vehicle is in particular a commercial vehicle, in particular a truck.
  • the vehicle is in particular designed and set up to carry out an automated, in particular partially automated, highly automated or autonomous, ferry operation.
  • a detection range of at least one rear-facing environmental detection sensor of the vehicle is adapted depending on the topology of the acceleration path and/or depending on a topology of a previous section of the adjacent lane.
  • the at least one rear-facing environmental detection sensor is in particular designed, arranged and aligned on the vehicle in such a way that by means of this environmental detection sensor, in particular by means of its detection area, the adjacent lane, in particular an area of the adjacent lane lying behind the at least one environmental detection sensor or at least behind the vehicle, in particular the previous section of the adjacent lane is recorded. This corresponds in particular to the so-called shoulder glance of a human driver when changing lanes.
  • the detection range of the environmental detection sensor is also called the frustrum.
  • the topology is therefore advantageously included in the lane change planning and in particular also in the lane change implementation.
  • the solution according to the invention is particularly advantageous if the acceleration section is a downhill section or an uphill section, since the achievable acceleration of the vehicle then changes in comparison to a flat, ie horizontal, acceleration section.
  • the achievable acceleration of the vehicle is achieved solely by a drive arrangement of the vehicle, ie by one or more drive units for driving the vehicle.
  • the achievable acceleration of the vehicle on a downhill section is greater than on a flat acceleration section, since the downhill force has an accelerating effect on the vehicle, which accelerates the vehicle additionally compared to a flat acceleration section.
  • the achievable acceleration of the vehicle is smaller than on a flat acceleration section, since the downhill force has a decelerating effect on the vehicle, which means that the vehicle accelerates less compared to a flat acceleration section.
  • Driving on the downhill section also has an effect Incline distance and the resulting alignment of the vehicle relative to the horizontal also on an alignment of the at least one environmental detection sensor and thus on the alignment of its detection area.
  • an inclination of the adjacent lane deviates from the inclination of the acceleration path, that is, if the adjacent lane, for example, has no gradient or incline but is aligned horizontally, this has an impact on the area or section of the adjacent lane that can actually be detected by means of the environmental detection sensor. Therefore, adapting the detection area depending on the topology is particularly advantageous.
  • the solution according to the invention thus enables improved lane change planning, especially during autonomous ferry operation, by taking the topology into account.
  • a lane change speed is determined that the vehicle has or will have at the determined achievable acceleration at the time of the lane change when the vehicle is operating with the determined achievable acceleration, and the detection range of the at least one rear-facing environmental detection sensor of the vehicle becomes dependent adapted from the determined lane change speed.
  • a length of the detection area required for the determined lane change speed is determined and the detection area is adapted such that the adjacent lane is detected over the entire determined required length. This ensures a sufficient detection area corresponding to the respective lane change speed.
  • a starting point of the required length is in particular an origin of the detection area, ie the point or area at which the detection area begins on the environmental detection sensor.
  • a camera is used as the rear-facing environment detection sensor, for example a mono camera or stereo camera.
  • other environmental detection sensors can also be used, for example radar, lidar or ultrasound. If several environmental detection sensors are used, they can be designed the same or different, that is, a combination of the same or different environmental detection sensors can be used.
  • the environment detection using the environment detection sensor corresponds to the environment detection of the human eye when looking over the shoulder.
  • the detection area is adapted by aligning the at least one environmental detection sensor, for example by means of a gimbal actuator, also referred to as a gimbal, gimbal actuator or gimbal trim actuator.
  • the gimbal actuator can advantageously change the orientation of the at least one environmental detection sensor in the horizontal and/or vertical direction, thereby enabling the detection range to be adapted.
  • the detection range is adapted by adapting a focal length and/or an image angle and/or a lens aperture angle of the at least one environment detection sensor.
  • a focal length and/or an image angle and/or a lens aperture angle of the at least one environment detection sensor is/is predetermined in such a way that for all traffic scenarios, in particular topology scenarios, that can occur for the vehicle, a required, in particular The detection area determined using this method is possible.
  • the environmental detection sensor is then designed and set up accordingly.
  • the detection area, ie the frustrum, of the at least one rear-facing environmental detection sensor according to a maximum expected roadway gradient and/or according to a maximum expected roadway gradient.
  • this can be achieved, for example, by using a correspondingly large lens opening angle.
  • This results in, for example, a software-controlled, in particular electronic and/or digital, adaptation of the detection area made possible by, for example, only evaluating a respective image area of a captured image. This means that no movement mechanics are required to adapt the detection area.
  • a device according to the invention for planning a lane change of the vehicle is designed and set up to carry out the method.
  • the device is in particular arranged in the vehicle or the vehicle is this device, i.e. H. the method is carried out by the vehicle and/or by the device arranged in the vehicle.
  • the device has a determination unit.
  • one or more or all of the above-described investigations of the procedure are carried out in the investigation unit.
  • the entire procedure is carried out in the determination unit with the exception of adapting the detection area.
  • the investigation unit is trained and set up for this.
  • the determination unit is designed and set up in particular to determine at least the acceleration that can be achieved on the acceleration path and/or the required adaptation of the detection range of the at least one environmental detection sensor.
  • the determination unit is designed and set up to determine the lane change speed that the vehicle has at the determined achievable acceleration at the time of the lane change and/or to determine the required length of the detection area.
  • the device has the at least one environmental detection sensor and/or the gimbal actuator and/or a position determination unit for determining a current position of the vehicle and/or a digital map and/or an inertial sensor system and/or a speed detection sensor system for detecting a speed of the vehicle vehicle.
  • the position determination unit is intended in particular for determining the current position of the vehicle using a global navigation satellite system and is designed and set up accordingly.
  • the position determination and the digital map make it possible in particular to read out topology information about the current position of the Vehicle and the radius around this current position from the digital map.
  • the digital map therefore advantageously has the topology information that is required for the method.
  • the inertial sensor system makes it possible, for example, to determine the gradient or gradient of the acceleration path when the vehicle is traveling along it.
  • the speed detection sensor system enables the current speed to be recorded and thus, by means of the determined achievable acceleration, the determination of the lane change speed that the vehicle has or will have at the determined achievable acceleration at the time of the lane change.
  • FIG. 1 shows a schematic example of a lane change of a vehicle from an acceleration route on which the vehicle is accelerated to an adjacent lane
  • FIG. 3 shows a schematic example of a lane change with an acceleration section designed as a downhill section
  • FIG. 4 shows schematically a length of a detection range of a rear-facing environmental detection sensor with a flat acceleration path
  • FIG. 5 shows schematically a length of a detection range of a rear-facing environmental detection sensor with an acceleration path designed as a downhill section
  • FIG. 6 shows schematically another example of a lane change with an acceleration section designed as a downhill section
  • 7 shows a schematic example of a lane change with an acceleration section designed as an uphill section
  • Fig. 8 shows a schematic of a vehicle
  • Fig. 9 shows schematically a device for carrying out a method for planning a lane change.
  • the vehicle 2 is a commercial vehicle designed as a truck, more precisely a tractor, in particular a tractor-trailer.
  • the vehicle 2 is in particular designed and set up to carry out an automated ferry operation, in the example shown to carry out an autonomous ferry operation.
  • the driver looks over his shoulder to check whether the adjacent lane FS free is.
  • the human driver adapts his viewing distance for looking over the shoulder to the circumstances at hand.
  • the viewing distance When changing lanes in moving traffic, you don't have to look far away.
  • the viewing distance When merging, shown as an example in Figure 1, while entering a motorway, starting at a low speed v, the viewing distance must be very long.
  • the respective values for the viewing distance are dependent on a maximum achievable acceleration, which in vehicles 2 designed as trucks is also dependent on a load, as well as dependent on a maximum speed of other road users VT in the adjacent lane FS.
  • the very long viewing distance required results in particular from the very low achievable acceleration of trucks. It takes a long time for a truck to reach an acceptable speed v and to be able to merge into the flowing traffic in the adjacent lane FS without posing an obstacle or danger due to excessive relative speeds.
  • a topology of the acceleration section BS has a particular influence on the achievable acceleration, i.e. H. whether the acceleration route BS is flat or has an incline or a gradient.
  • the required viewing distance also depends on this.
  • the topology of the acceleration path BS and a topology of a previous, i.e. H. Behind the vehicle 2 the section of the adjacent lane FS impairs the viewing distance. The human driver reacts to this by adjusting his line of sight.
  • the experienced human driver thus unconsciously incorporates the topology-related acceleration options and visibility options into his lane change planning and lane change execution.
  • At least one of the environmental detection sensors 3, 4 of the vehicle 2 is directed backwards. As shown in Figure 1, it is designed in particular in such a way that it is arranged and aligned on the vehicle 2 so that it points backwards directed environment detection sensor 3, the adjacent lane FS, in particular an area of the adjacent lane FS behind the rear-facing environment detection sensor 3 or at least behind the vehicle 2, in particular the rear section of the adjacent lane FS, is detected. This corresponds to the human driver looking over his shoulder.
  • a detection area EB of the rear-facing environmental detection sensor 3 is adapted depending on the topology of the acceleration path BS and/or depending on the topology of the previous section of the adjacent lane FS.
  • the detection area EB is adapted in particular when driving on an acceleration path BS designed as a downhill path or an uphill path compared to a flat acceleration path BS, since the achievable acceleration of the vehicle 2 then changes in comparison to the flat acceleration path BS.
  • the achievable acceleration of the vehicle 2 is achieved solely by a drive arrangement of the vehicle 2, ie by one or more drive units, in particular by a motor or several motors, for driving the vehicle 2.
  • the achievable acceleration then depends in particular on a drive power and a load of the vehicle 2.
  • the achievable acceleration on a flat acceleration path BS is therefore referred to below as self-acceleration a e .
  • Figure 2 shows an example of a lane change with a flat acceleration path BS.
  • a top view of the acceleration section BS and the adjacent lane FS is shown above.
  • the planned lane change is shown using an illustrated planned trajectory T of the vehicle 2.
  • a side view of this situation is shown in the middle, in which the existing flat acceleration path BS can be seen.
  • Below is a diagram of the speed v of the vehicle 2 in relation to the distance x traveled shown. Marked here is a lane change speed vsw, which the vehicle 2 has at the time of the lane change.
  • the achievable acceleration of the vehicle 2 is greater than on the flat acceleration route BS, since here the downhill force has an accelerating effect on the vehicle 2, whereby the vehicle 2 additionally accelerates in comparison to the flat acceleration route BS becomes.
  • the achievable acceleration here is therefore the sum of the own acceleration a e and a slope downforce acceleration resulting from the downhill force acting on the vehicle 2.
  • g is the gravitational acceleration of the earth and a is the angle of the acceleration distance BS to the horizontal.
  • FIG 3 shows an example of a lane change with an acceleration section BS designed as a downhill section.
  • a top view of the acceleration section BS and the adjacent lane FS is shown above.
  • the planned lane change is shown using the planned trajectory T of the vehicle 2 shown.
  • a side view of this situation is shown schematically, with the course of the acceleration path BS and the neighboring planes, i.e. H. horizontal, lane FS is shown.
  • the present acceleration section BS which is designed as a downhill section, and its angle a to the horizontal, here to the flat adjacent lane FS, can be seen here.
  • Below is a diagram showing the course of the speed v of the vehicle 2 in relation to the distance x traveled.
  • the lane change speed vsw that the vehicle 2 has at the time of the lane change is also marked here.
  • FIG. 4 shows the example of the flat acceleration section BS
  • Figure 5 shows the example of the acceleration section BS designed as a downhill section, with the top view from above being shown again at the top and the side view being shown at the bottom. It is always the time of lane change, i.e. H. to which this is initiated, shown, recognizable from the planned trajectory T shown. Also shown is the detection area EB of the rear-facing environmental detection sensor 3 and its length XEB.
  • the achievable acceleration of the vehicle 2 is smaller than on the flat acceleration path BS, since here the downhill force has a decelerating effect on the vehicle 2, whereby the vehicle 2 accelerates less compared to the flat acceleration path BS becomes.
  • the achievable acceleration here is therefore the difference between the self-acceleration a e of the vehicle 2 and a slope downforce deceleration resulting from the downhill force acting on the vehicle 2, whereby a positive value is used here, or the sum of the self-acceleration a e and one of the negative slope acceleration resulting from the downhill force acting on the vehicle 2, because the deceleration is a negative acceleration.
  • the lane change speed vsw in the acceleration section BS designed as an incline section is therefore lower than in the flat acceleration section BS. This results from the downhill acceleration, which in the acceleration section BS designed as an incline section, the vehicle 2's own acceleration a e is counteracted, as a result of which it achieves a lower lane change speed vsw.
  • a larger length XEB of the detection area EB is required than at the higher lane change speed vsw due to the flat acceleration path BS.
  • the basic idea of the solution described here is therefore, in particular, to adapt the detection area EB with an acceleration path BS designed as a downhill section in accordance with the downhill acceleration acting on the vehicle 2 (and the higher lane change speed vsw that can be achieved thereby) in addition to the self-acceleration a e, in particular , reduce its length .
  • Figure 6 shows a further example in which the vehicle 2 is located in an initial area of the acceleration section BS designed as a downhill section.
  • the acceleration route BS and the adjacent lane FS are also shown here in a plan view from above in Figure 6 and in a schematic side view in Figure 6 below.
  • the vehicle 2 approaches from a higher level on the acceleration route BS, which is designed as a downhill section, to a lower level in the adjacent lane FS.
  • the detection area EB of the rear-facing environmental detection sensor 3 would be aligned upwards without adaptation and would therefore not detect the lower-lying adjacent lane FS. It is therefore provided that the detection area EB of the rear-facing environmental detection sensor 3 depends on the topology of the Acceleration route BS and is adapted depending on the topology of the previous section of the adjacent lane FS.
  • the detection area EB is thus adapted in such a way that a vertical extension of the detection area EB, also referred to as vertical frustrum, is sufficiently far behind below is enough to detect the lower adjacent lane FS.
  • the detection area EB is therefore adapted in particular in such a way that the adjacent lane FS is detected over the entire determined required length XEB.
  • the adaptation of the detection area EB can be done, for example, by aligning the rear-facing environmental detection sensor 3, for example by means of a gimbal actuator.
  • the detection area can be EB, i.e. H.
  • the frustration of the rear-facing environmental detection sensor 3 can be designed according to a maximum expected roadway gradient and / or according to a maximum expected roadway gradient. In the case of an environmental detection sensor 3 designed as a camera, this can be achieved by using a correspondingly large lens opening angle.
  • the rear-facing environmental detection sensor 3 used is then designed and set up accordingly.
  • Figure 7 shows a further example in which the vehicle 2 is in an initial area of the acceleration section BS designed as an incline section.
  • the acceleration route BS and the adjacent lane FS are also shown here in a plan view from above in Figure 7 and in a schematic side view in Figure 7 below.
  • the vehicle 2 approaches a higher level in the adjacent lane FS from a lower level on the acceleration route BS, which is designed as an uphill section.
  • the detection area EB due to the higher level of the adjacent lane FS, the detection area EB, in particular its vertical extent, ie the vertical frustration, is blocked for a very long time by the higher adjacent lane FS. Due to the low lane change speed vsw, which results from the low acceleration of the vehicle 2 due to the acceleration path BS designed as a slope, and the very late detection of the adjacent lane FS by means of the detection area EB of the rear-facing environmental detection sensor 3, for example only shortly before the time When changing lanes, a very large length XEB of the detection area EB is required, as shown in Figure 7 below.
  • the length XEB of the detection area EB is in particular larger than a length XEB required for the determined lane change speed vsw without this problem.
  • the detection area EB in particular its length XEB, is adapted depending on the topology of the acceleration path BS and depending on the topology of the previous section of the adjacent lane FS.
  • Figure 8 shows the vehicle 2 with the device 1 for carrying out the method.
  • Figure 9 shows the device 1 for carrying out the method.
  • the device 1 includes in particular a determination unit 5, which is designed, for example, as a control device.
  • the vehicle 2 and in particular its device 1 includes the rear-facing environment detection sensor 3, the determination unit 5, an intertial sensor system 6 and a position determination unit 7 for determining a current position of the vehicle 2 by means of a global navigation satellite system.
  • the vehicle 2 also includes further environmental detection sensors 4, a digital map 8 and actuators 9.
  • the actuators 9 are intended in particular for longitudinal and lateral control of the vehicle 2. If a gimbal actuator is provided, this can also be one of the actuators 9. Each of these components can also be part of the device 1.
  • a fusion F of data from the environment detection sensors 3, 4 and a localization L of the vehicle 2 takes place, in particular by means of fused data from the environment detection sensors 3, 4 and data from the position determination unit 7 and the digital map 8.
  • Data from the localization L are processed in a behavior planning module 10 of the determination unit 5 in order to thereby control the actuators 9 accordingly.
  • the behavior planning module 10 includes a lane change planning module 11, in which in particular the length XEB of the detection area EB is determined. This length XEB depends on the current speed v of the vehicle 2, on the angle a of the acceleration distance BS to the horizontal and one or more other parameters, ie the length Therefore, the current speed v des goes into the lane change planning module 11 Vehicle 2, the self-acceleration a e of the vehicle 2 and the angle a of the acceleration distance BS to the horizontal.
  • the current speed v of the vehicle 2 is determined, for example, by means of a speed detection sensor system of the vehicle 2 and/or the device 1.
  • the own acceleration a e is predefined, for example, also depending on the load of the vehicle 2, in particular on its weight.
  • the weight of the load and thus a total weight of the vehicle 2, which influences the self-acceleration a e can, for example, be specified or determined by means of a corresponding weight detection sensor system of the vehicle 2 and/or the device 1.
  • the lane change planning module 11 obtains the angle a of the acceleration path BS in particular from the digital map 8, in particular depending on a current position of the vehicle 2 determined by means of the position determination unit 7.
  • the angle a of the acceleration path BS can also be determined, for example, by means of the inertial sensor system 6 when the vehicle 2 travels the acceleration route BS.
  • the required length XEB of the detection area EB can be calculated at any time.
  • the conversion function for determining the length for example, from expected relative speeds to other road users VT, ie from an overspeed factor, also referred to as overspeeding factor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung eines Spurwechsels eines Fahrzeugs (2) von einer Beschleunigungsstrecke (BS), auf welcher das Fahrzeug (2) beschleunigt wird, auf eine benachbarte Fahrspur (FS), wobei zur Ermittlung einer auf der Beschleunigungsstrecke (BS) erreichbaren Beschleunigung des Fahrzeugs (2) eine Topologie der Beschleunigungsstrecke (BS) berücksichtigt wird. Erfindungsgemäß wird ein Erfassungsbereich (EB) mindestens eines nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors (3) des Fahrzeugs (2) in Abhängigkeit von der Topologie der Beschleunigungsstrecke (BS) und/oder eines zurückliegenden Abschnitts der benachbarten Fahrspur (FS) adaptiert. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zur Planung eines Spurwechsels eines Fahrzeugs (2).

Description

Daimler Truck AG Dr. Riege
19.04.2023
Verfahren und Vorrichtung zur Planung eines Spurwechsels eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung eines Spurwechsels eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Planung eines Spurwechsels eines Fahrzeugs.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 102017200 580 A1 beschrieben, ein Verfahren zur Optimierung einer Manöverplanung für autonom fahrende Fahrzeuge bekannt. Das Verfahren umfasst eine Planungsebene, die in zumindest drei unterschiedliche Abstraktionsebenen für alle Planungsschichten der Planungsebene aufgeteilt wird. Es erfolgt eine Kombination aus kontinuierlichem Planen und semantischer Information, indem mehrere ermittelte Manöveroptionen gruppiert werden und eine Erfolgsbewertung jeder Manöveroption unter Einbeziehung von Unbestimmtheiten im Verhalten anderer Verkehrsteilnehmer erfolgt, um die beste Strategie zur Durchführung auszuwählen.
In der EP 3 854 646 A2 werden Systeme und Verfahren zum Navigieren mit sicheren Abständen beschrieben. Mindestens eine Verarbeitungsvorrichtung ist programmiert, ein Bild zu empfangen, das eine Umgebung des Ego-Fahrzeugs darstellt, eine geplante Navigationsaktion für das Ego-Fahrzeug zu bestimmen, das Bild zu analysieren, um ein Zielfahrzeug mit einer Fahrtrichtung in Richtung des Ego-Fahrzeugs zu identifizieren, und einen Abstand zwischen dem Ego-Fahrzeug und dem Zielfahrzeug zu bestimmen, der sich ergeben würde, wenn die geplante Navigationsaktion durchgeführt würde. Die mindestens eine Verarbeitungsvorrichtung bestimmt zudem einen Bremsweg für das Ego-Fahrzeug basierend auf einer Bremsrate, einem maximalen Beschleunigungsvermögen und einer aktuellen Geschwindigkeit des Ego-Fahrzeugs, einen Bremsweg für das Zielfahrzeug basierend auf einer Bremsrate, einem maximalen Beschleunigungsvermögen und einer aktuellen Geschwindigkeit des Zielfahrzeugs, und implementiert die geplante Navigationsaktion, wenn der bestimmte Abstand größer ist als eine Summe der Bremswege für das Ego-Fahrzeug und das Zielfahrzeug.
Aus der DE 102016205 152 A1 ist ein Fahrerassistenzsystem zum Unterstützen eines Fahrers beim Führen eines Fahrzeugs bekannt. Das Fahrerassistenzsystem umfasst wenigstens einen Sensor, welcher eingerichtet ist, eine Fahrsituation eines Fahrzeugs wenigstens teilweise zu erfassen, und wenigstens eine erste Datenschnittstelle zum Einlesen von Verkehrsdaten einer vorausliegenden Strecke. Weiterhin umfasst das Fahrerassistenzsystem wenigstens eine zweite Datenschnittstelle zum Einlesen von Fahrbahndaten, insbesondere Topographie und/oder Fahrbahnverlauf eines vorausliegenden Fahrbahnabschnitts und/oder eines zurückliegenden Fahrbahnabschnitts. Ein Vorhersagemodul des Fahrerassistenzsystems ist eingerichtet, um auf der Grundlage der momentanen Fahrsituation, den Verkehrsdaten und den Fahrbahndaten wenigstens ein zukünftiges Fahrszenario dynamisch zu simulieren und wiederum auf der Grundlage des wenigstens einen zukünftigen Fahrszenarios mögliche Trajektorien des Fahrzeugs dynamisch zu simulieren und auszugeben. Ein Optimierungsmodul des Fahrerassistenzsystems ist eingerichtet, um anhand von wenigstens einer vorbestimmten Randbedingung, welche ein Fahrstilattribut des Fahrerassistenzsystems charakterisiert, eine der möglichen Trajektorien auszuwählen und auszugeben. Ein Steuermodul ist mit dem Lenksystem, dem Bremssystem und/oder dem Antriebssystem des Fahrzeugs in der Weise verbunden, um das Fahrzeug auf der Grundlage der ausgewählten Trajektorie zu führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren und eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zur Planung eines Spurwechsels eines Fahrzeugs anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Planung eines Spurwechsels eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Planung eines Spurwechsels eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einem Verfahren zur Planung eines Spurwechsels eines Fahrzeugs von einer Beschleunigungsstrecke, auf welcher das Fahrzeug beschleunigt wird, auf eine benachbarte Fahrspur ist insbesondere vorgesehen, dass eine auf der Beschleunigungsstrecke erreichbare Beschleunigung des Fahrzeugs ermittelt wird, wobei hierfür eine Topologie der Beschleunigungsstrecke berücksichtigt wird. Das Verfahren wird insbesondere im Fahrzeug durchgeführt, insbesondere vom Fahrzeug und/oder von einer im Fahrzeug angeordneten Vorrichtung. Das Fahrzeug ist insbesondere ein Nutzfahrzeug, insbesondere ein Lastkraftwagen. Das Fahrzeug ist insbesondere ausgebildet und eingerichtet zur Durchführung eines automatisierten, insbesondere teilautomatisierten, hochautomatisierten oder autonomen, Fährbetriebs.
Erfindungsgemäß wird ein Erfassungsbereich mindestens eines nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Topologie der Beschleunigungsstrecke und/oder in Abhängigkeit von einer Topologie eines zurückliegenden Abschnitts der benachbarten Fahrspur adaptiert. Der mindestens eine nach hinten gerichtete Umgebungserfassungssensor ist insbesondere derart ausgebildet, am Fahrzeug angeordnet und ausgerichtet, dass mittels dieses Umgebungserfassungssensors, insbesondere mittels seines Erfassungsbereichs, die benachbarte Fahrspur, insbesondere ein hinter dem mindestens einen Umgebungserfassungssensor oder zumindest hinter dem Fahrzeug liegender Bereich der benachbarten Fahrspur, insbesondere der zurückliegende Abschnitt der benachbarten Fahrspur, erfasst wird. Dies entspricht insbesondere dem so genannten Schulterblick eines menschlichen Fahrzeugführers bei einem Spurwechsel. Der Erfassungsbereich des Umgebungserfassungssensors wird auch als Frustrum bezeichnet.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird somit vorteilhafterweise die Topologie in die Spurwechselplanung und insbesondere auch in die Spurwechseldurchführung einbezogen. Dabei ist die erfindungsgemäße Lösung insbesondere vorteilhaft, wenn die Beschleunigungsstrecke eine Gefällestrecke oder Steigungsstrecke ist, da sich dann die erreichbare Beschleunigung des Fahrzeugs im Vergleich zu einer ebenen, d. h. horizontalen, Beschleunigungsstrecke ändert. Auf der ebenen Beschleunigungsstrecke wird die erreichbare Beschleunigung des Fahrzeugs allein durch eine Antriebsanordnung des Fahrzeugs erreicht, d. h. durch eine oder mehrere Antriebseinheiten zum Antrieb des Fahrzeugs. Auf einer Gefällestrecke ist die erreichbare Beschleunigung des Fahrzeugs größer als auf der ebenen Beschleunigungsstrecke, da hier die Hangabtriebskraft beschleunigend auf das Fahrzeug wirkt, wodurch das Fahrzeug im Vergleich zur ebenen Beschleunigungsstrecke zusätzlich beschleunigt wird. Auf einer Steigungsstrecke ist die erreichbare Beschleunigung des Fahrzeugs kleiner als auf der ebenen Beschleunigungsstrecke, da hier die Hangabtriebskraft verzögernd auf das Fahrzeug wirkt, wodurch das Fahrzeug im Vergleich zur ebenen Beschleunigungsstrecke geringer beschleunigt wird. Zudem wirkt sich das Befahren der Gefällestrecke oder Steigungsstrecke und die daraus resultierende Ausrichtung des Fahrzeugs relativ zur Horizontalen auch auf eine Ausrichtung des mindestens einen Umgebungserfassungssensors und somit auf die Ausrichtung von dessen Erfassungsbereich aus. Insbesondere wenn eine Neigung der benachbarten Fahrspur von der Neigung der Beschleunigungsstrecke abweicht, d. h. wenn die benachbarte Fahrspur beispielsweise kein Gefälle bzw. keine Steigung aufweist, sondern horizontal ausgerichtet ist, hat dies Auswirkungen auf den mittels des Umgebungserfassungssensors tatsächlich erfassbaren Bereich oder Abschnitt der benachbarten Fahrspur. Daher ist die Adaption des Erfassungsbereichs in Abhängigkeit von der Topologie besonders vorteilhaft.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit eine verbesserte Spurwechselplanung, insbesondere während eines autonomen Fährbetriebs, durch die Berücksichtigung der Topologie.
In einer möglichen Ausführungsform wird eine Spurwechselgeschwindigkeit ermittelt, die das Fahrzeug bei der ermittelten erreichbaren Beschleunigung zum Zeitpunkt des Spurwechsels bei Betrieb des Fahrzeugs mit der ermittelten erreichbaren Beschleunigung aufweist oder aufweisen wird, und der Erfassungsbereich des mindestens einen nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors des Fahrzeugs wird in Abhängigkeit von der ermittelten Spurwechselgeschwindigkeit adaptiert. Dadurch wird für jede Spurwechselgeschwindigkeit ein erforderlicher Erfassungsbereich sichergestellt, denn der Erfassungsbereich muss bei geringeren Spurwechselgeschwindigkeiten größer, insbesondere länger, sein als bei höheren Spurwechselgeschwindigkeiten, da bei geringeren Spurwechselgeschwindigkeiten eine Relativgeschwindigkeit zu Verkehrsteilnehmern auf der benachbarten Fahrspur größer ist als bei höheren Spurwechselgeschwindigkeiten, oder es ist zumindest hiervon auszugehen.
In einer möglichen Ausführungsform wird eine für die ermittelte Spurwechselgeschwindigkeit erforderliche Länge des Erfassungsbereichs ermittelt und der Erfassungsbereich wird derart adaptiert, dass die benachbarte Fahrspur über die gesamte ermittelte erforderliche Länge erfasst wird. Dadurch wird ein entsprechend der jeweiligen Spurwechselgeschwindigkeit ausreichender Erfassungsbereich sichergestellt. Ein Anfangspunkt der erforderlichen Länge ist dabei insbesondere ein Ursprung des Erfassungsbereichs, d. h. derjenige Punkt oder Bereich, an dem der Erfassungsbereich am Umgebungserfassungssensor beginnt. In einer möglichen Ausführungsform wird als nach hinten gerichteter Umgebungserfassungssensor eine Kamera verwendet, beispielsweise eine Monokamera oder Stereokamera. Alternativ können auch anderer Umgebungserfassungssensoren verwendet werden, beispielsweise Radar, Lidar oder Ultraschall. Werden mehrere Umgebungserfassungssensoren verwendet, so können diese gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein, d. h. es kann eine Kombination gleicher oder unterschiedlicher Umgebungserfassungssensoren verwendet werden. Durch die Verwendung einer Kamera als Umgebungserfassungssensor entspricht die Umgebungserfassung mittels des Umgebungserfassungssensors der Umgebungserfassung des menschlichen Auges beim Schulterblick.
In einer möglichen Ausführungsform wird der Erfassungsbereich durch Ausrichten des mindestens einen Umgebungserfassungssensors adaptiert, beispielsweise mittels eines Gimbal-Aktuators, auch als Gimbal, Gimbal-Aktor oder gimbal trim actuator bezeichnet. Der Gimbal-Aktuator kann vorteilhafterweise die Ausrichtung des mindestens einen Umgebungserfassungssensors in horizontaler und/oder vertikaler Richtung verändern, wodurch die Adaptierung des Erfassungsbereichs ermöglicht wird.
In einer möglichen Ausführungsform, insbesondere wenn als nach hinten gerichteter Umgebungserfassungssensor eine Kamera verwendet wird, wird der Erfassungsbereich adaptiert, indem eine Brennweite und/oder ein Bildwinkel und/oder ein Objektivöffnungswinkel des mindestens einen Umgebungserfassungssensors adaptiert wird. Dadurch ist keine Veränderung der Ausrichtung des gesamten Umgebungserfassungssensors erforderlich. Alternativ kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Brennweite und/oder der Bildwinkel und/oder der Objektivöffnungswinkel des mindestens einen Umgebungserfassungssensors derart fest vorgegeben sind/ist, dass für alle Verkehrsszenarien, insbesondere Topologieszenarien, die für das Fahrzeug auftreten können, ein jeweils erforderlicher, insbesondere mittels dieses Verfahrens jeweils ermittelter, Erfassungsbereich möglich ist. Der Umgebungserfassungssensor ist dann entsprechend derart ausgebildet und eingerichtet. Dies wird insbesondere erreicht, indem der Erfassungsbereich, d. h. das Frustrum, des mindestens einen nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors entsprechend einer maximal zu erwartenden fahrbahnbaulichen Steigung und/oder entsprechend eines maximal zu erwartenden fahrbahnbaulichen Gefälles konzipiert wird. Bei einem als Kamera ausgebildeten Umgebungserfassungssensor ist dies beispielsweise durch einen entsprechend großen Objektivöffnungswinkel erreichbar. Dadurch wird beispielsweise eine softwaregesteuerte, insbesondere elektronische und/oder digitale, Adaptierung des Erfassungsbereichs ermöglicht, indem beispielsweise nur ein jeweiliger Bildbereich eines erfassten Bildes ausgewertet wird. Dadurch ist keine Bewegungsmechanik zur Adaptierung des Erfassungsbereichs erforderlich.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Planung eines Spurwechsels des Fahrzeugs ist ausgebildet und eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens. Die Vorrichtung ist insbesondere im Fahrzeug angeordnet oder das Fahrzeug ist diese Vorrichtung, d. h. das Verfahren wird vom Fahrzeug und/oder von der im Fahrzeug angeordneten Vorrichtung durchgeführt. Die daraus resultierenden Vorteile sind bereits oben zum mittels der Vorrichtung durchzuführenden Verfahren beschrieben.
In einer möglichen Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Ermittlungseinheit auf. In der Ermittlungseinheit werden insbesondere eine oder mehrere oder alle oben beschriebenen Ermittlungen des Verfahrens durchgeführt. Insbesondere wird in der Ermittlungseinheit das gesamte Verfahren mit Ausnahme der Adaptierung des Erfassungsbereichs durchgeführt. Die Ermittlungseinheit ist hierfür ausgebildet und eingerichtet. Die Ermittlungseinheit ist insbesondere zur Ermittlung zumindest der auf der Beschleunigungsstrecke erreichbaren Beschleunigung und/oder der erforderlichen Adaptierung des Erfassungsbereichs des mindestens einen Umgebungserfassungssensors ausgebildet und eingerichtet. Alternativ oder zusätzlich ist die Ermittlungseinheit zur Ermittlung der Spurwechselgeschwindigkeit, die das Fahrzeug bei der ermittelten erreichbaren Beschleunigung zum Zeitpunkt des Spurwechsels aufweist, und/oder zur Ermittlung der erforderlichen Länge des Erfassungsbereichs ausgebildet und eingerichtet. Die daraus resultierenden Vorteile sind bereits oben zum mittels der Vorrichtung durchzuführenden Verfahren beschrieben.
In einer möglichen Ausführungsform weist die Vorrichtung den mindestens einen Umgebungserfassungssensor und/oder den Gimbal Aktuator und/oder eine Positionsbestimmungseinheit zur Bestimmung einer aktuellen Position des Fahrzeugs und/oder eine digitale Landkarte und/oder eine Inertialsensorik und/oder eine Geschwindigkeitserfassungssensorik zur Erfassung einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf. Die daraus resultierenden Vorteile sind bereits oben zum mittels der Vorrichtung durchzuführenden Verfahren beschrieben. Die Positionsbestimmungseinheit ist insbesondere zur Bestimmung der aktuellen Position des Fahrzeugs mittels eines globalen Navigationssatellitensystems vorgesehen und entsprechend ausgebildet und eingerichtet. Die Positionsbestimmung und die digitale Landkarte ermöglichen insbesondere ein Auslesen von Topologieinformationen zur aktuellen Position des Fahrzeugs und zum Umkreis um diese aktuelle Position aus der digitalen Landkarte. Die digitale Landkarte weist daher vorteilhafterweise solche Informationen zur Topologie auf, welche für das Verfahren erforderlich sind. Die Inertialsensorik ermöglicht beispielsweise die Ermittlung der Steigung oder des Gefälles der Beschleunigungsstrecke, wenn diese vom Fahrzeug befahren wird. Die Geschwindigkeitserfassungssensorik ermöglicht eine Erfassung der aktuellen Geschwindigkeit und somit mittels der ermittelten erreichbaren Beschleunigung die Ermittlung der Spurwechselgeschwindigkeit, die das Fahrzeug bei der ermittelten erreichbaren Beschleunigung zum Zeitpunkt des Spurwechsels aufweist bzw. aufweisen wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Beispiel eines Spurwechsels eines Fahrzeugs von einer Beschleunigungsstrecke, auf welcher das Fahrzeug beschleunigt wird, auf eine benachbarte Fahrspur,
Fig. 2 schematisch ein Beispiel eines Spurwechsels bei ebener Beschleunigungsstrecke,
Fig. 3 schematisch ein Beispiel eines Spurwechsels bei als Gefällestrecke ausgebildeter Beschleunigungsstrecke,
Fig. 4 schematisch eine Länge eines Erfassungsbereichs eines nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors bei ebener Beschleunigungsstrecke,
Fig. 5 schematisch eine Länge eines Erfassungsbereichs eines nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors bei als Gefällestrecke ausgebildeter Beschleunigungsstrecke,
Fig. 6 schematisch ein weiteres Beispiel eines Spurwechsels bei als Gefällestrecke ausgebildeter Beschleunigungsstrecke, Fig. 7 schematisch ein Beispiel eines Spurwechsels bei als Steigungsstrecke ausgebildeter Beschleunigungsstrecke,
Fig. 8 schematisch ein Fahrzeug, und
Fig. 9 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Planung eines Spurwechsels.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Anhand der Figuren 1 bis 9 werden im Folgenden ein Verfahren und eine zur Durchführung des Verfahrens ausgebildete und eingerichtete Vorrichtung 1 zur Planung eines Spurwechsels eines Fahrzeugs 2 von einer Beschleunigungsstrecke BS, auf welcher das Fahrzeug 2 beschleunigt wird, auf eine benachbarte Fahrspur FS beschrieben.
Das Fahrzeug 2 ist im dargestellten Beispiel ein als Lastkraftwagen ausgebildetes Nutzfahrzeug, genauer gesagt eine Zugmaschine, insbesondere Sattelzugmaschine.
Das Fahrzeug 2 ist insbesondere ausgebildet und eingerichtet zur Durchführung eines automatisierten Fährbetriebs, im dargestellten Beispiel zur Durchführung eines autonomen Fährbetriebs.
Für das autonome Fahren ist eine Wahrnehmung und Vermessung einer Umgebung des Fahrzeugs 2 erforderlich. Hierfür weist das Fahrzeug 2 Umgebungserfassungssensoren 3, 4 auf, die jeweils als Lidarsensor, Kamera, Radarsensor oder Ultraschallsensor ausgebildet sind.
Insbesondere im autonomen Fährbetrieb stellen Spurwechsel, insbesondere zum Einfädeln von der Beschleunigungsstrecke BS in einen fließenden Verkehr auf der benachbarten Fahrspur FS, eine große Herausforderung dar. Ein Beispiel hierfür ist in Figur 1 dargestellt.
Bei durch einen menschlichen Fahrzeugführer geführten Fahrzeugen 2 erfolgt ein Schulterblick durch den Fahrzeugführer, um zu prüfen, ob die benachbarte Fahrspur FS frei ist. Dabei passt der menschliche Fahrzeugführer seine Blickentfernung für den Schulterblick an jeweils vorliegende Gegebenheiten an.
Beim Spurwechsel im fahrenden Verkehr muss die Blickentfernung nicht weit reichen. Beim in Figur 1 beispielhaft dargestellten Einfädeln während eines Auffahrens auf eine Autobahn, startend mit einer kleinen Geschwindigkeit v, muss die Blickentfernung sehr weit reichen. Die jeweiligen Werte für die Blickentfernung sind dabei abhängig von einer maximal erreichbaren Beschleunigung, die bei als Lastkraftwagen ausgebildeten Fahrzeugen 2 auch abhängig ist von einer Beladung, sowie abhängig von einer maximalen Geschwindigkeit anderer Verkehrsteilnehmer VT auf der benachbarten Fahrspur FS. Die erforderliche sehr weit reichende Blickentfernung resultiert insbesondere aus einer sehr geringen erreichbaren Beschleunigung von Lastkraftwagen. Es dauert lange, bis ein Lastkraftwagen eine akzeptable Geschwindigkeit v erreicht hat und sich in den fließenden Verkehr auf der benachbarten Fahrspur FS einfädeln kann, ohne aufgrund zu hoher Relativgeschwindigkeiten ein Hindernis oder eine Gefährdung darzustellen.
Einen besonderen Einfluss auf die erreichbare Beschleunigung hat eine Topologie der Beschleunigungsstrecke BS, d. h. ob die Beschleunigungsstrecke BS eben ist oder eine Steigung oder ein Gefälle aufweist. Davon ist somit auch die erforderliche Blickentfernung abhängig. Zudem können die Topologie der Beschleunigungsstrecke BS und eine Topologie eines zurückliegenden, d. h. hinter dem Fahrzeug 2 liegenden, Abschnitts der benachbarten Fahrspur FS die Blickentfernung beeinträchtigen. Der menschliche Fahrzeugführer reagiert darauf durch eine Anpassung seiner Blickrichtung.
Der erfahrene menschliche Fahrzeugführer nimmt somit die topologiebedingten Beschleunigungsmöglichkeiten und Sichtmöglichkeiten unbewusst in seine Spurwechselplanung und Spurwechseldurchführung auf.
Durch die im Folgenden beschriebene Lösung wird dies auch für den automatisierten, insbesondere autonomen, Fährbetrieb des insbesondere als Lastkraftwagen ausgebildeten Fahrzeugs 2 ermöglicht.
Um im automatisierten, insbesondere autonomen, Fährbetrieb den Spurwechsel durchführen zu können, ist mindestens einer der Umgebungserfassungssensoren 3, 4 des Fahrzeugs 2 nach hinten gerichtet. Er ist, wie in Figur 1 gezeigt, insbesondere derart ausgebildet, am Fahrzeug 2 angeordnet und ausgerichtet, dass mittels dieses nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors 3 die benachbarte Fahrspur FS, insbesondere ein hinter dem nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensor 3 oder zumindest hinter dem Fahrzeug 2 liegender Bereich der benachbarten Fahrspur FS, insbesondere der zurückliegende Abschnitt der benachbarten Fahrspur FS, erfasst wird. Dies entspricht dem Schulterblick des menschlichen Fahrzeugführers.
Um die Topologie bei der Spurwechselplanung und Spurwechseldurchführung zu berücksichtigen, ist vorgesehen, dass die auf der Beschleunigungsstrecke BS erreichbare Beschleunigung des Fahrzeugs 2 ermittelt wird, wobei hierfür die Topologie der Beschleunigungsstrecke BS berücksichtigt wird. Des Weiteren ist vorgesehen, dass ein Erfassungsbereich EB des nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors 3 in Abhängigkeit von der Topologie der Beschleunigungsstrecke BS und/oder in Abhängigkeit von der Topologie des zurückliegenden Abschnitts der benachbarten Fahrspur FS adaptiert wird.
Der Erfassungsbereich EB wird insbesondere bei einem Befahren einer als Gefällestrecke oder Steigungsstrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS gegenüber einer ebenen Beschleunigungsstrecke BS adaptiert, da sich dann die erreichbare Beschleunigung des Fahrzeugs 2 im Vergleich zur ebenen Beschleunigungsstrecke BS ändert.
Auf der ebenen Beschleunigungsstrecke BS wird die erreichbare Beschleunigung des Fahrzeugs 2 allein durch eine Antriebsanordnung des Fahrzeugs 2 erreicht, d. h. durch eine oder mehrere Antriebseinheiten, insbesondere durch einen Motor oder mehrere Motoren, zum Antrieb des Fahrzeugs 2. Die erreichbare Beschleunigung ist dann insbesondere abhängig von einer Antriebsleistung und einer Beladung des Fahrzeugs 2. Die erreichbare Beschleunigung auf ebener Beschleunigungsstrecke BS wird daher im Folgenden als Eigenbeschleunigung ae bezeichnet.
Figur 2 zeigt ein Beispiel eines Spurwechsels bei ebener Beschleunigungsstrecke BS. Dabei ist oben eine Draufsicht von oben auf die Beschleunigungsstrecke BS und die benachbarte Fahrspur FS dargestellt. Anhand einer dargestellten geplanten Trajektorie T des Fahrzeugs 2 ist der geplante Spurwechsel dargestellt. In der Mitte ist eine Seitenansicht dieser Situation dargestellt, in welcher die vorliegende ebene Beschleunigungsstrecke BS ersichtlich ist. Unten ist in einem Diagramm ein Verlauf der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 2 in Relation zu einer zurückgelegten Wegstrecke x dargestellt. Markiert ist hier eine Spurwechselgeschwindigkeit vsw, welche das Fahrzeug 2 zum Zeitpunkt des Spurwechsels aufweist.
Auf einer als Gefällestrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS ist die erreichbare Beschleunigung des Fahrzeugs 2, bei gleicher Beladung, größer als auf der ebenen Beschleunigungsstrecke BS, da hier die Hangabtriebskraft beschleunigend auf das Fahrzeug 2 wirkt, wodurch das Fahrzeug 2 im Vergleich zur ebenen Beschleunigungsstrecke BS zusätzlich beschleunigt wird. Die erreichbare Beschleunigung ist hier somit die Summe aus der Eigenbeschleunigung ae und einer aus der auf das Fahrzeug 2 wirkenden Hangabtriebskraft resultierenden Hangabtriebsbeschleunigung. Dabei wird die Hangabtriebsbeschleunigung wie folgt berechnet: ah = g ■ sin(a) (1)
Dabei ist g die Fallbeschleunigung der Erde und a der Winkel der Beschleunigungsstrecke BS zur Horizontalen.
Figur 3 zeigt ein Beispiel eines Spurwechsels bei als Gefällestrecke ausgebildeter Beschleunigungsstrecke BS. Dabei ist oben eine Draufsicht von oben auf die Beschleunigungsstrecke BS und die benachbarte Fahrspur FS dargestellt. Anhand der dargestellten geplanten Trajektorie T des Fahrzeugs 2 ist der geplante Spurwechsel dargestellt. In der Mitte ist eine Seitenansicht dieser Situation schematisch dargestellt, wobei der Verlauf der Beschleunigungsstrecke BS und der benachbarten ebenen, d. h. horizontalen, Fahrspur FS dargestellt ist. Somit ist hier die vorliegende als Gefällestrecke ausgebildeter Beschleunigungsstrecke BS und deren Winkel a zur Horizontalen, hier zur ebenen benachbarten Fahrspur FS, ersichtlich ist. Unten ist in einem Diagramm der Verlauf der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 2 in Relation zur zurückgelegten Wegstrecke x dargestellt. Markiert ist auch hier die Spurwechselgeschwindigkeit vsw, welche das Fahrzeug 2 zum Zeitpunkt des Spurwechsels aufweist.
Im Vergleich der Figuren 2 und 3 wird deutlich, dass die Spurwechselgeschwindigkeit vsw bei der als Gefällestrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS (Figur 3) größer ist als bei der ebenen Beschleunigungsstrecke BS (Figur 2). Dies resultiert aus der Hangabtriebsbeschleunigung, welche bei der als Gefällestrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS das Fahrzeug 2 zusätzlich beschleunigt, wodurch es eine höhere Spurwechselgeschwindigkeit vsw erreicht. Im hier beschriebenen Verfahren ist daher insbesondere vorgesehen, dass eine für die ermittelte Spurwechselgeschwindigkeit vsw erforderliche Länge XEB des Erfassungsbereichs EB ermittelt wird und der Erfassungsbereich EB derart adaptiert wird, dass die benachbarte Fahrspur FS über die gesamte ermittelte erforderliche Länge XEB erfasst wird.
Da bei größeren Spurwechselgeschwindigkeiten vsw die Relativgeschwindigkeit zu Verkehrsteilnehmern VT auf der benachbarten Fahrspur FS geringer ist als bei kleineren Spurwechselgeschwindigkeiten vsw, ist entsprechend bei der höheren Spurwechselgeschwindigkeit vsw aufgrund der als Gefällestrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS gemäß Figur 3 eine kleinere Länge XEB des Erfassungsbereichs EB erforderlich als bei der geringeren Spurwechselgeschwindigkeit vsw aufgrund der ebenen Beschleunigungsstrecke BS gemäß Figur 2, wie im Vergleich der Figuren 4 und 5 gezeigt. Dabei zeigt Figur 4 das Beispiel der ebenen Beschleunigungsstrecke BS und Figur 5 das Beispiel der als Gefällestrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS, wobei jeweils oben wieder die Draufsicht von oben dargestellt ist und unten die Seitenansicht dargestellt ist. Es ist jeweils der Zeitpunkt des Spurwechsels, d. h. zu welchem dieser eingeleitet wird, dargestellt, erkennbar an der dargestellten geplanten Trajektorie T. Dargestellt ist zudem jeweils der Erfassungsbereich EB des nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors 3 und dessen Länge XEB.
Auf einer als Steigungsstrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS ist die erreichbare Beschleunigung des Fahrzeugs 2, bei gleicher Beladung, kleiner als auf der ebenen Beschleunigungsstrecke BS, da hier die Hangabtriebskraft verzögernd auf das Fahrzeug 2 wirkt, wodurch das Fahrzeug 2 im Vergleich zur ebenen Beschleunigungsstrecke BS geringer beschleunigt wird. Die erreichbare Beschleunigung ist hier somit die Differenz aus der Eigenbeschleunigung ae des Fahrzeugs 2 und einer aus der auf das Fahrzeug 2 wirkenden Hangabtriebskraft resultierenden Hangabtriebsverzögerung, wobei hier ein positiver Wert verwendet wird, bzw. die Summe aus der Eigenbeschleunigung ae und einer aus der auf das Fahrzeug 2 wirkenden Hangabtriebskraft resultierenden negativen Hangabtriebsbeschleunigung, denn die Verzögerung ist eine negative Beschleunigung.
Die Spurwechselgeschwindigkeit vsw bei der als Steigungsstrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS ist somit geringer als bei der ebenen Beschleunigungsstrecke BS. Dies resultiert aus der Hangabtriebsbeschleunigung, welche bei der als Steigungsstrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS der Eigenbeschleunigung ae des Fahrzeugs 2 entgegenwirkt, wodurch es eine geringere Spurwechselgeschwindigkeit vsw erreicht.
Entsprechend ist bei der geringeren Spurwechselgeschwindigkeit vsw aufgrund der als Steigungsstrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS eine größere Länge XEB des Erfassungsbereichs EB erforderlich als bei der größeren Spurwechselgeschwindigkeit vsw aufgrund der ebenen Beschleunigungsstrecke BS.
Die Grundidee der hier beschriebenen Lösung liegt somit insbesondere darin, den Erfassungsbereich EB bei einer als Gefällestrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS entsprechend der durch die Hangabtriebskraft zusätzlich zur Eigenbeschleunigung ae beschleunigend auf das Fahrzeug 2 einwirkenden Hangabtriebsbeschleunigung (und der dadurch erreichbaren höheren Spurwechselgeschwindigkeit vsw) zu adaptieren, insbesondere dessen Länge XEB ZU reduzieren, und bei einer als Steigungsstrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS entsprechend der durch die Hangabtriebskraft auf das Fahrzeug 2 einwirkenden und die Eigenbeschleunigung ae reduzierenden Hangabtriebsverzögerung (und der dadurch erreichbaren geringeren Spurwechselgeschwindigkeit vsw) zu adaptieren, insbesondere dessen Länge XEB ZU erhöhen.
Figur 6 zeigt ein weiteres Beispiel, in welchem sich das Fahrzeug 2 in einem Anfangsbereich der als Gefällesstrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS befindet. Dargestellt sind auch hier die Beschleunigungsstrecke BS und die benachbarte Fahrspur FS in Figur 6 oben in einer Draufsicht von oben und in Figur 6 unten in einer schematischen Seitenansicht. Das Fahrzeug 2 nähert sich von einem höheren Niveau auf der als Gefällesstrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS einem tieferen Niveau der benachbarten Fahrspur FS an.
Problematisch dabei ist, dass aufgrund der Neigung des Fahrzeugs 2 auf der als Gefällesstrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS und der tieferliegenden benachbarten Fahrspur FS der Erfassungsbereich EB des nach hinten ausgerichteten Umgebungserfassungssensors 3 ohne Adaptierung nach oben ausgerichtet wäre und somit die tieferliegende benachbarte Fahrspur FS nicht erfassen würde. Daher ist vorgesehen, dass der Erfassungsbereich EB des nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors 3 in Abhängigkeit von der Topologie der Beschleunigungsstrecke BS und in Abhängigkeit von der Topologie des zurückliegenden Abschnitts der benachbarten Fahrspur FS adaptiert wird.
Im dargestellten Beispiel, in welchem die Beschleunigungsstrecke BS als Gefällestrecke ausgebildet ist, die auf das tieferliegende Niveau der benachbarten Fahrspur FS führt, wird somit der Erfassungsbereich EB derart adaptiert, dass eine vertikale Ausdehnung des Erfassungsbereichs EB, auch als vertikales Frustrum bezeichnet, ausreichend weit nach unten reicht, um die tieferliegende benachbarte Fahrspur FS zu erfassen. Der Erfassungsbereich EB wird somit insbesondere derart adaptiert, dass die benachbarte Fahrspur FS über die gesamte ermittelte erforderliche Länge XEB erfasst wird.
Die Adaptierung des Erfassungsbereichs EB kann beispielsweise durch Ausrichten des nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors 3 erfolgen, zum Beispiel mittels eines Gimbal-Aktuators. Alternativ kann der Erfassungsbereich EB, d. h. das Frustrum, des nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors 3 entsprechend einer maximal zu erwartenden fahrbahnbaulichen Steigung und/oder entsprechend eines maximal zu erwartenden fahrbahnbaulichen Gefälles konzipiert werden. Bei einem als Kamera ausgebildeten Umgebungserfassungssensor 3 ist dies durch einen entsprechend großen Objektivöffnungswinkel erreichbar. Der verwendete nach hinten gerichtete Umgebungserfassungssensor 3 ist dann entsprechend ausgebildet und eingerichtet.
Figur 7 zeigt ein weiteres Beispiel, in welchem sich das Fahrzeug 2 in einem Anfangsbereich der als Steigungsstrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS befindet. Dargestellt sind auch hier die Beschleunigungsstrecke BS und die benachbarte Fahrspur FS in Figur 7 oben in einer Draufsicht von oben und in Figur 7 unten in einer schematischen Seitenansicht. Das Fahrzeug 2 nähert sich von einem niedrigeren Niveau auf der als Steigungsstrecke ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS einem höheren Niveau der benachbarten Fahrspur FS an.
Problematisch dabei ist, dass aufgrund des höheren Niveaus der benachbarten Fahrspur FS der Erfassungsbereich EB, insbesondere dessen vertikale Ausdehnung, d. h. das vertikale Frustrum, sehr lange durch die höher liegende benachbarte Fahrspur FS blockiert wird. Aufgrund der geringen Spurwechselgeschwindigkeit vsw, die aus der geringen Beschleunigung des Fahrzeugs 2 aufgrund der als Steigung ausgebildeten Beschleunigungsstrecke BS resultiert, und der erst sehr späten Erfassung der benachbarten Fahrspur FS mittels des Erfassungsbereichs EB des nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors 3 beispielweise erst kurz vor dem Zeitpunkt des Fahrspurwechsels ist hier eine sehr große Länge XEB des Erfassungsbereichs EB erforderlich, wie in Figur 7 unten gezeigt. Dabei ist die Länge XEB des Erfassungsbereichs EB insbesondere größer als eine für die ermittelte Spurwechselgeschwindigkeit vsw erforderliche Länge XEB ohne diese Problematik. Somit wird auch hier der Erfassungsbereich EB, insbesondere dessen Länge XEB, in Abhängigkeit von der Topologie der Beschleunigungsstrecke BS und in Abhängigkeit von der Topologie des zurückliegenden Abschnitts der benachbarten Fahrspur FS adaptiert.
Figur 8 zeigt das Fahrzeug 2 mit der Vorrichtung 1 zur Durchführung des Verfahrens. Figur 9 zeigt die Vorrichtung 1 zur Durchführung des Verfahrens. Die Vorrichtung 1 umfasst insbesondere eine Ermittlungseinheit 5, welche beispielsweise als ein Steuergerät ausgebildet ist.
Das Fahrzeug 2 und insbesondere auch dessen Vorrichtung 1 umfasst den nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensor 3, die Ermittlungseinheit 5, eine Intertialsensorik 6 und eine Positionsbestimmungseinheit 7 zur Bestimmung einer aktuellen Position des Fahrzeugs 2 mittels eines globalen Navigationssatellitensystems. Das Fahrzeug 2 umfasst zudem weitere Umgebungserfassungssensoren 4, eine digitale Landkarte 8 und Aktoren 9. Die Aktoren 9 sind insbesondere vorgesehen zu einer Längsund Querregelung des Fahrzeugs 2. Falls ein Gimbal-Aktuator vorgesehen ist, kann auch dieser einer der Aktoren 9 sein. Jede dieser Komponenten kann auch ein Bestandteil der Vorrichtung 1 sein.
In der als Steuergerät ausgebildeten Ermittlungseinheit 5 erfolgt eine Fusion F von Daten der Umgebungserfassungssensoren 3, 4 und eine Lokalisation L des Fahrzeugs 2, insbesondere mittels fusionierter Daten der Umgebungserfassungssensoren 3, 4 und Daten der Positionsbestimmungseinheit 7 und der digitalen Landkarte 8. Daten der Lokalisation L werden in einem Verhaltensplanungsmodul 10 der Ermittlungseinheit 5 verarbeitet, um dadurch die Aktoren 9 entsprechend anzusteuern.
Das Verhaltensplanungsmodul 10 umfasst ein Spurwechselplanungsmodul 11 , in dem insbesondere die Länge XEB des Erfassungsbereichs EB ermittelt wird. Diese Länge XEB ist abhängig von der aktuellen Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 2, vom Winkel a der Beschleunigungsstrecke BS zur Horizontalen und einem oder mehreren weiteren Parametern, d. h. die Länge XEB ist eine Umrechnungsfunktion dieser Größen. Daher gehen in das Spurwechselplanungsmodul 11 die aktuelle Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 2, die Eigenbeschleunigung ae des Fahrzeugs 2 und der Winkel a der Beschleunigungsstrecke BS zur Horizontalen ein.
Die aktuelle Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 2 wird beispielweise mittels einer Geschwindigkeitserfassungssensorik des Fahrzeugs 2 und/oder der Vorrichtung 1 ermittelt. Die Eigenbeschleunigung ae ist beispielsweise vorgegeben, zum Beispiel auch in Abhängigkeit von der Ladung des Fahrzeugs 2, insbesondere von deren Gewicht. Das Gewicht der Ladung und somit ein Gesamtgewicht des Fahrzeugs 2, welches die Eigenbeschleunigung ae beeinflusst, kann beispielsweise vorgegeben werden oder mittels einer entsprechenden Gewichtserfassungssensorik des Fahrzeugs 2 und/oder der Vorrichtung 1 ermittelt werden. Den Winkel a der Beschleunigungsstrecke BS erhält das Spurwechselplanungsmodul 11 insbesondere aus der digitalen Landkarte 8, insbesondere in Abhängigkeit einer mittels der Positionsbestimmungseinheit 7 ermittelten aktuellen Position des Fahrzeugs 2. Alternativ oder zusätzlich kann der Winkel a der Beschleunigungsstrecke BS beispielsweise auch mittels der Inertialsensorik 6 ermittelt werden, wenn das Fahrzeug 2 die Beschleunigungsstrecke BS befährt.
Für alle Planungen des Spurwechselvorgangs kann jederzeit die erforderliche Länge XEB des Erfassungsbereichs EB berechnet werden. Die Umrechnungsfunktion zur Ermittlung der Länge XEB des Erfassungsbereichs EB ist, wie oben bereits erwähnt, neben der aktuellen Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 2 und dem Winkel a der Beschleunigungsstrecke BS zur Horizontalen auch von einem oder mehreren weiteren Parametern, insbesondere von vielen weiteren Parametern, abhängig, beispielsweise von erwarteten Relativgeschwindigkeiten zu anderen Verkehrsteilnehmern VT, d. h. von einem Übergeschwindigkeitsfaktor, auch als overspeeding-factor bezeichnet.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Fahrzeug
3 nach hinten gerichteter Umgebungserfassungssensor
4 weiterer Umgebungserfassungssensor
5 Ermittlungseinheit
6 Intertialsensorik
7 Positionsbestimmungseinheit
8 Landkarte
9 Aktor
10 Verhaltensplanungsmodul
11 Spurwechselplanungsmodul ae Eigenbeschleunigung
BS Beschleunigungsstrecke
EB Erfassungsbereich
F Fusion
FS Fahrspur
L Lokalisation
T T rajektorie v Geschwindigkeit vsw Spurwechselgeschwindigkeit
VT anderer Verkehrsteilnehmer x Wegstrecke
XEB Länge des Erfassungsbereichs a Winkel der Beschleunigungsstrecke zur Horizontalen

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Planung eines Spurwechsels eines Fahrzeugs (2) von einer Beschleunigungsstrecke (BS), auf welcher das Fahrzeug (2) beschleunigt wird, auf eine benachbarte Fahrspur (FS), wobei zur Ermittlung einer auf der Beschleunigungsstrecke (BS) erreichbaren Beschleunigung des Fahrzeugs (2) eine Topologie der Beschleunigungsstrecke (BS) berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erfassungsbereich (EB) mindestens eines nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors (3) des Fahrzeugs (2) in Abhängigkeit von der Topologie der Beschleunigungsstrecke (BS) und/oder eines zurückliegenden Abschnitts der benachbarten Fahrspur (FS) adaptiert wird. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Spurwechselgeschwindigkeit (vsw) ermittelt wird, die das Fahrzeug (2) bei der ermittelten erreichbaren Beschleunigung zum Zeitpunkt des Spurwechsels aufweist, und der Erfassungsbereich (EB) des mindestens einen nach hinten gerichteten Umgebungserfassungssensors (3) des Fahrzeugs (2) in Abhängigkeit von der ermittelten Spurwechselgeschwindigkeit (vsw) adaptiert wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine für die ermittelte
Spurwechselgeschwindigkeit (vsw) erforderliche Länge (XEB) des Erfassungsbereichs (EB) ermittelt wird und der Erfassungsbereich (EB) derart adaptiert wird, dass die benachbarte Fahrspur (FS) über die gesamte ermittelte erforderliche Länge(xEß) erfasst wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als nach hinten gerichteter Umgebungserfassungssensor (3) eine Kamera verwendet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich (EB) durch Ausrichten des mindestens einen Umgebungserfassungssensors (3) adaptiert wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Umgebungserfassungssensor (3) mittels eines Gimbal-Aktuators ausgerichtet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich (EB) adaptiert wird, indem eine Brennweite und/oder ein Bildwinkel und/oder ein Objektivöffnungswinkel des mindestens einen Umgebungserfassungssensors (3) adaptiert wird. Vorrichtung (1) zur Planung eines Spurwechsels eines Fahrzeugs (2), ausgebildet und eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, aufweisend eine Ermittlungseinheit (5) zur Ermittlung zumindest der auf der Beschleunigungsstrecke (BS) erreichbaren Beschleunigung und der erforderlichen Adaptierung des Erfassungsbereichs (EB) des mindestens einen Umgebungserfassungssensors (3). Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, aufweisend den mindestens einen Umgebungserfassungssensor (3) und/oder den Gimbal-Aktuator und/oder eine Positionsbestimmungseinheit (7) zur Bestimmung einer aktuellen Position des Fahrzeugs (2) und/oder eine digitale Landkarte (8) und/oder eine Inertialsensorik (6) und/oder eine Geschwindigkeitserfassungssensorik zur Erfassung einer jeweils aktuellen Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (2).
EP23721613.0A 2022-05-09 2023-04-20 Verfahren und vorrichtung zur planung eines spurwechsels eines fahrzeugs Pending EP4523196A1 (de)

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PCT/EP2023/060230 WO2023217507A1 (de) 2022-05-09 2023-04-20 Verfahren und vorrichtung zur planung eines spurwechsels eines fahrzeugs

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