WO2022128012A1 - Verfahren zur planung eines zumindest teilweise automatisierten fahrvorgangs mittels eines fahrassistenzsystems - Google Patents

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WO2022128012A1
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planner
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safety
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PCT/DE2021/200206
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Frank Edling
Daniel Dube
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for planning an at least partially automated driving process using a driver assistance system.
  • Driving assistance systems which, based on the current driving scenario, can calculate a driving trajectory on which the vehicle moves automatically, i.e. without steering intervention by the driver and/or without the driver actuating the accelerator or brake pedal.
  • driving assistance systems with trajectory planners which calculate at least one driving trajectory for each of the different driving processes and, after a driving trajectory has been selected, the vehicle is controlled based on this selected driving trajectory.
  • trajectory planners are very complex in terms of hardware and software and therefore often do not meet the safety level according to the requirements of ISO26262, which the entire driver assistance system has to meet in order to be in a vehicle to be deployed.
  • ISO26262 the entire driver assistance system has to meet in order to be in a vehicle to be deployed.
  • the object of the invention to specify a method for planning an at least partially automated driving process using a driver assistance system that makes it possible to use a trajectory planner in a driver assistance system with a required safety level in accordance with the requirements of ISO26262, which does not meet the required safety level in order to to be able to provide a driver assistance system cost-effectively with the required level of safety.
  • the safety level is to be understood in particular as a safety requirement level, in particular an ASIL classification (Automotive Safety Integrity Level) in accordance with the requirements of ISO 26262.
  • a driver assistance system is the subject of independent claim 12 and a vehicle with such a driver assistance system is the subject of independent claim 15.
  • the invention relates to a method for planning an at least partially automated driving process using a driver assistance system of a vehicle.
  • the procedure includes the following steps:
  • a driving process can be, for example, staying in lane or changing lanes to the left lane.
  • the current driving scenario can be determined in advance, ie the driving situation in which the vehicle is currently located. This can be, for example: "Vehicle is driving in the right lane of a two-lane road, left lane free, 150m ahead of a slower other vehicle”.
  • the driver assistance system determines one or more different driving processes that are possible in the future. In the driving scenario described above, these can be, for example: changing lanes to the left lane, staying in lane. It goes without saying that more driving processes than those mentioned are possible and these driving processes can be initiated at different points in time.
  • Travel trajectories for the at least one driving process are then calculated by a first trajectory planner.
  • the respective travel trajectory defines, for example, the movement path of the vehicle in a two-dimensional coordinate system and preferably also defines the speed of the vehicle at which this movement path is traveled.
  • the longitudinal and lateral acceleration or the longitudinal and lateral jerk can also be optimized.
  • One or more travel trajectories are therefore calculated in this step.
  • a driving trajectory is preferably calculated for each driving process, which has sufficiently good properties, i.e. is optimized, with regard to the longitudinal and lateral acceleration or the longitudinal and lateral jerk.
  • the first trajectory planner is, for example, a so-called model-predictive trajectory planner, which generates an optimal or at least optimized trajectory with the help of a cost function, a vehicle dynamics model, mathematically modeled constraints and a so-called solver.
  • the criteria for "optimal” are defined, for example, in the mathematical formulation of the cost function (e.g. "as little lateral acceleration as possible, the best possible lane keeping) and the secondary conditions (e.g. "do not leave the lane”).
  • the optimal or at least optimized trajectory with regard to these (also contradictory) criteria is then generated in an iterative optimization process with the help of the solver.
  • the first trajectory planner has the following advantages, for example:
  • the output trajectory can be driven because it was determined using a vehicle dynamics model. If, for example, an emergency evasive maneuver has been determined to be optimal, it will also be feasible in reality.
  • the first trajectory planner can simultaneously generate highly dynamic trajectories (e.g. emergency avoidance) and low dynamic trajectories (comfortable lane keeping, tolerating small errors in the road model).
  • a safety driving trajectory is calculated by a second trajectory planner.
  • the safety travel trajectory is calculated independently of the calculation of the at least one travel trajectory by the first trajectory planner.
  • independent calculation means in particular that this calculation takes place independently of time and at least partially on different hardware (e.g. a different processor) and at least partially on different software.
  • the at least one travel trajectory provided by the first trajectory planner is then checked by a checking unit.
  • the check is carried out using one or more test criteria ensure that the travel trajectories provided by the first trajectory planner comply with certain safety objectives.
  • the checking unit then generates a travel trajectory list that contains those travel trajectories provided by the first trajectory planner that have passed the check by the checking unit.
  • the list can contain one or more travel trajectories provided by the first trajectory planner, or none, specifically if no travel trajectory has met the defined safety goals or the calculation has not taken place within a defined calculation cycle time.
  • the checking unit contains the safety travel trajectory generated by the second trajectory planner.
  • the travel trajectory list is then transmitted to a selection unit, which selects a trajectory (either a travel trajectory of the first trajectory planner or the safety travel trajectory) from the travel trajectory list.
  • the at least partially automated driving process is then controlled by the autonomous driving assistance system based on the selected trajectory.
  • the technical advantage of the method according to the invention is that by checking the at least one driving trajectory calculated by the first trajectory planner by the checking unit and providing a safety driving trajectory by a second independent trajectory planner, a driver assistance system is created that complies with the required safety standards of the ISO 26262 standard, although the first trajectory planner does not meet this required safety standard itself. Accordingly, the functional Safety as defined by the ISO 26262 standard implemented by the driver assistance system in the vehicle. Consequently, a highly secure driver assistance system can be created with reduced costs at the same time.
  • the first trajectory planner fulfills a security level that is worse according to ISO 26262 than the second trajectory planner.
  • the second trajectory planner thus fulfills a safety level that is better according to ISO 26262, in other words a better safety requirement level than the first trajectory planner.
  • the second trajectory planner is certified according to ASIL level B or higher, while the first trajectory planner only fulfills ASIL QM level, for example. This makes it possible to design the driver assistance system cost-effectively, since the processor of the first trajectory planner, which must have higher computing power due to the computing complexity, can have a lower quality standard than the second trajectory planner, which can have lower computing power, but due to the calculation of the Safety trajectory and the resulting higher safety relevance has to meet the higher safety standard.
  • the first trajectory planner meets a poorer safety level, in other words a poorer safety requirement level, than the checking unit.
  • the checking unit thus fulfills a better security level than the first trajectory planner.
  • the higher safety level of the checking unit which for example meets at least ASIL level B or higher, makes it possible to check the calculated travel trajectories of the first trajectory planner and thus to the poorer safety level of the first trajectory planner compensate, since it can be recognized by the checking unit when a travel trajectory calculated by the first trajectory planner is faulty.
  • the first trajectory planner calculates an evaluation indicator for the travel trajectories, which forms a measure of the comfort and/or safety of the respective travel trajectory.
  • the evaluation indicator is preferably a number, so that the individual travel trajectories can be compared with one another in terms of comfort and/or safety by comparing the evaluation indicators.
  • the selection unit is designed to select a travel trajectory calculated by the first trajectory planner based on a comparison of the evaluation indicators of the individual travel trajectories calculated by the first trajectory planner.
  • the selection unit selects that travel trajectory from a plurality of travel trajectories which, based on a comparison of the evaluation indicators, promises the greatest comfort and/or the greatest safety.
  • the driver assistance system can select a driving trajectory that promises a high level of comfort and safety for the occupants of the vehicle.
  • the safety travel trajectory is calculated by the second trajectory planner in such a way that the safety travel trajectory, starting from the current vehicle position, indicates a trajectory that is collision-free and maintains a predetermined distance from other vehicles and/or objects in the vicinity of the vehicle.
  • a trajectory is easy to calculate, so that the second trajectory planner has to provide less computing power than the first trajectory planner.
  • this safety trajectory can be calculated more quickly than the laboriously optimized trajectory that the first trajectory planner has to calculate.
  • the safety driving trajectory keeps the vehicle in the current lane.
  • the safety driving trajectory can be calculated in such a way that it runs parallel to the lane boundaries or the edge of the road. This keeps the vehicle in the current lane when using the safety driving trajectory, which significantly simplifies the calculation of the driving trajectory.
  • one or more of the following checks are carried out by the checking unit, thus ensuring compliance with the safety goals of the at least one trajectory calculated by the first trajectory planner:
  • the checking unit determines that the travel trajectory calculated by the first trajectory planner does not stand up to one or more of these checks, ie does not meet the test criteria of the checks, the travel trajectory is rejected as invalid and can therefore not be used to control the vehicle.
  • the selection unit preferably selects a travel trajectory calculated by the first trajectory planner and checked by the checking unit instead of the safety trajectory.
  • a travel trajectory that was calculated by the first trajectory planner is therefore primarily used to control the vehicle.
  • a driving trajectory is used for vehicle control that is adapted to the current driving scenario and conveys a high impression of comfort and safety.
  • the selection unit selects that travel trajectory calculated by the first trajectory planner and checked by the checking unit, whose evaluation indicator indicates that this travel trajectory offers the greatest comfort and/or the greatest safety. This creates a driver assistance system that offers a high standard of comfort and safety.
  • the selection unit selects the safety trajectory if the list of travel trajectories does not contain a travel trajectory calculated by the first trajectory planner and checked by the checking unit. This case occurs, for example, when none of the travel trajectories calculated by the first trajectory planner have been classified as “correct” by the checking unit, or when the first trajectory planner has none at all has calculated the travel trajectory in a timely manner. As a result, a drivable, collision-free trajectory is always available, on the basis of which the vehicle can be controlled.
  • the travel trajectory last used can also be used to control the vehicle.
  • the travel trajectories are preferably calculated in calculation cycles that follow one another in time, the calculation cycle being considerably shorter, in particular by a multiple, than the time period in which the vehicle can be controlled based on the calculated travel trajectory.
  • the travel trajectory thus covers a period of several seconds (for example 5 to 10 seconds), whereas the calculation cycle of the travel trajectories has an average period of 20 to 200 ms. It is thus readily possible to continue using a travel trajectory calculated in a previous calculation cycle for controlling the vehicle in a subsequent control cycle.
  • the calculation time for the safety trajectory is shorter than a maximum calculation time, which is predefined or can be specified, for example.
  • the calculation time for the safety trajectory by the second trajectory planner is preferably shorter than the calculation time for the travel trajectory by the first trajectory planner.
  • the second trajectory planner uses, for example, a deterministic method that is reliably completed in a fixed runtime (eg 1 ms). This ensures that the calculation of the safety trajectory has always already been completed by the second trajectory planner at the end of a calculation cycle of the first trajectory planner and that a safety trajectory is therefore available, even if the first Trajectory planner could not calculate a trajectory within the fixed calculation cycle time.
  • the invention relates to a driver assistance system for a vehicle, which is designed to plan an at least partially automated driving process.
  • the driver assistance system is designed to carry out the following steps: a) the driver assistance system determines at least one possible future driving process; b) calculating in each case at least one driving trajectory for the at least one driving process by a first trajectory planner; c) calculating a safety driving trajectory for a possible future driving process by a second trajectory planner, the safety driving trajectory being calculated independently of the calculation of the at least one driving trajectory by the first trajectory planner; d) checking the at least one travel trajectory provided by the first trajectory planner by a checking unit and providing a travel trajectory list by the checking unit, wherein the travel trajectory list contains those travel trajectories provided by the first trajectory planner that have passed the check by the checking unit, and also contains the safety travel trajectory generated by the second trajectory planner; e) transmission of the list of travel trajectories to a selection unit which selects a trajectory from the list of travel trajectories; and f
  • the first trajectory planner includes program instructions that are processed by a computer unit that is independent of the computer unit on which program instructions of the second trajectory planner are processed. This can ensure that the trajectory planners can work independently of one another and, in particular, the first trajectory planner can use hardware that has a poorer security level than the hardware of the second trajectory planner.
  • the first trajectory planner includes program instructions that are processed by a computer unit that is independent of the computer unit of the checking unit. This can ensure that the first trajectory planner and the checking unit can work independently of one another and, in particular, the first trajectory planner can use hardware that has a poorer security level than the hardware of the checking unit.
  • the invention relates to a vehicle with a driver assistance system according to one of the exemplary embodiments described above.
  • FIG. 1 shows an example and a schematic of a vehicle in a driving scenario in which a driving decision regarding a lane change or lane keeping with speed reduction is to be made;
  • FIG. 2 shows a block diagram of a driver assistance system for determining driving trajectories and for controlling the vehicle based on one of these driving trajectories, by way of example and roughly schematically;
  • FIG. 3 shows an example and schematic flowchart that illustrates the steps of a method for planning an at least partially automated driving process.
  • FIG. 1 shows an example of a driving scenario in which a vehicle 1, also referred to as an ego vehicle, is driving on a multi-lane road on which one or more other vehicles FF, FF′ are also driving.
  • the driving scenario is characterized in particular by the fact that another vehicle FF′ is driving ahead of vehicle 1 in the same lane, but is traveling at a lower speed, so that the distance d between vehicles 1, FF′ is increasingly reduced.
  • the driving situation can also be characterized in that another other vehicle FF is approaching from behind in a left-hand lane of the road.
  • the vehicle 1 can initiate a lane change or reduce the driving speed without changing lanes and drive behind the other vehicle FF driving in front of it.
  • a driving assistance system can calculate driving trajectories for the respectively possible driving processes.
  • the calculated travel trajectories indicate the trajectory on which the vehicle is moved during the respective driving process.
  • the travel trajectory can contain information about the speed at which the vehicle travels through the movement path.
  • the longitudinal and lateral acceleration or the longitudinal and lateral jerk can also be determined.
  • Evaluation indicators are preferably calculated in each case for the travel trajectories.
  • the evaluation indicator is a measure of the comfort and/or the safety of the respective travel trajectory.
  • the evaluation indicator is preferably a number, so that the individual travel trajectories can be compared with one another in terms of comfort and/or safety by comparing the evaluation indicators.
  • a required safety requirement level e.g. according to ASIL: Automotive Safety Integrity Level
  • ASIL Automotive Safety Integrity Level
  • a driving assistance system 2 which also offers a high level of trajectory safety when the trajectory planner, by means of which the driving trajectories are calculated, itself does not meet a required safety level and, in addition, also provides a safety trajectory at any time, which can be used when the trajectory planner is in cannot calculate a travel trajectory, in particular a collision-free travel trajectory, within a predetermined time.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a driver assistance system 2 that can be used to plan an automated driving process.
  • the driver assistance system 2 includes an input interface 2.1, via which the driver assistance system 2 is supplied with input information that is necessary for the calculation of the travel trajectories or the automated control of the vehicle 1.
  • this is environmental information that is determined by suitable sensors or is available, for example, via maps, etc.
  • the environmental information includes in particular a road model that characterizes the road traveled by the vehicle.
  • the road model can provide information about the roadway, the number of lanes in the direction of travel, and so on.
  • the area information can include an object list that indicates which objects are present in the area surrounding vehicle 1, for example other vehicles, stationary objects, pedestrians, cyclists, motorcyclists, etc.
  • input information about the movement of the vehicle 1 itself is preferably transmitted to the driver assistance system 2 .
  • this can be information from an odometry unit of the vehicle 1 .
  • the odometry unit is designed, for example, to determine the position, orientation and driving condition of the vehicle 1 .
  • Measured variables from the chassis e.g. wheel rotation, direction
  • a yaw rate sensor e.g. from the ESP/ABS system
  • ESP electronic stability program
  • ABS anti-lock braking system
  • the steering e.g. wheel steering angle, steering wheel angle
  • This input information is at least partially forwarded to a maneuver determination unit 2.2.
  • This maneuver determination unit 2.2 preferably receives information on the currently applicable traffic rules, for example speed limits, no passing etc., and determines the possible driving maneuvers in the current driving scenario based on the input information and the traffic rule information.
  • the maneuver determination unit 2.2 preferably generates a list of possible driving maneuvers in the current driving scenario, i.e. those maneuvers that are fundamentally possible, and transmits this to a maneuver planning unit 2.3.
  • the maneuver planning unit 2.3 is designed to determine possible driving processes based on the maneuvers that are fundamentally possible, for example “change lanes now", “change lanes in 2 seconds” etc.
  • the maneuver planning unit 2.3 can be designed to determine possible target areas for a driving maneuver, for example another lane, a turning lane etc.
  • the maneuver planner unit 2.3 is coupled to a first trajectory planner 3, for example, so that the first trajectory planner 3 can receive information regarding possible driving processes and/or target areas from the maneuver planner unit 2.3.
  • maneuver planning unit 2.3 can provide a trigger for the calculation of travel trajectories. This trigger is preferably also transmitted to the first trajectory planner 3 so that the trajectory calculation can be triggered by this trigger.
  • the first trajectory planner 3 In addition to the information provided by the maneuver planning unit 2.3, the first trajectory planner 3 also receives at least some of the aforementioned input information, which is transmitted to the driver assistance system 2 via the input interface 2.1.
  • the first trajectory planner 3 is designed to calculate a number of collision-free travel trajectories based on the information provided by the maneuver planning unit 2.3 and the input information.
  • the driving trajectories can at least partially relate to different driving processes.
  • the travel trajectories include information about the movement path of the vehicle in a two-dimensional coordinate system.
  • the travel trajectories can include information on the speed of the vehicle at which the movement path is traveled through.
  • the driving trajectory can also contain information about the longitudinal and Contain lateral acceleration or the longitudinal and lateral jerk along the trajectory of the vehicle.
  • the first trajectory planner 3 is preferably also designed to calculate an evaluation indicator for the respective travel trajectory.
  • the evaluation indicator is preferably an indicator with regard to the comfort and/or safety of the respective travel trajectory, i.e. indicates how a human driver or occupant of the vehicle assesses the travel trajectory with regard to comfort and/or safety.
  • the evaluation indicator is preferably a number, so that the individual travel trajectories can be compared with one another in terms of comfort and/or safety by comparing the evaluation indicators.
  • the driving assistance system also has a second trajectory planner 4 .
  • the second trajectory planner is preferably implemented by hardware that is different from the first trajectory planner 3 .
  • the first and second trajectory planner 3, 4 have different processors.
  • the second trajectory planner 4 fulfills the required safety level.
  • the second trajectory planner 4 receives at least some of the aforementioned input information, which is transmitted to the driver assistance system 2 via the input interface 2.1. Based on this input information, the second trajectory planner 4 calculates a safety trajectory.
  • the safety trajectory is calculated before or parallel to the travel trajectories that the first trajectory planner 4 provides.
  • the safety trajectory is calculated in a shorter period of time than the calculation of the travel trajectories by the first trajectory planner 3.
  • the safety trajectory can be calculated, for example, in a time period of less than 5 ms, for example 1 ms, 2 ms, 3 ms or 4 ms, whereas the calculation of the travel trajectories by the first trajectory planner 3 has to take place within, for example, 50 ms.
  • the safety trajectory is, for example, a trajectory that is used as an alternative or emergency trajectory when, contrary to expectations, no travel trajectory or no travel trajectory released by the checking unit 5 described below is calculated by the first trajectory planner 3 within a defined period of time.
  • the safety trajectory is calculated, for example, in such a way that it begins at the current ego vehicle position of the vehicle 1, which keeps the current lane in which the vehicle is moving, maintains the current speed or reduces the speed by the distance to a foreign vehicle ahead to comply with This also includes emergency braking if necessary.
  • the safety trajectory can be calculated, for example, as follows: First, starting from the current vehicle position, a vehicle trajectory that runs parallel to at least one lane marking is determined. Speed and/or deceleration values are then added to points along the vehicle's trajectory in such a way that, depending on the speed of the vehicle in front, the distance to this vehicle can be maintained. This also includes emergency braking if the vehicle in front brakes sharply.
  • the driver assistance system 2 also has a checking unit 5 .
  • the checking unit 5 is coupled to the first trajectory planner 3 and the second trajectory planner 4 .
  • the checking unit 5 receives one or more travel trajectories from the first trajectory planner 3 .
  • an evaluation indicator is preferably assigned to each of the travel trajectories, which is preferably likewise transmitted to the checking unit 5 .
  • the verification unit 5 receives the safety trajectory from the second trajectory planner 4 .
  • the input information that is made available to the driver assistance system 2 via the input interface 2.1 is preferably also transmitted to the checking unit 5.
  • the first trajectory planner 3 does not meet the safety standard required by the Automotive Safety Integrity Level (ASIL), so that the driver assistance system 2 would not meet the safety standard overall, even if all other function blocks of the driver assistance system 2 meet this safety standard.
  • the checking unit 5 serves to compensate for the lack of a safety standard in the first trajectory planner 3 by subjecting the travel trajectories provided by the first trajectory planner 3 to a safety check.
  • the checking unit 5 is designed in particular to check the travel trajectories provided by the first trajectory planner 3 with regard to one or more of the following safety objectives: First, the checking unit 5 is designed to check whether the travel trajectories provided by the first trajectory planner 3 are collision-free, ie no collision with road users or static objects occurs. This is done, for example, in such a way that the travel trajectories provided by the first trajectory planner 3 are compared with the estimated trajectories of the other road users or the location of a stationary object, and it is checked whether the ego travel trajectory of the vehicle 1 matches the estimated trajectories of the other road users or the location of a fixed object.
  • the checking unit 5 is preferably designed to check whether the vehicle 1 leaves the lane in an undesired manner when driving on the travel trajectories. In this case, it is preferably determined by comparing the respective travel trajectory with the lane delimitation of the road model whether maneuver planner 2.3 has issued a command to stay in lane, to change lanes or to drive on the hard shoulder. Depending on this, the checking unit 5 decides whether it was permissible to leave the lane or not and thus assesses a travel trajectory as positive or negative with regard to this criterion. Driving on the hard shoulder can be permitted, for example, to carry out an emergency evasive maneuver or to form a rescue lane.
  • the checking unit 5 is preferably designed to check whether the vehicle 1 leaves the road in an undesired manner when driving on the travel trajectories. In this case, it is preferably determined by comparing the respective travel trajectory with the delimitation of the road model whether the road is being left. Furthermore, the checking unit 5 is preferably designed to check whether the vehicle 1 is undesirably moving from a standstill, for example in a traffic jam or stop-and-go situation. If the vehicle 1 is not allowed to be set in motion, this travel trajectory is rejected by the checking unit 5 and, for example, a standstill command is transmitted to the motion controller 2.5 of the vehicle 1.
  • the checking unit 5 is preferably designed to check whether an undesired acceleration or undesired braking of the vehicle 1 is taking place, which endangers the vehicle occupants and/or other road users. In this case, it is checked whether the longitudinal and/or transverse acceleration of the vehicle 1 along the respective trajectory exceeds specific threshold values.
  • the threshold value for the longitudinal acceleration can be ⁇ 3m/s and the threshold value for the lateral acceleration can be ⁇ 2m/s.
  • the collision avoidance unit has provided information that there is a risk of collision. If there is no risk of collision, the specified threshold values for longitudinal and/or lateral acceleration along the respective trajectory must not be exceeded. If this is nevertheless the case, this trajectory is rejected by the checking unit 5 .
  • the checking unit 5 is preferably designed to check whether an unstable driving behavior of the vehicle 1 occurs due to excessive acceleration or excessive braking or excessive speed. This can be checked as follows:
  • the maximum speed value of the planned travel trajectory can be compared with the permitted maximum speed, which is made up of results from the road model (for example using traffic signs). If a deviation is determined here that goes beyond a tolerance threshold, the planned travel trajectory is discarded. In addition, it can be checked whether the speed is too high for the planned driving maneuver, for example driving through a bend. The planned acceleration values are compared with the road friction coefficient. If the comparison of the road friction coefficient with the longitudinal and lateral acceleration values of the driving trajectory shows that the longitudinal and lateral acceleration values are too high at least partially along the driving trajectory, the driving trajectory is discarded. A safety reserve can be included in the comparison in order to avoid instability of the vehicle 1 in any case.
  • the checking unit 5 After checking the travel trajectories provided by the first trajectory planner 3, the checking unit 5 provides a trajectory list that contains those travel trajectories planned by the first trajectory planner 3 that have passed the aforementioned checks. In addition, the trajectory list contains the safety trajectory to ensure that a drivable trajectory is also available if the first trajectory planner 3 does not provide a driving trajectory that has been approved by the checking unit 5 within a specified time window.
  • the processes described above are carried out periodically or repeatedly at certain time intervals in order to be able to continuously provide an updated trajectory that corresponds to the current driving scenario.
  • the repetition rate of the processes can be in the range from 20 ms to 200 ms, for example.
  • the driving trajectories or the safety trajectory relate to a much longer period of time, ie determine the driving behavior of the Vehicle 1 in a much longer period of time, for example 5 to 10 seconds, in particular 6, 7, 8 or 9 seconds.
  • the checking unit 5 with its hardware and software, in contrast to the first trajectory planner 3, meets a higher safety level, for example ASIL level B or higher.
  • the checking unit 5 is coupled to a selection unit 6 .
  • the trajectory list provided by the checking unit 5 is transmitted to the selection unit 6 .
  • the selection unit 6 is designed to preferably select a travel trajectory for controlling the movement of the vehicle 1 , which was calculated by the first trajectory planner 3 .
  • the trajectory list transmitted by the checking unit 5 to the selection unit 6 has several travel trajectories that were calculated by the first trajectory planner 3, that travel trajectory is selected for controlling the movement of the vehicle 1 whose evaluation indicator has the highest possible travel trajectory comfort and/or the best possible high driving trajectory safety indicated.
  • the safety trajectory for the vehicle control is selected by the selection unit 6 only in the event that the trajectory list does not contain a travel trajectory that was calculated by the first trajectory planner 3 .
  • the movement control can also be continued for a certain period of time based on the currently used travel trajectory, in particular when it can be assumed that a travel trajectory provided by the first trajectory planner 3 will shortly be available.
  • each travel trajectory provides vehicle control information that extends over a longer period of time than the repetition rate of the trajectory calculation.
  • the travel trajectory can relate to a period of time that is more than 50 times greater than the repetition rate of the trajectory calculation. This makes it possible, in the absence of a current travel trajectory calculated by the first trajectory planner 3, to control the vehicle initially using the previous travel trajectory.
  • the trajectory selected by the selection unit is then transmitted to the movement control unit 7 so that it carries out the vehicle control based on the selected trajectory.
  • FIG. 3 schematically shows a flowchart of a method for planning a driving process using a driver assistance system 2 of a vehicle 1 .
  • the current driving scenario and several different possible future driving processes are determined by the driver assistance system based on the current driving scenario (S10).
  • Travel trajectories for the travel processes are then calculated by the first trajectory planner (S11).
  • a safety driving trajectory is calculated by the second trajectory planner.
  • the safety travel trajectory is calculated independently of the calculation of the travel trajectories by the first trajectory planner (S12).
  • the travel trajectories provided by the first trajectory planner are then checked by a checking unit and a travel trajectory list is provided by the checking unit.
  • the list of travel trajectories contains those travel trajectories provided by the first trajectory planner that have passed the check by the checking unit.
  • the travel trajectory list contains the safety travel trajectory generated by the second trajectory planner (S13).
  • the travel trajectory list is then transmitted to the selection unit, which selects a trajectory from the travel trajectory list (S14).
  • an at least partially automated driving process is controlled by the autonomous driving assistance system based on the selected trajectory (S16).

Abstract

Verfahren zur Planung eines zumindest teilweise automatisierten Fahrvorgangs mittels eines Fahrassistenzsystems (2) eines Fahrzeugs (1).

Description

Verfahren zur Planung eines zumindest teilweise automatisierten Fahrvorgangs mittels eines Fahrassistenzsystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung eines zumindest teilweise automatisierten Fahrvorgangs mittels eines Fahrassistenzsystems.
Es sind Fahrassistenzsysteme bekannt, die basierend auf dem aktuellen Fahrszenario eine Fahrtrajektorie berechnen können, auf der sich das Fahrzeug automatisiert, d.h. beispielsweise ohne Lenkeingriff des Fahrers und/oder ohne Betätigung des Gas- bzw. Bremspedals durch den Fahrer bewegt.
Abhängig von dem jeweiligen Fahrszenario ist es möglich, unterschiedliche Fahrvorgänge zu initiieren. So ist es beispielsweise auf einer mehrspurigen Straße beim Annähern an ein vorausfahrendes, langsameres Fremdfahrzeug möglich, zu unterschiedlichen Zeitpunkten bzw. Abständen zu diesem Fremdfahrzeug die Geschwindigkeit zu reduzieren.
Zudem sind Fahrassistenzsysteme mit Trajektorienplanern bekannt, die zu den unterschiedlichen Fahrvorgängen jeweils zumindest eine Fahrtrajektorie berechnen und nach Auswählen einer Fahrtrajektorie die Fahrzeugsteuerung basierend auf dieser ausgewählten Fahrtrajektorie erfolgt.
Problematisch hierbei ist, dass derartige Trajektorienplaner in Bezug auf Hardware und Software sehr komplex sind und daher häufig nicht das Sicherheitslevel gemäß den Anforderungen der ISO26262 erfüllen, das das gesamte Fahrassistenzsystem zu erfüllen hat, um in einem Fahrzeug eingesetzt zu werden. Es ist zwar grundsätzlich möglich, auch komplexe Trajektorienplaner gemäß dem geforderten Sicherheitslevel zu designen, aber die Kosten für die Entwicklung und die Hardware sind sehr hoch.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Planung eines zumindest teilweise automatisierten Fahrvorgangs mittels eines Fahrassistenzsystems anzugeben, das es ermöglicht, in einem Fahrassistenzsystem mit einem geforderten Sicherheitslevel gemäß den Anforderungen der ISO26262 einen Trajektorienplaner einzusetzen, der das geforderte Sicherheitslevel nicht erfüllt, um ein Fahrassistenzsystem kosteneffizient mit dem geforderten Sicherheitslevel bereitstellen zu können. Unter dem Sicherheitslevel ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine Sicherheitsanforderungsstufe, im Speziellen eine ASIL Einstufung (Automotive Safety Integrity Level) entsprechend den Anforderungen der ISO 26262 zu verstehen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Fahrassistenzsystem ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 12 und ein Fahrzeug mit einem solchen Fahrassistenzsystem ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 15.
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Planung eines zumindest teilweise automatisierten Fahrvorgangs mittels eines Fahrassistenzsystems eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Zunächst wird zumindest ein möglicher zukünftiger Fahrvorgang bestimmt. Ein Fahrvorgang kann beispielsweise ein Spurhalten oder ein Spurwechsel auf die linke Fahrspur sein. Hierbei kann beispielsweise vorab das aktuelle Fahrszenario bestimmt werden, d.h. die Fahrsituation, in der sich das Fahrzeug aktuell befindet. Dies kann beispielsweise sein: „Fahrzeug fährt auf rechter Spur einer zweispurigen Straße, linke Fahrspur frei, 150m voraus langsameres Fremdfahrzeug“. Basierend auf dem aktuellen Fahrszenario werden dann durch das Fahrassistenzsystem ein oder mehrere unterschiedliche, zukünftig mögliche Fahrvorgänge ermittelt. Diese können in dem vorbeschriebenen Fahrszenario beispielsweise sein: Spurwechsel auf linken Fahrstreifen, Spurhalten. Es versteht sich, dass mehr als die genannten Fahrvorgänge möglich sind und diese Fahrvorgänge zu unterschiedlichen Zeitpunkten eingeleitet werden können.
Anschließend werden Fahrtrajektorien zu dem zumindest einen Fahrvorgang durch einen ersten Trajektorienplaner berechnet. Die jeweilige Fahrtrajektorie definiert beispielsweise die Bewegungsbahn des Fahrzeugs in einem zweidimensionalen Koordinatensystem und legt vorzugsweise zudem die Geschwindigkeit des Fahrzeugs fest, mit der diese Bewegungsbahn durchfahren wird. Bei der Berechnung der Fahrtrajektorie kann zudem die Längs- und Querbeschleunigung bzw. der Längs- und Querruck optimiert werden. Somit werden in diesem Schritt eine oder mehrere Fahrtrajektorien berechnet. Vorzugsweise wird zu jedem Fahrvorgang jeweils eine Fahrtrajektorie berechnet, die in Bezug auf Längs- und Querbeschleunigung bzw. der Längs- und Querruck hinreichend gute Eigenschaften aufweist, d.h. optimiert ist.
Der erste Trajektorienplaner ist beispielsweise ein sogenannter modellprädiktiver Trajektorienplaner (engl. „model-predictive planner“), der mit Hilfe einer Kostenfunktion, eines Fahrdynamikmodells, mathematisch modellierten Nebenbedingungen und eines sog. Solvers eine optimale oder zumindest optimierte Trajektorie erzeugt. Die Kriterien für „optimal“ werden dabei beispielsweise in der mathematischen Formulierung der Kostenfunktion (z.B. „möglichst wenig Querbeschleunigung, möglichst gutes Spurhalten) und der Nebenbedingungen (z.B. „Fahrspur nicht verlassen“) festgelegt. Die optimale oder zumindest optimierte Trajektorie bezüglich dieser (auch widersprüchlichen) Kriterien wird dann in einem iterativen Optimierungsprozess mit Hilfe des Solvers erzeugt.
Der erste Trajektorienplaner hat beispielsweise folgende Vorteile: Die ausgegebene Trajektorie ist fahrbar, da sie mit Hilfe eines Fahrdynamikmodells ermittelt wurde. Wenn beispielsweise ein Notausweichmanöver als optimal ermittelt wurde, wird es auch so in der Realität umsetzbar sein.
Der erste Trajektorienplaner kann gleichzeitig hochdynamische Trajektorien (z.B. Notausweichen) und Trajektorien von niedriger Dynamik erzeugen (komfortables Spurhalten, Tolerieren von kleinen Fehlem im Straßenmodell).
Zudem wird eine Sicherheits-Fahrtrajektorie durch einen zweiten Trajektorienplaner berechnet. Die Berechnung der Sicherheits- Fahrtrajektorie erfolgt dabei unabhängig von der Berechnung der zumindest einen Fahrtrajektorie durch den ersten Trajektorienplaner. Dabei bedeutet „unabhängige Berechnung“ insbesondere, dass diese Berechnung zeitlich unabhängig und zumindest teilweise auf einer unterschiedlichen Hardware (beispielsweise einem anderen Prozessor) und zumindest teilweise einer anderen Software erfolgt.
Anschließend wird die von dem ersten Trajektorienplaner bereitgestellte zumindest eine Fahrtrajektorie durch eine Überprüfungseinheit überprüft. Die Überprüfung erfolgt mittels eines oder mehrerer Prüfkriterien, um sicherzustellen, dass die von dem ersten Trajektorienplaner bereitgestellten Fahrtrajektorien bestimmte Sicherheitsziele einhalten.
Die Überprüfungseinheit erzeugt daraufhin eine Fahrtrajektorien-Liste, die diejenigen von dem ersten Trajektorienplaner bereitgestellten Fahrtrajektorien enthält, die die Überprüfung durch die Überprüfungseinheit bestanden haben. Die Liste kann dabei eine oder mehrere von dem ersten Trajektorienplaner bereitgestellte Fahrtrajektorien enthalten, oder aber auch keine, und zwar dann, wenn keine Fahrtrajektorie die festgelegten Sicherheitsziele erfüllt hat oder die Berechnung nicht innerhalb einer festgelegten Berechnungszykluszeit erfolgt ist. Zudem enthält die Überprüfungseinheit die von dem zweiten Trajektorienplaner erzeugte Sicherheits-Fahrtrajektorie.
Anschließend wird die Fahrtrajektorien-Liste an eine Auswahleinheit übermittelt, die eine Trajektorie (entweder eine Fahrtrajektorie des ersten Trajektorienplaners oder die Sicherheits-Fahrtrajektorie) der Fahrtrajektorien-Liste auswählt.
Die Steuerung des zumindest teilweise automatisierten Fahrvorgangs durch das autonome Fahrassistenzsystem erfolgt anschließend basierend auf der ausgewählten Trajektorie.
Der technische Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch Überprüfung der vom ersten Trajektorienplaner berechneten zumindest einen Fahrtrajektorie durch die Überprüfungseinheit und die Bereitstellung einer Sicherheitsfahrtrajektorie durch einen zweiten unabhängigen Trajektorienplaner ein Fahrassistenzsystem geschaffen wird, das die geforderten Sicherheitsstandards der Norm ISO 26262 einhält, obwohl der erste Trajektorienplaner selbst diesen geforderten Sicherheitsstandard nicht erfüllt. Demnach wird die funktionale Sicherheit im Sinne der Norm ISO 26262 durch das Fahrerassistenzsystem im Kraftfahrzeug umgesetzt. Folglich kann ein hochsicheres Fahrassistenzsystem mit zugleich reduziertem Kostenaufwand geschaffen werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfüllt der erste Trajektorienplaner ein gemäß ISO 26262 schlechteres Sicherheitslevel als der zweite Trajektorienplaner. In anderen Worten erfüllt der zweite Trajektorienplaner damit ein gemäß ISO 26262 besseres Sicherheitslevel, mit anderen Worten eine bessere Sicherheitsanforderungsstufe als der erste Trajektorienplaner. Beispielsweise ist der zweite Trajektorienplaner nach ASIL-Level B oder höher zertifiziert, der erste Trajektorienplaner hingegen erfüllt beispielsweise lediglich ASIL QM-Level. Dadurch ist es möglich, das Fahrassistenzsystem kostengünstig zu gestalten, da der Prozessor des ersten Trajektorienplaners, der aufgrund der Rechenkomplexität eine höhere Rechenleistung aufweisen muss, einen geringeren Qualitätsstandard aufweisen kann als der zweite Trajektorienplaner, der eine geringere Rechenleistung aufweisen kann, aber aufgrund der Berechnung der Sicherheitstrajektorie und der damit bestehenden höheren Sicherheitsrelevanz den höheren Sicherheitsstandard zu erfüllen hat.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfüllt der erste Trajektorienplaner ein schlechteres Sicherheitslevel, mit anderen Worten eine schlechtere Sicherheitsanforderungsstufe als die Überprüfungseinheit. In anderen Worten erfüllt der die Überprüfungseinheit damit ein besseres Sicherheitslevel als der erste Trajektorienplaner. Durch das höhere Sicherheitslevel der Überprüfungseinheit, die beispielsweise zumindest ASIL-Level B oder höher erfüllt, wird es möglich, die berechneten Fahrtrajektorien des ersten Trajektorienplaners zu überprüfen und damit das schlechtere Sicherheitslevel des ersten Trajektorienplaners zu kompensieren, da durch die Überprüfungseinheit erkennbar ist, wenn eine vom ersten Trajektorienplaner berechnete Fahrtrajektorie fehlerhaft ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel berechnet der erste Trajektorienplaner jeweils einen Bewertungsindikator zu den Fahrtrajektorien, der ein Maß für den Komfort und/oder die Sicherheit der jeweiligen Fahrtrajektorie bildet. Der Bewertungsindikator ist vorzugsweise eine Zahl, so dass durch Vergleich der Bewertungsindikatoren die einzelnen Fahrtrajektorien hinsichtlich Komfort und/oder die Sicherheit miteinander verglichen werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Auswahleinheit dazu ausgebildet, eine von dem ersten Trajektorienplaner berechnete Fahrtrajektorie basierend auf einem Vergleich der Bewertungsindikatoren der einzelnen, von dem ersten Trajektorienplaner berechneten Fahrtrajektorien auszuwählen. Insbesondere wählt die Auswahleinheit diejenige Fahrtrajektorie von mehreren Fahrtrajektorien aus, die gemäß einem Vergleich der Bewertungsindikatoren den höchsten Komfort und/oder die höchste Sicherheit verspricht. Dadurch kann durch das Fahrassistenzsystem eine Fahrtrajektorie ausgewählt werden, die für die Insassen des Fahrzeugs einen hohen Komfort und Sicherheitseindruck verspricht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Sicherheits-Fahrtrajektorie durch den zweiten Trajektorienplaner derart berechnet, dass die Sicherheits-Fahrtrajektorie ausgehend von der aktuellen Fahrzeugposition eine Bewegungsbahn angibt, die kollisionsfrei ist und dabei einen vorgegebenen Abstand zu Fremdfahrzeugen und/oder Objekten im Umfeld des Fahrzeugs einhält. Eine solche Trajektorie ist einfach zu berechnen, so dass der zweite Trajektorienplaner eine geringere Rechenleistung als der erste Trajektorienplaner bereitstellen muss. Gleichzeitig kann diese Sicherheitstrajektorie schneller berechnet werden als die aufwändig optimierte Trajektorie, die der erste Trajektorienplaner zu berechnen hat.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel hält die Sicherheits-Fahrtrajektorie das Fahrzeug auf der aktuellen Fahrspur. Beispielsweise kann die Sicherheits- Fahrtrajektorie derart berechnet werden, dass diese parallel zu den Fahrspurbegrenzungen oder dem Fahrbahnrand verläuft. Damit wird das Fahrzeug bei Verwendung der Sicherheits-Fahrtrajektorie auf der aktuellen Fahrspur gehalten, was die Berechnung der Fahrtrajektorie wesentlich vereinfacht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden durch die Überprüfungseinheit eine oder mehrere der nachfolgenden Überprüfungen durchgeführt und so das Einhalten der Sicherheitsziele der zumindest einen vom ersten Trajektorienplaner berechneten Trajektorie gewährleistet:
- eine Überprüfung, ob die Fahrtrajektorie kollisionsfrei ist;
- eine Überprüfung, ob ein nicht beabsichtigtes Verlassen der Fahrspur auftritt;
- eine Überprüfung, ob ein Verlassen der Fahrbahn auftritt;
- eine Überprüfung, ob ein nicht beabsichtigtes Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stillstand auftritt;
- eine Überprüfung, ob eine nicht beabsichtigte Beschleunigung oder ein nicht beabsichtigtes Abbremsen des Fahrzeugs auftritt, das die Fahrzeuginsassen gefährdet;
- eine Überprüfung, ob eine nicht beabsichtigte Beschleunigung oder ein nicht beabsichtigtes Abbremsen des Fahrzeugs auftritt, das sonstige Verkehrsteilnehmer gefährdet;
- eine Überprüfung, ob durch eine zu hohe Beschleunigung, eine zu hohe Verzögerung oder eine zu hohe Geschwindigkeit ein instabiles Fahrverhalten des Fahrzeugs erreicht wird. Sollte die Überprüfungseinheit feststellen, dass die von dem ersten Trajektorienplaner berechnete Fahrtrajektorie einer oder mehrerer dieser Überprüfungen nicht standhält, d.h. die Prüfkriterien der Überprüfungen nicht erfüllt, wird die Fahrtrajektorie als ungültig verworfen und kann damit nicht zur Steuerung des Fahrzeugs verwendet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wählt die Auswahleinheit bevorzugt eine vom ersten Trajektorienplaner berechnete und durch die Überprüfungseinheit geprüfte Fahrtrajektorie anstelle der Sicherheitstrajektorie aus. In anderen Worten wird daher primär eine Fahrtrajektorie zur Steuerung des Fahrzeugs verwendet, die von dem ersten Trajektorienplaner berechnet wurde. Dadurch wird im Regelfall eine Fahrtrajektorie zur Fahrzeugsteuerung verwendet, die auf das aktuelle Fahrszenario angepasst ist und einen hohen Komfort- und Sicherheitseindruck vermittelt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wählt die Auswahleinheit diejenige vom ersten Trajektorienplaner berechnete und durch die Überprüfungseinheit geprüfte Fahrtrajektorie aus, deren Bewertungsindikator indiziert, dass diese Fahrtrajektorie den höchsten Komfort und/oder die höchste Sicherheit bietet. Damit wird ein Fahrassistenzsystem geschaffen, das einen hohen Komfort- und Sicherheitsstandard bietet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wählt die Auswahleinheit die Sicherheitstrajektorie aus, wenn die Fahrtrajektorien-Liste keine vom ersten Trajektorienplaner berechnete und von der Überprüfungseinheit geprüfte Fahrtrajektorie enthält. Dieser Fall tritt dann beispielsweise ein, wenn keine der vom ersten Trajektorienplaner berechneten Fahrtrajektorien von der Überprüfungseinheit als „korrekt“ klassifiziert wurde oder wenn der erste Trajektorienplaner überhaupt keine Fahrtrajektorie zeitgerecht berechnet hat. Dadurch steht in jedem Fall eine fahrbare, kollisionsfreie Trajektorie zur Verfügung, basierend auf der die Steuerung des Fahrzeugs erfolgen kann.
Alternativ kann anstelle der Sicherheitstrajektorie auch die zuletzt verwendete Fahrtrajektorie zur Steuerung des Fahrzeugs verwendet werden. Die Fahrtrajektorien werden vorzugsweise in zeitlich aufeinanderfolgenden Berechnungszyklen berechnet, wobei der Berechnungszyklus wesentlich, insbesondere um ein Vielfaches kürzer ist als die Zeitspanne, in der das Fahrzeug basierend auf der berechneten Fahrtrajektorie gesteuert werden kann. So deckt die Fahrtrajektorie einen Zeitraum von mehreren Sekunden (beispielsweise 5 bis 10 see) ab, wohingegen der Berechnungszyklus der Fahrtrajektorien eine mittlere Periodendauer von 20 bis 200ms hat. Somit ist es ohne weiteres möglich eine in einem vorhergehenden Berechnungszyklus berechnete Fahrtrajektorie zur Steuerung des Fahrzeugs in einem nachfolgenden Steuerungszyklus weiter zu verwenden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Berechnungsdauer der Sicherheitstrajektorie kürzer als eine maximale Berechnungsdauer, die beispielsweise vorgegeben oder festlegbar ist. Vorzugsweise ist die Berechnungsdauer der Sicherheitstrajektorie durch den zweiten Trajektorienplaner kürzer als die Berechnungsdauer der Fahrtrajektorie durch den ersten Trajektorienplaner. Der zweite Trajektorienplaner verwendet beispielsweise ein deterministisches Verfahren, das sicher in einer festen Laufzeit (z.B. 1 ms) abgeschlossen ist. Damit wird sichergestellt, dass durch den zweiten Trajektorienplaner am Ende eines Berechnungszyklus des ersten Trajektorienplaners immer die Berechnung der Sicherheitstrajektorie bereits beendet wurde und damit eine Sicherheitstrajektorie zur Verfügung steht, auch wenn der erste Trajektorienplaner innerhalb der festen Berechnungszykluszeit keine Trajektorie berechnen konnte.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug, das zur Planung eines zumindest teilweise automatisierten Fahrvorgangs ausgebildet ist. Das Fahrassistenzsystem ist dazu ausgebildet, die folgenden Schritte zu vollziehen: a) Bestimmen zumindest eines möglichen, zukünftigen Fahrvorgangs durch das Fahrassistenzsystem; b) Berechnen jeweils zumindest einer Fahrtrajektorie zu dem zumindest einen Fahrvorgang durch einen ersten Trajektorienplaner; c) Berechnen einer Sicherheits-Fahrtrajektorie zu einem möglichen zukünftigen Fahrvorgang durch einen zweiten Trajektorienplaner, wobei die Berechnung der Sicherheits-Fahrtrajektorie unabhängig von der Berechnung der zumindest einen Fahrtrajektorie durch den ersten Trajektorienplaner erfolgt; d) Überprüfen der zumindest einen von dem ersten Trajektorienplaner bereitgestellten Fahrtrajektorie durch eine Überprüfungseinheit und Bereitstellen einer Fahrtrajektorien-Liste durch die Überprüfungseinheit, wobei die Fahrtrajektorien-Liste diejenigen von dem ersten Trajektorienplaner bereitgestellten Fahrtrajektorien enthält, die die Überprüfung durch die Überprüfungseinheit bestanden haben, und zudem die von dem zweiten Trajektorienplaner erzeugte Sicherheits-Fahrtrajektorie enthält; e) Übermitteln der Fahrtrajektorien-Liste an eine Auswahleinheit, die eine Trajektorie der Fahrtrajektorien-Liste auswählt; und f) Steuerung des zumindest teilweise automatisierten Fahrvorgangs durch das autonome Fahrassistenzsystem basierend auf der ausgewählten Trajektorie. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Fahrassistenzsystems umfasst der erste Trajektorienplaner Programmanweisungen, die durch eine Rechnereinheit abgearbeitet werden, die von der Rechnereinheit unabhängig ist, auf der Programmanweisungen des zweiten Trajektorienplaners abgearbeitet werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Trajektorienplaner voneinander unabhängig arbeiten können und insbesondere der erste Trajektorienplaner eine Hardware nutzen kann, die ein schlechteres Sicherheitslevel erfüllt als die Hardware des zweiten Trajektorienplaners.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Fahrassistenzsystems umfasst der erste Trajektorienplaner Programmanweisungen, die durch eine Rechnereinheit abgearbeitet werden, die von der Rechnereinheit der Überprüfungseinheit unabhängig ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der erste Trajektorienplaner und die Überprüfungseinheit voneinander unabhängig arbeiten können und insbesondere der erste Trajektorienplaner eine Hardware nutzen kann, die ein schlechteres Sicherheitslevel erfüllt als die Hardware der Überprüfungseinheit.
Gemäß einem nochmals weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Fahrassistenzsystem gemäß einem der vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Die Ausdrücke „näherungsweise“, „im Wesentlichen“ oder „etwa“ bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 beispielhaft und schematisch ein Fahrzeug in einem Fahrszenario, in dem eine Fahrentscheidung bezüglich eines Spurwechsels oder einem Spurhalten mit Geschwindigkeitsreduzierung zu treffen ist;
Fig. 2 beispielhaft und grob schematisch ein Blockschaltbild eines Fahrassistenzsystems zur Bestimmung von Fahrtrajektorien und zur Steuerung des Fahrzeugs basierend auf einer dieser Fahrtrajektorien; und
Fig. 3 beispielhaft und schematisch ein Ablaufdiagramm, das die Schritte eines Verfahrens zur Planung eines zumindest teilautomatisierten Fahrvorgangs veranschaulicht.
Figur 1 zeigt beispielhaft ein Fahrszenario, bei dem ein Fahrzeug 1 , auch als Ego-Fahrzeug bezeichnet, auf einer mehrspurigen Straße fährt, auf der auch ein oder mehrere Fremdfahrzeuge FF, FF' fahren.
Das Fahrszenario zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass vor dem Fahrzeug 1 auf der gleichen Spur ein Fremdfahrzeug FF' fährt, das aber eine geringere Geschwindigkeit aufweist, so dass sich der Abstand d zwischen den Fahrzeugen 1 , FF' zunehmend verringert. Die Fahrsituation kann sich zudem dadurch auszeichnen, dass sich auf einer linken Fahrspur der Straße ein weiteres Fremdfahrzeug FF von hinten nähert.
In einem derartigen Fahrszenario sind mehrere Fahrvorgänge denkbar. Zunächst kann das Fahrzeug 1 wie mit dem Pfeil angedeutet, einen Fahrspurwechsel einleiten oder ohne Fahrspurwechsel die Fahrgeschwindigkeit verringern und hinter dem vor ihm fahrenden Fremdfahrzeug FF hinterherfahren.
Ein Fahrassistenzsystem kann abhängig von dem aktuellen Fahrszenario für die jeweils möglichen Fahrvorgange Fahrtrajektorien berechnen. Die berechneten Fahrtrajektorien geben an, auf welcher Bewegungsbahn das Fahrzeug bei dem jeweiligen Fahrvorgang bewegt wird. Zudem kann die Fahrtrajektorie Informationen beinhalten, mit welcher Geschwindigkeit das Fahrzeug die Bewegungsbahn durchfährt. Bei der Berechnung der Fahrtrajektorie kann zudem die Längs- und Querbeschleunigung bzw. der Längs- und Querruck ermittelt werden.
Vorzugsweise werden für die Fahrtrajektorien jeweils Bewertungsindikatoren berechnet. Der Bewertungsindikator ist dabei ein Maß für den Komfort und/oder die Sicherheit der jeweiligen Fahrtrajektorie. Der Bewertungsindikator ist vorzugsweise eine Zahl, so dass durch Vergleich der Bewertungsindikatoren die einzelnen Fahrtrajektorien hinsichtlich Komfort und/oder die Sicherheit miteinander verglichen werden können.
Um bei der Bereitstellung der Fahrtrajektorien ein gefordertes Sicherheitslevel, mit anderen Worten eine geforderte Sicherheitsanforderungsstufe (beispielsweise nach ASIL: Automotive Safety Integrity Level) einhalten zu können und darüber hinaus sicherzustellen, dass innerhalb eines bestimmten Zeitfensters immer eine kollisionsfreie Trajektorie zur Verfügung steht, auf der das Fahrzeug automatisiert bewegt werden kann, wird nachfolgend ein Verfahren und ein Fahrassistenzsystem beschrieben, das trotz Nutzung eines Trajektorienplaners, der ein gefordertes Sicherheitslevel nicht erfüllt, das gesamte Fahrassistenzsystem trotzdem das geforderte Sicherheitslevel erreicht.
Nachfolgend wird ein Fahrassistenzsystem 2 beschrieben, das auch dann eine hohe Trajektoriensicherheit bietet, wenn der Trajektorienplaner, mittels dem die Fahrtrajektorien berechnet werden, selbst nicht ein gefordertes Sicherheitslevel erfüllt und darüber hinaus auch jederzeit eine Sicherheitstrajektorie bereitstellt, die dann verwendbar ist, wenn der Trajektorienplaner in einer vorgegebenen Zeit keine Fahrtrajektorie, insbesondere keine kollisionsfreie Fahrtrajektorie, berechnen kann.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrassistenzsystems 2, das zur Planung eines automatisierten Fahrvorgangs verwendbar ist.
Das Fahrassistenzsystem 2 umfasst eine Eingangsschnittstelle 2.1 , über die dem Fahrassistenzsystem 2 Eingangsinformationen zugeleitet werden, die für die Berechnung der Fahrtrajektorien bzw. die automatisierte Steuerung des Fahrzeugs 1 nötig sind. Dies sind zunächst Umgebungsinformationen, die durch geeignete Sensorik ermittelt werden oder beispielsweise über Karten etc. verfügbar sind. Die Umgebungsinformationen umfassen insbesondere ein Straßenmodell, das die vom Fahrzeug befahrene Straße charakterisiert. Das Straßenmodell kann Informationen über die Fahrbahn, die Anzahl der Fahrspuren in Fahrtrichtung etc. angeben. Zudem können die Umgebungsinformationen eine Objektliste umfassen, die angibt, welche Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs 1 vorhanden sind, beispielsweise Fremdfahrzeuge, feststehende Objekte, Fußgänger, Radfahrer, Motorradfahrer etc.
Zudem werden dem Fahrassistenzsystem 2 vorzugsweise Eingangsinformationen über die Eigenbewegung des Fahrzeugs 1 übermittelt. Dies können insbesondere Informationen einer Odometrieeinheit des Fahrzeugs 1 sein. Die Odometrieeinheit ist beispielsweise dazu ausgebildet, die Position, Ausrichtung und den Fahrzustand des Fahrzeugs 1 zu bestimmen. Als Eingangsgrößen können Messgrößen aus dem Fahrwerk (beispielsweise Raddrehung, Richtung), eines Gierratensensors (beispielsweise aus dem ESP/ABS-System; ESP: Elektronisches Stabilitätsprogramm; ABS: Anti-Blockiersystem) und der Lenkung (beispielsweise Radlenkwinkel, Lenkradwinkel) dienen.
Diese Eingangsinformationen werden zumindest teilweise einer Manöverbestimmungseinheit 2.2 zugeleitet. Diese Manöverbestimmungseinheit 2.2 empfängt vorzugsweise Informationen zu den aktuell geltenden Verkehrsregeln, beispielsweise Geschwindigkeitsbeschränkungen, Überholverbot etc. und bestimmt basierend auf den Eingangsinformationen und den Verkehrsregel- Informationen die in dem aktuellen Fahrszenario möglichen Fahrmanöver.
Die Manöverbestimmungseinheit 2.2 generiert vorzugsweise eine Liste von in dem aktuellen Fahrszenario möglichen Fahrmanövern, d.h. diejenigen Manöver, die grundsätzlich möglich sind und übermittelt diese an eine Manöverplanereinheit 2.3.
Die Manöverplanereinheit 2.3 ist dazu ausgebildet, basierend auf den grundsätzlich möglichen Manövern mögliche Fahrvorgänge zu ermitteln, beispielsweise „Spurwechsel jetzt“, „Spurwechsel in 2 Sekunden“ etc. Zudem kann die Manöverplanereinheit 2.3 dazu ausgebildet sein, mögliche Zielgebiete für ein Fahrmanöver zu bestimmen, beispielsweise eine andere Spur, ein Abbiegestreifen etc.
Die Manöverplanereinheit 2.3 ist beispielsweise mit einem ersten Trajektorienplaner 3 gekoppelt, so dass der erste Trajektorienplaner 3 Informationen bezüglich möglicher Fahrvorgänge und/oder Zielgebiete von der Manöverplanereinheit 2.3 empfangen kann.
Des Weiteren kann die Manöverplanereinheit 2.3 einen Trigger für die Berechnung von Fahrtrajektorien bereitstellen. Dieser Trigger wird vorzugsweise ebenfalls an den ersten Trajektorienplaner 3 übermittelt, so dass die Trajektorienberechnung durch diesen Trigger ausgelöst werden kann.
Der erste Trajektorienplaner 3 empfängt neben den von der Manöverplanereinheit 2.3 bereitgestellten Informationen auch zumindest teilweise die vorgenannten Eingangsinformationen, die über die Eingangsschnittstelle 2.1 dem Fahrassistenzsystem 2 übermittelt werden.
Der erste Trajektorienplaner 3 ist dazu ausgebildet, basierend auf den von der Manöverplanereinheit 2.3 bereitgestellten Informationen und den Eingangsinformationen mehrere kollisionsfreie Fahrtrajektorien zu berechnen. Die Fahrtrajektorien können sich zumindest teilweise auf unterschiedliche Fahrvorgänge beziehen. Die Fahrtrajektorien umfassen Informationen zur Bewegungsbahn des Fahrzeugs in einem zweidimensionalen Koordinatensystem. Zudem können die Fahrtrajektorien Informationen zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfassen, mit der die Bewegungsbahn durchfahren wird. Des Weiteren kann die Fahrtrajektorie zudem Informationen über die Längs- und Querbeschleunigung bzw. den Längs- und Querruck entlang der Bewegungsbahn des Fahrzeugs enthalten.
Der erste Trajektorienplaner 3 ist vorzugsweise auch dazu ausgebildet, einen Bewertungsindikator zu der jeweiligen Fahrtrajektorie zu berechnen. Der Bewertungsindikator ist vorzugsweise ein Indikator bezüglich des Komforts und/oder die Sicherheit der jeweiligen Fahrtrajektorie, d.h. gibt an, wie ein menschlicher Fahrer bzw. Insasse des Fahrzeugs die Fahrtrajektorie hinsichtlich Komfort und/oder Sicherheit beurteilt. Vorzugsweise ist der Bewertungsindikator eine Zahl, so dass durch Vergleich der Bewertungsindikatoren die einzelnen Fahrtrajektorien hinsichtlich Komfort und/oder Sicherheit miteinander verglichen werden können.
Das Fahrassistenzsystem weist darüber hinaus zudem einen zweiten Trajektorienplaner 4 auf. Der zweite Trajektorienplaner ist vorzugsweise durch eine vom ersten Trajektorienplaner 3 unterschiedliche Hardware implementiert. Insbesondere weisen der erste und zweite Trajektorienplaner 3, 4 unterschiedliche Prozessoren auf.
Der zweite Trajektorienplaner 4 erfüllt im Gegensatz zum ersten Trajektorienplaner 3 das geforderte Sicherheitslevel. Der zweite Trajektorienplaner 4 empfängt zumindest teilweise die vorgenannten Eingangsinformationen, die über die Eingangsschnittstelle 2.1 dem Fahrassistenzsystem 2 übermittelt werden. Basierend auf diesen Eingangsinformationen berechnet der zweite Trajektorienplaner 4 eine Sicherheitstrajektorie.
Die Sicherheitstrajektorie wird zeitlich vor oder parallel zu den Fahrtrajektorien berechnet, die der erste Trajektorienplaner 4 bereitstellt. Die Berechnung der Sicherheitstrajektorie erfolgt in einer kürzeren Zeitdauer als die Berechnung der Fahrtrajektorien durch den ersten Trajektorienplaner 3. Die Berechnung der Sicherheitstrajektorie kann beispielsweise in einer Zeitdauer kleiner als 5ms, beispielsweise 1 ms, 2ms, 3ms oder 4ms erfolgen, wohingegen die Berechnung der Fahrtrajektorien durch den ersten Trajektorienplaner 3 innerhalb von beispielsweise 50ms zu erfolgen hat.
Die Sicherheitstrajektorie ist beispielsweise eine Trajektorie, die als Alternativ- bzw. Notfalltrajektorie dann verwendet wird, wenn wider Erwarten durch den ersten Trajektorienplaner 3 in einer definierten Zeitspanne keine oder keine durch die nachfolgend beschriebene Überprüfungseinheit 5 freigegebene Fahrtrajektorie berechnet wird.
Die Sicherheitstrajektorie wird beispielsweise derart berechnet, dass diese an der aktuellen Ego-Fahrzeugposition des Fahrzeugs 1 beginnt, die die aktuelle Fahrspur, auf der sich das Fahrzeug bewegt, hält, die aktuelle Geschwindigkeit beibehält oder die Geschwindigkeit reduziert, um den Abstand zu einem vorausfahrenden Fremdfahrzeug einzuhalten. Dies schließt auch den Fall einer Notbremsung ein, falls dies notwendig ist.
Die Sicherheitstrajektorie kann beispielsweise wie folgt berechnet werden: Zunächst wird ausgehend von der aktuellen Fahrzeugposition eine Fahrzeugbewegungsbahn ermittelt, die parallel zu zumindest einer Fahrspurmarkierung verläuft. Anschließend werden Geschwindigkeits- und/oder Verzögerungswerte zu Punkten entlang der Fahrzeugbewegungsbahn hinzugefügt, und zwar derart, dass abhängig von der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs der Abstand zu diesem Fahrzeug eingehalten werden kann. Dies schließt im Falle eines starken Abbremsens des vorausfahrenden Fahrzeugs auch eine Notbremsung mit ein. Das Fahrassistenzsystem 2 weist zudem eine Überprüfungseinheit 5 auf.
Die Überprüfungseinheit 5 ist mit dem ersten Trajektorienplaner 3 und dem zweiten Trajektorienplaner 4 gekoppelt. Vom ersten Trajektorienplaner 3 empfängt die Überprüfungseinheit 5 eine oder mehrere Fahrtrajektorien. Den Fahrtrajektorien ist dabei vorzugsweise jeweils ein Bewertungsindikator zugeordnet, der vorzugsweise ebenfalls an die Überprüfungseinheit 5 übermittelt wird. Vom zweiten Trajektorienplaner 4 empfängt die Überprüfungseinheit 5 die Sicherheitstrajektorie. Zudem werden der Überprüfungseinheit 5 vorzugsweise auch die Eingangsinformationen übermittelt, die über die Eingangsschnittstelle 2.1 dem Fahrassistenzsystem 2 zur Verfügung gestellt werden.
Wie zuvor beschrieben, erfüllt der erste Trajektorienplaner 3 nicht den gemäß Automotive Safety Integrity Level (ASIL) geforderten Sicherheitsstandard, so dass der Fahrassistenzsystem 2 insgesamt den Sicherheitsstandard nicht erfüllen würde, auch wenn sämtliche anderen Funktionsblöcke des Fahrassistenzsystems 2 diesen Sicherheitsstandard erfüllen. Die Überprüfungseinheit 5 dient dazu, den fehlenden Sicherheitsstandard des ersten Trajektorienplaners 3 dadurch zu kompensieren, dass die von dem ersten Trajektorienplaner 3 bereitgestellten Fahrtrajektorien einer Sicherheitsüberprüfung unterzogen werden.
Die Überprüfungseinheit 5 ist insbesondere dazu ausgebildet, die von dem ersten Trajektorienplaner 3 bereitgestellten Fahrtrajektorien hinsichtlich einem oder mehrerer der nachfolgend genannten Sicherheitszielen zu überprüfen: Zunächst ist die Überprüfungseinheit 5 dazu ausgebildet, zu überprüfen, ob die vom ersten Trajektorienplaner 3 bereitgestellten Fahrtrajektorien kollisionsfrei sind, d.h. keine Kollision mit Verkehrsteilnehmern oder statischen Objekten auftritt. Dies erfolgt beispielsweise derart, dass die vom ersten Trajektorienplaner 3 bereitgestellten Fahrtrajektorien mit den geschätzten Trajektorien der anderen Verkehrsteilnehmer bzw. dem Standort eines feststehenden Objekts verglichen werden und dabei überprüft wird, ob sich die Ego-Fahrtrajektorie des Fahrzeugs 1 mit den geschätzten Trajektorien der anderen Verkehrsteilnehmer bzw. dem Standort eines feststehenden Objekts schneidet.
Zudem ist die Überprüfungseinheit 5 vorzugsweise dazu ausgebildet, zu überprüfen, ob das Fahrzeug 1 beim Befahren der Fahrtrajektorien in unerwünschter Weise die Fahrspur verlässt. Hierbei wird vorzugsweise durch einen Vergleich der jeweiligen Fahrtrajektorie mit der Fahrspurbegrenzung des Straßenmodells ermittelt, ob der Manöverplaner 2.3 einen Befehl zum Spurhalten, für einen Spurwechsel bzw. zum Befahren des Seitenstreifens abgegeben hat. Abhängig davon wird durch die Überprüfungseinheit 5 entschieden, ob ein Verlassen der Fahrspur zulässig war oder nicht und damit eine Fahrtrajektorie hinsichtlich dieses Kriteriums positiv oder negativ beurteilt. Das Befahren des Seitenstreifens kann beispielsweise erlaubt werden für die Durchführung eines Notausweichmanövers oder die Bildung einer Rettungsgasse.
Des Weiteren ist die Überprüfungseinheit 5 vorzugsweise dazu ausgebildet, zu überprüfen, ob das Fahrzeug 1 beim Befahren der Fahrtrajektorien in unerwünschter Weise die Straße verlässt. Dabei wird vorzugsweise durch einen Vergleich der jeweiligen Fahrtrajektorie mit der Begrenzung des Straßenmodells ermittelt, ob die Straße verlassen wird. Des Weiteren ist die Überprüfungseinheit 5 vorzugsweise dazu ausgebildet, zu überprüfen, ob das Fahrzeug 1 sich in unerwünschter Weise aus dem Stillstand in Bewegung setzt, beispielsweise in einer Stauoder stop-and-go-Situation. Wenn eine nicht erlaubtes In-Bewegung- Setzen des Fahrzeugs 1 erfolgt, wird diese Fahrtrajektorie durch die Überprüfungseinheit 5 verworfen und beispielsweise ein Stillstandsbefehl an die Bewegungssteuerung 2.5 des Fahrzeugs 1 übermittelt.
Des Weiteren ist die Überprüfungseinheit 5 vorzugsweise dazu ausgebildet, zu überprüfen, ob eine unerwünschte Beschleunigung bzw. ein unerwünschtes Abbremsen des Fahrzeugs 1 erfolgt, das die Fahrzeuginsassen und/oder andere Verkehrsteilnehmer gefährdet. Hierbei wird überprüft, ob die Längs- und/oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs 1 entlang der jeweiligen Trajektorie bestimmte Schwellwerte überschreitet. Beispielsweise kann der Schwellwert für die Längsbeschleunigung bei ±3m/s und der Schwellwert für die Querbeschleunigung bei ±2m/s liegen. Zusätzlich wird geprüft, ob die Kollisionsvermeidungseinheit eine Information bereitgestellt hat, dass eine Kollisionsgefahr besteht. Wenn keine Kollisionsgefahr besteht, dürfen die festgelegten Schwellwerte bei Längs- und/oder Querbeschleunigung entlang der jeweiligen Trajektorie nicht überschritten werden. Wenn dies trotzdem der Fall ist, wird diese Trajektorie durch die Überprüfungseinheit 5 verworfen.
Des Weiteren ist die Überprüfungseinheit 5 vorzugsweise dazu ausgebildet, zu überprüfen, ob ein instabiles Fahrverhalten des Fahrzeugs 1 durch eine zu hohe Beschleunigung bzw. ein zu hohes Abbremsen oder eine zu hohe Geschwindigkeit auftritt. Diese kann Überprüfung kann wie folgt erfolgen:
Zunächst kann der maximale Geschwindigkeitswert der geplanten Fahrtrajektorie mit der erlaubten Maximalgeschwindigkeit, die sich aus dem Straßenmodell ergibt (beispielsweise anhand von Verkehrszeichen) verglichen werden. Wenn hier eine Abweichung festgestellt wird, die über eine Toleranzschwelle hinausgeht, wird die geplante Fahrtrajektorie verworfen. Zudem kann überprüft werden, ob die Geschwindigkeit zu hoch für das geplante Fahrmanöver ist, beispielsweise das Durchfahren einer Kurve. Dabei werden die geplanten Beschleunigungswerte mit dem Straßenreibungskoeffizienten verglichen. Wenn sich aus dem Vergleich des Straßenreibungskoeffizienten mit den Längs- und Querbeschleunigungswerten der Fahrtrajektorie ergibt, dass die Längsund Querbeschleunigungswerte zumindest teilweise entlang der Fahrtrajektorie zu hoch sind, wird die Fahrtrajektorie verworfen. Hierbei kann bei dem Vergleich eine Sicherheitsreserve eingeplant werden, um in jedem Fall eine Instabilität des Fahrzeugs 1 zu vermeiden.
Die Überprüfungseinheit 5 stellt nach der Überprüfung der von dem ersten Trajektorienplaner 3 bereitgestellten Fahrtrajektorien eine Trajektorienliste bereit, die diejenigen vom ersten Trajektorienplaner 3 geplanten Fahrtrajektorien enthält, die die vorgenannten Überprüfungen bestanden haben. Zudem enthält die Trajektorienliste die Sicherheitstrajektorie, um sicherzustellen, dass auch dann eine fahrbare Trajektorie zur Verfügung steht, wenn der ersten Trajektorienplaner 3 nicht in einem vorgegebenen Zeitfenster eine Fahrtrajektorie bereitstellt, die durch die Überprüfungseinheit 5 freigegeben ist.
Es versteht sich, dass die vorbeschriebenen Abläufe periodisch bzw. in gewissen Zeitabständen wiederholt durchgeführt werden, um fortlaufend eine aktualisierte Trajektorie bereitstellen zu können, die dem aktuellen Fahrszenario entspricht. Die Wiederholrate der Abläufe kann beispielsweise im Bereich von 20ms bis 200ms liegen. Die Fahrtrajektorien bzw. die Sicherheitstrajektorie beziehen sich auf einen wesentlich längeren Zeitraum, d.h. Bestimmen das Fahrverhalten des Fahrzeugs 1 in einem wesentlich längeren Zeitraum, der beispielsweise 5 bis 10 Sekunden, insbesondere 6, 7, 8 oder 9 Sekunden beträgt.
Es sei erwähnt, dass die Überprüfungseinheit 5 mit deren Hardware und Software im Gegensatz zum ersten Trajektorienplaner 3 ein höheres Sicherheitslevel erfüllt, beispielsweise das ASIL Level B oder höher.
Die Überprüfungseinheit 5 ist mit einer Auswahleinheit 6 gekoppelt. Dabei wird die von der Überprüfungseinheit 5 bereitgestellte Trajektorienliste an die Auswahleinheit 6 übermittelt. Die Auswahleinheit 6 ist dazu ausgebildet, bevorzugt eine Fahrtrajektorie zur Bewegungssteuerung des Fahrzeugs 1 auszuwählen, die von dem ersten Trajektorienplaner 3 berechnet wurde.
Für den Fall, dass die von der Überprüfungseinheit 5 an die Auswahleinheit 6 übermittelte Trajektorienliste mehrere Fahrtrajektorien aufweist, die von dem ersten Trajektorienplaner 3 berechnet wurden, wird diejenige Fahrtrajektorie zur Bewegungssteuerung des Fahrzeugs 1 ausgewählt, deren Bewertungsindikator einen möglichst hohen Fahrtrajektorienkomfort und/oder eine möglichst hohe Fahrtrajektoriensicherheit indiziert. Lediglich für den Fall, dass die Trajektorienliste keine Fahrtrajektorie enthält, die von dem ersten Trajektorienplaner 3 berechnet wurde, wird durch die Auswahleinheit 6 die Sicherheitstrajektorie für die Fahrzeugsteuerung ausgewählt.
Alternativ kann die Bewegungssteuerung für einen gewissen Zeitraum auch noch basierend auf der aktuell verwendeten Fahrtrajektorie weitergeführt werden, insbesondere dann, wenn davon auszugehen ist, dass in Kürze eine von dem ersten Trajektorienplaner 3 bereitgestellte Fahrtrajektorie zur Verfügung steht. Wie zuvor beschrieben, stellt jede Fahrtrajektorie Informationen zur Fahrzeugsteuerung bereit, die sich auf einen längeren Zeitraum erstrecken als die Wiederholrate der Trajektorienberechnung. Insbesondere kann sich die Fahrtrajektorie auf einen Zeitraum beziehen, der mehr als 50 mal größer ist als die Wiederholrate der Trajektorienberechnung. Dadurch ist es möglich, beim Fehlen einer aktuellen, von dem ersten Trajektorienplaner 3 berechneten Fahrtrajektorie zunächst mit der vorherigen Fahrtrajektorie die Fahrzeugsteuerung zu bewerkstelligen.
Die von der Auswahleinheit ausgewählte Trajektorie wird anschließend an die Bewegungssteuereinheit 7 übermittelt, damit diese die Fahrzeugsteuerung basierend auf der ausgewählten Trajektorie vollzieht.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Ablauflaufdiagramm eines Verfahrens zur Planung eines Fahrvorgangs mittels eines Fahrassistenzsystems 2 eines Fahrzeugs 1 .
Zunächst wird das aktuelle Fahrszenario und mehrerer unterschiedliche mögliche, zukünftige Fahrvorgänge basierend auf dem aktuellen Fahrszenario durch das Fahrassistenzsystem bestimmt (S10).
Anschließend erfolgt ein Berechnen von Fahrtrajektorien zu den Fahrvorgängen durch den ersten Trajektorienplaner (S11 ).
Zudem wird eine Sicherheits-Fahrtrajektorie durch den zweiten Trajektorienplaner berechnet. Die Berechnung der Sicherheits- Fahrtrajektorie erfolgt dabei unabhängig von der Berechnung der Fahrtrajektorien durch den ersten Trajektorienplaner (S12). Anschließend werden die von dem ersten Trajektorienplaner bereitgestellten Fahrtrajektorien durch eine Überprüfungseinheit überprüft und eine Fahrtrajektorien-Liste durch die Überprüfungseinheit bereitgestellt. Die Fahrtrajektorien-Liste enthält diejenigen von dem ersten Trajektorienplaner bereitgestellten Fahrtrajektorien, die die Überprüfung durch die Überprüfungseinheit bestanden haben. Zudem enthält die Fahrtrajektorien-Liste die von dem zweiten Trajektorienplaner erzeugte Sicherheits-Fahrtrajektorie (S13).
Anschließend wird die Fahrtrajektorien-Liste an die Auswahleinheit übermittelt, die eine Trajektorie der Fahrtrajektorien-Liste auswählt (S14).
Zuletzt wird ein zumindest teilweise automatisierter Fahrvorgang durch das autonome Fahrassistenzsystem basierend auf der ausgewählten Trajektorie gesteuert (S16).
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die Patentansprüche definierte Schutzbereich verlassen wird.
Bezugszeichenliste
1 Fahrzeug
2 Fahrassistenzsystem
2.1 Eingansschnittstelle
2.2 Manöverbestimmungseinheit
2.3 Manöverplanereinheit
2.4 Kollisionsvermeidungseinheit
2.5 Bewegungssteuerung
3 erster Trajektorienplaner
4 zweiter Trajektorienplaner
5 Überprüfungseinheit
6 Auswahleinheit
10 Fahrassistenzsystem
11 Steuereinheit
12 Umgebungsmodell-Einheit
13 Sensor
14 Fahrvorgangsplaner
15 Fahrzeugbewegungssteuerung d Abstand
FF, FF' Fremdfahrzeug

Claims

- 28 -
Patentansprüche
1 ) Verfahren zur Planung eines zumindest teilweise automatisierten Fahrvorgangs mittels eines Fahrassistenzsystems (2) eines Fahrzeugs (1 ) umfassend folgende Schritte: a) Bestimmen zumindest eines möglichen, zukünftigen Fahrvorgangs durch das Fahrassistenzsystem (2) (S10); b) Berechnen jeweils zumindest einer Fahrtrajektorie zu dem zumindest einen Fahrvorgang durch einen ersten
T rajektorienplaner (3) (S 11 ); c) Berechnen einer Sicherheits-Fahrtrajektorie durch einen zweiten Trajektorienplaner (4), wobei die Berechnung der Sicherheits-Fahrtrajektorie unabhängig von der Berechnung der zumindest einen Fahrtrajektorie durch den ersten Trajektorienplaner (3) erfolgt (S12); d) Überprüfen der zumindest einen von dem ersten Trajektorienplaner (3) bereitgestellten Fahrtrajektorie durch eine Überprüfungseinheit (5) und Bereitstellen einer Fahrtrajektorien-Liste durch die Überprüfungseinheit (5), wobei die Fahrtrajektorien-Liste diejenigen von dem ersten Trajektorienplaner bereitgestellten Fahrtrajektorien enthält, die die Überprüfung durch die Überprüfungseinheit (5) bestanden haben, und zudem die von dem zweiten Trajektorienplaner (4) erzeugte Sicherheits-Fahrtrajektorie enthält (S13); e) Übermitteln der Fahrtrajektorien-Liste an eine Auswahleinheit (6), die eine Trajektorie der Fahrtrajektorien-Liste auswählt (S14); und f) Steuerung des zumindest teilweise automatisierten Fahrvorgangs durch das autonome Fahrassistenzsystem (1 ) basierend auf der ausgewählten Trajektorie (S15). 2) Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Trajektorienplaner (3) ein schlechteres Sicherheitslevel als der zweite Trajektorienplaner (4) erfüllt.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Trajektorienplaner (3) ein schlechteres Sicherheitslevel als die Überprüfungseinheit (5) erfüllt.
4) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Trajektorienplaner (3) jeweils einen Bewertungsindikator zu den Fahrtrajektorien berechnet, der ein Maß für den Komfort und/oder die Sicherheit der jeweiligen Fahrtrajektorie bildet.
5) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheits-Fahrtrajektorie durch den zweiten Trajektorienplaner (4) derart berechnet wird, dass die Sicherheits-Fahrtrajektorie ausgehend von der aktuellen Fahrzeugposition eine Bewegungsbahn angibt, die kollisionsfrei ist und dabei einen vordefinierten Abstand zu Fremdfahrzeugen und oder Objekten im Umfeld des Fahrzeugs (1 ) einhält.
6) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheits-Fahrtrajektorie das Fahrzeug (1 ) auf der aktuellen Fahrspur hält.
7) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfungseinheit eine oder mehrere der nachfolgenden Überprüfungen durchführt:
- eine Überprüfung, ob die Fahrtrajektorie kollisionsfrei ist; - eine Überprüfung, ob ein nicht beabsichtigtes Verlassen der Fahrspur auftritt;
- eine Überprüfung, ob ein Verlassen der Fahrbahn auftritt;
- eine Überprüfung, ob ein nicht beabsichtigtes Anfahren des Fahrzeugs (1 ) aus dem Stillstand auftritt;
- eine Überprüfung, ob eine nicht beabsichtigte Beschleunigung oder ein nicht beabsichtigtes Abbremsen des Fahrzeugs (1 ) auftritt, das die Fahrzeuginsassen gefährdet;
- eine Überprüfung, ob eine nicht beabsichtigte Beschleunigung oder ein nicht beabsichtigtes Abbremsen des Fahrzeugs (1 ) auftritt, das sonstige Verkehrsteilnehmer gefährdet;
- eine Überprüfung, ob durch eine zu hohe Beschleunigung, eine zu hohe Verzögerung oder eine zu hohe Geschwindigkeit ein instabiles Fahrverhalten des Fahrzeugs (1 ) erreicht wird. ) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahleinheit bevorzugt eine vom ersten Trajektorienplaner (3) berechnete und durch die Überprüfungseinheit geprüfte Fahrtrajektorie anstelle der Sicherheitstrajektorie auswählt. ) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahleinheit (6) diejenige vom ersten Trajektorienplaner (3) berechnete und durch die Überprüfungseinheit (5) geprüfte Fahrtrajektorie auswählt, deren Bewertungsindikator indiziert, dass diese Fahrtrajektorie den höchsten Komfort und/oder die höchste Sicherheit bietet. 0) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahleinheit (6) die Sicherheitstrajektorie auswählt, wenn die Fahrtrajektorien-Liste keine vom ersten Trajektorienplaner (3) berechnete und von der Überprüfungseinheit (5) geprüfte Fahrtrajektorie enthält. ) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsdauer der Sicherheitstrajektorie durch den zweiten Trajektorienplaner (4) kürzer ist als eine maximale Berechnungsdauer. ) Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug (1 ), das zur Planung eines zumindest teilweise automatisierten Fahrvorgangs ausgebildet ist, wobei das Fahrassistenzsystem (2) dazu ausgebildet ist, die folgenden Schritte durchzuführen: a) Bestimmen zumindest eines möglichen, zukünftigen Fahrvorgangs durch das Fahrassistenzsystem (2); b) Berechnen jeweils zumindest einer Fahrtrajektorie zu dem zumindest einen Fahrvorgang durch einen ersten Trajektorienplaner (3); c) Berechnen einer Sicherheits-Fahrtrajektorie zu einem möglichen zukünftigen Fahrvorgang durch einen zweiten Trajektorienplaner (4), wobei die Berechnung der Sicherheits- Fahrtrajektorie unabhängig von der Berechnung der zumindest einen Fahrtrajektorie durch den ersten Trajektorienplaner (3) erfolgt; d) Überprüfen der zumindest einen von dem ersten Trajektorienplaner (3) bereitgestellten Fahrtrajektorie durch eine Überprüfungseinheit (5) und Bereitstellen einer Fahrtrajektorien-Liste durch die Überprüfungseinheit (5), wobei die Fahrtrajektorien-Liste diejenigen von dem ersten Trajektorienplaner (3) bereitgestellten Fahrtrajektorien enthält, die die Überprüfung durch die Überprüfungseinheit (5) bestanden haben, und zudem die von dem zweiten - 32 -
Trajektorienplaner (4) erzeugte Sicherheits-Fahrtrajektorie enthält (S13); e) Übermitteln der Fahrtrajektorien-Liste an eine Auswahleinheit (6), die eine Trajektorie der Fahrtrajektorien-Liste auswählt; und f) Steuerung des zumindest teilweise automatisierten Fahrvorgangs durch das autonome Fahrassistenzsystem (2) basierend auf der ausgewählten Trajektorie. ) Fahrassistenzsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Trajektorienplaner (3) Programmanweisungen umfasst, die durch eine Rechnereinheit abgearbeitet werden, die von der Rechnereinheit unabhängig ist, auf der Programmanweisungen des zweiten Trajektorienplaners (4) abgearbeitet werden. ) Fahrassistenzsystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Trajektorienplaner (3) Programmanweisungen umfasst, die durch eine Rechnereinheit abgearbeitet werden, die von der Rechnereinheit der Überprüfungseinheit (5) unabhängig ist. ) Fahrzeug umfassend ein Fahrassistenzsystem (2) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14.
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