EP4634039A1 - Verfahren zum ermitteln einer von einem fahrzeug kollisionsfrei zu befahrenden strecke entlang einer fahrtrajektorie, steuereinrichtung, fahrzeug und computerprogramm - Google Patents

Verfahren zum ermitteln einer von einem fahrzeug kollisionsfrei zu befahrenden strecke entlang einer fahrtrajektorie, steuereinrichtung, fahrzeug und computerprogramm

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Publication number
EP4634039A1
EP4634039A1 EP23817025.2A EP23817025A EP4634039A1 EP 4634039 A1 EP4634039 A1 EP 4634039A1 EP 23817025 A EP23817025 A EP 23817025A EP 4634039 A1 EP4634039 A1 EP 4634039A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
collision
outline
travel trajectory
outline information
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
EP23817025.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yong-Ho Yoo
Nicolas Stein
Hendrik DEUSCH
Matthias Ehricke
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.)
Aumovio Autonomous Mobility Germany GmbH
Original Assignee
Aumovio Autonomous Mobility Germany GmbH
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 Aumovio Autonomous Mobility Germany GmbH filed Critical Aumovio Autonomous Mobility Germany GmbH
Publication of EP4634039A1 publication Critical patent/EP4634039A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/025—Active steering aids, e.g. helping the driver by actively influencing the steering system after environment evaluation
    • B62D15/0265—Automatic obstacle avoidance by steering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/08—Active safety systems predicting or avoiding probable or impending collision or attempting to minimise its consequences
    • B60W30/09—Taking automatic action to avoid collision, e.g. braking and steering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/08—Active safety systems predicting or avoiding probable or impending collision or attempting to minimise its consequences
    • B60W30/095—Predicting travel path or likelihood of collision
    • B60W30/0953—Predicting travel path or likelihood of collision the prediction being responsive to vehicle dynamic parameters
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • B60W2554/20—Static objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D15/0285—Parking performed automatically
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/38—Electronic maps specially adapted for navigation; Updating thereof
    • G01C21/3804—Creation or updating of map data
    • G01C21/3833—Creation or updating of map data characterised by the source of data
    • G01C21/3848—Data obtained from both position sensors and additional sensors

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a route that a vehicle can travel without collision along a travel trajectory.
  • the invention also relates to a control device, a vehicle and a computer program.
  • Partially automated or fully automated driving maneuvers are usually carried out along a planned driving trajectory. This is usually determined before the start of the driving maneuver and describes a path of movement that the vehicle follows or will follow when carrying out the driving maneuver.
  • a travel trajectory can, for example, consist of arcuate segments with a constant radius and/or straight segments without curvature.
  • travel trajectories can also be used which include segments with a continuously changing curvature.
  • the determination of a travel trajectory from clothoids is described, for example, in the publication DE 10 2019 204 651 A1.
  • the clothoids each have a continuous curvature. In order to avoid an analytical determination of the clothoids, they are determined using a geometric approximation method.
  • a collision check may be necessary.
  • the collision check can be used to determine the Driving trajectory can be used to determine whether a collision with an object in the surroundings can or will occur before or during the movement of the vehicle along the driving trajectory.
  • a planned driving trajectory can be compared, for example, with objects that are described by an environment map and/or detected by the vehicle's sensors. If the collision check determines that a collision can occur when the vehicle moves along the driving trajectory, the driving trajectory is recalculated, at least in sections.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an improved method for determining a route that a vehicle can travel without collision along a travel trajectory, which method in particular has a low computational effort.
  • a method for determining a route along a travel trajectory that a vehicle can travel without collision comprising the following steps:
  • the object information describes the position of at least one object colliding with the vehicle or a vehicle part of the vehicle when the vehicle moves along the travel trajectory
  • the driving trajectory can be determined, for example, by a trajectory planning unit or a trajectory planning function carried out by a control unit and made available for the method carried out, for example, in the same or another control unit to determine the route to be traveled without collision.
  • the driving trajectory can describe a specific driving maneuver, for example a parking maneuver such as parking in or out of a parking space.
  • the method according to the invention can be used for all types of driving trajectories or for all driving maneuvers described by a driving trajectory.
  • object information is also provided which describes the position of at least one object colliding with the vehicle or a vehicle part when moving along the travel trajectory.
  • the object information can describe the object in particular relative to the travel trajectory and/or in relation to a coordinate system used to describe the travel trajectory.
  • the object information can consist of map information describing one or more objects in the vicinity of the driving trajectory and a The driving path can be determined, whereby the driving path at least approximately describes the area swept over by the vehicle when traveling along the driving trajectory.
  • the object positions and/or the geometric dimensions of the objects can be compared with the travel path or with the area covered by the vehicle when moving along the travel trajectory. If the travel path overlaps with an object described in the map information, it can therefore be assumed that there is a colliding object.
  • the object information can then be formed from the objects in the map information, with the object information containing those objects from the map information that collide with the vehicle when moving along the travel trajectory or with which the vehicle collides during this movement.
  • other methods are also possible for determining a possible collision between the object and the vehicle when moving along the travel trajectory.
  • the position and arrangement of several pieces of outline information, each describing the outline of the vehicle or part of the vehicle, are determined for different positions of the vehicle or part of the vehicle along the travel trajectory.
  • the positions for which outline information is determined can be determined, for example, based on specified absolute distance intervals along the travel trajectory and/or based on specified relative distances in relation to the total length of the travel trajectory.
  • the outline information can reflect the actual vehicle geometry or describe a simplified and/or approximate shape of the actual shape of the vehicle outline. Furthermore, the Outline information may be slightly enlarged compared to the actual vehicle outline in order to implement an additional safety distance.
  • the outline information can also describe the actual geometry of the vehicle part or a simplified geometry.
  • the vehicle part can be a vehicle part that is movable relative to a body of the vehicle, in particular a wheel of the vehicle.
  • a rectangle for example, can be used as outline information for the wheel.
  • the method according to the invention can also take into account the collision of other vehicle parts, e.g. movable structures such as crane booms, bucket arms, etc.
  • Outline information that collides with the object is then determined from the plurality of outline information.
  • the outline information that collides with the object can be determined, for example, based on an overlap of the vehicle outline described by the outline information with the object outline when the vehicle outline and the object outline are depicted in a common map, or when comparing the mathematical descriptions of the vehicle outline or the outline information and the object outline based on a common coordinate system.
  • further outline information is determined which does not collide with the object and which is closer to a starting point of the travel trajectory.
  • the positions along the travel trajectory assigned to the further outline information correspond in particular to a position which the vehicle can approach from the starting point of the travel trajectory without causing a collision with the object.
  • the area between the collision-free outline information and the colliding outline information is then divided into several cells, each assigned to an outline section or an edge of the outline information.
  • the cells therefore each describe the area that extends between the outline section in the position of the vehicle assigned to the collision-free outline information and the position of the vehicle associated with the colliding outline information.
  • the shape of the cells can depend on the geometry of the vehicle outline described by the outline information, in particular on the shape of the outline section.
  • the outline sections can each be a straight or a curved edge of the vehicle outline described by the outline information.
  • a cell overlapping with the object and the collision-free portion of the movement of the outline section of the vehicle assigned to the overlapping cell in the overlapping cell are determined.
  • the cell overlapping with the object can be determined, for example, based on a geometric overlap of a description of the cell with an object description, based on a common coordinate system.
  • the collision-free portion of the movement of the outline section refers, for example, to the ratio of the partial route between the outline section in the collision-free outline information and the outline section in the colliding outline information, on which there is no collision of the vehicle with the object or no overlap of the outline section with the object information, to the partial route on which the outline section rests on the object and/or overlaps with or intersects the object.
  • the collision-free portion is then used to determine a collision position on the travel trajectory.
  • the collision-free portion represents a measure of the collision-free portion of a movement of the vehicle from the position of the vehicle assigned to the collision-free outline information to the position of the vehicle assigned to the colliding outline information, which can be transferred to the travel trajectory, for example.
  • the collision-free movement of the vehicle along the travel trajectory can then be determined.
  • at least one actuator of the vehicle for example a lateral guidance actuator and/or a Longitudinal guidance actuator.
  • the vehicle can be operated, for example, in a partially automated or fully automated ferry operation, in particular in a partially automated or fully automated parking maneuver.
  • a display device of the vehicle can also be controlled depending on the determined, collision-free movement, wherein the display device displays the collision-free movement and/or information derived from the collision-free movement for a user of the vehicle.
  • the method can be carried out in particular by a control device or a computing device.
  • the control device can in particular be a control device of the vehicle.
  • the use of a control device external to the vehicle is also conceivable, with the external control device being communicatively connected to the vehicle in particular for the transmission of data.
  • the required computing effort for determining the route to be traveled without collision can be advantageously reduced by taking into account the collision-free outline information and the colliding outline information and by determining the collision-free portion of the movement assigned to an outline section of the vehicle outline described by the outline information.
  • the determination of the route to be traveled without collision on the travel trajectory can be divided into several sub-steps that are geometrically easy to describe and which can each be calculated with little effort.
  • the required computing effort is thus advantageously reduced in a computing device set up to carry out the method according to the invention, so that the method can advantageously be carried out on computing devices with a comparatively low overall computing power.
  • Determining a route along the travel trajectory that can be traveled without collisions has the additional advantage, for example in the case of a travel trajectory that is assigned to a parking maneuver, such as parking or reversing, that the movement of the vehicle along the travel trajectory is simplified.
  • the maneuvering or manoeuvring of the vehicle is made considerably easier, since, starting from the already determined travel trajectory, only a new planning of the travel trajectory or a section of the travel trajectory is required, at least from the collision position.
  • a determined driving trajectory in which a collision with an object occurs can be used at least in accordance with the possible collision-free movement, which makes it possible to carry out a necessary replanning of the driving trajectory at least from the collision position during the vehicle movement on the route to be traveled without collision. This can help to ensure that a partially automated or fully automated driving maneuver carried out depending on the driving trajectory can be carried out more quickly.
  • a travel trajectory is used whose curvature has a constant sign and/or changes continuously at least in sections and/or that a clothoid curve or a polynomial is used as the travel trajectory.
  • a polynomial or a clothoid curve represents a suitable mathematical description.
  • a trajectory segment of an overall driving trajectory describing a driving maneuver is used as the driving trajectory.
  • the overall driving trajectory can be broken down into individual trajectory segments, wherein the individual trajectory segments each have in particular a curvature with a constant sign and/or a curvature that changes continuously at least in sections. curvature.
  • These trajectory segments can then each be used as a travel trajectory in the sense of the invention, ie a collision-free route can be determined for each of the individual trajectory segments.
  • the outline information that collides with the object closest to a starting point of the travel trajectory is determined as colliding outline information.
  • the closest object can in particular be the object closest to a direction of movement of the vehicle along the travel trajectory, i.e. the object that the vehicle approaches first when moving along the travel trajectory or with which it would collide first.
  • a polygon in particular a convex polygon
  • an edge of the outline information is used as the outline section.
  • a convex polygon is understood to mean a polygon line that only has corners pointing outwards. If the outline information is described as a polygon, in particular as a convex polygon, the collision or overlap of the outline information with a colliding object described in the object information can be easily calculated.
  • At least one further outline information item in the case of several objects overlapping with a cell, at least one further outline information item can be determined, wherein the at least one further outline information item is located at a position on the travel trajectory between the original positions.
  • a smaller distance can be selected between the positions of the vehicle at which outline information is determined.
  • further outline information item is determined which is located at a further position on the travel trajectory. between the positions of the vehicle assigned to the colliding outline information and the collision-free outline information. This represents a refinement of the spatial resolution, which can also be repeated until the cell only overlaps with a single object. In this way, the collision-free movement of the vehicle along the travel trajectory can be determined until the collision with the first colliding object in relation to the travel trajectory.
  • the collision-free movement is determined up to an end point which is a safety distance away from the collision position.
  • control device it is set up to carry out a method according to the invention.
  • the vehicle can be a motor vehicle, for example a passenger car, a truck or a commercial vehicle.
  • the vehicle can also be a mobile robot, in particular one that can move freely in space, a mobile platform or the like.
  • a computer program according to the invention comprises instructions which cause a control device to carry out a method according to the invention.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a vehicle according to the invention
  • Fig. 2 is a flow chart of an embodiment of a method according to the invention for determining a route to be travelled collision-free along a travel trajectory
  • Fig. 3 is a representation of outline information colliding with an object and of collision-free outline information to explain the embodiment of the method according to the invention.
  • Fig. 4 is a representation of the determination of a collision-free portion of the movement of a contour section in an associated cell to explain the embodiment of the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a vehicle 1.
  • the vehicle 1 comprises a control device 2, a plurality of environmental sensors 3 and at least one actuator 4.
  • the environmental sensors 3 can each be designed, for example, as an ultrasonic sensor, as a camera, as a radar, as a lidar or the like.
  • the at least one actuator 4 can be a longitudinal guidance actuator or a transverse guidance actuator of the vehicle 1.
  • the environmental sensors 3 and the at least one actuator 4 are communicatively connected to the control device 2, wherein the corresponding connections are not shown for reasons of clarity.
  • the control device 2 is designed to carry out a method for determining a route along a travel trajectory that the vehicle 1 can travel without collision.
  • a flow chart 5 of an embodiment of such a method is shown in Fig. 2. This embodiment is explained below with reference to Figs. 3 and 4.
  • step S1 of the method the travel trajectory 6 shown as an example in Fig. 3 and object information are provided, the object information describing the position of an object 7 colliding with the vehicle 1 when moving along the travel trajectory 6 relative to the travel trajectory 6.
  • the travel trajectory 6 can in particular have a curvature with a constant sign, which changes continuously at least in sections.
  • the travel trajectory 6 can be described, for example, by a clothoid curve or by a polynomial.
  • an overall driving trajectory assigned to a driving maneuver can be broken down into several trajectory segments, each of which represents a driving trajectory 6, wherein the method for determining the route to be traveled without collisions is carried out accordingly for one or more of the trajectory segments or driving trajectories 6.
  • the object information which describes that the object 7 will collide with the vehicle 1 when the vehicle 1 moves along the planned travel trajectory 6, can be determined, for example, from map information describing one or more objects 7 in the vicinity of the travel trajectory 6 and a travel path.
  • the travel path can at least approximately describe the area covered by the vehicle 1 when traveling along the travel trajectory 6.
  • a collision can be detected if an object 7 overlaps with the travel path, if these are, for example, mapped in a common coordinate system or corresponding geometric calculations are carried out.
  • the collision detection can also be carried out in particular by the control device 2. Alternatively, the collision detection can be carried out by a further computing device which transmits the object information and/or the map information to the vehicle 1.
  • the map information can also be determined depending on sensor data which is obtained using the environment sensors 3 of the vehicle 1.
  • the environment sensors 3 can in particular detect the environment of the vehicle 1 both before the movement of the vehicle 1 along the travel trajectory 6 and during the movement of the vehicle 1 along the travel trajectory 6, so that the map information can be continuously updated.
  • step S2 the position and arrangement of several pieces of outline information 8, 9 are determined for different positions 10, 11 of the vehicle 1 along the travel trajectory 6.
  • the outline information 8 is assigned to a first position 10 of the vehicle 1 and the outline information 9 to a second position 11 of the vehicle 1 on the travel trajectory 6, wherein the positions 10, 11 relate, for example, to a rear axle center 12 of the vehicle 1.
  • the first position is closer to a starting point 20 of the travel trajectory 6 than the second position 11.
  • the respective position and arrangement of the outline information 8, 9 corresponds to the position and orientation of the vehicle 1 in the positions 10, 11 when traveling the travel trajectory 6.
  • the outline information thus represents a “snapshot” of the vehicle 1 at the positions 10, 11 during its movement along the travel trajectory 6.
  • the outline information 8, 9 is each a convex polygon, whereby the outline information 8, 9 each describes the same geometry or delimits an identical surface segment.
  • the outline information 8, 9 describes the outline 13 of the vehicle 1.
  • the outline information 8, 9 each delimits a surface segment that is larger than the actual outline 13 of the vehicle. In this way, safety distances and If applicable, the space required for movement of steerable wheels 14 of the vehicle 1 when turning must also be taken into account.
  • the positions 10, 11 at which the outline information 8, 9 is determined can, for example, be determined using predetermined, absolute length intervals along the travel trajectory 6. For example, a distance between 10 cm and 1 m can be selected as the length interval, although other distances are also possible. Alternatively, it is possible for the length of the intervals between the positions 10, 11 to be determined relative to the total length of the travel trajectory 6. In this case, a value between 1% and 10% of the total length of the travel trajectory 6 can be used as the distance between the positions. For the sake of clarity, only two pieces of outline information 8, 9 are shown in Fig. 3, although additional outline information can also be determined at other positions along the travel trajectory 6 as part of the method.
  • step S3 of the method outline information colliding with the object 7 and collision-free outline information located closer to a starting point of the travel trajectory are determined.
  • outline information 9 is the outline information colliding with the object 7.
  • Outline information 8 is collision-free outline information located closer to a starting point of the travel trajectory 6.
  • Outline information 8 can in particular be the outline information located adjacent to the colliding outline information 9 on the travel trajectory 6 from the set of previously determined outline information.
  • the collision between the outline information 9 and the object 7 can be determined, for example, by an overlap of the outline information 9 with the object 7, which is also described as a polygon. Accordingly, there is no collision between the outline information 8 and the object 7, since they do not overlap. If several of the outline information collide with an object 7, in particular the outline information can be identified as colliding outline information 9 which is closest to the starting point 20 of the travel trajectory 6 or which collides with an object 7 which is closest to the starting point 20 can be selected. The outline information which is closest to the starting point 20 or the object 7 which is closest to the starting point 20 can be selected in particular in relation to the vehicle movement along the travel trajectory 6.
  • step S4 of the method the area between the collision-free outline information 8 and the colliding outline information 9 is divided into a plurality of cells 16, 17, 18, each assigned to an outline section 15 of the outline information 8, 9, as shown by way of example in Fig. 4.
  • Fig. 4 shows a section of the scene shown in Fig. 3, wherein the outline information 8, 9 are closer together for reasons of clarity, or the scene shown in Fig. 4 uses a first position 10 and a second position 11, which are closer to one another on the travel trajectory 6.
  • a straight edge of the outline information 8, 9 is used as the outline section 15, wherein the cells each extend between the corresponding edge of the collision-free outline information 8 and the colliding outline information 9.
  • step S5 a cell 16 - 18 overlapping with the object 7 is then determined.
  • the cell 17 overlaps with the object 7, so that the cell 17 is determined as an overlapping cell.
  • a collision-free portion R of the movement of the circumferential section 15 assigned to the overlapping cell in the overlapping cell 17 is determined.
  • the collision-free portion expresses, for example, the portion of the distance that the circumferential section 15 can travel from the collision-free outline information 8 to the colliding outline information 9 without coming into contact with the object 7.
  • the collision-free portion R can be determined, for example, using the formula
  • R a / (a + b) (1 ) where a describes the length of the collision-free section and b the length of the section that already runs within object 7 and thus collides with the object.
  • the outline information 9 collides with two or more objects 7
  • at least one further outline information can be determined, wherein the further outline information is determined in particular at a further position on the travel trajectory 6, which lies between the original positions 10, 11 of the originally used, colliding outline information 9 and the collision-free outline information 8.
  • a collision position 19 is then determined on the travel trajectory 6 as a function of the collision-free portion R.
  • a collision position 19 is shown schematically in Fig. 3. The collision position 19 lies between the position 10 of the collision-free outline information 8 and the position 11 of the colliding outline information 9.
  • a collision-free movement of the vehicle 1 can be determined depending on the collision position 19.
  • the collision-free movement can be determined up to an end point which is offset by a safety distance from the collision position 19 in the direction of the starting point 20 of the travel trajectory 6.
  • the collision-free movement can be carried out, for example, by controlling the at least one actuator 4 of the vehicle 1 by the control device 2.
  • the method for determining the route to be traveled without collisions can be carried out before the vehicle 1 moves along the travel trajectory 6. It is also possible for the method to be carried out again if, during the movement of the vehicle 1 along the travel trajectory 6, further objects 7 are detected in the vicinity of the vehicle 1 and are assessed as colliding objects 7, for example by comparing them with a travel path. This can be the case, for example, if there are moving objects in the vicinity of the vehicle 1 and/or if there are objects that could not be detected from the starting point 20 of the travel trajectory 6, for example due to shadowing and/or the presence of further objects.
  • outline information 8, 9 describing a vehicle outline outline information 8, 9 describing a vehicle part 21 of the vehicle 1 is used instead of the outline information 8, 9 describing a vehicle part 21 of the vehicle 1 .
  • the vehicle part 21, which can in particular be a vehicle part that is movable relative to a body of the vehicle 1, for example one of the wheels 14 of the vehicle 1, can be determined.
  • the outline information 8, 9 can also indicate the relative arrangement of the vehicle part 21 in the respective Position 10, 11, which in the case of a wheel 14 of the vehicle 1 can result, for example, from the current steering angle.
  • Arrangement of the vehicle part 21 on the vehicle 1 can be used to determine the collision position or the vehicle position along the travel trajectory 6 at which no collision occurs.

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Abstract

Verfahren zum Ermitteln einer von einem Fahrzeug kollisionsfrei zu befahrenden Strecke entlang einer Fahrtrajektorie, Steuereinrichtung, Fahrzeug und Computerprogramm Das Verfahren umfasst die Schritte: - Bereitstellen der Fahrtrajektorie (6) sowie einer Objektinformation, welche die Position eines mit dem Fahrzeug (1) oder einem Fahrzeugteil (21) bei Bewegung entlang der Fahrtrajektorie (6) kollidierenden Objekts (7) beschreibt, - Ermitteln mehrerer, jeweils den Umriss des Fahrzeugs (1) oder des Fahrzeugteils (21) beschreibender Umrissinformationen (8, 9) für verschiedene Positionen (10, 11) des Fahrzeugs (1 ) oder des Fahrzeugteils (21 ) entlang der Fahrtrajektorie (6), - Ermitteln einer mit dem Objekt (7) kollidierenden Umrissinformation (9) und einer kollisionsfreien, näher an einem Startpunkt (20) der Fahrtrajektorie (6) liegenden Umrissinformation (8), - Aufteilen der Fläche zwischen den Umrissinformationen (8, 9) in mehrere, jeweils einem Umrissabschnitt (15) der Umrissinformationen (8, 9) zugeordneten Zellen (16, 17, 18), - Ermitteln einer mit dem Objekt (7) überlappenden Zelle (17) und eines kollisionsfreien Anteils (R) der Bewegung des der überlappenden Zelle (17) zugeordneten Umrissabschnitts (15) in der überlappenden Zelle (17), - Bestimmen einer Kollisionsposition (19) auf der Fahrtrajektorie (6) in Abhängigkeit des kollisionsfreien Anteils (R) und - Ermitteln einer kollisionsfreien Bewegung des Fahrzeugs (1) in Abhängigkeit der Kollisionsposition (19).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Ermitteln einer von einem Fahrzeug kollisionsfrei zu befahrenden Strecke entlang einer Fahrtrajektorie, Steuereinrichtung, Fahrzeug und Corn puterprogram m
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer von einem Fahrzeug kollisionsfrei zu befahrenden Strecke entlang einer Fahrtrajektorie. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung, ein Fahrzeug und ein Computerprogramm.
Teilautomatisierte oder vollautomatisierte Fahrmanöver werden in der Regel entlang einer geplanten Fahrtrajektorie durchgeführt. Diese wird in der Regel vor dem Beginn des Fahrmanövers ermittelt und beschreibt einen Bewegungspfad, welchen das Fahrzeug bei der Durchführung des Fahrmanövers abfährt bzw. abfahren wird.
Für Fahrtrajektorien eines Fahrzeugs, welche eine Fahrzeugbewegung zwischen zwei Punkten beschreibt, können verschiedene geometrische Beschreibungen verwendet werden. Eine Fahrtrajektorie kann sich dabei zum Beispiel aus bogenförmigen Segmenten mit konstantem Radius und/oder aus geraden Segmenten ohne Krümmung zusammensetzen. Um einen verbesserten Fahrkomfort zu erzielen, können auch Fahrtrajektorien verwendet werden, welche Segmente mit einer sich kontinuierlich ändernden Krümmung umfassen.
Die Ermittlung einer Fahrtrajektorie aus Klothoiden wird zum Beispiel in der Druckschrift DE 10 2019 204 651 A1 beschrieben. Die Klothoide weisen dabei jeweils einen stetigen Krümmungsverlauf auf. Um eine analytische Ermittlung der Klothoiden zu vermeiden, werden diese mittels einem geometrischen Approximationsverfahren bestimmt.
Im Zuge der Ermittlung der Fahrtrajektorie kann eine Kollisionsüberprüfung erforderlich sein. Mittels der Kollisionsüberprüfung kann für eine geplante Fahrtrajektorie vor oder auch noch während der Bewegung des Fahrzeugs entlang der Fahrtrajektorie ermittelt werden, ob eine Kollision mit einem Umgebungsobjekt auftreten kann oder wird. Für eine solche Kollisionsüberprüfung kann eine geplante Fahrtrajektorie zum Beispiel mit Objekten verglichen werden, welche durch eine Umfeldkarte beschrieben und/oder mittels Sensoren des Fahrzeugs erfasst werden. Wird bei der Kollisionsprüfung ermittelt, dass es bei einer Bewegung des Fahrzeugs entlang der Fahrtrajektorie zu einer Kollision kommen kann, wird zum Beispiel die Fahrtrajektorie zumindest abschnittsweise neu ermittelt.
Dabei ist es wünschenswert, neben dem Feststellen einer möglichen Kollision auch zu ermitteln, wie weit die geplante Fahrtrajektorie noch kollisionsfrei befahren werden kann. Ferner ist es wünschenswert, den Rechenaufwand einer Recheneinrichtung bei einer solchen Ermittlung möglichst gering zu halten, damit die Ermittlung schnell durchgeführt und gegebenenfalls bei sich bewegenden Objekten im Umfeld des Fahrzeugs und/oder bei der Erfassung bisher unbekannter Objekte über die Fahrzeugsensoren in kurzen Abständen wiederholt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Ermitteln einer von einem Fahrzeug kollisionsfrei zu befahrenden Strecke entlang einer Fahrtrajektorie anzugeben, welches insbesondere einen geringen Rechenaufwand aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Ermitteln einer von einem Fahrzeug kollisionsfrei zu befahrenden Strecke entlang einer Fahrtrajektorie erfindungsgemäß vorgesehen, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen der Fahrtrajektorie sowie einer Objektinformation, wobei die Objektinformation die Position wenigstens eines mit dem Fahrzeug oder einem Fahrzeugteil des Fahrzeugs bei Bewegung des Fahrzeugs entlang der Fahrtrajektorie kollidierenden Objekts beschreibt,
- Ermitteln der Position und Anordnung mehrerer, jeweils den Umriss des Fahrzeugs oder des Fahrzeugteils beschreibender Umrissinformationen für verschiedene Positionen des Fahrzeugs oder des Fahrzeugteils entlang der Fahrtrajektorie, - Ermitteln einer mit dem Objekt kollidierenden Umrissinformation und einer kollisionsfreien, näher an einem Startpunkt der Fahrtrajektorie liegenden Umrissinformation,
- Aufteilen der Fläche zwischen der kollisionsfreien Umrissinformation und der kollidierenden Umrissinformation in mehrere, jeweils einem Umrissabschnitt der Umrissinformationen zugeordneten Zellen,
- Ermitteln einer mit dem Objekt überlappenden Zelle und eines kollisionsfreien Anteils der Bewegung des der überlappenden Zelle zugeordneten Umrissabschnitts in der überlappenden Zelle,
- Bestimmen einer Kollisionsposition auf der Fahrtrajektorie in Abhängigkeit des kollisionsfreien Anteils und
- Ermitteln einer kollisionsfreien Bewegung des Fahrzeugs entlang der Fahrtrajektorie in Abhängigkeit der Kollisionsposition.
Die Fahrtrajektorie kann zum Beispiel von einer Trajektorienplanungseinheit bzw. einer von einem Steuergerät durchgeführten Trajektorienplanungsfunktion ermittelt und für das beispielsweise in demselben oder einem weiteren Steuergerät durchgeführte Verfahren zum Ermitteln der kollisionsfrei zu befahrenden Strecke bereitgestellt werden. Die Fahrtrajektorie kann dabei ein bestimmtes Fahrmanöver, beispielsweise ein Parkmanöver wie einen Einparkvorgang oder einen Ausparkvorgang, beschreiben. Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren bei allen Arten von Fahrtrajektorien bzw. bei allen durch eine Fahrtrajektorie beschriebenen Fahrmanövern eingesetzt werden.
Neben der Fahrtrajektorie wird außerdem eine Objektinformation bereitgestellt, welche die Position wenigstens eines mit dem Fahrzeug oder einem Fahrzeugteil des Fahrzeugs bei Bewegung entlang der Fahrtrajektorie kollidierenden Objekts beschreibt. Die Objektinformation kann das Objekt dabei insbesondere relativ zu der Fahrtrajektorie und/oder in Bezug zu einem für die Beschreibung der Fahrtrajektorie verwendeten Koordinatensystem beschreiben.
Erfindungsgemäß kann die Objektinformation aus einer ein oder mehrere Objekte im Umfeld der Fahrtrajektorie beschreibenden Karteninformation und einem Fahrschlauch ermittelt werden, wobei der Fahrschlauch die von dem Fahrzeug beim Befahren der Fahrtrajektorie überstrichene Fläche zumindest näherungsweise beschreibt.
Die Objektpositionen und/oder die geometrischen Ausdehnungen der Objekte können dabei mit dem Fahrschlauch bzw. mit der von dem Fahrzeug bei Bewegung entlang der Fahrtrajektorie überstrichenen Fläche verglichen werden. Bei einer Überlappung des Fahrschlauchs mit einem in der Karteninformation beschriebenen Objekt kann folglich von einem kollidierenden Objekt ausgegangen werden. Die Objektinformation kann anschließend aus den Objekten der Karteninformation gebildet werden, wobei in der Objektinformation diejenigen Objekte aus der Karteninformation enthalten sind, welche mit dem Fahrzeug bei einer Bewegung entlang der Fahrtrajektorie kollidieren bzw. mit welchen das Fahrzeug bei dieser Bewegung kollidiert. Neben der Verwendung eines Fahrschlauchs zur Ermittlung der kollidierenden Objekte sind auch andere Methoden zur Feststellung einer möglichen Kollision zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug bei einer Bewegung entlang der Fahrtrajektorie möglich.
Um feststellen zu können, wie weit sich das Fahrzeug entlang der Fahrtrajektorie bewegen kann, bis es zu einer Kollision des Fahrzeugs oder eines Fahrzeugteils des Fahrzeugs mit einem kollidierenden Objekt kommt, werden die Position und die Anordnung mehrerer, jeweils den Umriss des Fahrzeugs oder des Fahrzeugteils beschreibender Umrissinformationen für verschiedene Positionen des Fahrzeugs bzw. des Fahrzeugteils entlang der Fahrtrajektorie bestimmt. Die Positionen, für die jeweils eine Umrissinformation bestimmt werden, können zum Beispiel anhand festgelegter absoluter Distanzintervalle entlang der Fahrtrajektorie und/oder anhand festgelegter, relativer Entfernungen bezogen auf die Gesamtlänge der Fahrtrajektorie ermittelt werden.
Die Umrissinformation kann dabei die tatsächliche Fahrzeuggeometrie wiedergeben oder eine vereinfachte und/oder eine an die tatsächliche Form des Fahrzeugumrisses nur angenäherte Form beschreiben. Ferner kann die Umrissinformation gegenüber dem tatsächlichen Fahrzeugumriss geringfügig vergrößert sein, um einen zusätzlichen Sicherheitsabstand zu implementieren.
Auch im Falle des Fahrzeugteils kann die Umrissinformation die tatsächliche Geometrie des Fahrzeugteils oder eine vereinfachte Geometrie beschrieben. Das Fahrzeugteil kann erfindungsgemäß ein relativ zu einer Karosserie des Fahrzeugs bewegliches Fahrzeugteil, insbesondere ein Rad des Fahrzeugs, sein. Als Umrissinformation des Rades kann zum Beispiel ein Rechteck verwendet werden. Neben einem Rad kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch die Kollision weiterer Fahrzeugteile, z.B. von beweglichen Aufbauten wie Kranauslegern, Schaufelarmen usw. berücksichtigt werden.
Aus der Mehrzahl von Umrissinformationen wird anschließend eine mit dem Objekt kollidierende Umrissinformation ermittelt. Die mit dem Objekt kollidierende Umrissinformation kann beispielsweise anhand einer Überlappung des durch die Umrissinformation beschriebenen Fahrzeugumrisses mit dem Objektumriss bei Abbildung des Fahrzeugumrisses sowie des Objektumrisses in einer gemeinsamen Karte, bzw. bei einem Vergleich der mathematischen Beschreibungen des Fahrzeugumrisses bzw. der Umrissinformation und dem Objektumriss bezogen auf ein gemeinsames Koordinatensystem, ermittelt werden.
Weiterhin wird eine weitere Umrissinformationen ermittelt, welche nicht mit dem Objekt kollidiert und welche näher an einem Startpunkt der Fahrtrajektorie liegt. Die der weiteren Umrissinformation zugeordnete Positionen entlang der Fahrtrajektorie entspricht dabei insbesondere einer Position, welche von dem Fahrzeug von dem Startpunkt der Fahrtrajektorie aus angefahren werden kann, ohne dass es zu einer Kollision mit dem Objekt kommt.
Anschließend wird die Fläche zwischen der kollisionsfreien Umrissinformation und der kollidierenden Umrissinformation in mehrere, jeweils einem Umrissabschnitt bzw. einer Kante der Umrissinformationen zugeordnete Zellen aufgeteilt. Die Zellen beschreiben also jeweils die Fläche, welche sich zwischen dem Umrissabschnitt in der der kollisionsfreien Umrissinformation zugeordneten Position des Fahrzeugs und der der kollidierenden Umrissinformation zugeordneten Position des Fahrzeugs erstrecken. Die Form der Zellen kann dabei von der Geometrie des durch die Umrissinformation beschriebenen Fahrzeugumrisses, insbesondere von der Form des Umrissabschnitts, abhängen. Bei den Umrissabschnitten kann es sich jeweils insbesondere um eine gerade oder eine gebogene Kante des durch die Umrissinformation beschriebenen Fahrzeugumrisses handeln.
In einem nächsten Schritt wird eine mit dem Objekt überlappende Zelle sowie der kollisionsfreie Anteil der Bewegung des der überlappenden Zelle zugeordneten Umrissabschnitts des Fahrzeugs in der überlappenden Zelle ermittelt. Die mit dem Objekt überlappende Zelle kann dabei beispielsweise anhand einer geometrischen Überlappung einer Beschreibung der Zelle mit einer Objektbeschreibung, bezogen auf ein gemeinsames Koordinatensystem, ermittelt werden. Der kollisionsfreie Anteil der Bewegung des Umrissabschnitts bezieht sich beispielsweise auf das Verhältnis der Teilstrecke zwischen dem Umrissabschnitt in der kollisionsfreien Umrissinformation und dem Umrissabschnitt in der kollidierenden Umrissinformation, auf der keine Kollision des Fahrzeugs mit dem Objekt bzw. keine Überlappung des Umrissabschnitts mit der Objektinformation vorliegt, zu der Teilstrecke, auf der der Umrissabschnitt an dem Objekt anliegt und/oder mit dem Objekt überlappt bzw. dieses schneidet.
Der kollisionsfreie Anteil wird anschließend für die Ermittlung einer Kollisionsposition auf der Fahrtrajektorie herangezogen. Mit anderen Worten stellt der kollisionsfreie Anteil ein Maß für den kollisionsfreien Anteil einer Bewegung des Fahrzeugs von der der kollisionsfreien Umrissinformation zugeordneten Position des Fahrzeugs zu der der kollidierenden Umrissinformation zugeordneten Position des Fahrzeugs dar, welches beispielsweise auf die Fahrtrajektorie übertragen werden kann.
Anhand der Kollisionsposition kann anschließend die kollisionsfreie Bewegung des Fahrzeugs entlang der Fahrtrajektorie ermittelt werden. In Abhängigkeit der ermittelten, kollisionsfreien Bewegung kann anschließend wenigstens ein Aktor des Fahrzeugs, beispielsweise ein Querführungsaktor und/oder ein Längsführungsaktor, angesteuert werden. Auf diese Weise kann das Fahrzeug zum Beispiel in einem teilautomatisierten oder vollständig automatisierten Fährbetrieb, insbesondere in einem teilautomatisierten oder vollständig automatisierten Parkmanöver, betrieben werden.
Zusätzlich oder alternativ zu der Ansteuerung des wenigstens einen Aktor kann auch eine Anzeigeeinrichtung des Fahrzeugs in Abhängigkeit der ermittelten, kollisionsfreien Bewegung angesteuert werden, wobei die Anzeigeeinrichtung die kollisionsfreie Bewegung und/oder eine aus der kollisionsfreien Bewegung abgeleitete Information für einen Benutzer des Fahrzeugs darstellt.
Das Verfahren kann insbesondere von einer Steuereinrichtung bzw. einer Recheneinrichtung durchgeführt werden. Bei der Steuereinrichtung kann es sich insbesondere um eine Steuereinrichtung des Fahrzeugs handeln. Auch die Verwendung einer fahrzeugexternen Steuereinrichtung ist denkbar, wobei die externe Steuereinrichtung dabei mit dem Fahrzeug insbesondere zur Übertragung von Daten kommunizierend verbunden ist.
Vorteilhaft kann durch die Berücksichtigung der kollisionsfreien Umrissinformation und der kollidierenden Umrissinformation sowie durch die Ermittlung des kollisionsfreien Anteils der einem Umrissabschnitt des durch die Umrissinformationen beschriebenen Fahrzeugumrisses zugeordneten Bewegung der benötigte Rechenaufwand für die Ermittlung der kollisionsfrei zu befahrenden Strecke reduziert werden. Insbesondere für Fahrtrajektorien mit einer vergleichsweise komplexen mathematischen Beschreibung kann die Ermittlung der kollisionsfrei zu befahrenden Strecke auf der Fahrtrajektorie in mehrere, geometrisch einfach zu beschreibende Teilschritte aufgeteilt werden, welche jeweils aufwandarm berechnet werden können. Vorteilhaft wird somit bei einer zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichteten Recheneinrichtung der benötigte Rechenaufwand reduziert, sodass das Verfahren vorteilhaft auf Recheneinrichtungen mit einer vergleichsweise geringen Gesamtrechenleistung ausgeführt werden kann. Das Ermitteln einer kollisionsfrei zu befahrenden Strecke entlang der Fahrtrajektorie hat beispielsweise bei einer Fahrtrajektorie, welche einem Parkmanöver, wie einem Einpark- oder Ausparkvorgang, zugeordnet ist, den weiteren Vorteil, dass der Fährbetrieb des Fahrzeugs entlang der Fahrtrajektorie vereinfacht wird. Abhängig von der ermittelten Kollisionsposition bzw. der bis zum Erreichen der Kollisionsposition kollisionsfrei zu befahrenden Strecke wird das Rangieren bzw. Manövrieren des Fahrzeugs erheblich erleichtert, da ausgehend von der bereits ermittelten Fahrtrajektorie nur eine neue Planung der Fahrtrajektorie bzw. eines Fahrtrajektorienabschnitts wenigstens ab der Kollisionsposition erforderlich ist.
Vorteilhaft kann eine ermittelte Fahrtrajektorie, bei der eine Kollision mit einem Objekt auftritt, zumindest entsprechend der möglichen kollisionsfreien Bewegung verwendet werden, wodurch es ermöglicht wird, eine erforderliche Neuplanung der Fahrtrajektorie wenigstens ab der Kollisionsposition während der Fahrzeugbewegung auf der kollisionsfrei zu befahrenden Strecke durchzuführen. Dies kann dazu beitragen, dass ein in Abhängigkeit der Fahrtrajektorie durchgeführtes, teilautomatisiertes oder vollständig automatisiertes Fahrmanöver schneller durchgeführt werden kann.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine Fahrtrajektorie verwendet wird, deren Krümmung ein konstantes Vorzeichen aufweist und/oder sich zumindest abschnittsweise stetig ändert und/oder dass als Fahrtrajektorie eine Klothoidenkurve oder ein Polynom verwendet wird. Insbesondere für eine Fahrtrajektorie, deren Krümmung ein konstantes Vorzeichen aufweist und/oder deren Krümmung sich zumindest abschnittsweise stetig ändert, stellt ein Polynom oder eine Klothoidenkurve eine geeignete mathematische Beschreibung dar.
Erfindungsgemäß ist es möglich, dass als Fahrtrajektorie ein Trajektoriensegment einer ein Fahrmanöver, insbesondere ein Parkmanöver, beschreibenden Gesamtfahrtrajektorie verwendet wird. Die Gesamtfahrtrajektorie kann dabei in einzelne Trajektoriensegmente zerlegt werden, wobei die einzelnen Trajektoriensegmente jeweils insbesondere eine Krümmung mit einem konstanten Vorzeichen und/oder eine sich zumindest abschnittsweise stetig ändernde Krümmung aufweisen. Diese Trajektoriensegmente können anschließend jeweils als eine Fahrtrajektorie im Sinne der Erfindung herangezogen werden, d.h. es kann jeweils eine kollisionsfrei zu befahrende Strecke für die einzelnen Trajektoriensegmente ermittelt werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass im Falle mehrerer mit einem Objekt kollidierender Umrissinformationen diejenige dieser Umrissinformationen als kollidierende Umrissinformation ermittelt wird, welche mit dem einem Startpunkt der Fahrtrajektorie am nächsten liegenden Objekt kollidiert. Das am nächsten liegende Objekt kann dabei insbesondere das bezogen auf eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs entlang der Fahrtrajektorie am nächsten liegende Objekt, d.h. das Objekt, dem sich das Fahrzeug bei der Bewegung entlang der Fahrtrajektorie als erstes nähert bzw. mit welches es als erstes kollidieren würde, sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Umrissinformation ein Polygon, insbesondere ein konvexes Polygon, verwendet wird und/oder dass als Umrissabschnitt eine Kante der Umrissinformation verwendet wird. Unter einem konvexen Polygon ist in diesem Zusammenhang ein Polygonzug verstehen, welches nur nach außen weisende Ecken aufweist. Bei Beschreibung der Umrissinformationen jeweils als ein Polygon, insbesondere als ein konvexes Polygon, ergibt sich eine einfache Berechenbarkeit der Kollision bzw. des Überlappens der Umrissinformation mit einem in der Objektinformation beschriebenen, kollidierenden Objekt.
Erfindungsgemäß kann im Falle mehrerer mit einer Zelle überlappender Objekte wenigstens eine weitere Umrissinformation ermittelt werden, wobei die wenigstens eine weitere Umrissinformation an einer Position auf der Fahrtrajektorie zwischen den ursprünglichen Positionen liegt. Mit anderen Worten kann in dem Fall, dass eine der Zellen zwischen der kollisionsfreien Umrissinformation in der kollidierenden Information mit zwei oder mehr Objekten überlappt, ein geringerer Abstand zwischen den Positionen des Fahrzeugs, an welchen jeweils eine Umrissinformation bestimmt wird, gewählt werden. Es wird also eine weitere Umrissinformation ermittelt, die an einer weiteren Position auf der Fahrtrajektorie zwischen den der kollidierenden Umrissinformation und der kollisionsfreien Umrissinformation zugeordneten Positionen des Fahrzeugs liegt. Dies stellt eine Verfeinerung der räumlichen Auflösung dar, welche auch wiederholt werden kann, bis insbesondere die Zelle nur noch mit einem einzigen Objekt überlappt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die kollisionsfreie Bewegung des Fahrzeugs entlang der Fahrtrajektorie bis zur Kollision mit dem bezogen auf die Fahrtrajektorie ersten, kollidierenden Objekt bestimmt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die kollisionsfreie Bewegung bis zu einem Endpunkt, welcher von der Kollisionsposition einen Sicherheitsabstand entfernt ist, ermittelt wird. Bei der Ermittlung der kollisionsfreien Bewegung kann durch die Berücksichtigung des Sicherheitsabstands vermieden werden, dass durch Ungenauigkeiten einer Fahrzeugpositionsbestimmung und/oder durch Ungenauigkeiten der Beschreibung des Objekts in der Objektinformation eine Kollision mit dem Objekt bei einer tatsächlichen Fahrzeugbewegung auftritt.
Für eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung ist vorgesehen, dass sie zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
Für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug ist vorgesehen, dass es eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung umfasst. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, zum Beispiel ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug sein. Ferner kann das Fahrzeug auch ein beweglicher, insbesondere frei im Raum beweglicher, Roboter, eine bewegliche Plattform oder ähnliches sein.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfasst Befehle, welche eine Steuereinrichtung dazu veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
Sämtliche vorangehend in Bezug zu dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung, das erfindungsgemäße Fahrzeug sowie das erfindungsgemäße Computerprogramm und jeweils umgekehrt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs,
Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer kollisionsfrei entlang einer Fahrtrajektorie zu befahrenden Strecke,
Fig. 3 eine Darstellung einer mit einem Objekt kollidieren Umrissinformation sowie einer kollisionsfreien Umrissinformation zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Fig. 4 eine Darstellung der Ermittlung eines kollisionsfreien Anteils der Bewegung eines Umrissabschnitts in einer zugeordneten Zelle zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 1 dargestellt. Das Fahrzeug 1 umfasst eine Steuereinrichtung 2, eine Mehrzahl von Umfeldsensoren 3 sowie wenigstens einen Aktor 4. Die Umfeldsensoren 3 können jeweils zum Beispiel als ein Ultraschallsensor, als eine Kamera, als ein Radar, als ein Lidar oder Ähnliches ausgeführt sein. Bei dem wenigstens einen Aktor 4 kann es sich jeweils um einen Längsführungsaktor oder einen Querführungsaktor des Fahrzeugs 1 handeln. Die Umfeldsensoren 3 und der wenigstens eine Aktor 4 sind mit der Steuereinrichtung 2 kommunizierend verbunden, wobei die entsprechenden Verbindungen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Die Steuereinrichtung 2 ist zur Durchführung eines Verfahrens zum Ermitteln einer von dem Fahrzeug 1 kollisionsfrei zu befahrenden Strecke entlang einer Fahrtrajektorie eingerichtet. In Fig. 2 ist ein Flussdiagramm 5 eines Ausführungsbeispiels eines solchen Verfahrens dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 erläutert.
In Schritt S1 des Verfahrens erfolgt das Bereitstellen der in Fig. 3 beispielhaft dargestellten Fahrtrajektorie 6 sowie einer Objektinformation, wobei die Objektinformation die Position eines mit dem Fahrzeug 1 bei Bewegung entlang der Fahrtrajektorie 6 kollidierenden Objekts 7 relativ zu der Fahrtrajektorie 6 beschreibt. Die Fahrtrajektorie 6 kann insbesondere eine Krümmung mit einem konstanten Vorzeichen aufweisen, welche sich zumindest abschnittsweise stetig ändert. Die Fahrtrajektorie 6 kann beispielsweise durch eine Klothoidenkurve oder durch ein Polynom beschrieben werden.
Es ist möglich, dass als Fahrtrajektorie 6 ein Trajektoriensegment einer ein Fahrmanöver, insbesondere ein Parkmanöver, beschreibenden Gesamtfahrtrajektorie verwendet wird. Mithin kann also eine einem Fahrmanöver zugeordnete Gesamtfahrtrajektorie in mehrere Trajektoriensegmente, welche jeweils eine Fahrtrajektorie 6 darstellen, zerlegt werden, wobei entsprechend für ein oder mehrere der Trajektoriensegmente bzw. Fahrtrajektorien 6 das Verfahren zum Ermitteln der kollisionsfrei zu befahrenden Strecke durchgeführt wird.
Die Objektinformation, welche beschreibt, dass das Objekt 7 mit dem Fahrzeug 1 bei einer Bewegung des Fahrzeugs 1 entlang der geplanten Fahrtrajektorie 6 kollidieren wird, kann beispielsweise aus einer ein oder mehrere Objekte 7 im Umfeld der Fahrtrajektorie 6 beschreibenden Karteninformation und einem Fahrschlauch ermittelt werden. Der Fahrschlauch kann dabei die von dem Fahrzeug 1 beim Befahren der Fahrtrajektorie 6 überstrichene Fläche zumindest näherungsweise beschreiben. Eine Kollision kann dabei erkannt werden, wenn ein Objekt 7 mit dem Fahrschlauch überlappt, wenn diese beispielsweise in einem gemeinsamen Koordinatensystem abgebildet werden bzw. entsprechende geometrische Berechnungen durchgeführt werden. Die Kollisionsermittlung kann dabei insbesondere auch durch die Steuereinrichtung 2 erfolgen. Alternativ kann die Kollisionsermittlung durch eine weitere Recheneinrichtung erfolgen, welche die Objektinformation und/oder die Karteninformation an das Fahrzeug 1 übermittelt.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Karteninformation auch in Abhängigkeit von Sensordaten ermittelt werden, welche mithilfe der Umfeldsensoren 3 des Fahrzeugs 1 gewonnen werden. Die Umfeldsensoren 3 können insbesondere das Umfeld des Fahrzeugs 1 sowohl vor der Bewegung des Fahrzeugs 1 entlang der Fahrtrajektorie 6 als auch während der Bewegung des Fahrzeugs 1 entlang der Fahrtrajektorie 6 erfassen, sodass die Karteninformation kontinuierlich aktualisiert werden kann.
Anschließend erfolgt in Schritt S2 das Ermitteln der Position und Anordnung mehrerer Umrissinformationen 8, 9 für verschiedene Positionen 10, 11 des Fahrzeugs 1 entlang der Fahrtrajektorie 6. Dabei ist die Umrissinformation 8 einer ersten Position 10 des Fahrzeugs 1 und die Umrissinformation 9 einer zweiten Position 11 des Fahrzeugs 1 auf der Fahrtrajektorie 6 zugeordnet, wobei die Positionen 10, 11 sich beispielsweise auf ein Hinterachszentrum 12 des Fahrzeugs 1 beziehen. Die erste Position liegt vorliegend näher an einem Startpunkt 20 der Fahrtrajektorie 6 als die zweite Position 11 . Die jeweilige Position und Anordnung der Umrissinformationen 8, 9 entspricht der Lage und der Orientierung des Fahrzeugs 1 in den Positionen 10, 11 beim Befahren der Fahrtrajektorie 6. Die Umrissinformationen stellen somit jeweils einen „Schnappschuss“ des Fahrzeugs 1 an den Positionen 10, 11 während seiner Bewegung entlang der Fahrtrajektorie 6 dar.
Die Umrissinformationen 8, 9 sind jeweils ein konvexes Polygon, wobei die Umrissinformationen 8, 9 jeweils die gleiche Geometrie beschreiben bzw. ein identisches Flächensegment begrenzen. Durch die Umrissinformationen 8, 9 wird jeweils der Umriss 13 des Fahrzeugs 1 beschrieben. Die Umrissinformationen 8, 9 begrenzen dabei jeweils ein Flächensegment, welches größer als der tatsächliche Umriss 13 des Fahrzeugs ist. Auf diese Weise können Sicherheitsabstände sowie gegebenenfalls der für eine Bewegung von lenkbaren Rädern 14 des Fahrzeugs 1 erforderliche Raum beim Einschlagen ebenfalls berücksichtigt werden.
Die Positionen 10, 11 , an denen die Umrissinformation 8, 9 bestimmt werden, können beispielsweise anhand von vorgegebenen, absoluten Längenintervallen entlang der Fahrtrajektorie 6 ermittelt werden. Beispielsweise kann als Längenintervall ein Abstand zwischen 10 cm und 1 m gewählt werden, wobei auch andere Abstände möglich sind. Alternativ dazu ist möglich, dass die Länge der Intervalle zwischen den Positionen 10, 11 relativ zu der Gesamtlänge der Fahrtrajektorie 6 bestimmt wird. Dabei kann als Abstand zwischen den Positionen beispielsweise ein Wert zwischen 1 % und 10 % der Gesamtlänge der Fahrtrajektorie 6 verwendet werden. In Fig. 3 sind der Übersichtlichkeit halber nur zwei Umrissinformationen 8, 9 dargestellt, obwohl im Rahmen des Verfahrens auch weitere Umrissinformationen an weiteren Positionen entlang der Fahrtrajektorie 6 bestimmt werden können.
In Schritt S3 des Verfahrens erfolgt das Ermitteln einer mit dem Objekt 7 kollidierenden Umrissinformation und einer kollisionsfreien, näher an einem Startpunkt der Fahrtrajektorie liegenden Umrissinformation. In Fig. 3 handelt es sich bei der Umrissinformation 9 um die mit dem Objekt 7 kollidierenden Umrissinformation. Bei der Umrissinformation 8 handelt es sich um eine kollisionsfreie, näher an einem Startpunkt der Fahrtrajektorie 6 liegende Umrissinformation. Dabei kann die Umrissinformation 8 insbesondere die benachbart zu der kollidierenden Umrissinformation 9 auf der Fahrtrajektorie 6 liegende Umrissinformation aus der Menge der vorangehend bestimmten Umrissinformationen sein.
Die Kollision zwischen der Umrissinformation 9 und dem Objekt 7 kann beispielsweise durch eine Überlappung der Umrissinformation 9 mit dem beispielsweise ebenfalls als Polygon beschriebenen Objekt 7 festgestellt werden. Entsprechend liegt keine Kollision zwischen der Umrissinformation 8 und dem Objekt 7 vor, da diese nicht überlappen. Wenn mehrere der Umrissinformationen mit einem Objekt 7 kollidieren, kann insbesondere diejenige Umrissinformation als kollidierende Umrissinformation 9 ausgewählt werden, welche zu dem Startpunkt 20 der Fahrtrajektorie 6 am nächsten liegt bzw. welche mit einem am nächsten am Startpunkt 20 liegenden Objekt 7 kollidiert. Die am nächsten am Startpunkt 20 liegende Umrissinformation bzw. das am nächsten am Startpunkt 20 liegende Objekt 7 kann dabei insbesondere in Bezug zu der Fahrzeugbewegung entlang der Fahrtrajektorie 6 ausgewählt werden.
Anschließend erfolgt in Schritt S4 des Verfahrens das Aufteilen der Fläche zwischen der kollisionsfreien Umrissinformation 8 und der kollidierenden Umrissinformation 9 in mehrere, jeweils einem Umrissabschnitt 15 der Umrissinformation 8, 9 zugeordneten Zellen 16, 17, 18, so wie es beispielhaft in Fig. 4 dargestellt ist. Fig. 4 stellt dabei einen Ausschnitt der in Fig. 3 gezeigten Szene dar, wobei die Umrissinformationen 8, 9 aus Gründen der Übersichtlichkeit näher zusammen liegen bzw. die in Fig. 4 abgebildete Szene eine erste Position 10 eine zweite Position 11 verwendet, welche näher zueinander auf der Fahrtrajektorie 6 liegen. Als Umrissabschnitt 15 wird dabei eine gerade Kante der Umrissinformationen 8, 9 verwendet, wobei sich die Zellen jeweils zwischen der entsprechenden Kante der kollisionsfreien Umrissinformation 8 und der kollidierenden Umrissinformation 9 erstrecken.
In Schritt S5 erfolgt danach das Ermitteln einer mit dem Objekt 7 überlappenden Zelle 16 -18. In dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel überlappt die Zelle 17 mit dem Objekt 7, sodass die Zelle 17 als überlappende Zelle ermittelt wird. Weiterhin wird ein kollisionsfreier Anteil R der Bewegung des der überlappenden Zelle zugeordneten Umfangsabschnitt 15 in der überlappenden Zelle 17 bestimmt. Der kollisionsfreie Anteil drückt dabei zum Beispiel den Anteil der Strecke, den der Umfangsabschnitt 15 von der kollisionsfreien Umrissinformation 8 zu der kollidierenden Umrissinformation 9 zurücklegen kann, ohne in Kontakt mit dem Objekt 7 zu gelangen, aus. Der kollisionsfreie Anteil R kann dabei zum Beispiel mittels der Formel
R = a / (a +b) (1 ) berechnet werden, wobei a die Länge des kollisionsfreien Streckenabschnitts und b die Länge des bereits innerhalb des Objekts 7 verlaufenden und somit mit dem Objekt kollidierenden Streckenabschnitts beschreibt.
Für den Fall, dass die Umrissinformation 9 mit zwei oder mehr Objekten 7 kollidiert, kann wenigstens eine weitere Umrissinformation ermittelt werden, wobei die weitere Umrissinformation insbesondere an einerweiteren Position auf der Fahrtrajektorie 6 bestimmt wird, welche zwischen den ursprünglichen Positionen 10, 11 der ursprünglich herangezogenen, kollidierenden Umrissinformation 9 und der kollisionsfreien Umrissinformation 8 liegt.
In Schritt S6 des Verfahrens folgt anschließend das Bestimmen einer Kollisionsposition 19 auf der Fahrtrajektorie 6 in Abhängigkeit des kollisionsfreien Anteils R. In Fig. 3 ist schematisch eine Kollisionsposition 19 eingezeichnet. Die Kollisionsposition 19 liegt zwischen der Position 10 der kollisionsfreien Umrissinformation 8 und der Position 11 der kollidierenden Umrissinformation 9.
Die Kollisionsposition 19 kann beispielsweise anhand des kollisionsfreien Anteils R und der Strecke zwischen den Positionen 10 und/oder der Krümmungsänderung der Fahrtrajektorie 6 zwischen den Positionen 10, 11 ermittelt werden. Dabei kann ausgehend von der Position 10 ein dem Anteil R entsprechender Anteil der Strecke oder der Krümmungsänderung berücksichtigt werden, um die Kollisionsposition 19 ausgehend von der ersten Position 10 zu bestimmen. Mit anderen Worten wird als die Strecke bzw. die Krümmungsänderung zwischen der Position 10 und der Kollisionsposition 19 somit der Anteil R der Strecke bzw. der Krümmungsänderung zwischen der Position 10 unter Position 11 verwendet. Auf diese Weise kann die Kollisionsposition 19 aufwandsarm bestimmt bzw. approximiert werden. Ein Berücksichtigen der Krümmungsänderung kann dabei insbesondere bei einer als Klothoide beschriebenen Fahrtrajektorie 6, welche eine konstante Krümmungsänderung aufweist, erfolgen.
Anschließend kann in Schritt S7 des Verfahrens eine kollisionsfreie Bewegung des Fahrzeugs 1 in Abhängigkeit der Kollisionsposition 19 ermittelt werden. Beispielsweise kann die kollisionsfreie Bewegung bis zu einem Endpunkt, welcher einen Sicherheitsabstand von der Kollisionsposition 19 in Richtung des Startpunkt 20 der Fahrtrajektorie 6 versetzt ist, ermittelt werden. Bei einer Bewegung des Fahrzeugs 1 bis zu diesem Endpunkt kann somit eine Kollision zwischen dem Fahrzeug 1 und dem Objekt 7 vermieden werden. Die kollisionsfreie Bewegung kann beispielsweise durch eine Ansteuerung des wenigstens einen Aktors 4 des Fahrzeugs 1 durch die Steuereinrichtung 2 erfolgen.
Das Verfahren zum Ermitteln der kollisionsfrei zu befahrenden Strecke kann vor einer Bewegung des Fahrzeugs 1 entlang der Fahrtrajektorie 6 erfolgen. Es ist auch möglich, dass das Verfahren erneut durchgeführt wird, wenn während der Bewegung des Fahrzeugs 1 entlang der Fahrtrajektorie 6 weitere Objekte 7 im Umfeld des Fahrzeugs 1 erkannt und, beispielsweise durch Vergleichen mit einem Fahrschlauch, als kollidierende Objekte 7 bewertet werden. Dies kann Beispiel zweite der Fall sein, wenn sich bewegende Objekte im Umfeld des Fahrzeugs 1 vorhanden sind und/oder wenn Objekte vorhanden sind, welche von dem Startpunkt 20 der Fahrtrajektorie 6 aus, beispielsweise aufgrund von Abschattung und/oder dem Vorhandensein weiterer Objekte, nicht erkannt werden konnten.
Es ist möglich, dass anstelle der einen Fahrzeugumriss beschreibenden Umrissinformationen 8, 9 jeweils eine ein Fahrzeugteil 21 des Fahrzeugs 1 beschreibende Umrissinformation 8, 9 verwendet wird. Auf diese Weise kann eine Kollision zwischen dem Fahrzeugteil 21 , bei welchem es sich insbesondere um ein relativ zu einer Karosserie des Fahrzeugs 1 bewegliches Fahrzeugteil, beispielsweise eines der Räder 14 des Fahrzeugs 1 , handeln kann, ermittelt werden.
Analog zu dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die einen Umriss des Fahrzeugs 1 beschreibenden Umrissinformation 8, 9 verwendet wurden, kann entsprechend auch eine Kollision zwischen dem beweglichen Fahrzeugteil 21 und dem Objekt 7 ermittelt werden. Die Umrissinformationen 8, 9 können dabei auch die relative Anordnung des Fahrzeugteils 21 in der jeweiligen Position 10, 11 berücksichtigen, welche sich im Fall eines Rades 14 des Fahrzeugs 1 zum Beispiel aus dem aktuellen Lenkwinkel ergeben kann.
Aus dem mittels des Verfahrens erhaltenen kollisionsfreien Anteil R der Bewegung des Fahrzeugteils 21 kann entsprechend unter Berücksichtigung der relativen
Anordnung des Fahrzeugteils 21 am Fahrzeug 1 auf die Kollisionsposition bzw. die Fahrzeugposition entlang der Fahrtrajektorie 6 geschlossen werden, bei der keine Kollision auftritt.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Ermitteln einer von einem Fahrzeug (1 ) kollisionsfrei zu befahrenden Strecke entlang einer Fahrtrajektorie (6), umfassend die Schritte:
- Bereitstellen der Fahrtrajektorie (6) sowie einer Objektinformation, wobei die Objektinformation die Position wenigstens eines mit dem Fahrzeug (1 ) oder einem Fahrzeugteil (21 ) des Fahrzeugs (1 ) bei Bewegung des Fahrzeugs (1 ) entlang der Fahrtrajektorie (6) kollidierenden Objekts (7) beschreibt,
- Ermitteln der Position und Anordnung mehrerer, jeweils den Umriss des Fahrzeugs (1 ) oder des Fahrzeugteils (21 ) beschreibender Umrissinformationen (8, 9) für verschiedene Positionen (10, 11 ) des Fahrzeugs (1 ) oder des Fahrzeugteils (21 ) entlang der Fahrtrajektorie (6),
- Ermitteln einer mit dem Objekt (7) kollidierenden Umrissinformation (9) und einer kollisionsfreien, näher an einem Startpunkt (20) der Fahrtrajektorie (6) liegenden Umrissinformation (8),
- Aufteilen der Fläche zwischen der kollisionsfreien Umrissinformation (8) und der kollidierenden Umrissinformation (9) in mehrere, jeweils einem Umrissabschnitt (15) der Umrissinformationen (8, 9) zugeordneten Zellen (16, 17, 18),
- Ermitteln einer mit dem Objekt (7) überlappenden Zelle (17) und eines kollisionsfreien Anteils (R) der Bewegung des der überlappenden Zelle (17) zugeordneten Umrissabschnitts (15) in der überlappenden Zelle (17),
- Bestimmen einer Kollisionsposition (19) auf der Fahrtrajektorie (6) in Abhängigkeit des kollisionsfreien Anteils (R) und
- Ermitteln einer kollisionsfreien Bewegung des Fahrzeugs (1 ) in Abhängigkeit der Kollisionsposition (19).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Fahrtrajektorie (6) verwendet wird, deren Krümmung ein konstantes Vorzeichen aufweist und sich zumindest abschnittsweise stetig ändert und/oder dass als Fahrtrajektorie (6) eine Klothoidenkurve oder ein Polynom verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Fahrtrajektorie (6) ein Trajektoriensegment einer ein Fahrmanöver, insbesondere ein Parkmanöver, beschreibenden Gesamtfahrtrajektorie verwendet wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektinformation aus einer ein oder mehrere Objekte (7) im Umfeld der Fahrtrajektorie (6) beschreibenden Karteninformation und einem Fahrschlauch ermittelt wird, wobei der Fahrschlauch die von dem Fahrzeug (1 ) beim Befahren der Fahrtrajektorie (6) überstrichene Fläche zumindest näherungsweise beschreibt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle mehrerer mit einem Objekt (7) kollidierender Umrissinformationen (8, 9) diejenige dieser Umrissinformationen (8, 9) als kollidierende Umrissinformation (9) ermittelt wird, welche mit dem einem Startpunkt (20) der Fahrtrajektorie (6) am nächsten liegenden Objekt (7) kollidiert. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Umrissinformation (8, 9) ein Polygon, insbesondere ein konvexes Polygon, verwendet wird und/oder dass als Umrissabschnitt (15) eine Kante der Umrissinformation (8, 9) verwendet wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle mehrerer mit einer Zelle (16, 17, 18) überlappender Objekte (7) wenigstens eine weitere Umrissinformation ermittelt wird, wobei die wenigstens eine weitere Umrissinformation an einer Position auf der Fahrtrajektorie (6) zwischen den ursprünglichen Positionen (10, 11 ) liegt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kollisionsfreie Bewegung bis zu einem Endpunkt, welcher von der Kollisionsposition (19) einen Sicherheitsabstand entfernt ist, ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugteil (21 ) ein relativ zu einer Karosserie des Fahrzeugs (1 ) bewegliches Fahrzeugteil, insbesondere ein Rad (14) des Fahrzeugs (1 ), ist. Steuereinrichtung, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche. Fahrzeug umfassend eine Steuereinrichtung (2) nach Anspruch 10. Computerprogramm umfassend Befehle, welche eine Steuereinrichtung (2) dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
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