WO2021053141A1 - Modul und verfahren zur absicherung von solltrajektorien für automatisiertes fahren - Google Patents

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WO2021053141A1
WO2021053141A1 PCT/EP2020/076104 EP2020076104W WO2021053141A1 WO 2021053141 A1 WO2021053141 A1 WO 2021053141A1 EP 2020076104 W EP2020076104 W EP 2020076104W WO 2021053141 A1 WO2021053141 A1 WO 2021053141A1
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WO
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module
vehicle
trajectory
driving
checking
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PCT/EP2020/076104
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English (en)
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Hermann Winner
Stefan Ackermann
Michael Buchholz
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Technische Universität Darmstadt
Universität Ulm
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    • 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
    • B60W60/00—Drive control systems specially adapted for autonomous road vehicles
    • B60W60/001—Planning or execution of driving tasks
    • B60W60/0011—Planning or execution of driving tasks involving control alternatives for a single driving scenario, e.g. planning several paths to avoid obstacles
    • 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
    • B60W2554/00—Input parameters relating to objects
    • B60W2554/40—Dynamic objects, e.g. animals, windblown objects
    • B60W2554/404—Characteristics

Definitions

  • the present invention relates to a module and a method for automated driving of vehicles and, in particular, to a method for validating target trajectories for automated driving.
  • Levels are divided.
  • One possibility that can be used by cars / trucks on a road network for example, is the subdivision into a navigation level, a maneuver level and a trajectory planning.
  • the navigation level for example, it is determined which streets the car should use.
  • the maneuver level for example, it can be determined which maneuvers should be carried out next on the road determined by the navigation. This can be, for example, an overtaking maneuver, a lane or lane change, although it is usually not yet precisely determined when this maneuver will take place.
  • the trajectory planning represents the lowest level at which the movements are to be determined, for example, in the next few seconds.
  • control mechanisms / planning levels can be provided depending on the specific circumstances (road or off-road driving) and the vehicle used (land, water or air vehicle). In any case, there should be a trajectory planning that plans the imminent movement of the vehicle as precisely as possible and distinguishes it from a higher-level navigation / maneuver planning is.
  • the trajectory planning can be carried out using a trajectory planning module, which determines the path through the traffic area and can be implemented in a trajectory controller following in the signal flow chain.
  • a trajectory planning module determines the path through the traffic area and can be implemented in a trajectory controller following in the signal flow chain.
  • an environment model is used that is formed on the basis of environment sensors such as radar sensors, lidar sensors, ultrasound devices or cameras.
  • the environment model can hold a wealth of information for trajectory planning, since the future trajectory (on a land or water surface or in space) has many possibilities. However, functional inadequacies in machine perception cannot be ruled out. Redundancy can be used to minimize the resulting risk.
  • a second set of sensors can be used to model the environment (e.g. as a delimitation from the environment sensors) and a second trajectory planning module.
  • the trajectory planning of a (fully or highly) automated vehicle calculates the Target trajectory based on a view of the surroundings determined from surroundings sensors such as radar, lidar, ultrasound or at least one camera and, if necessary, a digital map.
  • the information about future poses is only available to a very limited extent.
  • the current vehicle speed and steering wheel angle position or lane detection or lane detection can be used to estimate future vehicle poses.
  • the estimated future vehicle positions are only valid if the vehicle speed and steering wheel angle position remain unchanged.
  • a general statement about the future vehicle poses taken cannot be made with the current state of the art, since future vehicle speed and steering wheel angle changes cannot be predicted due to the possible human interaction.
  • behavior and trajectory planning modules take over the provision of chronologically sorted series of target positions (position and orientation) in automated vehicles for the fulfillment of the dynamic driving task. These series are calculated with a certain time forecast. It is therefore known in which pose your own vehicle is likely to be in a short future time horizon (e.g. in the next 3s ... 10s). Automated vehicles thus generate information that is not available with human vehicle guidance.
  • a first aspect of the present invention relates to a module for automated driving of a vehicle.
  • the module is trained to:
  • vehicle should be interpreted broadly and encompass all forms of land, air or water vehicles. It is also not mandatory that the vehicles are used for passenger transport.
  • automated driving is to be understood as meaning any partially, highly or fully automated driving, regardless of whether a driver is in the vehicle or not or whether a driver is in the vehicle can intervene or the vehicle is controlled completely independently of the driver.
  • the term “pose” can be described by a position (for example in GPS coordinates or in another coordinate system) and an orientation of the vehicle (for example expressed as an angle between a north-facing coordinate system and the current longitudinal axis of the vehicle).
  • the coordinate systems used can of course be chosen as desired.
  • the position can be determined, for example, for a center point, a center of mass, the position of the exemplary GPS unit or any other point on the vehicle.
  • trajectory can be understood as a temporally ordered set of target poses and two of their respective temporal derivatives. The respective associated speeds or accelerations arise from the time derivatives of the variables. Under a target trajectory, the path including the orientations of the
  • Vehicle e.g. with regard to the determined position
  • the vehicle should occupy in the next few seconds (e.g. up to 2 seconds or up to 5 seconds or up to 10 seconds or up to 30 seconds).
  • a path can be straight or curved.
  • the path can lie on a surface (land or water) or extend in space.
  • the trajectory can therefore also include an indication of height as a sequence of positions and orientations.
  • the target trajectory includes the most precise possible path that the vehicle will take in the following seconds and should therefore - as explained above - be distinguished from navigation and maneuver planning.
  • the term “driving envelope” denotes a space (2D or 3D) around the target trajectory and includes at least the space that the vehicle will drive through, including a safety distance in the vicinity.
  • the safety Clearance distance can be determined by the dimensions of the vehicle such as length, height and width, but also generally for a vehicle type.
  • course can be understood as a course of the vehicle's center of gravity in the vehicle's surroundings.
  • false positive relates, for example, to a reaction that is triggered even though there was no reason to do so (example: triggering an emergency braking even though no object is blocking the vehicle's path).
  • false negative refers, for example, to a failure to react even though there was a reason to do so (example: no emergency braking triggered, although an object is blocking the vehicle's path).
  • Exemplary embodiments solve at least some of the problems mentioned at the outset by means of a hierarchical approach in which information about the future driving space (driving path) of the vehicle is used in a targeted manner during automated driving.
  • This creates a quasi-one-dimensionality, since only the driving envelope itself needs to be checked for blocking objects. The rest of the environment outside of the driving tube does not need to be considered. If the target trajectory describes a curve, for example, sections further ahead can be masked out - even if an obstacle should appear there. Because of the intended cornering, it is irrelevant because the obstacle should be avoided one way or another. The same applies to planned lane changes or lane changes. Here too, only what can lead to a collision on the trajectory should be taken into account. The restriction to one-dimensional monitoring significantly reduces the complexity of the monitoring.
  • Such a hierarchy can also be used in the context of an emergency braking module automated vehicle, which acts in parallel with the automation. Due to the knowledge about the future driving envelope, an emergency braking only needs to take into account all potential collision objects of the vehicle in the driving envelope and it only needs to be warned of objects in the future driving area. Superfluous emergency braking maneuvers can thus be significantly reduced.
  • the false positive rate can be minimized.
  • the false-negative rate can be minimized for an emergency mode of the automated vehicle, such as, for example, safe stopping of the same in the event of degradation of essential vehicle components.
  • this information can be made available to the trajectory planning module and there trigger a "critical" check.
  • an ob- Project detection to enable or carry out a classification into critical and non-critical objects.
  • intensity values, contrast values, color values or the like of the independent sensor system can also be determined for object detection and compared with at least one threshold value in each case in order to check whether objects potentially occupy the driving envelope.
  • the optional object recognition can fall back on known methods.
  • the surroundings can also be recorded using radars, lidars or ultrasound.
  • the aim is to identify uncritical objects as such. These include, for example, road markings, paper or bags for which no emergency maneuver should be triggered.
  • the threshold values used can be adjusted accordingly. This adaptation can, for example, influence the false-positive or false-negative rate in the detection of occupancy. Accordingly, according to further exemplary embodiments, the module can be operated in different modes and the threshold value depends on the mode being operated.
  • the threshold value can be set low or high in order to find a compromise, e.g. between a low false alarm rate and high security.
  • a high threshold value can be 0.9 and a low threshold value 0.1.
  • the reaction of the module as a result of the check comprises one or more of the following measures: a speed reduction,
  • Verification of one of the reactions before the reaction is triggered (e.g. by a higher authority such as a person in a control room),
  • the calculation of the driving path can be repeated with a frequency of at least 10 Hz.
  • the module is further configured to calculate the travel path based on adjustable distances on both sides of the target trajectory and / or in height.
  • the vehicle width and height as well as measurement uncertainties for surrounding objects can be used here.
  • the distances can also be set freely.
  • FIG. 1 For the automated operation of a vehicle.
  • the system includes:
  • a trajectory planning module for trajectory planning based on data from a first environment sensor system and for forwarding information about a target trajectory of the vehicle based on an environment of the vehicle;
  • the module being designed to use data from a second environment sensor system that is at least partially independent of the first environment sensor system when checking.
  • Embodiments also relate to a method for automated driving of a vehicle.
  • the procedure includes: - Receiving information about a target trajectory of the vehicle from an upstream trajectory planning module;
  • a computer program product comprises program code sections for executing a method according to the third aspect, if the
  • Computer program product is executed on one or more processing unit (s).
  • the computer program product is stored on one or more computer-readable storage media.
  • the software means can be related to programmed microprocessors or a general computer, an ASIC (English: Application Specific Integrated Circuit; in German: application-specific integrated circuit) and / or DSPs (English: Digital Signal Processors; in German: Digital Signal Processors ).
  • the module can use the first and / or second sensors and the trajectory planning module partially as a computer, a logic circuit, an FPGA (Field Programmable Gate Array; in German: in the field programmable logic gate arrangement), a processor (for example comprising a mic roreaor, a microcontroller (pC) or a vector processor) / Core (in German: main memory, can be integrated in the processor or used by the processor) / CPU (English: Central Processing Unit; in German: central processor unit; several processor cores are possible), an FPU (English: Floating Point Unit; in German: Floating Point Processor Unit), an NPU (English: Numeric Processing Unit; in German: Numeric Processor Unit), an ALU (English: Arithmetic Logical Unit; to German: arithmetic-logical unit), a coprocessor (additional microprocessor to support a main processor (CPU)), a GPGPU (English: General Purpose Computation on Graphics Processing Unit; in German: General Purpose Computation on
  • first and second components are not to be limited to these terms. The above terms are only intended to distinguish one component from the other.
  • a first component can be referred to as a second component without departing from the scope of protection of the present disclosure; a second component can also be referred to as the first component.
  • the term “and / or” encompasses both combinations of the plurality of related items and each item of this plurality of the plurality of items described. Does it mean here that one component with another component?
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a system in a vehicle with a module for it
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a method for a system in a vehicle. Detailed description
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a system 100 in a vehicle with a module no for it.
  • the automated system 100 includes a trajectory planning module 120 for trajectory planning based on data from a first environment sensor system 140 (sensors 1 to M) and for forwarding information about a target trajectory of the vehicle in a 2D or 3D space based on an environment of the vehicle.
  • the invention is not intended to be restricted to the fact that all components of the system 100 are arranged in the vehicle.
  • the trajectory planning module 120 and / or the first environment sensor system 140 can also be located outside the vehicle.
  • the automated system 100 comprises the module 110, which is configured to calculate a future travel path of the vehicle based on rend on the information about the target trajectory.
  • the module 110 is configured to check the driving path to be taken in the future for an occupancy by potential objects based on data from a second environment sensor system 130 (sensors 1 to N), which can possibly be independent of the first environment sensor system 140.
  • the sensors 140 can also be used for this. There need only be one set of sensors.
  • the sensor system 130 can include fewer or different sensors than the sensor system 140.
  • the module 110 is configured to trigger a response based on the checking. In the case of automated vehicles, it is known which route path the vehicle will drive on in the future.
  • the module 110 proposed here uses this information to check the absence of obstacles with a sensor system 130 (or 140).
  • the task of interpreting the surroundings is greatly simplified; in a certain way, the two-dimensional search problem is reduced to a quasi-one-dimensional problem, namely the sole checking of the previously known driving space that will be occupied in the future, also known as the driving envelope.
  • a sensor system 130 which is simpler than the sensor system 140 used for trajectory planning and is designed to detect the occupancy of the vehicle route envelope, is sufficient for the travel route monitoring. This represents an advantage of exemplary embodiments compared to conventional systems.
  • conventional systems such as emergency brake assistants, monitor the entire area in front of the vehicle for possible collision objects.
  • Other conventional systems such as adaptive cruise control, incorporate information about the future course of the road into their control strategy. These systems can use information from digital maps, for example, to reduce speed in a targeted manner in front of a curve or a roundabout. This procedure is very complex and still does not provide the desired level of security.
  • conventional systems for automated driving without driver monitoring mostly use the entire sensor system 140 in order to derive an environment model therefrom on which the planning of the trajectory is based.
  • more information is processed than required, and exemplary embodiments, by reducing them to the essentials, offer significant improvements in terms of accuracy in the detection of potentially critical objects.
  • exemplary embodiments result for emergency brake assistants that may be present, which output false positive warnings in conventional systems when a dynamically driving vehicle driver starts a steering maneuver only very shortly before a curve with a guard rail or boundary.
  • exemplary embodiments can avoid such warnings, since the system 100 knows the future target positions and therefore only needs to ensure that the future travel path is free from collisions in the curve.
  • This travel path-specific emergency brake assistant which permanently checks that the travel path is free from collisions, can be set to the lowest possible false-positive rate. This means that the parameterization of the Thresholds for warning or for triggering emergency braking are chosen to be relatively large.
  • an automated vehicle is switched to a “safe stop” mode if essential vehicle components have deteriorated.
  • This method described as “safe stopping”, can lead to a predefined emergency trajectory being followed in the event of an error.
  • this emergency trajectory can be blocked by objects.
  • a low false negative rate can be selected here.
  • the thresholds for a brake release are set correspondingly low.
  • the information about an occupancy in the driving hose can be fed back to the trajectory planning module 120 so that it can correct a decision made after a critical check and as a result, if necessary, select a different trajectory or make slight adjustments.
  • a degradation of the environment sensors can be deduced.
  • FIG. 2 shows a schematic flow diagram of a method for a system for automated driving of a vehicle in accordance with exemplary embodiments.
  • the procedure includes: Receiving S210 of information about a target trajectory of the vehicle in a 2D or 3D space from an upstream trajectory planning module 120 of the system 100;
  • the 2D space can be understood as describing a horizontal vehicle environment around the vehicle. If a 3D room is used as a basis, an indication of the height is also taken into account. These can still be trajectories on the earth's surface.
  • the checking can be carried out based on data from a sensor system 130 that is independent of the trajectory planning, wherein the data can include sensor data (e.g. image data, intensity values, color values, contrast, etc.) along the route envelope.
  • the sensor data can each be compared against a threshold value. In this way, it can be checked whether potential objects are occupying the driving envelope or not.
  • the module 110 can determine the threshold value of the mode.
  • the threshold value can be set low or high, depending on the mode, in order, for example, to ensure a compromise between error rate and safety. For normalized threshold values (e.g. normalized to "1"), a high threshold value can be 0.9 and a low threshold value 0.1.
  • the response can include one or more of the following measures: a reduction in speed, emergency braking,
  • Verification of one of the reactions before the reaction is triggered e.g. through a greater distance such as a person in a control room
  • the calculation of the driving path can be repeated with a frequency of greater than 10 Hz.
  • a method for safeguarding target trajectories for automated driving can be provided.
  • the method can use a functional module that calculates the search space for occupancies from the target trajectory of a trajectory planning module. Furthermore, the functional module can specifically evaluate information provided by a control sensor system (sensors 130 in FIG. 1) in this search area for the existence of possible obstacles. If occupancy is detected, the module can initiate measures to avert or minimize hazards.
  • a control sensor system sensors 130 in FIG. 1
  • These measures can include: a) emergency braking; b) Prevents driving off; c) if the reaction time is still available, request a review of the trajectory by the trajectory planning module or easily adapt the trajectory itself; and / or d) a mode switch to a safe stop of the vehicle.
  • the occupancy detection within a driving lane can also be used to secure a transition to a low-risk state (“safe stopping”), for example if there is an occupancy, stop and interrupt the journey until the occupancy is no longer detected.
  • safe stopping a low-risk state
  • the module no carries out an independent check of the absence of obstacles from target trajectories or the associated driving tube. Furthermore, a hierarchical structure of a vehicle-specific occupancy detection can be provided. Furthermore, the two-dimensionally described trajectory in the upper hierarchical level 120 is reduced to a quasi-one-dimensional check for occupancy in the future driving envelope in the lower hierarchical level 110 and allows the use of simpler additional environment sensors 130 (sensors 1 to N). Furthermore, application-specific thresholds for varying the false-positive and false-negative rates are used in the detection of occupancy. Contradictory information of the hierarchy levels 110, 120 can serve as a trigger for a mode switchover to a safe stop of the vehicle.
  • Embodiments relate in particular to a trajectory planning in public road space, for example for a forward movement in a road network.
  • the module in contrast to a parking aid (eg for backward parking), is designed to calculate the driving path several times (or continuously) along a route to be traveled and to carry out the check.
  • exemplary embodiments of parking aids in multi-storey car parks or parking lots are distinguished by the fact that the module, for example, only contains sensor data from the vehicle and none external sensors (e.g. sensors in the parking garage or a loading yard). Therefore, embodiments can be fully integrated in the vehicle without having to rely on external data or external data communication (outside the vehicle).

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Abstract

Es wird ein Modul für ein automatisiertes Fahren eines Fahrzeugs offenbart. Das Modul (110) ist konfiguriert zum: Empfangen von Informationen über eine Solltrajektorie des Fahrzeugs von einem vorgeschalteten Trajektorienplanungsmodul (120); Berechnen eines zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs des Fahrzeugs basierend auf den Informationen über die Solltrajektorie; Überprüfen des zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs auf eine potenzielle Belegung durch Objekte; und Auslösen einer Reaktion basierend auf dem Überprüfen.

Description

Modul und Verfahren zur Absicherung von Solltrajektorien für automatisiertes Fahren
Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Modul und ein Verfahren für ein automatisiertes Fahren von Fahrzeugen und insbesondere auf ein Verfahren zur Absicherung von Solltrajektorien für automatisiertes Fahren.
Hintergrund Die Steuerung von automatisiert fahrenden Fahrzeugen kann in verschiedene
Ebenen eingeteilt werden. Eine Möglichkeit, die beispielsweise von Autos/LKWs auf einem Straßennetz genutzt werden kann, ist die Unterteilung in eine Naviga tionseben, eine Manöverebene und eine Trajektorienplanung. In der Navigati onsebene wird beispielsweise bestimmt, welche Straßen das Auto nutzen soll. In der Manöverebene kann beispielsweise bestimmt werden, welche Manöver auf der durch die Navigation festgelegten Straße als nächstes ausgeführt werden sollten. Hierbei kann es sich z.B. ein Überholmanöver, ein Spur- oder Fahrstrei- fenwechsel handeln, wobei in der Regel noch nicht genau festgelegt wird, wann genau dieses Manöver erfolgt. Dies erfolgt bei der Trajektorienplanung, die be- stimmt, wann und wie genau das Manöver ausgeführt werden soll. In dieser zunehmenden Verfeinerung stellt die Trajektorienplanung die unterste Stufe dar, bei der die Bewegungen beispielsweise in den nächsten Sekunden bestim men werden sollen.
Es versteht sich, dass in Abhängigkeit der konkreten Gegebenheiten (Straßen- fahrt oder Geländefahrt) und des genutzten Fahrzeuges (Land-, Wasser- oder Luftfahrzeug) verschiedene Steuermechanismen/Planungsebenen vorgesehen sein können. In jedem Fall sollte es aber eine Trajektorienplanung geben, die möglichst genau die unmittelbar bevorstehende Bewegung des Fahrzeuges plant und von einer übergeordneten Navigation/Manöverplanung zu unterscheiden ist.
Für das automatisiertes Fahren kann die Trajektorienplanung mittels Trajekto- rienplanungsmodul erfolgen, die den Weg durch den Verkehrsraum bestimmt und in einem in der Signalflusskette folgenden Trajektorienregler umgesetzt werden kann. Für die Auswahl der Trajektorie wird ein Umfeldmodell herange zogen, das auf Basis von Umfeldsensoren, wie z.B. Radarsensoren, Lidarsenso ren, Ultraschallgeräte oder auch Kameras, gebildet wird.
Das Umfeldmodell kann eine Fülle an Informationen für die Trajektorienpla nung Vorhalten, da die zukünftige Bahnkurve (auf einer Land- oder Wasserober- fläche oder im Raum) viele Möglichkeiten besitzt. Allerdings sind funktionale Unzulänglichkeiten in der maschinellen Wahrnehmung grundsätzlich nicht auszuschließen. Um das daraus resultierende Risiko zu minimieren, kann mit Redundanz gearbeitet werden. Beispielsweise kann ein zweiter Satz von Senso ren zur Umfeldmodellierung (z.B. als Abgrenzung von den Umfeldsensoren) und ein zweites Trajektorienplanungsmodul genutzt werden.
Dieser Ansatz ist jedoch sehr teuer und oft nicht hinreichend, da Trajektorien schon bei kleineren Abweichungen im Umfeldmodell - zumeist nicht relevante - Unterschiede aufweisen. Das Bestreben nach Gleichheit ist somit in der Regel auch nicht hilfreich. Ferner ist eine Bewertung der Trajektorien (welche die rich- tige Trajektorie sei) auf diese Weise ebenfalls kaum möglich. Wenn Sensoren zumindest 3-fach vorhanden sind, könnte zwar eine „Mehrheitslösung“ ange strebt werden, diese Lösung wäre dann aber noch aufwendiger und ist kaum praktikabel.
Häufig besteht eine funktionale Aufteilung von kontinuierlich arbeitender Fahr- funktion, beispielsweise Abstandsregeltempomat, und eingreifenden Systemen wie die automatische Notbremse. Beide teilen sich in besonderen Fällen die Sensorik, besitzen aber unabhängige Trajektorienplanungsmodule. Ferner "ra ten" beide Funktionen, welcher Bereich in Zukunft befahren wird. Die Trajekto rienplanung eines (voll- oder hoch-) automatisierten Fahrzeugs berechnet die Solltrajektorie auf Basis einer aus Umfeldsensoren wie Radar, Lidar, Ultraschall oder zumindest einer Kamera ermittelten Umfeldsicht und gegebenenfalls einer digitalen Karte.
In einem menschlich geführten Fahrzeug liegen die Informationen über den zukünftig eingenommenen Posen nur sehr eingeschränkt vor. Für die Schätzung zukünftiger Fahrzeugposen können beispielsweise die aktuelle Fahrzeugge schwindigkeit und Lenkradwinkelstellung oder auch eine Fahrstreifenerkennung oder Spurerkennung herangezogen werden. Die geschätzten zukünftigen Fahr zeugposen sind allerdings nur bei unveränderter Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkradwinkelstellung gültig. Eine allgemeine Aussage über die zukünftig ein genommenen Fahrzeugposen kann mit dem aktuellen Stand der Technik nicht getroffen werden, da zukünftige Fahrzeuggeschwindigkeits- und Lenkradwinke länderungen wegen der möglichen menschlichen Interaktion nicht prognosti ziert werden können. Im Gegensatz zu menschlich geführten Fahrzeugen übernehmen bei automati sierten Fahrzeugen Verhaltens- und Trajektorienplanungsmodule die Bereitstel lung zeitlich sortierter Reihen von Sollposen (Position und Orientierung) zur Erfüllung der dynamischen Fahraufgabe. Diese Reihen werden mit einer gewis sen zeitlichen Vorausschau berechnet. Somit ist bekannt, in welcher Pose sich das eigene Fahrzeug in einem kurzen zukünftigen Zeithorizont (z.B. in den nächsten 3s ... 10s) voraussichtlich befinden wird. Automatisierte Fahrzeuge erzeugen somit Informationen, die bei menschlicher Fahrzeugführung nicht zur Verfügung stehen.
Allerdings ist gegenwärtige Vorgehensweise bei der Trajektorienplanung noch unzureichend bzw. sehr aufwendig, da alle Objekte aus dem Umfeld erfasst und berücksichtigt werden. Insbesondere bei einer hohen Verkehrsdichte kommt es immer wieder zu Fehleinschätzungen, da wegen der Komplexität Annahmen gemacht werden, nicht immer zutreffend sind.
Daher besteht ein Bedarf diese Unzulänglichkeiten zu überwinden und somit die Sicherheit zu verbessern.
Zusammenfassung
Zumindest ein Teil der zuvor genannten Probleme wird durch ein Modul zum automatisierten Fahren nach Anspruch l, ein System nach Anspruch 11 und ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren weite re vorteilhafte Ausgestaltungen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
Ausführungsbeispiele stellen insbesondere eine Hierarchie und Methodik über Informationen bereit, die für die zukünftigen Fahrzeugsollposen zu nutzt sind, um so die Sicherheit zu verbessern. Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Modul für ein automatisiertes Fahren eines Fahrzeugs. Das Modul ist ausbildet zum:
- Empfangen von Informationen über eine Solltrajektorie des Fahrzeugs von einem vorgeschalteten Trajektorienplanungsmodul;
- Berechnen eines zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs des Fahr- zeugs basierend auf den Informationen über die Solltrajektorie;
- Überprüfen des zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs auf eine po tenzielle Belegung durch Objekte; und
- Auslösen einer Reaktion basierend auf dem Überprüfen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll der Begriff „Fahrzeug“ breit ausge- legt werden und alle Formen von Land-, Luft- oder Wasserfahrzeuge umfassen. Es ist auch nicht zwingend, dass die Fahrzeuge der Personenbeförderung die nen.
Unter dem automatisierten Fahren soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes teil-, hoch- oder vollautomatisierte Fahren verstanden werden, und zwar unabhängig davon, ob ein Fahrer im Fahrzeug ist oder nicht bzw. ob ein Fahrer eingreif en kann oder das Fahrzeug vollständig unabhängig vom Fahrer gesteuert wird.
Der Begriff „Pose“ kann durch eine Position (beispielsweise in GPS-Koordinaten oder in einem anderen Koordinatensystem) und einer Orientierung des Fahr- zeugs (zum Beispiel ausgedrückt durch einen Winkel zwischen einem nach Nor den ausgerichteten Koordinatensystem und der aktuellen Fahrzeuglängsachse) beschrieben werden. Die genutzten Koordinatensysteme können natürlich belie big gewählt werden. Die Position kann beispielsweise für einen Mittelpunkt, einen Masseschwerpunkt, der Position der beispielhaften GPS-Einheit oder einem beliebigen anderen Punkt am Fahrzeug ermittelt werden.
Der Begriff „Trajektorie“ kann verstanden werden als eine zeitlich geordnete Menge von Sollposen und zwei ihrer jeweiligen zeitlichen Ableitungen. Durch die zeitlichen Ableitungen der Größen entstehen die jeweils zugehörigen Ge schwindigkeiten bzw. Beschleunigungen. Unter einer Solltrajektorie soll der Pfad einschließlich der Orientierungen des
Fahrzeugs (z.B. hinsichtlich der ermittelten Position) verstanden werden, die das Fahrzeug in den nächsten Sekunden (z.B. bis zu 2 Sekunden oder bis zu 5 Se kunden oder bis zu 10 Sekunden oder bis zu 30 Sekunden) einnehmen soll. Es versteht sich, dass ein Pfad gerade oder gekrümmt sein kann. Der Pfad kann beispielsweise auf einer Oberfläche liegen (auf dem Land oder Wasser) oder sich im Raum erstrecken. Daher kann die Trajektorie als eine Abfolge von Positionen und Orientierungen auch eine Höhenangabe umfassen.
Insbesondere umfasst die Solltrajektorie den möglichst genauen Pfad, den das Fahrzeug in den folgenden Sekunden einnehmen wird und soll daher - wie zuvor dargelegt - von der Navigation und Manöverplanung unterschieden werden.
Der Begriff „Fahrschlauch“ bezeichnet einen Raum (2D oder 3D) um die Soll trajektorie herum und umfasst zumindest den Raum, den das Fahrzeug ein schließlich eines Sicherheitsabstandes im Umfeld durchfahren wird. Der Sicher- heitsabstand kann durch die Ausmaße des Fahrzeugs wie Länge, Höhe und Brei te, aber auch allgemein für ein Fahrzeugtyp festgelegt werden.
Der Begriff „Kurs“ kann verstanden werden als ein Verlauf des Fahrzeugschwer punkts im Fahrzeugumfeld. Der Begriff „Falsch-positiv“ bezieht sich beispielsweise auf eine Reaktion, die ausgelöst wird, obwohl keine Veranlassung hierfür gegeben war (Beispiel: Auslö sung einer Notbremsung, obwohl kein Objekt den Fahrschlauch des Fahrzeugs blockiert).
Der Begriff „Falsch-negativ“ bezieht sich beispielsweise auf ein Ausbleiben einer Reaktion, obwohl eine Veranlassung hierfür gegeben war (Beispiel: Keine Auslö sung einer Notbremsung, obwohl ein Objekt den Fahrschlauch des Fahrzeugs blockiert).
Ausführungsbeispiele lösen zumindest einen Teil der eingangs genannten Prob leme durch eine hierarchische Herangehensweise, bei der während des automa- tisierten Fahrens Informationen über den zukünftig eingenommenen Fahrraum (Fahrschlauch) des Fahrzeugs gezielt genutzt werden. Hierdurch entsteht eine Quasi-Eindimensionalität, da nur noch der Fahrschlauch selbst auf blockierende Objekte überprüft zu werden braucht. Das restliche Umfeld außerhalb des Fahr- schlauchs braucht nicht betrachtet zu werden. Wenn die Solltrajektorie eine Kurve beschreibt, können beispielsweise weiter voraus gelegene Abschnitte aus geblendet werden - selbst wenn dort ein Hindernis auftauchen sollte. Wegen der vorgesehenen Kurvenfahrt ist es irrelevant, da dem Hindernis so oder so ausge wichen werden soll. Gleiches trifft ebenso für geplante Fahrstreifenwechsel oder Spurwechsel zu. Auch dort wird soll nur berücksichtigt werden, was zu einer Kollision auf der Trajektorie führen kann. Die Beschränkung auf eine ein dimensionale Überwachung senkt die Komplexität bei der Überwachung erheb lich.
Eine solche Hierarchie kann auch im Rahmen eines Notbremsmoduls eines automatisierten Fahrzeugs angewendet werden, das parallel zur Automatisie rung agiert. Aufgrund des Wissens über den zukünftigen Fahrschlauch braucht eine Notbremsung nur alle potentiellen Kollisionsobjekte des Fahrzeugs im Fahrschlauch berücksichtigen und es braucht nur noch vor Objekten im zukünf- tigen Fahrraum gewarnt werden. Überflüssige Notbremsmanöver lassen sich damit deutlich reduzieren.
Als Zusatz zu dieser Hierarchie können unterschiedliche Schwellen der Fahr schlauchbelegungsprüfung für verschiedene Fahrfunktionen genutzt werden.
Für einen automatischen Notbremsassistenten kann beispielsweise die Falsch- positiv- Rate minimiert werden. Für einen Notmodus des automatisierten Fahr zeugs, wie beispielsweise ein sicheres Anhalten desselben bei Degradationen wesentlicher Fahrzeugkomponenten, kann dagegen die Falsch-negativ- Rate minimiert werden.
Sollten Hindernisse im Fahrschlauch erkannt werden, die noch keine Notbrem- sung erfordern, kann diese Information dem Trajektorienplanungsmodul zur Verfügung gestellt werden und dort eine "kritische" Überprüfung auslösen.
Es können aber auch Widersprüche zwischen den Hierarchieebenen als Auslöser für eine Modusumschaltung in ein sicheres Anhalten genutzt werden, da in die sem Fall potentiell eine Degradation der Umfeldsensorik vorliegen. Aus den genannten Gründen wird, gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, nur der Fahrschlauch selbst überprüft. Alles was außerhalb des Fahrschlauch liegt, kann daher ausgeblendet werden. Dadurch vereinfacht sich der numerische Aufwand. Außerdem kann das Überprüfen basierend auf Daten von einer von der Trajektorienplanung unabhängigen Sensorik erfolgen. So können für die Trajektorienplanung andere Sensoren zum Einsatz kommen als zur Kollisions verhinderung. Hierdurch kann eine Redundanz erzielt werden, die die Sicherheit weiter erhöht.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen erfolgt bei dem Überprüfen eine Ob- jekterkennung, um eine Klassifizierung in kritische und nicht-kritische Objekte zu ermöglichen oder durchzuführen. Optional können zur Objekt erkennung auch Intensitätswerte, Kontrastwerte, Farbwerte o.ä. der unabhängigen Sensorik ermittelt werden und jeweils gegenüber zumindest einen Schwellenwert vergli- chen werden, um so zu überprüfen, ob Objekte den Fahrschlauch potenziell belegen.
Die optionale Objekt erkennung kann auf bekannte Verfahren zurückgreifen. Hierbei können neben der Auswertung von Kamerabildern auch eine Erfassung des Umfeldes mittels Radars, Lidars oder Ultraschalls erfolgen. Ziel ist es, unkri- tische Objekte als solche zu identifizieren. Hierzu gehören z.B. Fahrbahnmarkie rungen, Papier oder Tüten, für die kein Notmanöver ausgelöst werden sollte.
Die genutzten Schwellenwerte können dementsprechend angepasst werden. Diese Anpassung kann beispielsweise die Falsch-positiv- oder Falsch-negativ- Rate bei der Belegungserkennung beeinflussen. Dementsprechend kann gemäß weiteren Ausführungsbeispielen das Modul in verschiedenen Modi betreibbar und der Schwellenwert hängt vom betriebenen Modus ab. Der Schwellenwert kann niedrig oder hoch eingestellt sein, um so einen Kompromiss z.B. zwischen geringer Falschalarmrate und hoher Sicherheit zu finden. Bei normierten Schwellenwerten (z.B. auf l normiert), kann ein hoher Schwellenwert 0,9 sein und ein niedriger Schwellenwert 0,1 sein.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Reaktion des Moduls als Resultat der Überprüfung eine oder mehrere aus den folgenden Maßnahmen: eine Geschwindigkeitsreduktion,
Notbremsung, - Anfahrtverhinderung des Fahrzeugs, ein Senden einer Anforderung zur Überprüfung und/ oder Ände rung der Trajektorie an das Trajektorienplanungsmodul falls eine Reaktionszeit vorhanden ist, ein Umschalten des verwendeten Modus, insbesondere auf ein si cheres Anhalten,
Verifizieren einer der Reaktionen vor einem Auslösen der Reaktion (z.B. durch eine höhere Instanz wie beispielsweise einem Men- sehen in einer Leitwarte),
Anfordern einer Diagnose einer genutzten Sensorik (z.B. durch ei ne Werkstatt).
Das Berechnen des Fahrschlauchs kann mit einer Frequenz von zumindest 10 Hz wiederholt werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist das Modul weiter konfiguriert, um den Fahrschlauch basierend auf einstellbaren Abständen zu beiden Seiten der Solltrajektorie und/oder in der Höhe zu berechnen. Hierbei können insbesonde re die Fahrzeugbreite und die Fahrzeughöhe sowie Messunsicherheiten für Um- gebungsobjekte genutzt werden. Die Abstände können aber auch frei eingestellt werden.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein System zum automati sierten Betreiben eines Fahrzeugs. Das System umfasst:
- ein Trajektorienplanungsmodul zur Trajektorienplanung basierend auf Daten einer ersten Umfeldsensorik und zum Weiterleiten von Informati on über eine Solltrajektorie des Fahrzeugs basierend auf einem Umfeld des Fahrzeugs; und
- ein Modul wie es zuvor definiert wurde, wobei das Modul ausgebildet ist, um beim Überprüfen Daten von einer zumindest teilweise von der ersten Umfeldsensorik unabhängigen zweiten Umfeldsensorik zu nutzen.
Ausführungsbeispiel beziehen sich auch auf ein Verfahren für ein automatisier tes Fahren eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst: - Empfangen von Informationen über eine Solltrajektorie des Fahrzeugs von einem vorgeschalteten Trajektorienplanungsmodul;
- Berechnen eines zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs des Fahr zeugs basierend auf den Informationen über die Solltrajektorie; - Überprüfen des zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs auf eine Bele gung durch potenzielle Objekte; und
- Auslösen einer Reaktion basierend auf dem Überprüfen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Computerprogrammpro dukt bereitgestellt. Das Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodeab- schnitte zum Ausführen eines Verfahrens nach dem dritten Aspekt, wenn das
Computerprogrammprodukt auf einer oder mehreren Verarbeitungseinheit(en) ausgeführt wird.
Gemäß einem weiteren Beispiel wird das Computerprogrammprodukt auf einem oder mehreren computerlesbaren Speichermedien gespeichert. Es ist dem Fachmann klar, dass die hierin dargelegten Erklärungen unter Ver wendung von Hardwareschaltungen, Softwaremitteln oder einer Kombination davon implementiert sein/werden können. Die Softwaremittel können im Zu sammenhang stehen mit programmierten Mikroprozessoren oder einem allge meinen Computer, einer ASIC (Englisch: Application Specific Integrated Circuit; zu Deutsch: anwendungsspezifische integrierte Schaltung) und/oder DSPs (Eng lisch: Digital Signal Processors; zu Deutsch: digitale Signalprozessoren).
Beispielsweise kann das Modul die erste und/oder zweite Sensorik sowie das Trajektorienplanungsmodul teilweise als ein Computer, eine Logikschaltung, ein FPGA (Field Programmable Gate Array; zu Deutsch: im Feld programmierbare Logik-Gatter-Anordnung), ein Prozessor (beispielsweise umfassend einen Mik roprozessor, einen Mikrocontroller (pC) oder einen Vektorprozessor)/Core (zu Deutsch: Hauptspeicher, kann in dem Prozessor integriert sein beziehungsweise von dem Prozessor verwendet werden)/CPU (Englisch: Central Processing Unit; zu Deutsch: zentrale Prozessoreinheit; wobei mehrere Prozessorkerne möglich sind), eine FPU (Englisch: Floating Point Unit; zu Deutsch: Gleitkommaprozes soreinheit), eine NPU (Englisch: Numeric Processing Unit; zu Deutsch: Numeri sche Prozessoreinheit), eine ALU (Englisch: Arithmetic Logical Unit; zu Deutsch: arithmetisch-logische Einheit), ein Koprozessor (zusätzlicher Mikro prozessor zur Unterstützung eines Hauptprozessors (CPU)), eine GPGPU (Eng lisch: General Purpose Computation on Graphics Processing Unit; zu Deutsch: Allzweck-Berechnung auf Grafikprozessoreinheit(en)), ein Parallelrechner (zum gleichzeitigen Ausfuhren, unter anderem auf mehreren Hauptprozessoren und/oder Grafikprozessoren, von Rechenoperationen) oder ein DSP realisiert sein.
Es ist dem Fachmann zudem klar, dass auch dann, wenn die hierin beschriebe nen Details in Bezug auf ein Verfahren beschrieben werden, diese Details auch in einer geeigneten Vorrichtung, einem Computerprozessor oder einem mit einem Prozessor verbundenen Speicher realisiert sein können, wobei der Speicher mit einem oder mehreren Programmen versehen ist, die das Verfahren durchführen, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden. Hierbei können Verfahren wie Swapping (zu Deutsch: Umlagerung) und Paging (zu Deutsch: Kachelverwal tung) verwendet werden.
Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf das Modul beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch das System und das Verfahren betreffen. Genauso können die voranstehend in Bezug auf das System beschriebenen Aspekte in entsprechender Weise auf das Modul und das Verfah ren zutreffen. Ebenfalls können die voranstehend in Bezug auf das Verfahren beschriebenen Aspekte in entsprechender Weise auf das Modul und das System zutreffen.
Ebenfalls versteht sich, dass die vorliegend verwendeten Begriffe lediglich der Beschreibung einzelner Ausführungsformen dienen und nicht als Einschränkung gelten sollen. Sofern nicht anders definiert, haben alle vorliegend verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die Bedeutung, die dem allgemei- nen Verständnis des Fachmannes auf dem für die vorliegende Offenbarung rele vanten Fachgebiet entspricht; sie sind weder zu weit noch zu eng zu fassen. Werden vorliegend Fachbegriffe unzutreffend verwendet und bringen so den technischen Gedanken der vorliegenden Offenbarung nicht zum Ausdruck, sind diese durch Fachbegriffe zu ersetzen, die dem Fachmann ein richtiges Verständ nis vermitteln. Die vorliegend verwendeten allgemeinen Begriffe sind auf der Grundlage der im Lexikon befindlichen Definition oder dem Zusammenhang entsprechend auszulegen; hierbei ist eine zu enge Auslegung zu vermeiden.
Vorliegend ist zu verstehen, dass Begriffe wie z.B. "umfassen" oder "aufweisen" usw., das Vorhandensein der beschriebenen Merkmale, Zahlen, Operationen,
Handlungen, Komponenten, Teile oder deren Kombinationen bedeuten und das Vorhandensein bzw. die mögliche Hinzufügung eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Zahlen, Operationen, Handlungen, Komponenten, Teile oder deren Kombinationen nicht ausschließen. Obwohl Begriffe wie "erster" oder "zweiter" usw. evtl zur Beschreibung ver schiedener Komponenten verwendet werden, sind diese Komponenten nicht auf diese Begriffe zu beschränken. Mit den obigen Begriffen soll lediglich eine Kom ponente von der anderen unterschieden werden. Beispielsweise kann eine erste Komponente als zweite Komponente bezeichnet werden, ohne den Schutzum- fang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen; ebenso kann eine zweite Kom ponente als erste Komponente bezeichnet werden. Der Begriff "und/oder" um fasst beide Kombinationen der mehreren miteinander in Verbindung stehenden Gegenstände sowie jeden Gegenstand dieser Mehrzahl der beschriebenen Mehr zahl Gegenstände. Heißt es vorliegend, dass eine Komponente mit einer anderen Komponente
"verbunden ist", damit "in Verbindung steht" oder "darauf zugreift", kann dies heißen, dass sie damit unmittelbar verbunden ist oder auf diese unmittelbar zugreift; hierbei ist aber anzumerken, dass eine weitere Komponente dazwi schenliegen kann. Heißt es andererseits, dass eine Komponente mit einer ande- ren Komponente "unmittelbar verbunden" ist oder "unmittelbar darauf zu- greift", ist darunter zu verstehen, dass dazwischen keine weiteren Komponenten vorhanden sind.
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dieselben oder gleichen Komponenten bzw. Elemente werden immer mit den selben oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Bei der Beschreibung der vorlie genden Offenbarung wird auf ausführliche Erläuterungen bekannter verbunde ner Funktionen oder Konstruktionen verzichtet, sofern diese unnötig vom Sinn der vorliegenden Offenbarung ablenken. Die beigefügten Zeichnungen der vor- liegenden Offenbarung dienen der Veranschaulichung der vorliegenden Offen barung und sind nicht als Einschränkung aufzufassen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen. Dabei zei gen alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den hier offenbarten Gegenstand, auch unabhängig von ihrer Gruppierung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. Die Abmessungen und Proportionen der in den Figuren gezeigten Komponenten sind hierbei nicht unbedingt maßstäblich; sie können bei zu implementierenden Ausführungsformen vom hier Veranschaulichten abweichen.
Fig. l zeigt eine schematische Darstellung eines Systems in einem Fahr zeug mit einem Modul dafür; und
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens für ein Sys- tem in einem Fahrzeug. Detaillierte Beschreibung
Das Modul, das System und das Verfahren werden nun anhand von Ausfüh rungsbeispielen beschrieben.
Im Folgenden werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, spezifische Details dar- gelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu lie fern. Es ist einem Fachmann jedoch klar, dass die vorliegende Offenbarung in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, die von den nachfol gend dargelegten Details abweichen können.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „ver- bunden" oder „gekoppelt” bezeichnet wird, die Elemente direkt verbunden oder gekoppelt sein können oder über ein oder mehrere Zwischenelemente. Wenn zwei Elemente A und B mit einem „oder" verbunden werden, soll dies derart verstanden werden, dass es alle möglichen Kombinationen, d.h. nur A, nur B sowie A und B offenbart. Ein alternativer Wortlaut für dieselben Kombinationen ist „zumindest eines aus A und B". Dasselbe gilt für Kombinationen aus mehr als 2 Elementen.
Fig. l zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 100 in einem Fahrzeug mit einem Modul no dafür. Das automatisierte System 100 umfasst ein Trajek- torienplanungsmodul 120 zur Trajektorienplanung basierend auf Daten einer ersten Umfeldsensorik 140 (Sensoren 1 bis M) und zum Weiterleiten von Infor mation über eine Solltrajektorie des Fahrzeugs in einem 2D oder 3D Raum ba sierend auf einem Umfeld des Fahrzeugs. Die Erfindung soll nicht darauf einge schränkt werden, dass alle Komponenten des Systems 100 in dem Fahrzeug angeordnet sind. So kann beispielsweise das Trajektorienplanungsmodul 120 und/oder die erste Umfeldsensorik 140 sich auch außerhalb des Fahrzeuges befinden.
Das automatisierte System 100 umfasst das Modul 110, das konfiguriert ist zum Berechnen eines zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs des Fahrzeugs basie- rend auf der Information über die Solltrajektorie. Das Modul 110 ist konfiguriert zum Überprüfen des zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs auf eine Bele gung durch potenzielle Objekte basierend auf Daten von einer zweiten Umfeld sensorik 130 (Sensoren 1 bis N), die möglicherweise von der ersten Umfeldsen- sorik 140 unabhängig sein kann. Optional können aber auch die Sensoren 140 hierfür genutzt werden. Es braucht auch nur einen Satz von Sensoren zu geben. Die Sensorik 130 kann weniger oder andere Sensoren als die Sensorik 140 um fassen. Das Modul 110 ist konfiguriert zum Auslösen einer Reaktion basierend auf dem Überprüfen. Es ist bei automatisierten Fahrzeugen bekannt, welchen Fahrschlauch das Fahr zeug zukünftig befahren wird. Das hierin vorgeschlagene Modul 110 nutzt diese Informationen, um mit einer Sensorik 130 (oder 140) die Hindernisfreiheit zu überprüfen. Durch die Vorgabe der Solltrajektorie wird die Aufgabe der Umfel dinterpretation stark vereinfacht, in gewisser Weise wird das zweidimensional Suchproblem auf ein quasi-eindimensionales Problem reduziert, nämlich auf die alleinige Überprüfung des vorbekannten, zukünftig eingenommenen Fahrraums, auch Fahrschlauch genannt.
Hierdurch muss nicht mehr das gesamte Fahrzeugumfeld überwacht werden, sondern nur noch der zukünftige Fahrschlauch. Dies kann beispielsweise auch Auswirkungen auf die Falsch-positiv- Rate eines vorhandenen Notbremsassisten ten haben. Für die Fahrschlauchüberwachung reicht dann auch eine gegenüber der für die Trajektorienplanung genutzten Sensorik 140 einfacheren Sensorik 130, die auf die Belegungserkennung des Fahrschlauchs hin ausgelegt ist. Dies stellt einen Vorteil von Ausführungsbeispielen im Vergleich zu konventionellen Systemen dar.
So werden in Systemen, wie sie in Serien -Pkw und -Lkw verwendet werden, die Informationen über zukünftige Fahrzeugposen beispiel weise mithilfe von In formationen über die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkradwinkelstel lung geschätzt. Diese Schätzungen sind nur dann korrekt, wenn der Fahrzeug führer keine Änderungen dieser Werte zulässt. Zukünftige Lenkradwinkelände- rungen des menschlichen Fahrers können mit dem aktuellen Stand der Technik nicht vorhergesagt werden, da es zurzeit keine technische Möglichkeit gibt, die Gedanken des Fahrers zu erfassen.
Außerdem überwachen konventionelle Systeme, wie beispielsweise Notbremsas- sistenten, das gesamte vor dem Fahrzeug befindliche Umfeld auf mögliche Kolli sionsobjekte. Andere konventionelle Systeme wie Abstandsregeltempomaten beziehen Informationen über den zukünftigen Straßenverlauf in ihre Regelstra tegie mit ein. Diese Systeme können beispielsweise Informationen aus digitalen Karten nutzen, um beispielsweise gezielt vor einer Kurve oder einem Kreisel die Geschwindigkeit zu verringern. Diese Vorgehensweise ist sehr aufwendig und liefert trotzdem nicht die gewünschte Sicherheit.
Im Gegensatz zu Ausführungsbeispiele nutzen konventionelle Systeme für das automatisierte Fahren ohne Fahrerüberwachung zumeist die gesamte Sensorik 140, um daraus ein Umfeldmodell abzuleiten, dass der Planung der Trajektorie zugrunde liegt. Auch hierbei wird mehr Informationen verarbeitet als erforder lich und Ausführungsbeispiele bieten durch die Reduktion auf das Wesentliche deutliche Verbesserungen hinsichtlich der Genauigkeit bei der Erkennung von potentiellen kritischen Objekten.
Weitere Vorteile von Ausführungsbeispielen ergeben sich für möglicherweise vorhandene Notbremsassistenten, die bei konventionellen Systemen falsch- positive-Warnungen ausgeben, wenn ein dynamisch fahrender Fahrzeugführer erst sehr kurz vor einer Kurve mit einer Leitplanke oder Begrenzung mit einem Lenkmanöver beginnt. Mithilfe des bekannten Fahrschlauchs können Ausfüh rungsbeispiele solche Warnungen vermeiden, da dem System 100 die zukünfti- gen Sollposen bekannt sind und somit nur auf die Kollisionsfreiheit des zukünf tigen Fahrschlauchs in der Kurve geachtet werden muss.
Dieser fahrschlauchspezifische Notbremsassistent, der dauerhaft die Kollisions freiheit des Fahrschlauchs überprüft, kann auf eine möglichst geringe Falsch- Positiv- Rate eingestellt sein. Dies bedeutet, dass die Parametrisierung der Schwellen zum Warnen bzw. zum Auslösen einer Notbremsung verhältnismäßig groß gewählt werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen erfolgt ein Umschalten in einen Modus „sicheres Anhalten“ eines automatisierten Fahrzeugs, wenn es zu einer Degrada- tion wesentlicher Fahrzeugkomponenten gekommen ist. Dieses als „Sicheres Anhalten” beschriebene Verfahren kann dazu führen, dass in Fehlerfällen eine vorgegebene Nottrajektorie abgefahren wird.
Bedingt durch das dynamische Fahrzeugumfeld kann diese Nottrajektorie durch Objekte blockiert sein. Gemäß Ausführungsbeispielen ist es ebenfalls möglich, mithilfe der Zwei H Ebenen- Hierarchie (Modul no unabhängig von Trajektorien- planungsmodul 120) die Nottrajektorie auf potentielle Objekte zu überprüfen.
Im Gegensatz zum Notbremsassistenten kann hier eine niedrige Falsch-Negativ- Rate gewählt werden. Dies bedeutet, dass die Schwellen für eine Bremsauslö sung entsprechend niedrig festgelegt sind. In einer weiteren Ausführung kann die Information einer Belegung im Fahr schlauch an das Trajektorienplanungsmodul 120 zurückgespielt werden, damit dieses eine getroffene Entscheidung nach kritischer Prüfung noch korrigieren kann und als Folge dessen gegebenenfalls eine andere Trajektorie auswählt oder leichte Anpassungen vornimmt. Weiterhin kann mithilfe der detektierten Bele- gung des Fahrschlauchs auf eine Degradation der Umfeldsensorik geschlossen werden.
Der auftretende Widerspruch zwischen den Hierarchieebenen 110, 120 kann optional als Auslöser für eine Modusumschaltung in ein sicheres Anhalten ge nutzt werden. Fig. 2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens für ein System zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs gemäß Ausführungsbeispielen. Das Verfahren umfasst: - Empfangen S210 von Informationen über eine Solltrajektorie des Fahr zeugs in einem 2D oder 3D Raum von einem vorgeschalteten Trajektori- enplanungsmodul 120 des Systems 100;
- Berechnen S220 eines zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs des Fahrzeugs basierend auf der Information über die Solltrajektorie;
- Überprüfen S230 des zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs auf eine Belegung durch potenzielle Objekte; und
- Auslösen S240 einer Reaktion basierend auf dem Überprüfen.
Der 2D Raum kann so verstanden werden, dass er ein horizontales Fahrzeugum- feld um das Fahrzeug herum beschreibt. Falls ein 3D Raum zugrunde gelegt wird, dann wird zusätzlich eine Höhenangabe mitberücksichtigt. Es kann sich dabei immer noch um Trajektorien auf der Erdoberfläche handeln.
Das Überprüfen kann basierend auf Daten von einer von der Trajektorienpla- nung unabhängigen Sensorik 130 erfolgen, wobei die Daten Sensordaten (z.B. Bilddaten, Intensitätswerte, Farbwerte, Kontrast etc.) entlang des Fahrschlauchs umfassen können. Die Sensordaten können jeweils gegenüber einem Schwel lenwert verglichen werden. So kann überprüft werden, ob potenzielle Objekte, den Fahrschlauch belegen oder nicht. Das Modul 110 kann beim Schritt des Überprüfens kann der Schwellenwert vom Modus festgelegt ist. Der Schwellen- wert kann abhängig vom Modus niedrig oder hoch eingestellt sein, um bei spielsweise einen Kompromiss zwischen Fehlerrate und Sicherheit zu gewähr leisten. Bei normierten Schwellenwerten (z.B. auf „1“ normiert), kann ein hoher Schwellenwert 0,9 sein und ein niedriger Schwellenwert 0.1 sein.
Die Reaktion kann eine oder mehrere aus den folgenden Maßnahmen umfassen: eine Geschwindigkeitsreduktion, Notbremsung,
Anfahrtverhinderung des Fahrzeugs, ein Senden einer Anforderung zur Überprüfung und/ oder Ände rung der Trajektorie an das Trajektorienplanungsmodul falls eine Reaktionszeit vorhanden ist, ein Umschalten des verwendeten Modus, insbesondere auf ein si- cheres Anhalten
Verifizieren einer der Reaktionen vor einem Auslösen der Reaktion (z.B. durch eine höhere Distanz wie beispielsweise einem Men schen in einer Leitwarte),
Anfordern einer Diagnose einer genutzten Sensorik (z.B. durch ei- ne Werkstatt).
Das Berechnen des Fahrschlauchs kann mit einer Frequenz von größer als io Hz wiederholt werden.
Gemäß einem oder mehrere Aspekte, kann ein Verfahren zur Absicherung von Solltrajektorien für ein automatisiertes Fahren bereitgestellt werden. Dieses
Verfahren kann ein funktionales Modul nutzen, das aus der Solltrajektorie eines Trajektorienplanungsmodul den Suchraum für Belegungen berechnet. Ferner kann das funktionale Modul gezielt in diesem Suchraum von einer Kontrollsen- sorik (Sensoren 130 in Figur 1) zur Verfügung gestellte Informationen auf die Existenz möglicher Hindernisse auswerten. Bei Erkennung von Belegungen kann das Modul Maßnahmen zur Gefahrenabwendung oder- minimierung an stoßen.
Diese Maßnahmen können umfassen: a) Notbremsungen; b) Losfahr-Verhinderungen; c) bei noch verfügbarer Reaktionszeit eine Überprüfung der Trajektorie durch das Trajektorienplanungsmodul anfordern oder die Trajektorie selbst leicht anzupassen; und/oder d) eine Modusumschaltung in ein sicheres Anhalten des Fahrzeugs. Die Belegungserkennung innerhalb eines Fahrschlauchs kann auch genutzt wer den, um einen Übergang in einen risikominimalen Zustand („Sicheres Anhal ten”) abzusichern, zum Beispiel bei Vorliegen einer Belegung, die Fahrt stoppen und unterbrechen, bis die Belegung nicht mehr erkannt wird. Basierend auf der hierin offenbarten Hierarchie können bestehende Systeme für den teilautomatisierten Betrieb hin zum vollautomatisierten Betrieb weiterent wickelt werden.
Wesentlich Aspekte von Ausführungsbeispielen können wie folgt zusammenge fasst werden: Das Modul no führt eine unabhängige Überprüfung der Hindernisfreiheit von Solltrajektorien bzw. des zughörigen Fahr Schlauches durch. Ferner kann eine hierarchische Struktur einer fahrschlauchspezifischen Belegungserkennung vorgesehen sein. Ferner wird die zweidimensional beschriebene Trajektorie in der oberen Hierarchieebene 120 zu einer quasi-eindimensionalen Überprüfung auf Belegung im zukünftigen Fahrschlauch in der unteren Hierarchieebene 110 reduziert und erlaubt den Einsatz einfacherer Zusatz-Umfeldsensorik 130 (Sen soren 1 bis N). Es werden ferner anwendungsspezifische Schwellen zur Variation der Falsch-Positiv- und Falsch-Negativ- Rate bei der Belegungserkennung einge setzt. Widersprüchliche Informationen der Hierarchieebenen 110, 120 können als Auslöser für eine Modusumschaltung in ein sicheres Anhalten des Fahrzeugs dienen.
Ausführungsbeispiele beziehen sich insbesondere auf eine Trajektorienplanung im öffentlichen Straßenraum, z.B. für eine Vorwärtsbewegung in einem Stra ßennetz. Im Gegensatz zu einer Einparkhilfe (z.B. für ein rückwärtiges Einpar- ken) ist das Modul gemäß Ausführungsbeispielen ausgebildet, um entlang einer abzufahrenden Wegstrecke mehrfach (oder fortlaufend) den Fahrschlauch zu berechnen und die Überprüfung durchzuführen. Außerdem grenzen sich Aus führungsbeispiele von Einparkhilfen in Parkhäusern oder Parkplätzen dadurch ab, dass das Modul beispielsweise nur Sensordaten aus dem Fahrzeug und keine externen Sensoren (z.B. Sensoren in dem Parkhaus oder einem Verladehof) braucht. Daher sind Ausführungsbeispiele vollständig in dem Fahrzeug integ rierbar, ohne auf externen Daten bzw. auf eine Datenkommunikation nach au ßen (außerhalb des Fahrzeuges) angewiesen zu sein Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der voran gehend detailliert beschriebenen Beispiele und Figuren erwähnt und beschrie ben wurden, können ferner mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein ähnliches Merkmal des anderen Beispiels zu erset zen oder um das Merkmal zusätzlich in das andere Beispiel einzubringen. Weiterhin sind die nachfolgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Be schreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Wenn jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine besondere Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Ausführungsbeispiele auch eine Kombination des ab hängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unab hängigen Anspruchs einschließen können. Diese Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Weiterhin sollen auch Merkmale eines Anspruchs für je- den anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.

Claims

Ansprüche
1. Modul (no) für ein automatisiertes Fahren eines Fahrzeugs, wobei das Modul (no) konfiguriert ist zum:
Empfangen von Informationen über eine Solltrajektorie des Fahrzeugs von einem vorgeschalteten Trajektorienplanungsmodul (120);
Berechnen eines zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs des Fahr zeugs basierend auf den Informationen über die Solltrajektorie;
Überprüfen des zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs auf eine po tenzielle Belegung durch Objekte; und
Auslösen einer Reaktion basierend auf dem Überprüfen.
2. Modul (110) nach Anspruch 1, wobei das Überprüfen sich nur auf den Fahrschlauch selbst bezieht.
3. Modul (110) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Überprüfen basierend auf Daten von einer von der Trajektorienplanung unabhängigen Sensorik (130) erfolgt.
4. Modul (110) nach Anspruch 3, wobei das Überprüfen eine Objekterken nung umfasst, um eine Klassifizierung in kritische und nicht-kritische Ob jekte zu ermöglichen oder durchzuführen.
5. Modul (110) nach Anspruch 4, wobei zur Objekterkennung Sensordaten der unabhängigen Sensorik (130) ermittelt werden und jeweils gegenüber zumindest einen Schwellenwert verglichen werden, um so zu überprüfen, ob Objekte den Fahrschlauch potenziell belegen.
6. Modul (no) nach Anspruch 5, wobei das Modul (110) in verschiedenen Modi betreibbar ist, und wobei der Schwellenwert vom betriebenen Mo dus abhängt.
7. Modul (110) nach Anspruch 6, wobei der Schwellenwert abhängig vom Modus niedrig oder hoch eingestellt ist, um einen Kompromiss zwischen einer geringen Falschalarmrate und hoher Sicherheit zu erreichen.
8. Modul (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reak tion eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen umfasst: eine Geschwindigkeitsreduktion,
Notbremsung,
Anfahrtverhinderung des Fahrzeugs, ein Senden einer Anforderung zur Überprüfung und/ oder Ände rung der Trajektorie an das Trajektorienplanungsmodul (120) falls eine Reaktionszeit vorhanden ist, ein Umschalten des verwendeten Modus, insbesondere auf ein si cheres Anhalten
Verifizieren einer der Reaktionen vor einem Auslösen der Reakti on,
Anfordern einer Diagnose einer genutzten Sensorik.
9. Modul (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Be rechnen des Fahrschlauchs mehrfach pro Sekunde oder mit einer Fre quenz von zumindest 10 Hz wiederholt wird.
10. Modul (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mo dul weiter konfiguriert ist, um den Fahrschlauch basierend auf einstellba ren Abständen zu beiden Seiten der Solltrajektorie und/oder in der Höhe zu berechnen.
11. System zum automatisierten Betreiben eines Fahrzeugs umfassend: ein Trajektorienplanungsmodul (120) zur Trajektorienplanung basierend auf Daten einer ersten Umfeldsensorik (140) und zum Weiterleiten von Information über eine Solltrajektorie des Fahrzeugs basierend auf einem Umfeld des Fahrzeugs; und ein Modul (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modul (110) ausgebildet ist, um beim Überprüfen Daten von einer zumin dest teilweise von der ersten Umfeldsensorik (140) unabhängigen zweiten Umfeldsensorik (130) zu nutzen.
12. Verfahren für ein automatisiertes Fahren eines Fahrzeugs, umfassend:
Empfangen (S210) von Informationen über eine Solltrajektorie des Fahr zeugs von einem vorgeschalteten Trajektorienplanungsmodul (120); und
Berechnen (S220) eines zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs des Fahrzeugs basierend auf den Informationen über die Solltrajektorie;
Überprüfen (S230) des zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs auf ei ne Belegung durch potenzielle Objekte; und
Auslösen (S240) einer Reaktion basierend auf dem Überprüfen.
13. Computerprogrammprodukt mit Programmcodeabschnitten zum Ausfüh ren eines Verfahrens nach dem Anspruch 12, wenn das Computerpro grammprodukt auf einer oder mehreren Verarbeitungseinheiten ausge führt wird.
PCT/EP2020/076104 2019-09-20 2020-09-18 Modul und verfahren zur absicherung von solltrajektorien für automatisiertes fahren WO2021053141A1 (de)

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