WO2023198352A1 - Method for determining a travel trajectory for a vehicle - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for determining a travel trajectory for a vehicle.
- the invention further relates to a method for controlling a vehicle along a travel trajectory determined according to the invention.
- Driving trajectories are essential for controlling vehicles.
- the determination of a travel trajectory must take place while the vehicle is driving and must be carried out taking into account the nature of the surroundings and in particular the road to be traveled on. The investigation must therefore be carried out quickly and precisely in order to enable accident-free and safe control of the vehicle.
- a method for determining a travel trajectory for a vehicle comprising: Receiving map data of a map representation of an environment of a vehicle, the map representation comprising information regarding at least one roadway to be traveled by the vehicle;
- the occupancy grid representing at least one object positioned at least partially on the roadway
- a widthline segment being designed as a line segment running along a width extent of the roadway, the widthline segment between lateral boundaries of the roadway or between a lateral boundary of the roadway and an object positioned at least partially on the roadway or between two objects positioned at least partially on the roadway, and wherein a length of a width line segment describes a width of the roadway available for travel by the vehicle;
- each width line segment is reduced at each end of the width line segment by at least half a width of the vehicle
- roadway segments are created based on map data and based on data from an occupancy grid of a vehicle's surroundings roadway to be traveled by a vehicle. Furthermore, width line segments arranged one after the other at predetermined distances from one another along a longitudinal direction of the roadway are generated for each roadway segment. The extent of the width line segments describes the width of the road.
- the width of the roadway is an extension of the roadway in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
- the wide line segments are defined here as line segments and run between two side boundaries of the road, between a side boundary of the road and an object at least partially arranged on the road or between two objects at least partially arranged on the road.
- support points are defined for each width line segment, with one support point being arranged on a width line segment.
- the line element represents a course of the travel trajectory generated in this way.
- the travel trajectory generated in this way primarily includes position information in which the positions of the individual support points as well as the positions of the line element connecting the support points serve as position information for controlling the vehicle along the travel trajectory.
- the travel trajectory can also include speed information in addition to the position information.
- the width line segments or the roadway segments are generated based on the map data of the map display and in particular taking into account the position information stored there.
- the data of the occupancy grid of the vehicle's surroundings can be based on surroundings sensor data and describe an occupancy of the environment, which is divided into spatial segments, with objects, in particular static objects.
- the vehicle By reducing the lengths of the width line segments by at least one width of the vehicle, it can be ensured that the vehicle is able to travel along the roadway without collision when driving on the travel trajectory running through the support points. Collision-free driving on the road by the vehicle is possible for any support points positioned on the reduced-length width line segments. This requires that when the vehicle is controlled along the travel trajectory, a geometric center of the vehicle is positioned on the travel trajectory.
- each support point is positioned centrally on the respective width line segment.
- the technical advantage can be achieved that a simple determination of the support points on the respective latitude line segments is made possible. Since the width line segments are reduced in length by at least the width of the vehicle, central positioning of the support points on the respective width line segments can ensure that the vehicle can be controlled along the road without collision when driving along the travel trajectory running through the support points.
- determining the support points comprises: connecting a first support point positioned on a first width line segment with a second support point positioned on a second width line segment arranged immediately behind the first width line segment with a straight connecting line;
- determining the support points includes:
- the method further comprises:
- Steering angle contribution where the maximum steering angle contribution a maximum steering angle of the vehicle is taken into account, which the vehicle can execute without a collision with a side road boundary of the road and/or with an object positioned at least partially on the road; and wherein reducing the length includes:
- the technical advantage can be achieved that a maximum steering angle of the vehicle can be taken into account when driving on the road along the travel trajectory.
- the maximum steering angle is defined in the sense of the application as the steering angle that can be made when driving on the road without this leading to a collision of the vehicle with objects or road boundaries.
- connecting the support points to the travel trajectory includes:
- the technical advantage can be achieved that enables a simple and precise connection of the support points to determine the travel trajectory becomes.
- the smoothest possible course of the driving trajectory can be achieved, which runs through the support points and along the road without strong steering movements. This makes it possible to achieve pleasant and safe driving behavior of the vehicle.
- An adaptation process is a fit process in the sense of registration.
- the spline function is designed as a basic spline function with control points.
- adapting the spline function to the support points includes:
- the technical advantage can be achieved that by minimizing the distances between the spline function and the support points, the resulting travel trajectory runs through the support points as precisely as possible.
- the safest possible course of the travel trajectory can be achieved, in which the vehicle is controlled as far away as possible from the road boundaries or the objects that are at least partially arranged on the road.
- the curvature or the derivative of the curvature of the spline function the smoothest possible course of the driving trajectory can be achieved without large or strong steering movements. This enables the vehicle to drive as pleasantly and safely as possible.
- minimizing the distances between the spline function and the support points includes:
- minimizing is accomplished by performing a gradient process.
- the method further comprises:
- the technical advantage can be achieved that a safe driving trajectory can be determined. If the above-mentioned length reductions of the width line segments result in a width line segment that has a shorter length than the width of the vehicle, the last width line segment in the direction of travel with a length greater than the width of the vehicle is defined as the end point of the travel trajectory. A width line segment with a length less than the width of the vehicle would lead to a collision of the vehicle with either the road boundaries or one or a plurality of objects positioned at least partially on the road when driving on the vehicle. To avoid collisions, according to the invention, the travel trajectory is ended before reaching such a latitude line segment at an end point of the travel trajectory. This can prevent the vehicle from colliding with road boundaries or objects.
- the method further comprises: receiving environment sensor data from at least one environment sensor of the vehicle, the environment sensor data depicting the environment of the vehicle; and
- a method for controlling a vehicle comprising:
- the technical advantage can be achieved that an improved method for controlling a vehicle can be provided.
- the vehicle is controlled along a travel trajectory determined according to the method according to the invention for determining a travel trajectory for a vehicle with the above-mentioned technical advantages.
- a computing unit is provided which is set up to implement the method for determining a travel trajectory for a Vehicle according to one of the preceding embodiments and / or to carry out the method for controlling a vehicle.
- a computer program product comprising commands which, when the program is executed by a data processing unit, cause it to carry out the method for determining a travel trajectory for a vehicle according to one of the preceding embodiments and/or the method for controlling a vehicle.
- FIG. 1 is a graphical representation of a method for determining a travel trajectory for a vehicle according to an embodiment
- FIG. 2 is a graphic representation of a step of the method in FIG. 1;
- Fig. 3 is a further graphical representation of a further step of the method in Fig. 1;
- FIG. 4 shows a flowchart of the method for determining a travel trajectory for a vehicle according to an embodiment
- FIG. 5 shows a flowchart of a method for controlling a vehicle
- Fig. 6 is a schematic representation of a computer program product.
- FIG. 1 shows a graphical representation of a method 100 for determining a travel trajectory 316 for a vehicle 305 according to an embodiment.
- Graphic a) shows a roadway 301 and a vehicle 305 traveling on the roadway 301.
- the roadway 301 has roadway boundaries 302 arranged on the right and left relative to a longitudinal direction 306 of the roadway 301.
- an object 303 is arranged on the right edge of the road 302 and on the left edge of the road 302, which is at least partially arranged on the road 301.
- the objects 303 can be, for example, parked vehicles, stopped vehicles, construction site boundaries or other primarily statically arranged objects that can usually occur in road traffic.
- the vehicle 305 also has at least one environment sensor 307, by means of which an environment detection of the vehicle's surroundings is possible.
- the environment sensor 307 can be designed, for example, as a camera sensor, LIDAR sensor or radar sensor.
- the vehicle can also include several different environmental sensors.
- the vehicle 305 also has a computing unit 309.
- the vehicle 305 is set up to carry out the method according to the invention for determining a travel trajectory.
- the computing unit 309 takes into account map data of a map representation of a traffic network comprising the roadway 301.
- the map display can be designed, for example, as a topological road map.
- data from an occupancy grid of the surroundings of the vehicle 305 are taken into account by the computing unit 309.
- the occupancy grid describes an occupancy of various spatial segments of the surroundings of the vehicle 305 by objects 303 arranged in the surroundings of the vehicle.
- the occupancy grid is based on surroundings sensor data from the surroundings sensor 307, so that by recording the surroundings sensor data, by means of which the surroundings of the vehicle 305 and in particular the road 301 and possibly the at least partially Objects 303 arranged thereon are imaged, a corresponding occupancy grid can be generated based on the received environmental sensor data.
- the computing unit 309 can further take into account position data from a global navigation system, for example a GPS system, in order to bring about a position comparison of the vehicle 305 with the map data of the map display.
- a global navigation system for example a GPS system
- roadway segments 304 are calculated according to the invention for the roadway 301 traveled by the vehicle 305.
- Graphic b) shows a roadway segment 304 calculated in this way.
- the roadway segment 304 shown describes the course of the roadway 301 from graphic a) and further includes the two roadway boundaries 302. Furthermore, the two objects 303 arranged on the right and left edge of the roadway 301 are at least are partially positioned on the roadway 301.
- width line segments 311 are calculated for each road segment.
- the width line segments 311 are designed as line segments and run in a direction oriented perpendicular to the longitudinal direction 306 of the roadway 301.
- the width line segments 311 are arranged one behind the other at predetermined distances from one another along the longitudinal direction 306 in the direction of travel.
- the width line segments 311 run either between the two roadway boundaries 302 or between a roadway boundary 302 and an object 303 that is at least partially arranged on the roadway 301 or between two objects 303 that are at least partially arranged on the roadway 301.
- a length of the width line segments 311 describes a width of the travel corridor of the roadway available for travel by the vehicle 305 301.
- the travel corridor can be given either by the width of the roadway, which is defined by the two roadway boundaries 302.
- the available travel corridor can be defined by the distance between the respective object 303 and the opposite road boundary 302 or by the distance between two opposite objects 303.
- Graphic c) shows the width line segments 311 of the roadway segment 304 shown in graphic B.
- some of the width line segments 311, in particular the width line segments 311, which are arranged in the direction of travel D of the vehicle 305 immediately behind the two objects 303 shown in graphic b) are reduced in length in the respective end regions 312.
- a maximum steering angle of the vehicle 305 is taken into account.
- the maximum steering angle describes the steering angle that the vehicle 305 can make when driving on the road 301 without the vehicle 305 colliding with a road boundary 302 or an object 303.
- the corresponding width line segments arranged immediately behind the objects 303 are 311 reduced in length.
- the length of a width line segment 311 describes the travel corridor that can be traveled by the vehicle 305 without the risk of a collision.
- the corresponding width line segments 311 are therefore only reduced in length in the end regions 312, which are arranged in the immediate vicinity of the respective object 303.
- Graphic d) shows the latitude line segments 311 from graphic c).
- the width line segments 311 shown in graphic d) also have an additional reduction in length by a width of the vehicle 305.
- the width line segments 311 are on the two opposite ones End regions 312 of each width line segment 311 are reduced by at least half the width of the vehicle 305.
- the available travel corridor can be further reduced.
- the safety of the vehicle 305 traveling along the travel corridor of the roadway along the travel trajectory can be further increased.
- a travel trajectory that runs anywhere through the width line segments 311 shown with reduced length in graphic d) can ensure safe travel of the vehicle 305 along the roadway 301.
- the length reduction of the width line segments 311 shown can be achieved at both end regions 312 by at least half the vehicle width, that when positioning the geometric center of the vehicle 305 at any point of the reduced-length width line segments 311, a collision of the vehicle 305 with the road boundary 302 or the objects 303 arranged as shown in graphic a) can be avoided.
- Graphic e shows the correspondingly reduced length width line segments 311 from graphic d). Furthermore, each reduced-length width line segment 311 has a support point 313. In the embodiment shown, the support point 313 is positioned centrally on the respective width line segments 311. Alternatively, any positioning of the support point 313 on a width line segment 311 is possible. For a more precise description of the positioning of the support points 313, reference is made to the description of FIG. 3.
- the support points 313 of the latitude line segments 311 shown in graphic e) are connected.
- Graphic f) shows such a connection of the support points 313 from graphic e).
- Graphic f) shows a connection of the support points 313 with a spline function 314.
- the spline function 314 is shown as a basic spline with control points 315.
- the support points 313 are connected by adapting the spline function 314 to the support points 313 using an adaptation process known from the prior art (fit process).
- the spline function 314 adapted in this way to the support points 313 is defined as a travel trajectory 316 according to the method according to the invention and is provided for further control of the vehicle 305.
- the travel trajectory 316 primarily includes position information, in which each function value of the spline function includes at least one position information of the travel trajectory relative to the map representation of the road 301.
- the position information is based on the position information of the map display.
- the spline function 314 is designed as a two-dimensional function and has position information regarding an X-axis and a Y-axis arranged perpendicular thereto of a reference coordinate system.
- the reference coordinate system can relate to the position information of the map display and can be given, for example, by the coordinate system of the map display.
- the travel trajectory can also include speed information.
- FIG. 2 shows a graphical representation of a step of the method 100 in FIG. 1 , in particular a graphical representation of the length reduction of width line segments 311 taking into account the maximum steering angle.
- first width line segment 317 and a second width line segment 318 are shown.
- the latitude line segments 317, 318 each have end points 321.
- the latitude line segments 317, 318 are each in Arranged one behind the other with respect to the direction of travel D of the vehicle 305.
- connecting lines 323 are formed at the two end points 321 of the first width line segment 317 arranged at the front in the direction of travel D.
- the connecting lines 323 have an angle a to the first width line segment 317.
- the angle describes the maximum steering angle that can be carried out by the vehicle due to the technical design of the vehicle 305.
- intersection points with the second width line segment 318 arranged immediately after the first width line segment 317 in the direction of travel D are determined for the two connecting lines 323.
- the second width line segment 318 has an intersection with one of the two connecting lines 323.
- the intersection of the second latitude line segment 318 with the connecting line 323 is defined as a new end point 322 of the second latitude line segment 318.
- the length-reduced second width line segment 318 thus runs between the new end point 322 and the opposite original end point 321.
- the corresponding length reduction of the second width line segment 318 takes into account the maximum steering angle due to any objects 303 that may be arranged.
- the correspondingly generated driving corridor can therefore take place without the risk of a collision with the road boundaries 302 or objects 303.
- Fig. 3 shows a further graphical representation of a further step of the method 100 in Fig. 1.
- Graphics a) and b) show two graphic representations of two similar methods for positioning support points 313 on width line segments 311.
- the two graphics a) and b) each have three width line segments 311 arranged one behind the other in the direction of travel D, a first width line segment 317 second width line segment 318 and a third width line segment 319.
- a first support point 324 is arranged on the first width line segment 317.
- a second support point 325 is positioned on the second width line segment 318.
- a third support point 326 is positioned on the third latitude line segment 319.
- a straight connecting line 329 is now defined starting from the first support point 324 of the first width line segment 317.
- the straight connecting line 329 runs between the first support point 324 of the first width line segment 317 and the third support point 326 of the third width line segment 319.
- the straight connecting line 329 in graphic b) runs between the first support point 324 of the first width line segment 317 and the second support point 325 of the second latitude line segment 318.
- an intersection point between the straight connecting line 329 and the second width line segment 318 is determined in the method in graphic a).
- a new second support point 329 is positioned in the embodiment shown at the position of the intersection of the connecting line 329 with the second width line segment 318.
- the new support point can be used
- 327 can be positioned at half a distance between the current position of the second support point 325 and the intersection of the connecting line 329 and the second with the width line segment 318.
- the new third support point 328 is positioned in the embodiment shown at the position of the intersection of the connecting line 329 with the third latitude line segment 319.
- the new third support point 328 can be positioned half the distance between the third support point 326 and the intersection between the connecting line 329 and the third latitude line segment 319.
- the methods shown in graphics a) and b) can be carried out iteratively for all width line segments 311 of the roadway segment 304.
- the methods in graphics a) and b) can be carried out alternatively to each other or simultaneously or one after the other.
- the initial positioning of the support points 313 can, for example, be a central positioning in a geometric center of the width line segments 311. Alternatively, the support points 313 can be positioned anywhere on the width line segments 311. The execution of the above-mentioned steps can then be carried out iteratively based on the support points 313 positioned arbitrarily on the width line segments 311.
- FIG. 4 shows a flowchart of the method 100 for determining a travel trajectory 316 for a vehicle 305 according to an embodiment.
- map data of a map representation of an environment of a vehicle 305 is received.
- the map representation includes information regarding at least one roadway 301 to be traveled by the vehicle 305.
- the map representation can be, for example, a topological road map.
- environment sensor data from at least one environment sensor 307 of a vehicle 305 is received.
- the surrounding sensor data represent an environment of the vehicle 305 and in particular the road 301 to be traveled on.
- the environmental sensor data can include, for example, camera data, LIDAR data or radar data.
- an occupancy grid of the surroundings of the vehicle 305 is generated based on the surroundings sensor data.
- the occupancy grid describes occupancies of spatial segments of the surroundings of the vehicle 305 and includes information regarding objects 303 within the surroundings of the vehicle 305.
- the objects 303 taken into account here primarily include stationary objects that have a comparatively small change in their positioning over a predetermined period of time.
- objects 303 that are at least partially positioned on the roadway 301 to be traveled by the vehicle 305.
- objects can be, for example, parked or stopped vehicles, construction site boundaries or similar primarily statically positioned objects that can be found in normal road traffic.
- step 103 data from the previously generated occupancy grid of the surroundings of the vehicle 305 are received.
- step 105 at least one roadway segment 304 of the roadway 301 to be traveled by the vehicle 305 is generated based on the map data.
- data or information regarding the positioning of the vehicle can also be taken into account, which is provided, for example, by information from a navigation system. Positioning the vehicle based on the position data enables positioning of the vehicle relative to the map display and, associated with this, localization of the vehicle within the map display.
- a plurality of width line segments 311 arranged one after the other at predetermined distances from one another along a longitudinal direction 306 of the roadway 301 are determined for each roadway segment 304.
- the width line segments 311 describe line elements that are oriented in a direction perpendicular to the longitudinal direction 306 of the roadway 301 and either between two roadway boundaries 302 of the roadway 301, between a roadway boundary 302 and one at least partially on the roadway 301 positioned object 303 or between two objects 303 positioned at least partially on the roadway 301.
- a length of the width line segment 311 describes a width of a travel corridor of the road that can be traveled by the vehicle 305.
- lengths of width line segments 311 are reduced by a maximum steering angle contribution.
- the maximum steering angle contribution takes into account a maximum steering angle of the vehicle 305, with which the vehicle 305 can be steered along the roadway 301 without fear of a collision of the vehicle 301 with roadway boundaries 302 and/or objects 303 positioned at least partially on the roadway 301.
- a straight connecting line 323 is determined starting from a first width line segment 317 with a second width line segment 318 arranged immediately behind the first width line segment 317.
- the straight connecting line 323 starts from an end point 321 of the first width line segment 317 and has an angle er to the first width line segment 317. The angle describes the maximum steering angle of the vehicle 305.
- the determined intersection of the straight connecting line 323 with the second latitude line segment 318 is defined as a new end point 322 of the second latitude line segment 318.
- the second latitude line segment 318 does not have an intersection with the at least two straight connecting lines 323 of the first latitude line segment 317, there is no reduction in the length of the second latitude line segment 318.
- a further reduction in the length of each latitude line segment 311 is carried out. For this purpose, at least half the vehicle width of the vehicle 305 is subtracted from each end region 312 of each width line segment 311.
- a support point 313 positioned on the width line segment 311 is determined for each width line segment 311. According to one embodiment, the support point 313 can be positioned centrally on the respective width line segment 311.
- a connection is made between a first support point 324 positioned on a first width line segment 317 and a second support point 325 positioned on a second width line segment 318 arranged immediately behind the first width line segment 317 via a straight connecting line 329.
- step 119 an intersection of the straight connecting line 329 with a third width line segment 319 arranged immediately behind the second width line segment 318 is determined.
- a third support point 326 arranged on the third width line segment 319 is positioned at the intersection of the straight connecting line 329 with the third width line segment 319 or at a position centrally between the intersection and the current position of the third support point 319.
- the third support point 326 is positioned at one end of the third width line segment 319 if there is no intersection between the straight connecting line 329 and the third width line segment 319.
- step 127 alternatively or additionally, the first
- step 129 an intersection of the straight connecting line 329 with the second width line segment 318 arranged between the first and third width line segments 317, 319 is determined.
- the second support point 325 of the second width line segment 318 is positioned at the intersection of the straight connecting line 329 with the second width line segment 318 or at a position centrally between the intersection and the current position of the second support point 325.
- the second support point 325 is positioned at one end of the second width line segment 318 if there is no intersection between the straight connecting line 329 and the second width line segment 318.
- method step 125 an iterative execution of method steps 127 to 133 is also effected.
- the support points 313 can be positioned either in the middle as described above or at any desired location on each width line segment 311. Starting from these positions, the method steps 117 to 133 mentioned can be carried out.
- step 113 the support points 313 of the width line segments 311 are connected to form a travel trajectory 316.
- a spline function 314 for this purpose, in a method step 141, an adaptation of a spline function 314 to the support points 313 of the width line segments 311 is carried out.
- the adjustment can be carried out in the form of an adjustment process (fit process). This fit process can take into account a least square procedure can be carried out.
- the spline function 314 may be designed as a basic spline function with control points, according to one embodiment.
- a further method step 143 distances between the spline function 314 and the support points 313 are minimized in such a way that the spline function has an intersection point with each width line segment 311 of the roadway segment 304.
- a sampling point of the spline function 314 is determined for each width line segment 311 in a method step 149, for which the spline function 314 has a value that lies between the end points 321 of the respective width line segment 311.
- step 151 the distances between the sampling points of the spline function 314 and a vertical position of the sampling point on the respective width line segment 311 are minimized.
- a curvature of the spline function 314 is minimized along a course of the spline function 314.
- a derivation of the spline function 314 or the curvature of the spline function is further minimized according to a path length of the spline function along the course of the spline function 314.
- an end point of the travel trajectory 316 is determined if the width of the vehicle 305 is greater than or equal to a length of a width line segment 311.
- the end point of the travel trajectory 316 is defined by the support point 313 of the last width line segment 311 in the direction of travel D of the vehicle 305, which has a length that is greater than the width of the vehicle 305.
- the correspondingly generated travel trajectory 316 is output.
- the adaptation of the spline function 314 to the plurality of calculated support points 311 is effected using the least squares method.
- the spline function 314 When adapting the spline function 314 to the support points 313, it is taken into account that the spline function 314 has an intersection with each width line segment 311 for which a support point 313 was calculated. Furthermore, a minimization of a curvature K(t) dK and a minimization of a derivative of the curvature — (t) according to one
- Arc length s(t) of the spline function 314 is calculated. To minimize the dK
- Curvature K(t) and the derivative of the curvature - (t) a plurality of sampling points t are determined and the variables mentioned are determined for the respective sampling points t.
- the scanning points are determined at predetermined distances from one another, the distances preferably corresponding to the distances of the width line segments 311.
- the plurality of support points of the width line segments, each connected to straight line elements, represents a polyline.
- the aim of adapting the spline function is to find a smooth curve through the individual support points, which can serve as a vehicle's travel trajectory.
- the individual points of the polyline, i.e. the support points, do not have any associated parameter values. For this reason, parameter values are generated for each support point by assigning the value (i-1 )/(n-1 ) to the i-th support point.
- the parameter n describes the number of support points 313.
- two spline functions can be adapted independently of one another to the x coordinates and y coordinates of the support points 313.
- the curve generated in this way runs along the road 301 and can serve as a travel trajectory 316 for a vehicle 305.
- a travel trajectory 316 generated in this way can have large fluctuations in the course between the individual support points 313 and, associated with this, large values curvature K(t) and the derivative of the curvature — (t).
- Such driving trajectories 316 can lead to strong steering wheel turns and thus to unsteady driving behavior of the vehicle 305.
- the adaptation of the spline function 314 to the support points 313 is carried out in such a way that the spline function 314 has an intersection with each width line segment 311.
- a vertical projection onto a respective latitude line segment 311 is calculated for each sampling point t.
- a distance between each scanning point t and the respective vertical projection onto the corresponding width line segment 311 of the scanning point t is minimized.
- the positions of the scanning points t are shifted in such a way that the distance to the respective projection of the scanning point t becomes minimal.
- Gj(tj) be a function value of the spline function 314 at an i-th sampling point tj.
- Aj and Bj be two end points 321 of an i-th latitude line segment 311.
- the orthogonal projection Hi onto the i-th latitude line segment 311 can hereby be defined as follows, Ht
- an intersection term can be defined, by means of which, in addition to an intersection of the spline function 314 with the i-th latitude line segment 311, a distance to the respective support point 313 of the ith latitude line segment 311 can be determined:
- the factor hj is the position of Hj relative to Aj and Bj. To minimize the distance of the i-th sampling point t to the respective orthogonal projection on the respective latitude line segment 311, the following expression is minimized:
- the curvature of the spline function 314 is also minimized.
- K(t) be the curvature at a sampling point t along the course of the spline function 314.
- s(t) be the arc length along the course of the spline function up to the sampling point t.
- dK the curvature of the spline function 314
- Curvature and the derivative at sampling points of the spline function determine dK and since it is a goal of the optimization, K(t) and — (t) along the course of the
- the sum according to the counting parameter i takes into account the sampling points t up to the mth sampling point.
- the following values are calculated for a plurality of sampling points t: the arc length s along the course of the spline function 314, the x coordinate, the y coordinate of the two-dimensional spline function 314, the curvature K( t), the derivative (t) of the curvature
- corresponding values of the spline function 314 or the quantities mentioned are determined or calculated for sample values t determined at regular intervals.
- the x coordinate and the y coordinate can refer to a coordinate system that is firmly connected to the ego vehicle.
- the x-axis of the coordinate system can be oriented along the direction of travel D of the vehicle 305, while the y-axis can be oriented in a horizontal and perpendicular direction to the direction of travel D.
- the coordinate system can be a fixed coordinate system of the map display, where the x and y axes can refer to cardinal directions.
- the parameters taken into account in the adaptation of the spline function 314 are chosen to be proportional to the arc length, s and t are highly correlated. The scanning therefore also takes place at regular intervals with the arc length.
- function values of the spline function 314 are determined for a plurality of sampling points.
- the number of Scanning points t corresponds to the number of support points 213 of the width line segments 211.
- the width line segments 211 are generated at regular intervals from one another.
- the sampling points t of the spline function 214 are arranged at comparable distances from one another. The distances between the scanning points t preferably correspond to the distances between the width line segments 211.
- the six quantities mentioned above are calculated for each scanning point t.
- the calculation of the coordinates x(t) and y(t) includes an evaluation of the spline function 314 with respect to the respective coordinate axes.
- a property of spline functions, especially basis spline functions, is that the derivatives can be calculated directly. To simplify the notation, it is defined: f
- the function s(t) can be approximated as follows by interpreting the calculated functions x(t) and y(t) as polylines of a plurality of sampling points.
- the derivatives can therefore be related as follows:
- Minimizing the above-mentioned sizes in the course of adapting the spline function 314 to the support points 313 can be achieved by carrying out a gradient method.
- FIG. 5 shows a flowchart of a method 200 for controlling a vehicle 305.
- a first method step 201 the method 100 according to the invention for determining a travel trajectory 316 for a vehicle 305 is first carried out according to one of the above-mentioned embodiments and a corresponding travel trajectory 316 is generated.
- controlling the vehicle 305 includes outputting corresponding control signals from the computing unit 309 to actuators of the vehicle 305.
- FIG. 6 shows a schematic representation of a computer program product 400, comprising commands which, when the program is executed by a computing unit, cause the program to execute the method 100 for determining a travel trajectory 316 for a vehicle 305 and/or the method 200 for controlling a vehicle 305.
- the computer program product 400 is stored on a storage medium 401 in the embodiment shown.
- the storage medium 401 can be any storage medium known from the prior art.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
The invention relates to a method (100) for determining a travel trajectory (316) for a vehicle (305), comprising: receiving (101) map data of a map representation of an environment of a vehicle (305); receiving (103) data of an occupancy grid of the environment of the vehicle (305); determining (105), for the roadway (301) to be driven on by the vehicle (305), at least one roadway segment (304) of said roadway on the basis of the map data; determining (107), for each roadway segment (304), a plurality of width line segments (311); reducing (109) the length of each width line segment (311) by at least a width of the vehicle (305); determining (111), for each width line segment (311), a support point (313) positioned on the width line segment (311); connecting (113) the support points to form a travel trajectory (316); and outputting (115) the travel trajectory (316) along the roadway (301).
Description
Beschreibung Description
Titel title
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie für ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs entlang einer erfindungsgemäß ermittelten Fahrtrajektorie. The invention relates to a method for determining a travel trajectory for a vehicle. The invention further relates to a method for controlling a vehicle along a travel trajectory determined according to the invention.
Stand der Technik State of the art
Für das Steuern von Fahrzeugen sind Fahrtrajektorien essentiell. Die Ermittlung einer Fahrtrajektorie muss während des Fahrens des Fahrzeugs erfolgen und unter Berücksichtigung der Beschaffenheit des Umfelds und insbesondere der zu befahrenden Fahrbahn ausgeführt werden. Die Ermittlung muss daher schnell und präzise erfolgen, um eine unfallfreie und sichere Steuerung des Fahrzeugs zu ermöglichen. Driving trajectories are essential for controlling vehicles. The determination of a travel trajectory must take place while the vehicle is driving and must be carried out taking into account the nature of the surroundings and in particular the road to be traveled on. The investigation must therefore be carried out quickly and precisely in order to enable accident-free and safe control of the vehicle.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie für ein Fahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs bereitzustellen. It is therefore an object of the invention to provide an improved method for determining a travel trajectory for a vehicle and an improved method for controlling a vehicle.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie für ein Fahrzeug und durch das Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der untergeordneten Ansprüche. This task is solved by the method for determining a travel trajectory for a vehicle and by the method for controlling a vehicle of the independent claims. Advantageous refinements are the subject of the subordinate claims.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie für ein Fahrzeug bereitgestellt, umfassend:
Empfangen von Kartendaten einer Kartendarstellung einer Umgebung eines Fahrzeugs, wobei die Kartendarstellung Information bezüglich wenigstens einer durch das Fahrzeug zu befahrenden Fahrbahn umfasst; According to one aspect of the invention, a method for determining a travel trajectory for a vehicle is provided, comprising: Receiving map data of a map representation of an environment of a vehicle, the map representation comprising information regarding at least one roadway to be traveled by the vehicle;
Empfangen von Daten eines Belegungsgitters des Umfelds des Fahrzeugs, wobei das Belegungsgitter wenigstens ein wenigstens teilweise auf der Fahrbahn positioniertes Objekt darstellt; Receiving data from an occupancy grid of the surroundings of the vehicle, the occupancy grid representing at least one object positioned at least partially on the roadway;
Bestimmen wenigstens eines Fahrbahnsegments der durch das Fahrzeug zu befahrenden Fahrbahn basierend auf den Kartendaten, wobei ein Fahrbahnsegment ein in einer Fahrtrichtung vor der Position des Fahrzeugs angeordnetes Teilstück der Fahrbahn ist; determining at least one roadway segment of the roadway to be traveled by the vehicle based on the map data, wherein a roadway segment is a portion of the roadway arranged in a direction of travel in front of the position of the vehicle;
Bestimmen für jedes Fahrbahnsegment einer Mehrzahl von in vorbestimmten Abständen zueinander entlang einer Längsrichtung der Fahrbahn nacheinander angeordneten Breitenliniensegmenten, wobei ein Breitenliniensegment als ein entlang einer Breitenausdehnung der Fahrbahn verlaufendes Liniensegment ausgebildet ist, wobei das Breitenliniensegment zwischen seitlichen Abgrenzungen der Fahrbahn oder zwischen einer seitlichen Abgrenzung der Fahrbahn und einem wenigstens teilweise auf der Fahrbahn positionierten Objekt oder zwischen zwei wenigstens teilweise auf der Fahrbahn positionierten Objekten verläuft, und wobei eine Länge eines Breitenliniensegments eine für eine Befahrung durch das Fahrzeug zur Verfügung stehende Breite der Fahrbahn beschreibt; Determining for each roadway segment a plurality of width line segments arranged one after the other at predetermined distances from one another along a longitudinal direction of the roadway, a widthline segment being designed as a line segment running along a width extent of the roadway, the widthline segment between lateral boundaries of the roadway or between a lateral boundary of the roadway and an object positioned at least partially on the roadway or between two objects positioned at least partially on the roadway, and wherein a length of a width line segment describes a width of the roadway available for travel by the vehicle;
Reduzieren einer Länge eines jeden Breitenliniensegments um wenigstens eine Breite des Fahrzeugs, wobei zur Längenreduktion jedes Breitenliniensegment an jedem Ende des Breitenliniensegments um wenigstens eine halbe Breite des Fahrzeugs reduziert wird; reducing a length of each width line segment by at least a width of the vehicle, wherein to reduce length each width line segment is reduced at each end of the width line segment by at least half a width of the vehicle;
Bestimmen für jedes Breitliniensegment einer auf dem Breitenliniensegment positionierte Stützstelle; und Determine for each width line segment a support point positioned on the width line segment; and
Verbinden der Stützstellen zu einer Fahrtrajektorie Ausgeben der Fahrtrajektorie entlang der Fahrbahn. Connecting the support points to form a travel trajectory Outputting the travel trajectory along the road.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie für ein Fahrzeug bereitgestellt werden kann. Hierzu werden basierend auf Kartendaten und basierend auf Daten eines Belegungsgitters eines Umfelds eines Fahrzeugs Fahrbahnsegmente einer
durch ein Fahrzeug zu befahrenden Fahrbahn erstellt. Ferner werden für jedes Fahrbahnsegment in vorbestimmten Abständen zueinander entlang einer Längsrichtung der Fahrbahn nacheinander angeordnete Breitenliniensegmente generiert. Die Breitenliniensegmente beschreiben hierbei in ihrer Ausdehnung eine Breitenausdehnung der Fahrbahn. In this way, the technical advantage can be achieved that an improved method for determining a travel trajectory for a vehicle can be provided. For this purpose, roadway segments are created based on map data and based on data from an occupancy grid of a vehicle's surroundings roadway to be traveled by a vehicle. Furthermore, width line segments arranged one after the other at predetermined distances from one another along a longitudinal direction of the roadway are generated for each roadway segment. The extent of the width line segments describes the width of the road.
Die Breitenausdehnung der Fahrbahn ist im Sinne der Anmeldung eine Ausdehnung der Fahrbahn in einer senkrecht zur Längsrichtung orientierten Richtung. For the purposes of the application, the width of the roadway is an extension of the roadway in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
Die breiten Liniensegmente sind hierbei als Liniensegmente definiert und verlaufen zwischen zwei Seitenbegrenzungen der Fahrbahn, zwischen einer Seitenbegrenzung der Fahrbahn und einem wenigstens teilweise auf der Fahrbahn angeordneten Objekt oder zwischen zwei wenigstens teilweise auf der Fahrbahn angeordneten Objekten. Erfindungsgemäß werden für jedes Breitenliniensegmente Stützstellen definiert, wobei jeweils eine Stützstelle auf einem Breitenliniensegment angeordnet ist. Zum Generieren der Fahrtrajektorie werden die Stützstellen jeweils mit einem durchgehenden Linienelement verbunden. Das Linienelement stellt dabei einen Verlauf der derart generierten Fahrtrajektorie dar. Die derart generierte Fahrtrajektorie umfasst primär Positionsinformationen, in denen die Positionen der einzelnen Stützstellen sowie auch die Positionen des die Stützstellen verbindenden Linienelements als Positionsinformation für die Steuerung des Fahrzeugs entlang der Fahrtrajektorie dienen. Alternativ hierzu kann die Fahrtrajektorie neben den Positionsinformation zusätzlich Geschwindigkeitsinformationen umfassen. The wide line segments are defined here as line segments and run between two side boundaries of the road, between a side boundary of the road and an object at least partially arranged on the road or between two objects at least partially arranged on the road. According to the invention, support points are defined for each width line segment, with one support point being arranged on a width line segment. To generate the travel trajectory, the support points are each connected with a continuous line element. The line element represents a course of the travel trajectory generated in this way. The travel trajectory generated in this way primarily includes position information in which the positions of the individual support points as well as the positions of the line element connecting the support points serve as position information for controlling the vehicle along the travel trajectory. Alternatively, the travel trajectory can also include speed information in addition to the position information.
Hierzu werden die Breitenliniensegmente bzw. die Fahrbahnsegmente basierend auf den Kartendaten der Kartendarstellung und insbesondere unter Berücksichtigung der dort hinterlegten Positionsinformationen generiert. For this purpose, the width line segments or the roadway segments are generated based on the map data of the map display and in particular taking into account the position information stored there.
Zusätzlich können GPS-Informationen bzgl. der Position des Fahrzeugs berücksichtigt werden, um eine Lokalisierung des Fahrzeugs relativ zur Kartendarstellung zu bewirken. Die Daten des Belegungsgitters des Umfelds des Fahrzeugs können erfindungsgemäß basierend auf Umfeldsensordaten basieren
und eine Belegung des in Raumsegmente unterteilten Umfelds mit Objekten, insbesondere statischen Objekten, beschreiben. In addition, GPS information regarding the position of the vehicle can be taken into account in order to localize the vehicle relative to the map display. According to the invention, the data of the occupancy grid of the vehicle's surroundings can be based on surroundings sensor data and describe an occupancy of the environment, which is divided into spatial segments, with objects, in particular static objects.
Durch das Reduzieren der Längen der Breitenliniensegmente um wenigstens eine Breite des Fahrzeugs kann gewährleistet werden, dass das Fahrzeug bei Befahren der durch die Stützstellen verlaufenden Fahrtrajektorie eine kollisionsfreie Fahrt des Fahrzeugs entlang der Fahrbahn ermöglicht ist. Das kollisionsfreie Befahren der Fahrbahn durch das Fahrzeug ist hierbei für beliebige auf den längenreduzierten Breitenliniensegmenten positionierte Stützstellen ermöglicht. Dies setzt voraus, dass bei einer Steuerung des Fahrzeugs entlang der Fahrtrajektorie ein geometrisches Zentrum des Fahrzeugs auf der Fahrtrajektorie positioniert wird. By reducing the lengths of the width line segments by at least one width of the vehicle, it can be ensured that the vehicle is able to travel along the roadway without collision when driving on the travel trajectory running through the support points. Collision-free driving on the road by the vehicle is possible for any support points positioned on the reduced-length width line segments. This requires that when the vehicle is controlled along the travel trajectory, a geometric center of the vehicle is positioned on the travel trajectory.
Nach einer Ausführungsform ist jede Stützstelle mittig auf der jeweiligen Breitenliniensegment positioniert. According to one embodiment, each support point is positioned centrally on the respective width line segment.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine einfache Bestimmung der Stützstellen auf den jeweiligen Breitenliniensegmenten ermöglicht ist. Da die Breitenliniensegmente um wenigstens die Breite des Fahrzeugs in ihrer Länge reduziert sind, kann bei einer mittigen Positionierung der Stützstellen auf den jeweiligen Breitenliniensegmenten gewährleistet werden, dass bei Befahrung der durch die Stützstellen verlaufenden Fahrtrajektorie das Fahrzeug kollisionsfrei entlang der Fahrbahn gesteuert werden kann. In this way, the technical advantage can be achieved that a simple determination of the support points on the respective latitude line segments is made possible. Since the width line segments are reduced in length by at least the width of the vehicle, central positioning of the support points on the respective width line segments can ensure that the vehicle can be controlled along the road without collision when driving along the travel trajectory running through the support points.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Bestimmen der Stützstellen: Verbinden von einer auf einem ersten Breitenliniensegment positionierten ersten Stützstelle mit einer auf einem unmittelbar hinter dem ersten Breitenliniensegment angeordneten zweiten Breitliniensegment positionierten zweiten Stützstelle mit einer geraden Verbindungslinie; According to one embodiment, determining the support points comprises: connecting a first support point positioned on a first width line segment with a second support point positioned on a second width line segment arranged immediately behind the first width line segment with a straight connecting line;
Ermitteln eines Schnittpunkts der geraden Verbindungslinie mit einem unmittelbar hinter dem zweiten Breitenliniensegment angeordneten dritten Breitenliniensegment; und Determining an intersection of the straight connecting line with a third width line segment arranged immediately behind the second width line segment; and
Positionieren einer auf dem dritten Breitenliniensegment angeordneten dritten Stützstelle auf dem Schnittpunkt der geraden Verbindungslinie mit dem dritten
Breitenliniensegment oder auf einer Position mittig zwischen dem Schnittpunkt und einer aktuellen Position der dritten Stützstelle; oder Positioning a third support point arranged on the third width line segment at the intersection of the straight connecting line with the third Latitude line segment or at a position midway between the intersection and a current position of the third support point; or
Positionieren der dritten Stützstelle an einem Ende des dritten Breitenliniensegments, falls kein Schnittpunkt zwischen der geraden Verbindungslinie und dem dritten Breitenliniensegment besteht; und Iteratives Ausführen der Schritte. positioning the third support point at an end of the third width line segment if there is no intersection between the straight connecting line and the third width line segment; and executing the steps iteratively.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Positionierung der Stützstellen auf den verschiedenen Breitenliniensegmenten ermöglicht ist. In this way, the technical advantage can be achieved that precise positioning of the support points on the different width line segments is possible.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Bestimmen der Stützstellen: According to one embodiment, determining the support points includes:
Verbinden von einer auf einem ersten Breitenliniensegment positionierten ersten Stützstelle mit einer auf einem hinter dem ersten Breitenliniensegment angeordneten dritten Breitliniensegment positionierten dritten Stützstelle mit einer geraden Verbindungslinie; Connecting a first support point positioned on a first width line segment with a third support point positioned on a third width line segment arranged behind the first width line segment with a straight connecting line;
Ermitteln eines Schnittpunkts der geraden Verbindungslinie mit einem zwischen dem ersten Breitenliniensegment und dem dritten Breitenliniensegment angeordneten zweiten Breitenliniensegment; und determining an intersection of the straight connecting line with a second width line segment arranged between the first width line segment and the third width line segment; and
Positionieren einer auf dem zweiten Breitenliniensegment angeordneten zweiten Stützstelle auf dem Schnittpunkt der geraden Verbindungslinie mit dem zweiten Breitenliniensegment oder auf einer Position mittig zwischen dem Schnittpunkt und einer aktuellen Position der zweiten Stützstelle; oder Positioning a second support point arranged on the second width line segment at the intersection of the straight connecting line with the second width line segment or at a position midway between the intersection and a current position of the second support point; or
Positionieren der zweiten Stützstelle an einem Ende des zweiten Breitenliniensegments, falls kein Schnittpunkt zwischen der geraden Verbindungslinie und dem zweiten Breitenliniensegment besteht; und Iteratives Ausführen der Schritte. Positioning the second support point at an end of the second width line segment if there is no intersection between the straight connecting line and the second width line segment; and executing the steps iteratively.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Positionierung der Stützstellen auf den Breitenliniensegmenten ermöglicht ist. In this way, the technical advantage can be achieved that precise positioning of the support points on the width line segments is possible.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: According to one embodiment, the method further comprises:
Reduzieren der Länge eines Breitenliniensegments um einen maximalenReduce the length of a width line segment by a maximum
Lenkwinkeleinschlagsbeitrag, wobei der maximale Lenkwinkeleinschlagsbeitrag
einen maximalen Lenkwinkeleinschlag des Fahrzeugs berücksichtigt, den das Fahrzeug ohne eine Kollision mit einer seitlichen Fahrbahnbegrenzung der Fahrbahn und/oder mit einem wenigstens teilweise auf der Fahrbahn positionierten Objekt ausführen kann; und wobei das Reduzieren der Länge umfasst: Steering angle contribution, where the maximum steering angle contribution a maximum steering angle of the vehicle is taken into account, which the vehicle can execute without a collision with a side road boundary of the road and/or with an object positioned at least partially on the road; and wherein reducing the length includes:
Ermitteln eines Schnittpunkts einer geraden Verbindungslinie von einem ersten Breitenliniensegment mit einem unmittelbar hinter dem ersten Breitenliniensegment angeordneten zweiten Liniensegment, wobei die gerade Verbindungslinie von einem Endpunkt des ersten Breitenliniensegments aus verläuft und zum ersten Breitenliniensegment einen Winkel a aufweist, wobei der Winkel a den maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs beschreibt; Determining an intersection of a straight connecting line from a first width line segment with a second line segment arranged immediately behind the first width line segment, the straight connecting line extending from an end point of the first width line segment and having an angle a to the first width line segment, the angle a being the maximum steering angle of the vehicle describes;
Bestimmen des Schnittpunkts der geraden Verbindungslinie mit dem zweiten Breitenliniensegment als einen neuen Endpunkt des zweiten Breitenliniensegments. Determine the intersection of the straight connecting line with the second width line segment as a new end point of the second width line segment.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein maximaler Lenkwinkeleinschlag des Fahrzeugs beim Befahren der Fahrbahn entlang der Fahrtrajektorie berücksichtigt werden kann. Der maximale Lenkwinkeleinschlag wird hierbei im Sinne der Anmeldung definiert als der Lenkwinkeleinschlag, der bei Befahren der Fahrbahn getätigt werden kann, ohne dass dieser zu einer Kollision des Fahrzeugs mit Objekten bzw. Fahrbahnbegrenzungen führt. Durch die Reduzierung der Breitenliniensegmente um den jeweiligen ermittelten Betrag des maximalen Lenkwinkeleinschlags kann die Positionierung der Stützstellen zusätzlich weiter von den jeweiligen Objekten bzw. den Fahrbahnbegrenzungen entfernt positioniert werden, wodurch die Sicherheit der Befahrung der daraus resultierenden Fahrtrajektorie weiter verbessert werden kann. In this way, the technical advantage can be achieved that a maximum steering angle of the vehicle can be taken into account when driving on the road along the travel trajectory. The maximum steering angle is defined in the sense of the application as the steering angle that can be made when driving on the road without this leading to a collision of the vehicle with objects or road boundaries. By reducing the width line segments by the respective determined amount of the maximum steering angle angle, the positioning of the support points can also be positioned further away from the respective objects or the road boundaries, whereby the safety of driving on the resulting travel trajectory can be further improved.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Verbinden der Stützstellen zu der Fahrtrajektorie: According to one embodiment, connecting the support points to the travel trajectory includes:
Anpassen einer Spline-Funktion an die Stützstellen durch Ausführen eines Anpassungsprozesses. Adjusting a spline function to the support points by executing an adjustment process.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine einfache und präzise Verbindung der Stützstellen zur Ermittlung der Fahrtrajektorie ermöglicht
wird. Durch Verwendung der Spline-Funktion kann ein möglichst glatter Verlauf der Fahrtrajektorie erreicht werden, die ohne starke Lenkbewegungen durch die Stützstellen und entlang der Fahrbahn verläuft. Hierdurch kann ein angenehmes und sicheres Fahrverhalten des Fahrzeugs erreicht werden. Ein Anpassungsprozess ist im Sinne der Anmeldung ein Fit-Prozess. In this way, the technical advantage can be achieved that enables a simple and precise connection of the support points to determine the travel trajectory becomes. By using the spline function, the smoothest possible course of the driving trajectory can be achieved, which runs through the support points and along the road without strong steering movements. This makes it possible to achieve pleasant and safe driving behavior of the vehicle. An adaptation process is a fit process in the sense of registration.
Nach einer Ausführungsform ist die Spline-Funktion als eine Basis-Spline- Funktion mit Kontrollpunkten ausgebildet ist. According to one embodiment, the spline function is designed as a basic spline function with control points.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine einfach zu handhabende und zuverlässige Anpassung der Spline-Funktion an die Stützstellen ermöglicht ist. In this way, the technical advantage can be achieved that an easy-to-use and reliable adaptation of the spline function to the support points is possible.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Anpassen der Spline-Funktion an die Stützstellen: According to one embodiment, adapting the spline function to the support points includes:
Minimieren von Abständen der Spline-Funktion zu den Stützstellen, sodass die Spline-Funktion einen Schnittpunkt mit jedem Breitenliniensegment aufweist; und/oder Minimizing distances from the spline function to the vertices so that the spline function has an intersection with each width line segment; and or
Minimieren einer Krümmung der Spline-Funktion entlang eines Verlaufs der Spline-Funktion; und/oder Minimizing a curvature of the spline function along a course of the spline function; and or
Minimieren einer Ableitung der Krümmung der Spline-Funktion nach einer Weglänge der Spline-Funktion entlang des Verlaufs der Spline-Funktion. Minimizing a derivative of the curvature of the spline function according to a path length of the spline function along the path of the spline function.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch das Minimieren der Abstände der Spline-Funktion zu den Stützstellen die resultierende Fahrtrajektorie möglichst genau durch die Stützstellen verläuft. Hierdurch kann ein möglichst gesicherter Verlauf der Fahrtrajektorie erreicht werden, bei dem das Fahrzeug möglichst weit entfernt von den Fahrbahnbegrenzungen bzw. den wenigstens teilweise auf der Fahrbahn angeordneten Objekten entfernt gesteuert wird. Durch das Minimieren der Krümmung bzw. der Ableitung der Krümmung der Spline-Funktion kann ein möglichst glatter Verlauf der Fahrtrajektorie ohne große bzw. starke Lenkbewegungen erreicht werden. Dies ermöglicht ein möglichst angenehmes und sicheres Fahrverhalten des Fahrzeugs.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Minimieren von Abständen der Spline- Funktion zu den Stützstellen: In this way, the technical advantage can be achieved that by minimizing the distances between the spline function and the support points, the resulting travel trajectory runs through the support points as precisely as possible. In this way, the safest possible course of the travel trajectory can be achieved, in which the vehicle is controlled as far away as possible from the road boundaries or the objects that are at least partially arranged on the road. By minimizing the curvature or the derivative of the curvature of the spline function, the smoothest possible course of the driving trajectory can be achieved without large or strong steering movements. This enables the vehicle to drive as pleasantly and safely as possible. According to one embodiment, minimizing the distances between the spline function and the support points includes:
Ermitteln für jedes Breitenliniensegment einer Abtaststellte der Spline-Funktion, für die die Spline-Funktion einen Wert aufweist, der zwischen Endpunkten des Breitenliniensegments liegt; und Determining, for each width line segment, a sample location of the spline function for which the spline function has a value that lies between end points of the width line segment; and
Minimieren eines Abstands der Abtaststelle der Spline-Funktion und einer senkrechten Projektion der Abtaststelle auf das Breitenliniensegment. Minimize a distance of the sample location of the spline function and a perpendicular projection of the sample location onto the width line segment.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise und einfach zu berechnende Minimierung der Abstände der Spline-Funktion zu den Stützstellen ermöglicht ist. In this way, the technical advantage can be achieved that a precise and easy-to-calculate minimization of the distances between the spline function and the support points is possible.
Nach einer Ausführungsform wird das Minimieren durch Ausführen eines Gradientenverfahrens bewirkt. According to one embodiment, minimizing is accomplished by performing a gradient process.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise und schnell durchführbare Minimierung der oben genannten Größen ermöglicht ist. In this way, the technical advantage can be achieved that a precise and quick minimization of the above-mentioned sizes is possible.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: According to one embodiment, the method further comprises:
Bestimmen eines Endpunkts der Fahrtrajektorie, falls die Breite des Fahrzeugs kleiner oder gleich der Länge eines Breitenliniensegments ist, wobei der Endpunkt der Fahrtrajektorie durch die Stützstelle des in Fahrtrichtung des Fahrzeugs letzten Breitenliniensegments gegeben ist, das eine Länge aufweist, die größer als die Breite des Fahrzeugs ist. Determining an end point of the travel trajectory if the width of the vehicle is less than or equal to the length of a width line segment, the end point of the travel trajectory being given by the support point of the last width line segment in the direction of travel of the vehicle, which has a length that is greater than the width of the vehicle is.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine sichere Fahrtrajektorie ermittelt werden kann. Falls aus den oben genannten Längenreduktionen der Breitenliniensegmente ein Breitenliniensegment resultiert, das eine geringere Länge aufweist als die Breite des Fahrzeugs, so wird das in Fahrtrichtung letzte Breitenliniensegment mit einer Länge größer als der Breite des Fahrzeugs als Endpunkt der Fahrtrajektorie definiert. Ein Breitenliniensegment mit einer geringeren Länge als der Breite des Fahrzeugs
würde bei einer Befahrung des Fahrzeugs zu einer Kollision des Fahrzeugs mit entweder den Fahrbahnbegrenzungen oder einem oder einer Mehrzahl von wenigstens teilweise auf der Fahrbahn positionierten Objekten führen. Zur Kollisionsvermeidung wird hierbei erfindungsgemäß die Fahrtrajektorie vor Erreichen eines solchen Breitenliniensegments in einem Endpunkt der Fahrtrajektorie beendet. Eine Kollision des Fahrzeugs mit Fahrbahnbegrenzungen bzw. Objekten kann hierdurch vermieden werden. In this way, the technical advantage can be achieved that a safe driving trajectory can be determined. If the above-mentioned length reductions of the width line segments result in a width line segment that has a shorter length than the width of the vehicle, the last width line segment in the direction of travel with a length greater than the width of the vehicle is defined as the end point of the travel trajectory. A width line segment with a length less than the width of the vehicle would lead to a collision of the vehicle with either the road boundaries or one or a plurality of objects positioned at least partially on the road when driving on the vehicle. To avoid collisions, according to the invention, the travel trajectory is ended before reaching such a latitude line segment at an end point of the travel trajectory. This can prevent the vehicle from colliding with road boundaries or objects.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Empfangen von Umfeldsensordaten wenigstens eines Umfeldsensors des Fahrzeugs, wobei die Umfeldsensordaten das Umfeld des Fahrzeugs abbilden; und According to one embodiment, the method further comprises: receiving environment sensor data from at least one environment sensor of the vehicle, the environment sensor data depicting the environment of the vehicle; and
Generieren eines Belegungsgitters des Umfelds des Fahrzeugs basierend auf den Umfeldsensordaten. Generating an occupancy grid of the vehicle's surroundings based on the surroundings sensor data.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein präzises Belegungsgitter des Umfelds des Fahrzeugs und damit verbunden eine präzise Detektion von Objekten bereitgestellt werden kann. In this way, the technical advantage can be achieved that a precise occupancy grid of the vehicle's surroundings and, associated with this, precise detection of objects can be provided.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs bereitgestellt, umfassend: According to a further aspect, a method for controlling a vehicle is provided, comprising:
Ausführen des Verfahrens zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie für ein Fahrzeug nach einer der voranstehenden Ausführungsformen; und Steuern des Fahrzeugs entlang der berechneten Fahrtrajektorie. Executing the method for determining a travel trajectory for a vehicle according to one of the preceding embodiments; and controlling the vehicle along the calculated travel trajectory.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs bereitgestellt werden kann. Das Fahrzeug wird hierbei entlang einer gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie für ein Fahrzeug mit den oben genannten technischen Vorteilen bestimmten Fahrtrajektorie gesteuert. In this way, the technical advantage can be achieved that an improved method for controlling a vehicle can be provided. The vehicle is controlled along a travel trajectory determined according to the method according to the invention for determining a travel trajectory for a vehicle with the above-mentioned technical advantages.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine Recheneinheit bereitgestellt, die eingerichtet ist, das Verfahren zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie für ein
Fahrzeug nach einer der voranstehenden Ausführungsformen und/oder das Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs auszuführen. According to a further aspect, a computing unit is provided which is set up to implement the method for determining a travel trajectory for a Vehicle according to one of the preceding embodiments and / or to carry out the method for controlling a vehicle.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt umfassend Befehle bereitgestellt, die bei der Ausführung des Programms durch eine Datenverarbeitungseinheit diese veranlassen, das Verfahren zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie für ein Fahrzeug nach einer der voranstehenden Ausführungsformen und/oder das Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs auszuführen. According to a further aspect, a computer program product is provided comprising commands which, when the program is executed by a data processing unit, cause it to carry out the method for determining a travel trajectory for a vehicle according to one of the preceding embodiments and/or the method for controlling a vehicle.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Embodiments of the invention are explained using the following drawings. Shown in the drawings:
Fig. 1 eine graphische Darstellung eines Verfahrens zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform; 1 is a graphical representation of a method for determining a travel trajectory for a vehicle according to an embodiment;
Fig. 2 eine graphische Darstellung eines Schritts des Verfahrens in Fig. 1 ; FIG. 2 is a graphic representation of a step of the method in FIG. 1;
Fig. 3 eine weitere graphische Darstellung eines weiteren Schritts des Verfahrens in Fig. 1; Fig. 3 is a further graphical representation of a further step of the method in Fig. 1;
Fig. 4 ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform; 4 shows a flowchart of the method for determining a travel trajectory for a vehicle according to an embodiment;
Fig. 5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Fahrzeugs; und 5 shows a flowchart of a method for controlling a vehicle; and
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts. Fig. 6 is a schematic representation of a computer program product.
Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung eines Verfahren 100 zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie 316 für ein Fahrzeug 305 gemäß einer Ausführungsform.
Grafik a) zeigt eine Fahrbahn 301 und ein die Fahrbahn 301 befahrendes Fahrzeug 305. Die Fahrbahn 301 weist jeweils rechts und links relativ zu einer Längsrichtung 306 der Fahrbahn 301 angeordnete Fahrbahnbegrenzungen 302 auf. In der gezeigten Darstellung ist jeweils an dem rechten Fahrbahnrand 302 und an dem linken Fahrbahnrand 302 ein Objekt 303 angeordnet, das wenigstens teilweise auf der Fahrbahn 301 angeordnet ist. Die Objekte 303 können beispielsweise parkende Fahrzeuge, haltende Fahrzeuge, Baustellenbegrenzungen oder andere primär statisch angeordnete Objekte sein, die üblicherweise im Straßenverkehr auftreten können. 1 shows a graphical representation of a method 100 for determining a travel trajectory 316 for a vehicle 305 according to an embodiment. Graphic a) shows a roadway 301 and a vehicle 305 traveling on the roadway 301. The roadway 301 has roadway boundaries 302 arranged on the right and left relative to a longitudinal direction 306 of the roadway 301. In the illustration shown, an object 303 is arranged on the right edge of the road 302 and on the left edge of the road 302, which is at least partially arranged on the road 301. The objects 303 can be, for example, parked vehicles, stopped vehicles, construction site boundaries or other primarily statically arranged objects that can usually occur in road traffic.
Das Fahrzeug 305 weist ferner wenigstens einen Umfeldsensor 307 auf, mittels dem eine Umfelderfassung eines Umfelds des Fahrzeugs ermöglicht ist. Der Umfeldsensor 307 kann beispielsweise als ein Kamerasensor, LIDAR-Sensor oder Radarsensor ausgebildet sein. Das Fahrzeug kann auch mehrere verschiedene Umfeldsensoren umfassen. Das Fahrzeug 305 weist ferner eine Recheneinheit 309 auf. The vehicle 305 also has at least one environment sensor 307, by means of which an environment detection of the vehicle's surroundings is possible. The environment sensor 307 can be designed, for example, as a camera sensor, LIDAR sensor or radar sensor. The vehicle can also include several different environmental sensors. The vehicle 305 also has a computing unit 309.
Mittels der Recheneinheit 309 ist das Fahrzeug 305 eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie auszuführen. By means of the computing unit 309, the vehicle 305 is set up to carry out the method according to the invention for determining a travel trajectory.
Hierzu werden von der Recheneinheit 309 Kartendaten einer Kartendarstellung eines die Fahrbahn 301 umfassenden Verkehrsnetzes berücksichtigt. Die Kartendarstellung kann beispielsweise als eine topologische Straßenkarte ausgebildet sein. Ferner werden durch die Recheneinheit 309 Daten eines Belegungsgitters des Umfelds des Fahrzeugs 305 berücksichtigt. Das Belegungsgitter beschreibt hierbei eine Belegung verschiedener Raumsegmente des Umfelds des Fahrzeugs 305 durch im Umfeld des Fahrzeugs angeordnete Objekte 303. For this purpose, the computing unit 309 takes into account map data of a map representation of a traffic network comprising the roadway 301. The map display can be designed, for example, as a topological road map. Furthermore, data from an occupancy grid of the surroundings of the vehicle 305 are taken into account by the computing unit 309. The occupancy grid describes an occupancy of various spatial segments of the surroundings of the vehicle 305 by objects 303 arranged in the surroundings of the vehicle.
Gemäß einer Ausführungsform basiert das Belegungsgitter auf Umfeldsensordaten des Umfeldsensors 307, so dass durch Aufnahme der Umfeldsensordaten, mittels denen das Umfeld des Fahrzeugs 305 und insbesondere die Fahrbahn 301 und gegebenenfalls die wenigstens teilweise
darauf angeordneten Objekte 303 abgebildet werden, ein entsprechendes Belegungsgitter basierend auf den empfangenen Umfeldsensordaten generiert werden kann. According to one embodiment, the occupancy grid is based on surroundings sensor data from the surroundings sensor 307, so that by recording the surroundings sensor data, by means of which the surroundings of the vehicle 305 and in particular the road 301 and possibly the at least partially Objects 303 arranged thereon are imaged, a corresponding occupancy grid can be generated based on the received environmental sensor data.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Recheneinheit 309 ferner Positionsdaten eines globalen Navigationssystems, beispielsweise eines GPS- Systems, berücksichtigen, um einen Positionsabgleich des Fahrzeugs 305 zu den Kartendaten der Kartendarstellung zu bewirken. According to one embodiment, the computing unit 309 can further take into account position data from a global navigation system, for example a GPS system, in order to bring about a position comparison of the vehicle 305 with the map data of the map display.
Basierend auf den Kartendaten der Kartendarstellung, den Daten des Belegungsgitters sowie den Positionsdaten des Navigationssystems werden erfindungsgemäß für die durch das Fahrzeug 305 befahrene Fahrbahn 301 Fahrbahnsegmente 304 berechnet. Based on the map data of the map display, the data of the occupancy grid and the position data of the navigation system, roadway segments 304 are calculated according to the invention for the roadway 301 traveled by the vehicle 305.
Grafik b) zeigt ein derart berechnetes Fahrbahnsegment 304. Das gezeigte Fahrbahnsegment 304 beschreibt den Verlauf der Fahrbahn 301 aus Grafik a) und umfasst weiterhin die beiden Fahrbahnbegrenzungen 302. Ferner sind die zwei am rechten und linken Rand der Fahrbahn 301 angeordneten Objekte 303, die wenigstens teilweise auf der Fahrbahn 301 positioniert sind, dargestellt. Graphic b) shows a roadway segment 304 calculated in this way. The roadway segment 304 shown describes the course of the roadway 301 from graphic a) and further includes the two roadway boundaries 302. Furthermore, the two objects 303 arranged on the right and left edge of the roadway 301 are at least are partially positioned on the roadway 301.
Zum Berechnen der Fahrtrajektorie werden in einem ersten Schritt für jedes Fahrbahnsegment 304 Breitenliniensegmente 311 berechnet. Die Breitenliniensegmente 311 sind als Liniensegment ausgebildet und verlaufen in einer senkrecht zur Längsrichtung 306 der Fahrbahn 301 orientierten Richtung. Die Breitenliniensegmente 311 sind in vorbestimmten Abständen zueinander entlang der Längsrichtung 306 in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet. Die Breitenliniensegmente 311 verlaufen entweder zwischen den beiden Fahrbahnbegrenzungen 302 oder zwischen einer Fahrbahnbegrenzung 302 und einem wenigstens teilweise auf der Fahrbahn 301 angeordneten Objekt 303 bzw. zwischen zwei wenigstens teilweise auf der Fahrbahn 301 angeordneten Objekten 303. To calculate the travel trajectory, in a first step 304 width line segments 311 are calculated for each road segment. The width line segments 311 are designed as line segments and run in a direction oriented perpendicular to the longitudinal direction 306 of the roadway 301. The width line segments 311 are arranged one behind the other at predetermined distances from one another along the longitudinal direction 306 in the direction of travel. The width line segments 311 run either between the two roadway boundaries 302 or between a roadway boundary 302 and an object 303 that is at least partially arranged on the roadway 301 or between two objects 303 that are at least partially arranged on the roadway 301.
Eine Länge der Breitenliniensegmente 311 beschreibt eine Breite des zur Befahrung durch das Fahrzeug 305 verfügbaren Fahrkorridors der Fahrbahn
301. Der Fahrkorridor kann hierbei entweder durch die Breite der Fahrbahn, die durch die beiden Fahrbahnbegrenzungen 302 definiert ist, gegeben sein. Alternativ kann bei Positionierung der Objekte 303 der zur Verfügung stehende Fahrkorridor durch den Abstand zwischen dem jeweiligen Objekt 303 und der gegenüberliegenden Fahrbahnbegrenzung 302 oder durch den Abstand zweier gegenüberliegender Objekte 303 definiert sein. A length of the width line segments 311 describes a width of the travel corridor of the roadway available for travel by the vehicle 305 301. The travel corridor can be given either by the width of the roadway, which is defined by the two roadway boundaries 302. Alternatively, when positioning the objects 303, the available travel corridor can be defined by the distance between the respective object 303 and the opposite road boundary 302 or by the distance between two opposite objects 303.
In Grafik c) sind die Breitenliniensegmente 311 des in Grafik B dargestellten Fahrbahnsegments 304 dargestellt. In Grafik C sind einige der Breitenliniensegmente 311 , insbesondere die Breitenliniensegmente 311 , die in Fahrtrichtung D des Fahrzeugs 305 unmittelbar hinter den beiden in Grafik b) dargestellten Objekten 303 angeordnet sind, in den jeweiligen Endbereichen 312 längenreduziert. Durch die gezeigte Reduktion der Länge der Breitenliniensegmente 311 ist eine Berücksichtigung eines maximalen Lenkwinkeleinschlags des Fahrzeugs 305 durchgeführt. Der maximale Lenkwinkeleinschlag beschreibt hierbei den Lenkwinkeleinschlag, den das Fahrzeug 305 bei Befahrung der Fahrbahn 301 vornehmen kann, ohne dass hierdurch eine Kollision des Fahrzeugs 305 mit einer Fahrbahnbegrenzung 302 oder einem Objekt 303 erfolgt. Da das Fahrzeug 305 beim Befahren der Fahrbahn 301 aufgrund der Länge des Fahrzeugs beim Passieren der Objekte 303 nicht unmittelbar hinter den Objekten 303 einen vollen Lenkwinkeleinschlag ausführen kann, ohne eine Kollision mit den Objekten zu bewirken, sind die entsprechend unmittelbar hinter den Objekten 303 angeordneten Breitenliniensegmente 311 in ihrer Länge reduziert. Wie bereits erwähnt, beschreibt die Länge eines Breitenliniensegments 311 den durch das Fahrzeug 305 ohne Gefahr einer Kollision befahrbaren Fahrkorridor. Die entsprechenden Breitenliniensegmente 311 sind demzufolge auch ausschließlich in den Endbereichen 312 längenreduziert, die in unmittelbarer Nähe zum jeweiligen Objekt 303 angeordnet sind. Graphic c) shows the width line segments 311 of the roadway segment 304 shown in graphic B. In graphic C, some of the width line segments 311, in particular the width line segments 311, which are arranged in the direction of travel D of the vehicle 305 immediately behind the two objects 303 shown in graphic b), are reduced in length in the respective end regions 312. By reducing the length of the width line segments 311 shown, a maximum steering angle of the vehicle 305 is taken into account. The maximum steering angle describes the steering angle that the vehicle 305 can make when driving on the road 301 without the vehicle 305 colliding with a road boundary 302 or an object 303. Since the vehicle 305 cannot execute a full steering angle immediately behind the objects 303 when driving on the road 301 due to the length of the vehicle when passing the objects 303 without causing a collision with the objects, the corresponding width line segments arranged immediately behind the objects 303 are 311 reduced in length. As already mentioned, the length of a width line segment 311 describes the travel corridor that can be traveled by the vehicle 305 without the risk of a collision. The corresponding width line segments 311 are therefore only reduced in length in the end regions 312, which are arranged in the immediate vicinity of the respective object 303.
Grafik d) zeigt die Breitenliniensegmente 311 aus Grafik c). Die in Grafik d) dargestellten Breitenliniensegmente 311 weisen ferner eine zusätzliche Längenreduktion um eine Breite des Fahrzeugs 305 auf. Die Breitenliniensegmente 311 sind hierbei an den beiden gegenüberliegenden
Endbereichen 312 eines jeden Breitenliniensegments 311 um jeweils wenigstens eine halbe Breite des Fahrzeugs 305 reduziert. Durch die Reduktion der Länge der Breitenliniensegmente 311 um wenigstens die Breite des Fahrzeugs 305 kann der zur Verfügung stehende Fahrkorridor weiter reduziert werden. Durch die Verkleinerung des Fahrkorridors kann die Sicherheit der Befahrung des Fahrkorridors der Fahrbahn durch das Fahrzeug 305 entlang der Fahrtrajektorie weiter erhöht werden. Eine beliebig durch die in Grafik d) längenreduziert dargestellten Breitenliniensegmente 311 verlaufende Fahrtrajektorie kann eine sichere Befahrung des Fahrzeugs 305 entlang der Fahrbahn 301 gewährleisten. Indem eine Positionierung des Fahrzeugs 305 relativ zur Fahrtrajektorie mit Bezug auf ein geometrisches Zentrum des Fahrzeugs 305 erfolgt, kann durch die Längenreduktion der gezeigten Breitenliniensegmente 311 an beiden Endbereichen 312 um jeweils wenigstens eine halbe Fahrzeugbreite erreicht werden, dass bei Positionierung des geometrischen Zentrums des Fahrzeugs 305 auf einem beliebigen Punkt der längenreduzierten Breitenliniensegmente 311 eine Kollision des Fahrzeugs 305 mit der Fahrbahnbegrenzung 302 bzw. den wie in Grafik a) dargestellt angeordneten Objekten 303 vermieden werden kann. Graphic d) shows the latitude line segments 311 from graphic c). The width line segments 311 shown in graphic d) also have an additional reduction in length by a width of the vehicle 305. The width line segments 311 are on the two opposite ones End regions 312 of each width line segment 311 are reduced by at least half the width of the vehicle 305. By reducing the length of the width line segments 311 by at least the width of the vehicle 305, the available travel corridor can be further reduced. By reducing the size of the travel corridor, the safety of the vehicle 305 traveling along the travel corridor of the roadway along the travel trajectory can be further increased. A travel trajectory that runs anywhere through the width line segments 311 shown with reduced length in graphic d) can ensure safe travel of the vehicle 305 along the roadway 301. By positioning the vehicle 305 relative to the travel trajectory with reference to a geometric center of the vehicle 305, the length reduction of the width line segments 311 shown can be achieved at both end regions 312 by at least half the vehicle width, that when positioning the geometric center of the vehicle 305 at any point of the reduced-length width line segments 311, a collision of the vehicle 305 with the road boundary 302 or the objects 303 arranged as shown in graphic a) can be avoided.
In Grafik e) sind die entsprechend längenreduzierten Breitenliniensegmente 311 aus Grafik d) dargestellt. Ferner weist jedes längenreduzierte Breitenliniensegment 311 eine Stützstelle 313 auf. Die Stützstelle 313 ist in der gezeigten Ausführungsform mittig auf dem jeweiligen Breitenliniensegmente 311 positioniert. Alternativ ist eine beliebige Positionierung der Stützstelle 313 auf einem Breitenliniensegment 311 ermöglicht. Für eine präzisiere Beschreibung der Positionierung der Stützstellen 313 wird auf die Beschreibung zu Fig. 3 verwiesen. Graphic e) shows the correspondingly reduced length width line segments 311 from graphic d). Furthermore, each reduced-length width line segment 311 has a support point 313. In the embodiment shown, the support point 313 is positioned centrally on the respective width line segments 311. Alternatively, any positioning of the support point 313 on a width line segment 311 is possible. For a more precise description of the positioning of the support points 313, reference is made to the description of FIG. 3.
Erfindungsgemäß wird zur Ermittlung einer Fahrtrajektorie 316 eine Verbindung der in Grafik e) dargestellten Stützstellen 313 der Breitenliniensegmente 311 bewirkt. Grafik f) zeigt eine derartige Verbindung der Stützstellen 313 aus Grafik e). Grafik f) zeigt eine Verbindung der Stützstellen 313 mit einer Spline-Funktion 314. In der gezeigten Darstellung ist die Spline-Funktion 314 als ein Basis-Spline mit Kontrollpunkten 315 dargestellt.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Verbindung der Stützstellen 313 durch eine Anpassung der Spline-Funktion 314 an die Stützstellen 313 mittels eines aus dem Stand der Technik bekannten Anpassungsprozesses (Fit-Prozess). Die derart an die Stützstellen 313 angepasste Spline-Funktion 314 wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren als Fahrtrajektorie 316 definiert und zur weiteren Steuerung des Fahrzeugs 305 bereitgestellt. Die Fahrtrajektorie 316 umfasst hierbei primär Positionsinformation, in denen jeder Funktionswert der Spline-Funktion wenigstens eine Positionsinformation der Fahrtrajektorie relativ zu der Kartendarstellung der Fahrbahn 301 umfasst. Die Positionsinformationen basieren hierbei auf den Positionsinformationen der Kartendarstellung. Gemäß einer Ausführungsform ist die Spline-Funktion 314 als eine zweidimensionale Funktion ausgebildet und weist Positionsinformationen bzgl. einer X-Achse und einer hierzu senkrecht angeordneten Y-Achse eines Bezugskoordinatensystems auf. Das Bezugskoordinatensystem kann sich hierbei auf die Positionsinformationen der Kartendarstellung beziehen und beispielsweise durch das Koordinatensystem der Kartendarstellung gegeben sein. According to the invention, in order to determine a travel trajectory 316, the support points 313 of the latitude line segments 311 shown in graphic e) are connected. Graphic f) shows such a connection of the support points 313 from graphic e). Graphic f) shows a connection of the support points 313 with a spline function 314. In the illustration shown, the spline function 314 is shown as a basic spline with control points 315. According to one embodiment of the method according to the invention, the support points 313 are connected by adapting the spline function 314 to the support points 313 using an adaptation process known from the prior art (fit process). The spline function 314 adapted in this way to the support points 313 is defined as a travel trajectory 316 according to the method according to the invention and is provided for further control of the vehicle 305. The travel trajectory 316 primarily includes position information, in which each function value of the spline function includes at least one position information of the travel trajectory relative to the map representation of the road 301. The position information is based on the position information of the map display. According to one embodiment, the spline function 314 is designed as a two-dimensional function and has position information regarding an X-axis and a Y-axis arranged perpendicular thereto of a reference coordinate system. The reference coordinate system can relate to the position information of the map display and can be given, for example, by the coordinate system of the map display.
Alternativ können die entsprechenden X- bzw. Y-Achsen in Bezug auf ein ortsfest mit dem Fahrzeug 305 verbundenes Koordinatensystem beschrieben sein, bei dem beispielsweise die X-Achse die Fahrtrichtung D des Fahrzeugs 305 beschreibt, während die Y-Achse eine zur Fahrtrichtung D senkrecht orientierte und horizontal ausgerichtete Richtung definiert. Neben der Positionsinformation kann die Fahrtrajektorie auch Geschwindigkeitsinformationen umfassen. Alternatively, the corresponding oriented and horizontally aligned direction defined. In addition to the position information, the travel trajectory can also include speed information.
Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung eines Schritts des Verfahrens 100 in Fig. 1 , insbesondere eine grafische Darstellung der Längenreduktion von Breitenliniensegmenten 311 unter Berücksichtigung des maximalen Lenkwinkeleinschlags. 2 shows a graphical representation of a step of the method 100 in FIG. 1 , in particular a graphical representation of the length reduction of width line segments 311 taking into account the maximum steering angle.
In Grafik a) sind hierzu ein erstes Breitenliniensegment 317 und ein zweites Breitenliniensegment 318 dargestellt. Die Breitenliniensegmente 317, 318 weisen jeweils Endpunkte 321 auf. Die Breitenliniensegmente 317, 318 sind jeweils in
Bezug auf die Fahrtrichtung D des Fahrzeugs 305 hintereinander angeordnet. Zur Bestimmung der Längenreduktion werden an den beiden Endpunkten 321 des in Fahrtrichtung D zuvorderst angeordneten ersten Breitenliniensegments 317 Verbindungslinien 323 ausgebildet. Die Verbindungslinien 323 weisen hierbei einen Winkel a zu dem ersten Breitenliniensegment 317 auf. Der Winkel er beschreibt hierbei den maximalen Lenkwinkel, der durch das Fahrzeug aufgrund der technischen Ausbildung des Fahrzeugs 305 ausführbar ist. Erfindungsgemäß werden für die beiden Verbindungslinien 323 Schnittpunkte mit dem unmittelbar in Fahrtrichtung D dem ersten Breitenliniensegment 317 nachfolgend angeordneten zweiten Breitenliniensegment 318 bestimmt. In graphic a) a first width line segment 317 and a second width line segment 318 are shown. The latitude line segments 317, 318 each have end points 321. The latitude line segments 317, 318 are each in Arranged one behind the other with respect to the direction of travel D of the vehicle 305. To determine the length reduction, connecting lines 323 are formed at the two end points 321 of the first width line segment 317 arranged at the front in the direction of travel D. The connecting lines 323 have an angle a to the first width line segment 317. The angle describes the maximum steering angle that can be carried out by the vehicle due to the technical design of the vehicle 305. According to the invention, intersection points with the second width line segment 318 arranged immediately after the first width line segment 317 in the direction of travel D are determined for the two connecting lines 323.
In der gezeigten Grafik a) weist das zweite Breitenliniensegment 318 einen Schnittpunkt mit einer der zwei Verbindungslinien 323 auf. Zur Längenreduktion des zweiten Breitenliniensegments 318 wird hierzu der Schnittpunkt des zweiten Breitenliniensegments 318 mit der Verbindungslinie 323 als ein neuer Endpunkt 322 des zweiten Breitenliniensegments 318 definiert. Das längenreduzierte zweite Breitenliniensegment 318 verläuft somit zwischen dem neuen Endpunkt 322 und dem gegenüberliegenden ursprünglichen Endpunkt 321. Durch die entsprechende Längenreduktion des zweiten Breitenliniensegments 318 ist die Berücksichtigung des maximalen Lenkwinkeleinschlags aufgrund gegebenenfalls angeordneter Objekte 303 bewirkt. Der entsprechend generierte Fahrkorridor kann somit ohne Gefahr einer Kollision mit den Fahrbahnbegrenzungen 302 bzw. Objekten 303 erfolgen. In the graphic a) shown, the second width line segment 318 has an intersection with one of the two connecting lines 323. To reduce the length of the second latitude line segment 318, the intersection of the second latitude line segment 318 with the connecting line 323 is defined as a new end point 322 of the second latitude line segment 318. The length-reduced second width line segment 318 thus runs between the new end point 322 and the opposite original end point 321. The corresponding length reduction of the second width line segment 318 takes into account the maximum steering angle due to any objects 303 that may be arranged. The correspondingly generated driving corridor can therefore take place without the risk of a collision with the road boundaries 302 or objects 303.
Weist das in Fahrtrichtung D unmittelbar hinter dem ersten Breitenliniensegment 317 angeordnete zweite Breitenliniensegment 318 hingegen keine Schnittpunkte mit den zwei Verbindungslinien 323 auf, so erfolgt keine Längenreduktion des zweiten Breitenliniensegments 318. Ein entsprechender Fall ist in Grafik b) dargestellt. However, if the second width line segment 318 arranged immediately behind the first width line segment 317 in the direction of travel D does not have any intersections with the two connecting lines 323, then there is no reduction in the length of the second width line segment 318. A corresponding case is shown in graphic b).
Fig. 3 zeigt eine weitere graphische Darstellung eines weiteren Schritts des Verfahrens 100 in Fig. 1.
Die Grafiken a) und b) zeigen zwei grafische Darstellungen zweier ähnlicher Methoden zur Positionierung von Stützstellen 313 auf Breitenliniensegmenten 311. Die beiden Grafiken a) und b) weisen hierbei jeweils drei in Fahrtrichtung D hintereinander angeordnete Breitenliniensegmente 311 auf, ein erstes Breitenliniensegment 317, ein zweites Breitenliniensegment 318 und ein drittes Breitenliniensegment 319. Auf dem ersten Breitenliniensegment 317 ist eine erste Stützstelle 324 angeordnet. Auf dem zweiten Breitenliniensegment 318 ist eine zweite Stützstelle 325 positioniert. Auf dem dritten Breitenliniensegment 319 ist eine dritte Stützstelle 326 positioniert. Fig. 3 shows a further graphical representation of a further step of the method 100 in Fig. 1. Graphics a) and b) show two graphic representations of two similar methods for positioning support points 313 on width line segments 311. The two graphics a) and b) each have three width line segments 311 arranged one behind the other in the direction of travel D, a first width line segment 317 second width line segment 318 and a third width line segment 319. A first support point 324 is arranged on the first width line segment 317. A second support point 325 is positioned on the second width line segment 318. A third support point 326 is positioned on the third latitude line segment 319.
Zum Positionieren der Stützstellen 313 wird nun ausgehend von der ersten Stützstelle 324 des ersten Breitenliniensegments 317 eine gerade Verbindungslinie 329 definiert. In Grafik a) verläuft die gerade Verbindungslinie 329 zwischen der ersten Stützstelle 324 des ersten Breitenliniensegments 317 und der dritten Stützstelle 326 des dritten Breitenliniensegments 319. Alternativ hierzu verläuft die gerade Verbindungslinie 329 in Grafik b) zwischen der ersten Stützstelle 324 des ersten Breitenliniensegments 317 und der zweiten Stützstelle 325 des zweiten Breitenliniensegments 318. To position the support points 313, a straight connecting line 329 is now defined starting from the first support point 324 of the first width line segment 317. In graphic a), the straight connecting line 329 runs between the first support point 324 of the first width line segment 317 and the third support point 326 of the third width line segment 319. Alternatively, the straight connecting line 329 in graphic b) runs between the first support point 324 of the first width line segment 317 and the second support point 325 of the second latitude line segment 318.
Zur Positionierung der zweiten Stützstelle 325 des zweiten Breitenliniensegments 318 wird in der Methode in Grafik a) ein Schnittpunkt zwischen der geraden Verbindungslinie 329 und dem zweiten Breitenliniensegment 318 ermittelt. Eine neue zweite Stützstelle 329 wird in der gezeigten Ausführungsform an der Position des Schnittpunkts der Verbindungslinie 329 mit dem zweiten Breitenliniensegment 318 positioniert. Alternativ hierzu kann die neue StützstelleTo position the second support point 325 of the second width line segment 318, an intersection point between the straight connecting line 329 and the second width line segment 318 is determined in the method in graphic a). A new second support point 329 is positioned in the embodiment shown at the position of the intersection of the connecting line 329 with the second width line segment 318. Alternatively, the new support point can be used
327 auf einer halben Distanz zwischen der aktuellen Position der zweiten Stützstelle 325 und dem Schnittpunkt der Verbindungslinie 329 und dem zweiten mit dem Breitenliniensegment 318 positioniert werden. 327 can be positioned at half a distance between the current position of the second support point 325 and the intersection of the connecting line 329 and the second with the width line segment 318.
In Grafik b) wird zur Positionierung der dritten Stützstelle 326 des dritten Breitenliniensegments 319 ein Schnittpunkt zwischen der Verbindungslinie 329 und dem dritten Breitenliniensegment 319 ermittelt. Eine neue dritte StützstelleIn graphic b), an intersection point between the connecting line 329 and the third width line segment 319 is determined to position the third support point 326 of the third width line segment 319. A new third base
328 wird in der gezeigten Ausführungsform an der Position des Schnittpunkts der Verbindungslinie 329 mit dem dritten Breitenliniensegment 319 positioniert.
Alternativ hierzu kann die neue dritte Stützstelle 328 auf einer halben Distanz zwischen der dritten Stützstelle 326 und dem Schnittpunkt zwischen der Verbindungslinie 329 und dem dritten Breitenliniensegment 319 positioniert werden. 328 is positioned in the embodiment shown at the position of the intersection of the connecting line 329 with the third latitude line segment 319. Alternatively, the new third support point 328 can be positioned half the distance between the third support point 326 and the intersection between the connecting line 329 and the third latitude line segment 319.
Die in den Grafiken a) und b) gezeigten Methoden können für alle Breitenliniensegmente 311 des Fahrbahnsegments 304 iterativ vorgenommen werden. Hierzu können die Methoden in Grafiken a) und b) alternativ zueinander oder simultan bzw. nacheinander ausgeführt werden. The methods shown in graphics a) and b) can be carried out iteratively for all width line segments 311 of the roadway segment 304. For this purpose, the methods in graphics a) and b) can be carried out alternatively to each other or simultaneously or one after the other.
Die Ausgangspositionierungen der Stützstellen 313 können beispielsweise eine mittige Positionierung in einem geometrischen Zentrum der Breitenliniensegmente 311 sein. Alternativ können die Stützstellen 313 an beliebiger Stelle auf den Breitenliniensegmenten 311 positioniert werden. Die Ausführung der oben genannten Schritte kann dann basierend auf den beliebig auf den Breitenliniensegmenten 311 positionierten Stützstellen 313 iterativ ausgeführt werden. The initial positioning of the support points 313 can, for example, be a central positioning in a geometric center of the width line segments 311. Alternatively, the support points 313 can be positioned anywhere on the width line segments 311. The execution of the above-mentioned steps can then be carried out iteratively based on the support points 313 positioned arbitrarily on the width line segments 311.
Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens 100 zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie 316 für ein Fahrzeug 305 gemäß einer Ausführungsform. 4 shows a flowchart of the method 100 for determining a travel trajectory 316 for a vehicle 305 according to an embodiment.
Erfindungsgemäß werden in einem ersten Verfahrensschritt 101 Kartendaten einer Kartendarstellung einer Umgebung eines Fahrzeugs 305 empfangen. Die Kartendarstellung umfasst hierbei Informationen bzgl. wenigstens einer durch das Fahrzeug 305 zu befahrenden Fahrbahn 301. Die Kartendarstellung kann beispielsweise eine topologische Straßenkarte sein. According to the invention, in a first method step 101, map data of a map representation of an environment of a vehicle 305 is received. The map representation includes information regarding at least one roadway 301 to be traveled by the vehicle 305. The map representation can be, for example, a topological road map.
In einem weiteren Verfahrensschritt 155 werden in der gezeigten Ausführungsform Umfeldsensordaten wenigstens eines Umfeldsensors 307 eines Fahrzeugs 305 empfangen. Die Umfeldsensordaten bilden hierbei ein Umfeld des Fahrzeugs 305 und insbesondere die zu befahrende Fahrbahn 301 ab. Die Umfeldsensordaten können beispielsweise Kameradaten, LIDAR-Daten oder Radardaten umfassen.
In einem weiteren Verfahrensschritt 157 wird basierend auf den Umfeldsensordaten ein Belegungsgitter des Umfelds des Fahrzeugs 305 generiert. Das Belegungsgitter beschreibt hierbei Belegungen von Raumsegmenten des Umfelds des Fahrzeugs 305 und umfasst Informationen bzgl. Objekten 303 innerhalb des Umfelds des Fahrzeugs 305. Die berücksichtigten Objekte 303 umfassen hierbei primär stationäre Objekte, die über einen vorbestimmten Zeitraum eine vergleichsweise geringe Änderung ihrer Positionierung aufweisen. Erfindungsgemäß werden insbesondere Objekte 303 berücksichtigt, die wenigstens teilweise auf der durch das Fahrzeug 305 zu befahrenden Fahrbahn 301 positioniert sind. Derartige Objekte können beispielsweise parkende oder haltende Fahrzeuge, Baustellenbegrenzungen oder ähnliche primär statisch positionierte Objekte sein, die im üblichen Straßenverkehr anzutreffen sind. In a further method step 155, in the embodiment shown, environment sensor data from at least one environment sensor 307 of a vehicle 305 is received. The surrounding sensor data represent an environment of the vehicle 305 and in particular the road 301 to be traveled on. The environmental sensor data can include, for example, camera data, LIDAR data or radar data. In a further method step 157, an occupancy grid of the surroundings of the vehicle 305 is generated based on the surroundings sensor data. The occupancy grid describes occupancies of spatial segments of the surroundings of the vehicle 305 and includes information regarding objects 303 within the surroundings of the vehicle 305. The objects 303 taken into account here primarily include stationary objects that have a comparatively small change in their positioning over a predetermined period of time. According to the invention, particular attention is paid to objects 303 that are at least partially positioned on the roadway 301 to be traveled by the vehicle 305. Such objects can be, for example, parked or stopped vehicles, construction site boundaries or similar primarily statically positioned objects that can be found in normal road traffic.
In einem weiteren Verfahrensschritt 103 werden Daten des zuvor generierten Belegungsgitters des Umfelds des Fahrzeugs 305 empfangen. In a further method step 103, data from the previously generated occupancy grid of the surroundings of the vehicle 305 are received.
In einem weiteren Verfahrensschritt 105 wird wenigstens ein Fahrbahnsegment 304 der durch das Fahrzeug 305 zu befahrenden Fahrbahn 301 basierend auf den Kartendaten generiert. Hierzu können ferner Daten bzw. Informationen bzgl. einer Positionierung des Fahrzeugs berücksichtigt werden, die beispielsweise durch Informationen eines Navigationssystems bereitgestellt sind. Durch die Positionierung des Fahrzeugs basierend auf den Positionsdaten ist eine Positionierung des Fahrzeugs relativ zur Kartendarstellung und damit verbunden eine Lokalisierung des Fahrzeugs innerhalb der Kartendarstellung ermöglicht. In a further method step 105, at least one roadway segment 304 of the roadway 301 to be traveled by the vehicle 305 is generated based on the map data. For this purpose, data or information regarding the positioning of the vehicle can also be taken into account, which is provided, for example, by information from a navigation system. Positioning the vehicle based on the position data enables positioning of the vehicle relative to the map display and, associated with this, localization of the vehicle within the map display.
In einem weiteren Verfahrensschritt 107 wird für jedes Fahrbahnsegment 304 eine Mehrzahl von in vorbestimmten Abständen zueinander entlang einer Längsrichtung 306 der Fahrbahn 301 nacheinander angeordneten Breitenliniensegmenten 311 bestimmt. Die Breitenliniensegmente 311 beschreiben hierbei Linienelemente, die in einer zur Längsrichtung 306 der Fahrbahn 301 senkrechten Richtung orientiert sind und entweder zwischen zwei Fahrbahnbegrenzungen 302 der Fahrbahn 301 , zwischen einer Fahrbahnbegrenzung 302 und einem wenigstens teilweise auf der Fahrbahn 301
positionierten Objekt 303 oder zwischen zwei wenigstens teilweise auf der Fahrbahn 301 positionierten Objekten 303 verlaufen. Eine Länge des Breitenliniensegments 311 beschreibt hierbei eine Breite eines durch das Fahrzeug 305 befahrbaren Fahrtkorridors der Fahrbahn. In a further method step 107, a plurality of width line segments 311 arranged one after the other at predetermined distances from one another along a longitudinal direction 306 of the roadway 301 are determined for each roadway segment 304. The width line segments 311 describe line elements that are oriented in a direction perpendicular to the longitudinal direction 306 of the roadway 301 and either between two roadway boundaries 302 of the roadway 301, between a roadway boundary 302 and one at least partially on the roadway 301 positioned object 303 or between two objects 303 positioned at least partially on the roadway 301. A length of the width line segment 311 describes a width of a travel corridor of the road that can be traveled by the vehicle 305.
In einem weiteren Verfahrensschritt 135 werden Längen von Breitenliniensegmenten 311 um einen maximalen Lenkwinkeleinschlagbeitrag reduziert. Der maximale Lenkwinkeleinschlagbeitrag berücksichtigt hierbei einen maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs 305, mit dem das Fahrzeug 305 entlang der Fahrbahn 301 steuerbar ist, ohne dass eine Kollision des Fahrzeugs 301 mit Fahrbahnbegrenzungen 302 und/oder wenigstens teilweise auf der Fahrbahn 301 positionierten Objekten 303 zu befürchten sind. In a further method step 135, lengths of width line segments 311 are reduced by a maximum steering angle contribution. The maximum steering angle contribution takes into account a maximum steering angle of the vehicle 305, with which the vehicle 305 can be steered along the roadway 301 without fear of a collision of the vehicle 301 with roadway boundaries 302 and/or objects 303 positioned at least partially on the roadway 301.
Hierzu wird in einem Verfahrensschritt 137 wenigstens ein Schnittpunkt einer geraden Verbindungslinie 323 ausgehend von einem ersten Breitenliniensegment 317 mit einem unmittelbar hinter dem ersten Breitenliniensegment 317 angeordneten zweiten Breitenliniensegment 318 ermittelt. Die gerade Verbindungslinie 323 geht hierbei von einem Endpunkt 321 des ersten Breitenliniensegments 317 aus und weist zum ersten Breitenliniensegment 317 einen Winkel er auf. Der Winkel er beschreibt hierbei den maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs 305. For this purpose, in a method step 137, at least one intersection of a straight connecting line 323 is determined starting from a first width line segment 317 with a second width line segment 318 arranged immediately behind the first width line segment 317. The straight connecting line 323 starts from an end point 321 of the first width line segment 317 and has an angle er to the first width line segment 317. The angle describes the maximum steering angle of the vehicle 305.
In einem weiteren Verfahrensschritt 139 wird der ermittelte Schnittpunkt der geraden Verbindungslinie 323 mit dem zweiten Breitenliniensegment 318 als ein neuer Endpunkt 322 des zweiten Breitenliniensegments 318 definiert. Weist das zweite Breitenliniensegment 318 hingegen keinen Schnittpunkt mit den wenigstens zwei geraden Verbindungslinien 323 des ersten Breitenliniensegments 317 auf, erfolgt keine Längenreduktion des zweiten Breitenliniensegments 318. In a further method step 139, the determined intersection of the straight connecting line 323 with the second latitude line segment 318 is defined as a new end point 322 of the second latitude line segment 318. However, if the second latitude line segment 318 does not have an intersection with the at least two straight connecting lines 323 of the first latitude line segment 317, there is no reduction in the length of the second latitude line segment 318.
In einem weiteren Verfahrensschritt 109 wird eine weitere Reduktion der Länge eines jeden Breitenliniensegments 311 vorgenommen. Hierzu wird an jedem Endbereich 312 eines jeden Breitenliniensegments 311 wenigstens eine halbe Fahrzeugbreite des Fahrzeugs 305 abgezogen.
In einem weiteren Verfahrensschritt 111 wird für jedes Breitenliniensegment 311 eine auf dem Breitenliniensegment 311 positionierte Stützstelle 313 ermittelt. Gemäß einer Ausführungsform kann die Stützstelle 313 mittig auf dem jeweiligen Breitenliniensegment 311 positioniert sein. In a further method step 109, a further reduction in the length of each latitude line segment 311 is carried out. For this purpose, at least half the vehicle width of the vehicle 305 is subtracted from each end region 312 of each width line segment 311. In a further method step 111, a support point 313 positioned on the width line segment 311 is determined for each width line segment 311. According to one embodiment, the support point 313 can be positioned centrally on the respective width line segment 311.
Zur Ermittlung der Stützstellen 313 wird hierzu in einem weiteren Verfahrensschritt 117 eine Verbindung einer auf einem ersten Breitenliniensegment 317 positionierten ersten Stützstelle 324 mit einer auf einem unmittelbar hinter dem ersten Breitenliniensegment 317 angeordneten zweiten Breitenliniensegment 318 positionierten zweiten Stützstelle 325 über eine gerade Verbindungslinie 329 hergestellt. To determine the support points 313, in a further method step 117 a connection is made between a first support point 324 positioned on a first width line segment 317 and a second support point 325 positioned on a second width line segment 318 arranged immediately behind the first width line segment 317 via a straight connecting line 329.
In einem weiteren Verfahrensschritt 119 wird ein Schnittpunkt der geraden Verbindungslinie 329 mit einem unmittelbar hinter dem zweiten Breitenliniensegment 318 angeordneten dritten Breitenliniensegment 319 ermittelt. In a further method step 119, an intersection of the straight connecting line 329 with a third width line segment 319 arranged immediately behind the second width line segment 318 is determined.
In einem weiteren Verfahrensschritt 121 wird eine auf dem dritten Breitenliniensegment 319 angeordnete dritte Stützstelle 326 auf dem Schnittpunkt der geraden Verbindungslinie 329 mit dem dritten Breitenliniensegment 319 oder auf einer Position mittig zwischen dem Schnittpunkt und der aktuellen Position der dritten Stützstelle 319 positioniert. In a further method step 121, a third support point 326 arranged on the third width line segment 319 is positioned at the intersection of the straight connecting line 329 with the third width line segment 319 or at a position centrally between the intersection and the current position of the third support point 319.
Alternativ wird in einem Verfahrensschritt 123 die dritte Stützstelle 326 an einem Ende des dritten Breitenliniensegments 319 positioniert, falls kein Schnittpunkt zwischen der geraden Verbindungslinie 329 und dem dritten Breitenliniensegment 319 besteht. Alternatively, in a method step 123, the third support point 326 is positioned at one end of the third width line segment 319 if there is no intersection between the straight connecting line 329 and the third width line segment 319.
In einem weiteren Verfahrensschritt 125 werden die oben genannten Verfahrensschritte 117 bis 123 iterativ ausgeführt. In a further method step 125, the above-mentioned method steps 117 to 123 are carried out iteratively.
In einem weiteren Verfahrensschritt 127 wird alternativ oder zusätzlich die ersteIn a further method step 127, alternatively or additionally, the first
Stützstelle 324 des ersten Breitenliniensegments 317 über eine gerade
Verbindungslinie 329 mit der dritten Stützstelle 326 des dritten Breitenliniensegments 319 verbunden. Support point 324 of the first width line segment 317 via a straight line Connecting line 329 connected to the third support point 326 of the third latitude line segment 319.
In einem weiteren Verfahrensschritt 129 wird ein Schnittpunkt der geraden Verbindungslinie 329 mit dem zwischen den ersten und dritten Breitenliniensegmenten 317, 319 angeordneten zweiten Breitenliniensegment 318 ermittelt. In a further method step 129, an intersection of the straight connecting line 329 with the second width line segment 318 arranged between the first and third width line segments 317, 319 is determined.
In einem weiteren Verfahrensschritt 131 wird die zweite Stützstelle 325 des zweiten Breitenliniensegments 318 auf den Schnittpunkt der geraden Verbindungslinie 329 mit dem zweiten Breitenliniensegment 318 oder auf einer Position mittig zwischen dem Schnittpunkt und der aktuellen Position der zweiten Stützstelle 325 positioniert. In a further method step 131, the second support point 325 of the second width line segment 318 is positioned at the intersection of the straight connecting line 329 with the second width line segment 318 or at a position centrally between the intersection and the current position of the second support point 325.
Alternativ wird die zweite Stützstelle 325 an einem Ende des zweiten Breitenliniensegments 318 positioniert, falls kein Schnittpunkt zwischen der geraden Verbindungslinie 329 und dem zweiten Breitenliniensegment 318 besteht. Alternatively, the second support point 325 is positioned at one end of the second width line segment 318 if there is no intersection between the straight connecting line 329 and the second width line segment 318.
Im Verfahrensschritt 125 wird weiterhin eine iterative Ausführung der Verfahrensschritte 127 bis 133 bewirkt. In method step 125 an iterative execution of method steps 127 to 133 is also effected.
Vor Ausführung der Verfahrensschritte 117 bis 123 können die Stützstellen 313 entweder wie oben beschrieben mittig oder an einer beliebigen Stelle auf jedem Breitenliniensegment 311 positioniert werden. Ausgehend von diesen Positionen können die genannten Verfahrensschritt 117 bis 133 ausgeführt werden. Before carrying out method steps 117 to 123, the support points 313 can be positioned either in the middle as described above or at any desired location on each width line segment 311. Starting from these positions, the method steps 117 to 133 mentioned can be carried out.
In einem weiteren Verfahrensschritt 113 werden die Stützstelle 313 der Breitenliniensegmente 311 zu einer Fahrtrajektorie 316 verbunden. In a further method step 113, the support points 313 of the width line segments 311 are connected to form a travel trajectory 316.
Hierzu wird in einem Verfahrensschritt 141 eine Anpassung einer Spline-Funktion 314 an die Stützstellen 313 der Breitenliniensegmente 311 ausgeführt. Die Anpassung kann in Form eines Anpassungsprozesses (Fit-Prozess) durchgeführt werden. Dieser Fit-Prozess kann unter Berücksichtigung eines Least-Square-
Verfahrens durchgeführt werden. Die Spline-Funktion 314 kann gemäß einer Ausführungsform als eine Basis-Spline-Funktion mit Kontrollpunkten ausgebildet sein. For this purpose, in a method step 141, an adaptation of a spline function 314 to the support points 313 of the width line segments 311 is carried out. The adjustment can be carried out in the form of an adjustment process (fit process). This fit process can take into account a least square procedure can be carried out. The spline function 314 may be designed as a basic spline function with control points, according to one embodiment.
Zum Anpassen der Spline-Funktion 314 der Stützstellen 313 werden in einem weiteren Verfahrensschritt 143 Abstände der Spline-Funktion 314 zu den Stützstellen 313 derart minimiert, dass die Spline-Funktion jeweils einen Schnittpunkt mit jedem Breitenliniensegment 311 des Fahrbahnsegments 304 aufweist. To adapt the spline function 314 of the support points 313, in a further method step 143, distances between the spline function 314 and the support points 313 are minimized in such a way that the spline function has an intersection point with each width line segment 311 of the roadway segment 304.
Hierzu wird für jedes Breitenliniensegment 311 in einem Verfahrensschritt 149 eine Abtaststelle der Spline-Funktion 314 ermittelt, für die die Spline-Funktion 314 einen Wert aufweist, der zwischen den Endpunkten 321 des jeweiligen Breitenliniensegments 311 liegt. For this purpose, a sampling point of the spline function 314 is determined for each width line segment 311 in a method step 149, for which the spline function 314 has a value that lies between the end points 321 of the respective width line segment 311.
In einem weiteren Verfahrensschritt 151 werden die Abstände der Abtaststellen der Spline-Funktion 314 und einer senkrechten Position der Abtaststelle auf das jeweilige Breitenliniensegment 311 minimiert. In a further method step 151, the distances between the sampling points of the spline function 314 and a vertical position of the sampling point on the respective width line segment 311 are minimized.
In einem weiteren Verfahrensschritt 145 wird zum Anpassen der Spline-Funktion 314 an die Stützstellen 313 eine Krümmung der Spline-Funktion 314 entlang eines Verlaufs der Spline-Funktion 314 minimiert. In a further method step 145, in order to adapt the spline function 314 to the support points 313, a curvature of the spline function 314 is minimized along a course of the spline function 314.
In einem weiteren Verfahrensschritt 147 wird ferner eine Minimierung einer Ableitung der Spline-Funktion 314 bzw. der Krümmung der Spline-Funktion nach einer Weglänge der Spline-Funktion entlang des Verlaufs der Spline-Funktion 314 durchgeführt. In a further method step 147, a derivation of the spline function 314 or the curvature of the spline function is further minimized according to a path length of the spline function along the course of the spline function 314.
In einem weiteren Verfahrensschritt 153 wird ein Endpunkt der Fahrtrajektorie 316 ermittelt, falls die Breite des Fahrzeugs 305 größer oder gleich einer Länge eins Breitenliniensegments 311 ist. Der Endpunkt der Fahrtrajektorie 316 wird hierbei durch die Stützstelle 313 des in Fahrtrichtung D des Fahrzeugs 305 letzten Breitenliniensegments 311 definiert, das eine Länge aufweist, die größer ist als die Breite des Fahrzeugs 305.
In einem weiteren Verfahrensschritt 115 wird die entsprechend generierte Fahrtrajektorie 316 ausgegeben. In a further method step 153, an end point of the travel trajectory 316 is determined if the width of the vehicle 305 is greater than or equal to a length of a width line segment 311. The end point of the travel trajectory 316 is defined by the support point 313 of the last width line segment 311 in the direction of travel D of the vehicle 305, which has a length that is greater than the width of the vehicle 305. In a further method step 115, the correspondingly generated travel trajectory 316 is output.
Die Anpassung der Spline-Funktion 314 an die Mehrzahl von berechneten Stützstellen 311 wird unter Verwendung der Methode der kleinsten Fehlerquadrate bewirkt. In der Anpassung der Spline-Funktion 314 an die Stützstellen 313 wird berücksichtigt, dass die Spline-Funktion 314 einen Schnittpunkt mit jedem Breitenliniensegment 311 , für das eine Stützstelle 313 berechnet wurde, aufweist. Ferner wird eine Minimierung einer Krümmung K(t) dK und eine Minimierung einer Ableitung der Krümmung — (t) nach einerThe adaptation of the spline function 314 to the plurality of calculated support points 311 is effected using the least squares method. When adapting the spline function 314 to the support points 313, it is taken into account that the spline function 314 has an intersection with each width line segment 311 for which a support point 313 was calculated. Furthermore, a minimization of a curvature K(t) dK and a minimization of a derivative of the curvature — (t) according to one
Bogenlänge s(t) der Spline-Funktion 314 berechnet. Zur Minimierung der dK Arc length s(t) of the spline function 314 is calculated. To minimize the dK
Krümmung K(t) und der Ableitung der Krümmung — (t) werden eine Mehrzahl von Abtaststellten t ermittelt und die genannten Größen für die jeweiligen Abtaststellen t ermittelt. Die Abtaststellen werden hierbei in vorbestimmten Abständen zueinander ermittelt, wobei die Abstände vorzugsweise den Abständen der Breitenliniensegmente 311 entsprechen. Curvature K(t) and the derivative of the curvature - (t), a plurality of sampling points t are determined and the variables mentioned are determined for the respective sampling points t. The scanning points are determined at predetermined distances from one another, the distances preferably corresponding to the distances of the width line segments 311.
Die Mehrzahl von Stützstellen der Breitenliniensegmente jeweils verbunden mit geraden Linienelementen stellt eine Polylinie dar. Ziel der Anpassung der Spline- Funktion ist es, eine glatte Kurve durch die einzelnen Stützstellen zu finden, die als eine Fahrtrajektorie eines Fahrzeugs dienen kann. Die einzelnen Punkte der Polylinie, sprich die Stützstellen, weisen keine zugehörigen Parameterwerte auf. Aus diesem Grund werden für jede Stützstelle Parameterwerte erzeugt, indem dem i-ten Stützstelle der Wert (i-1 )/(n-1 ) zugewiesen wird. Der Parameter n beschriebt hierbei die Anzahl der Stützstellen 313. The plurality of support points of the width line segments, each connected to straight line elements, represents a polyline. The aim of adapting the spline function is to find a smooth curve through the individual support points, which can serve as a vehicle's travel trajectory. The individual points of the polyline, i.e. the support points, do not have any associated parameter values. For this reason, parameter values are generated for each support point by assigning the value (i-1 )/(n-1 ) to the i-th support point. The parameter n describes the number of support points 313.
In einem weiteren Schritt können zwei Spline-Funktionen unabhängig voneinander an x-Koordinaten und y-Koordinaten der Stützstellen 313 angepasst werden. Die derart generierte Kurve verläuft entlang der Fahrbahn 301 und kann als eine Fahrtrajektorie 316 für ein Fahrzeug 305 dienen. Eine derart erzeugte Fahrtrajektorie 316 kann jedoch im Verlauf zwischen den einzelnen Stützstellen 313 große Schwankung aufweisen und damit verbunden große Werte der
Krümmung K(t) und der Ableitung der Krümmung — (t) aufweisen. Derartige Fahrtrajektorien 316 können zu starken Lenkradeinschlägen und damit zu unruhigen Fahrverhalten des Fahrzeugs 305 führen. Um dies zu vermeiden, wird ferner die bereits angesprochenen Minimierung der Krümmung K(t) und der dK In a further step, two spline functions can be adapted independently of one another to the x coordinates and y coordinates of the support points 313. The curve generated in this way runs along the road 301 and can serve as a travel trajectory 316 for a vehicle 305. However, a travel trajectory 316 generated in this way can have large fluctuations in the course between the individual support points 313 and, associated with this, large values curvature K(t) and the derivative of the curvature — (t). Such driving trajectories 316 can lead to strong steering wheel turns and thus to unsteady driving behavior of the vehicle 305. In order to avoid this, the already mentioned minimization of the curvature K(t) and the dK
Ableitung der Krümmung — (t) durchgeführt. Derivation of curvature — (t) performed.
Wie bereits erwähnt wird die Anpassung der Spline-Funktion 314 an die Stützstellen 313 derart ausgeführt, dass die Spline-Funktion 314 einen Schnittpunkt mit jedem Breitenliniensegment 311 aufweist. Hierzu wird für jede Abtaststelle t eine senkrechte Projektion auf ein jeweiliges Breitenliniensegment 311 berechnet. In diesem Zusammenhang wird im Zuge der Anpassung ein Abstand einer jeden Abtaststelle t zu der jeweiligen senkrechten Projektion auf das entsprechende Breitenliniensegment 311 der Abtaststelle t minimiert. Hierzu werden die Positionen der Abtaststellen t derart verschoben, dass der Abstand zur jeweiligen Projektion der Abtaststelle t minimal wird. As already mentioned, the adaptation of the spline function 314 to the support points 313 is carried out in such a way that the spline function 314 has an intersection with each width line segment 311. For this purpose, a vertical projection onto a respective latitude line segment 311 is calculated for each sampling point t. In this context, in the course of the adaptation, a distance between each scanning point t and the respective vertical projection onto the corresponding width line segment 311 of the scanning point t is minimized. For this purpose, the positions of the scanning points t are shifted in such a way that the distance to the respective projection of the scanning point t becomes minimal.
Sei hierzu Gj(tj) ein Funktionswert der Spline-Funktion 314 an der einer i-ten Abtaststelle tj. Ferner seien Aj und Bj zwei Endpunkte 321 eines i-ten Breitenliniensegments 311. Die orthogonale Projektion Hi auf das i-te Breitenliniensegment 311 kann hiermit wie folgt definiert werden, Ht
Ferner kann ein Schnittpunktterm definiert werden, mittels dem neben einem Schnitt der Spline-Funktion 314 mit dem i-ten Breitenliniensegment 311 ein Abstand zu der jeweiligen Stützstelle 313 des i-ten Breitenliniensegments 311 bestimmt werden kann:
Let Gj(tj) be a function value of the spline function 314 at an i-th sampling point tj. Furthermore, let Aj and Bj be two end points 321 of an i-th latitude line segment 311. The orthogonal projection Hi onto the i-th latitude line segment 311 can hereby be defined as follows, Ht Furthermore, an intersection term can be defined, by means of which, in addition to an intersection of the spline function 314 with the i-th latitude line segment 311, a distance to the respective support point 313 of the ith latitude line segment 311 can be determined:
Der Faktor hj ist die Position von Hj relativ zu Aj und Bj. Zur Minimierung des Abstands der i-ten Abtaststelle t zur jeweiligen orthogonalen Projektion auf des jeweilige Breitenliniensegment 311 , wird der folgenden Ausdruck minimiert:
The factor hj is the position of Hj relative to Aj and Bj. To minimize the distance of the i-th sampling point t to the respective orthogonal projection on the respective latitude line segment 311, the following expression is minimized:
Für einen glatten Verlauf der Spline-Funktion 314 und der späteren Fahrtrajektorie 316 wird ferner eine Minimierung der Krümmung der Spline- Funktion 314 vorgenommen. Sei K(t) die Krümmung an einer Abtaststelle t entlang dem Verlauf der Spline-Funktion 314. Sei ferner s(t) die Bogenlänge entlang dem Verlauf der Spline-Funktion bis zur Abtaststelle t. Ferner sei mit dK For a smooth course of the spline function 314 and the later travel trajectory 316, the curvature of the spline function 314 is also minimized. Let K(t) be the curvature at a sampling point t along the course of the spline function 314. Furthermore, let s(t) be the arc length along the course of the spline function up to the sampling point t. Furthermore, with dK
— (t) die Ableitung der Krümmung K(t) nach s(t) definiert. Ziel der Anpassung der— (t) the derivative of the curvature K(t) with respect to s(t) is defined. The aim of adapting the
Spline-Funktion an die Stützstellen 311 ist es, die Krümmung K(t) und die dK Spline function at the support points 311 is the curvature K(t) and the dK
Ableitung — (t) entlang der Verlauf der Spline-Funktion 314 nahe oder gleichDerivative - (t) along the course of the spline function 314 close or equal
Null zu bringen. Eine derartige Fahrtrajektorie 316 würde eine nahezu gerade Verlauf aufweisen und nahezu keine Lenkbewegungen wären nötig, um der d Fahrtrajektorie folgen zu können. Durch die Berücksichtigung der Ableitung — (t) können ferner die Geschwindigkeit, mit denen Lenkbewegungen durchzuführen sind, reduziert werden. Hierdurch können ruckartige Hin-und-Her-Bewegungen des Lenkrads vermieden werden, die zu keiner wirklichen Richtungsänderung des Fahrzeugs 305 führen. Ziel der Optimierung ist es vielmehr, möglichst langsame Drehung des Lenkrads zu erreichen, was zu angenehmeren dKto bring zero. Such a travel trajectory 316 would have an almost straight course and almost no steering movements would be necessary in order to be able to follow the travel trajectory. By taking the derivative — (t) into account, the speed at which steering movements have to be carried out can also be reduced. This makes it possible to avoid jerky back-and-forth movements of the steering wheel, which do not lead to any real change in direction of the vehicle 305. The aim of the optimization is rather to achieve the slowest possible rotation of the steering wheel, which leads to more pleasant dK
Fahrverläufen des Fahrzeugs 305 führt. Da die Größen K(t) und — (t) dieDriving histories of the vehicle 305 leads. Since the quantities K(t) and — (t) the
Krümmung und die Ableitung an Abtaststellen der Spline-Funktion bestimmen, dK und da es ein Ziel der Optimierung ist, K(t) und — (t) entlang dem Verlauf derCurvature and the derivative at sampling points of the spline function determine dK and since it is a goal of the optimization, K(t) and — (t) along the course of the
Spline-Funktion 314 gegen Null zu minimieren, ist die folgenden Relation zu minimieren:
To minimize spline function 314 towards zero, the following relation is to be minimized:
Dieses Integral kann durch die folgenden Beziehungen approximiert werden, wobei m ein Abstimmungsparameter ist:
In ähnlicher Weise kann die Minimierung der Ableitung der Krümmung berücksichtigt werden, indem der folgende Ausdruck zu minimieren ist:
This integral can be approximated by the following relationships, where m is a tuning parameter: Similarly, minimizing the derivative of curvature can be accounted for by minimizing the following expression:
Durch die Summe nach dem Abzählparameter i werden die Abtaststellen t bis zur m-ten Abtaststelle berücksichtigt. The sum according to the counting parameter i takes into account the sampling points t up to the mth sampling point.
Zur Anpassung der Spline-Funktion werden für eine Mehrzahl von Abtastpunkten t die folgenden Werte berechnet: die Bogenlänge s entlang dem Verlauf der Spline-Funktion 314, die x-Koordinate, die y-Koordinate der zweidimensionalen Spline-Funktion 314, die Krümmung K(t), die Ableitung (t) der KrümmungTo adapt the spline function, the following values are calculated for a plurality of sampling points t: the arc length s along the course of the spline function 314, the x coordinate, the y coordinate of the two-dimensional spline function 314, the curvature K( t), the derivative (t) of the curvature
K nach der Bogenlänge s und die zweite Ableitung der Krümmung — (t) nach derK for the arc length s and the second derivative of the curvature — (t) for the
Bogenlänge s des Verlaufs der Spline-Funktion 314. Zur Berechnung der genannten Größen werden für in regelmäßigen Abständen bestimmte Abtastwerte t entsprechende Werte der Spline-Funktion 314 beziehungsweise der genannten Größen bestimmt bzw. berechnet. Arc length s of the course of the spline function 314. To calculate the quantities mentioned, corresponding values of the spline function 314 or the quantities mentioned are determined or calculated for sample values t determined at regular intervals.
Die x-Koordinate und die y-Koordinate können sich hierbei auf ein fest mit dem Ego-Fahrzeug verbundenen Koordinatensystem beziehen. Die x-Achse des Koordinatensystems kann hierbei entlang der Fahrtrichtung D des Fahrzeugs 305 orientiert sein, während die y-Achse in einer horizontalen und senkrechten Richtung zur Fahrtrichtung D orientiert sein kann. Alternativ kann das Koordinatensystem ein ortsfestes Koordinatensystem der Kartendarstellung sein, wobei sich die x- und y-Achsen auf Himmelsrichtungen beziehen können. The x coordinate and the y coordinate can refer to a coordinate system that is firmly connected to the ego vehicle. The x-axis of the coordinate system can be oriented along the direction of travel D of the vehicle 305, while the y-axis can be oriented in a horizontal and perpendicular direction to the direction of travel D. Alternatively, the coordinate system can be a fixed coordinate system of the map display, where the x and y axes can refer to cardinal directions.
Da die berücksichtigten Parameter in der Anpassung der Spline-Funktion 314 proportional zur Bogenlänge gewählt sind, sind s und t stark korreliert. Das Abtasten erfolgt daher ebenfalls in regelmäßigen Abständen mit der Bogenlänge. Zur Anpassung der Spline-Funktion 314 werden Funktionswerte der Spline- Funktion 314 für eine Mehrzahl von Abtaststellen bestimmt. Die Anzahl der
Abtaststellen t entspricht hierbei der Anzahl von Stützstellen 213 der Breitenliniensegmente 211. Die Breitenliniensegmente 211 sind in regelmäßigen Abständen zueinander generiert. Die Abtaststellen t der Spline-Funktion 214 sind erfindungsgemäß in vergleichbaren Abständen zu einander angeordnet. Vorzugsweise entsprechen die Abstände zwischen den Abtaststellen t den Abständen zwischen den Breitenliniensegmenten 211. Für jede Abtaststelle t werden erfindungsgemäß die sechs obengenannten Größen berechnet. Die Berechnung der Koordinaten x(t) und y(t) umfasst eine Auswertung der Spline- Funktion 314 in Bezug auf die jeweiligen Koordinatenachsen. Eine Eigenschaft von Spline-Funktionen, insbesondere von Basis-Spline-Funktionen, ist es, dass die Ableitungen
direkt berechnet werden können. Um die Schreibweise zu vereinfachen, wird definiert:
f Since the parameters taken into account in the adaptation of the spline function 314 are chosen to be proportional to the arc length, s and t are highly correlated. The scanning therefore also takes place at regular intervals with the arc length. To adapt the spline function 314, function values of the spline function 314 are determined for a plurality of sampling points. The number of Scanning points t corresponds to the number of support points 213 of the width line segments 211. The width line segments 211 are generated at regular intervals from one another. According to the invention, the sampling points t of the spline function 214 are arranged at comparable distances from one another. The distances between the scanning points t preferably correspond to the distances between the width line segments 211. According to the invention, the six quantities mentioned above are calculated for each scanning point t. The calculation of the coordinates x(t) and y(t) includes an evaluation of the spline function 314 with respect to the respective coordinate axes. A property of spline functions, especially basis spline functions, is that the derivatives can be calculated directly. To simplify the notation, it is defined: f
Da f und g einfache Kombinationen von x(t) und y(t) und deren Ableitungen nach t sind, können die Ableitungen von f und g nach t berechnet werden. Die Krümmung allgemeiner Kurven kann daher wie folgt berechnet werden:
Since f and g are simple combinations of x(t) and y(t) and their derivatives with respect to t, the derivatives of f and g with respect to t can be calculated. The curvature of general curves can therefore be calculated as follows:
Hierbei bleibt zu berücksichtigen, dass in der gezeigten Berechnung der Krümmung K(t) nicht die Ableitungen von x und y nach der Bogenlänge s, sondern nach der Abtaststelle t verwendet. Dies ist jedoch identisch, da die Bogenlänge s eine monoton steigende Funktion von t ist. Für allgemeine Kurven können s(t) und g(t) wie folgt in Beziehung gesetzt werden:
It should be noted that the calculation of the curvature K(t) shown does not use the derivatives of x and y according to the arc length s, but rather according to the sampling point t. However, this is identical because the arc length s is a monotonically increasing function of t. For general curves, s(t) and g(t) can be related as follows:
Die Funktion s(t) lässt sich wie folgt approximieren, indem die berechneten Funktionen x(t) und y(t) als Polylinien einer Mehrzahl von Abtastpunkten interpretiert werden. Die Ableitungen können daher wie folgt in Beziehung gesetzt werden:
The function s(t) can be approximated as follows by interpreting the calculated functions x(t) and y(t) as polylines of a plurality of sampling points. The derivatives can therefore be related as follows:
Mit der Regel der umgekehrten Ableitung gilt: dt 1 With the rule of inverse derivation the following applies: dt 1
— (0 = . > ds ÄÖ dK — (0 = . > d s ÄÖ dK
Zusätzlich müssen die Ableitungen der Krümmung — berechnet werden, was wie folgt möglich ist:
In addition, the derivatives of the curvature must be calculated, which can be done as follows:
Für eine Ableitung der Krümmung K nach der Bogenlänge s ergibt sich somit aus der Kettenregel:
For a derivation of the curvature K according to the arc length s, the chain rule results:
Die letztgenannte Formel wird zur Berechnung der Ableitung der Krümmung d The latter formula is used to calculate the derivative of the curvature d
— (t) an einer Abtaststelle t verwendet. Ein ähnlicher Ansatz kann verwendet ds werden, um eine geschlossene Lösung für zweifache Ableitung der Krümmung
— ds -(t) herzuleiten. Die zweifache Ableitung — ds -(t) kann hierbei durch dK — (t) used at a sampling point t. A similar approach can be used to obtain a closed-form solution for twofold derivatives of curvature — ds -(t) to be derived. The double derivative — ds -(t) can be represented by dK
Berechnung einer numerischen Differenzierung von — (t) approximiert werden. Calculation of a numerical differentiation of — (t) can be approximated.
Das Minimieren der oben genannten Größen im Zuge der Anpassung der Spline- Funktion 314 an die Stützstellen 313 kann durch Ausführen eines Gradientenverfahrens bewirkt werden. Minimizing the above-mentioned sizes in the course of adapting the spline function 314 to the support points 313 can be achieved by carrying out a gradient method.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Steuern eines Fahrzeugs 305. 5 shows a flowchart of a method 200 for controlling a vehicle 305.
In einem ersten Verfahrensschritt 201 wird zunächst das erfindungsgemäße Verfahren 100 zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie 316 für ein Fahrzeug 305 nach einer der oben genannten Ausführungsformen ausgeführt und eine entsprechende Fahrtrajektorie 316 generiert. In a first method step 201, the method 100 according to the invention for determining a travel trajectory 316 for a vehicle 305 is first carried out according to one of the above-mentioned embodiments and a corresponding travel trajectory 316 is generated.
In einem weiteren Verfahrensschritt 203 wird das Fahrzeug 305 gemäß der im Verfahrensschritt 201 ermittelten Fahrtrajektorie 316 angesteuert. Das Ansteuern des Fahrzeugs 305 umfasst hierbei das Ausgeben entsprechender Steuersignale von der Recheneinheit 309 an Aktoren des Fahrzeugs 305. In a further method step 203, the vehicle 305 is controlled according to the travel trajectory 316 determined in method step 201. Controlling the vehicle 305 includes outputting corresponding control signals from the computing unit 309 to actuators of the vehicle 305.
FIG 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts 400, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Recheneinheit dieses veranlassen, das Verfahren 100 zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie 316 für ein Fahrzeug 305 und/oder das Verfahren 200 zum Steuern eines Fahrzeugs 305 auszuführen. 6 shows a schematic representation of a computer program product 400, comprising commands which, when the program is executed by a computing unit, cause the program to execute the method 100 for determining a travel trajectory 316 for a vehicle 305 and/or the method 200 for controlling a vehicle 305.
Das Computerprogrammprodukt 400 ist in der gezeigten Ausführungsform auf einem Speichermedium 401 gespeichert. Das Speichermedium 401 kann hierbei ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Speichermedium sein.
The computer program product 400 is stored on a storage medium 401 in the embodiment shown. The storage medium 401 can be any storage medium known from the prior art.
Claims
1. Verfahren (100) zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie (316) für ein Fahrzeug (305), umfassend: 1. Method (100) for determining a travel trajectory (316) for a vehicle (305), comprising:
Empfangen (101) von Kartendaten einer Kartendarstellung einer Umgebung eines Fahrzeugs (305), wobei die Kartendarstellung Information bezüglich wenigstens einer durch das Fahrzeug (305) zu befahrenden Fahrbahn (301) umfasst; Receiving (101) map data of a map representation of an environment of a vehicle (305), the map representation comprising information regarding at least one roadway (301) to be traveled by the vehicle (305);
Empfangen (103) von Daten eines Belegungsgitters des Umfelds des Fahrzeugs (305), wobei das Belegungsgitter wenigstens ein wenigstens teilweise auf der Fahrbahn (301) positioniertes Objekt (303) darstellt; Bestimmen (105) wenigstens eines Fahrbahnsegments (304) der durch das Fahrzeug (305) zu befahrenden Fahrbahn (301) basierend auf den Kartendaten, wobei ein Fahrbahnsegment (304) ein in einer Fahrtrichtung (D) vor dem Fahrzeug (305) angeordnetes Teilstück der Fahrbahn (301) ist; Receiving (103) data from an occupancy grid of the surroundings of the vehicle (305), the occupancy grid representing at least one object (303) positioned at least partially on the roadway (301); Determining (105) at least one roadway segment (304) of the roadway (301) to be traveled by the vehicle (305) based on the map data, wherein a roadway segment (304) is a section of the roadway arranged in front of the vehicle (305) in a direction of travel (D). roadway (301);
Bestimmen (107) für jedes Fahrbahnsegment (304) einer Mehrzahl von in vorbestimmten Abständen zueinander entlang einer Längsrichtung (306) der Fahrbahn (301) nacheinander angeordneten Breitenliniensegmenten (311), wobei ein Breitenliniensegment (311) als ein entlang einer Breitenausdehnung der Fahrbahn (301) verlaufendes Liniensegment ausgebildet ist, wobei das Breitenliniensegment (311) zwischen seitlichen Abgrenzungen (302) der Fahrbahn (301) oder zwischen einer seitlichen Abgrenzung (302) der Fahrbahn (301) und einem wenigstens teilweise auf der Fahrbahn (301) positionierten Objekt (303) oder zwischen zwei wenigstens teilweise auf der Fahrbahn (301) positionierten Objekten (303) verläuft, und wobei eine Länge eines Breitenliniensegments (311) eine für eine Befahrung durch das Fahrzeug (305) zur Verfügung stehende Breite der Fahrbahn (301) beschreibt;
Reduzieren (109) einer Länge eines jeden Breitenliniensegments (311) um wenigstens eine Breite des Fahrzeugs (305), wobei zur Längenreduktion jedes Breitenliniensegment an jedem Ende des Breitenliniensegments (311) um wenigstens eine halbe Breite des Fahrzeugs (305) reduziert wird; Determine (107) for each roadway segment (304) a plurality of width line segments (311) arranged one after the other at predetermined distances from one another along a longitudinal direction (306) of the roadway (301), a widthline segment (311) being one along a width extension of the roadway (301 ) running line segment is formed, the width line segment (311) between lateral boundaries (302) of the roadway (301) or between a lateral boundary (302) of the roadway (301) and an object (303) positioned at least partially on the roadway (301). ) or runs between two objects (303) positioned at least partially on the roadway (301), and wherein a length of a width line segment (311) describes a width of the roadway (301) available for the vehicle (305) to travel on; Reducing (109) a length of each width line segment (311) by at least one width of the vehicle (305), wherein to reduce the length each width line segment at each end of the width line segment (311) is reduced by at least half a width of the vehicle (305);
Bestimmen (111) für jedes Breitliniensegment (311) einer auf dem Breitenliniensegment (311) positionierten Stützstelle (313); Determining (111) for each width line segment (311) a support point (313) positioned on the width line segment (311);
Verbinden (113) der Stützstellen zu einer Fahrtrajektorie (316); undConnecting (113) the support points to form a travel trajectory (316); and
- Ausgeben (115) der Fahrtrajektorie (316) entlang der Fahrbahn (301). Verfahren (100) nach Anspruch 1 , wobei jede Stützstelle (313) mittig auf dem jeweiligen Breitenliniensegment (311) positioniert ist. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestimmen (111) der Stützstellen umfasst: - Outputting (115) the travel trajectory (316) along the road (301). Method (100) according to claim 1, wherein each support point (313) is positioned centrally on the respective width line segment (311). Method (100) according to claim 1 or 2, wherein determining (111) the support points comprises:
Verbinden (117) von einer auf einem ersten Breitenliniensegment (317) positionierten ersten Stützstelle (324) mit einer auf einem unmittelbar hinter dem ersten Breitenliniensegment (317) angeordneten zweiten Breitliniensegment (318) positionierten zweiten Stützstelle (325) über eine gerade Verbindungslinie (329); Connecting (117) a first support point (324) positioned on a first width line segment (317) with a second support point (325) positioned on a second width line segment (318) arranged immediately behind the first width line segment (317) via a straight connecting line (329) ;
Ermitteln (119) eines Schnittpunkts der geraden Verbindungslinie (329) mit einem unmittelbar hinter dem zweiten Breitenliniensegment (318) angeordneten dritten Breitenliniensegment (319); und Determining (119) an intersection of the straight connecting line (329) with a third width line segment (319) arranged immediately behind the second width line segment (318); and
Positionieren (121) einer auf dem dritten Breitenliniensegment (319) angeordneten dritten Stützstelle (326) auf dem Schnittpunkt der geraden Verbindungslinie (329) mit dem dritten Breitenliniensegment (319) oder auf einer Position mittig zwischen dem Schnittpunkt und einer aktuellen Position der dritten Stützstelle (319); oder Positioning (121) a third support point (326) arranged on the third width line segment (319) at the intersection of the straight connecting line (329) with the third width line segment (319) or at a position centrally between the intersection and a current position of the third support point ( 319); or
Positionieren (123) der dritten Stützstelle (326) an einem Ende des dritten Breitenliniensegments (319), falls kein Schnittpunkt zwischen der geraden Verbindungslinie (329) und dem dritten Breitenliniensegment (319) besteht; und Positioning (123) the third support point (326) at one end of the third width line segment (319) if there is no intersection between the straight connecting line (329) and the third width line segment (319); and
Iteratives (125) Ausführen der voranstehenden Verfahrensschritte (117, 119, 121 , 123).
Verfahren (100) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei das Bestimmen (111) der Stützstellen umfasst: Iterative (125) execution of the above method steps (117, 119, 121, 123). Method (100) according to claim 1, 2 or 3, wherein determining (111) the support points comprises:
Verbinden (127) von einer auf einem ersten Breitenliniensegment (317) positionierten ersten Stützstelle (324) mit einer auf einem hinter dem ersten Breitenliniensegment (317) angeordneten dritten Breitliniensegment (319) positionierten dritten Stützstelle (326) über eine gerade Verbindungslinie (329); Connecting (127) a first support point (324) positioned on a first width line segment (317) with a third support point (326) positioned on a third width line segment (319) arranged behind the first width line segment (317) via a straight connecting line (329);
Ermitteln (129) eines Schnittpunkts der geraden Verbindungslinie (329) mit einem zwischen dem ersten Breitenliniensegment (317) und dem dritten Breitenliniensegment (319) angeordneten zweiten Breitenliniensegment (318); und Determining (129) an intersection of the straight connecting line (329) with a second width line segment (318) arranged between the first width line segment (317) and the third width line segment (319); and
Positionieren (131) einer auf dem zweiten Breitenliniensegment (318) angeordneten zweiten Stützstelle (325) auf dem Schnittpunkt der geraden Verbindungslinie (329) mit dem zweiten Breitenliniensegment (318) oder auf einer Position mittig zwischen dem Schnittpunkt und einer aktuellen Position der zweiten Stützstelle (325); oder Positioning (131) a second support point (325) arranged on the second width line segment (318) at the intersection of the straight connecting line (329) with the second width line segment (318) or at a position centrally between the intersection and a current position of the second support point ( 325); or
Positionieren (133) der zweiten Stützstelle (325) an einem Ende des zweiten Breitenliniensegments (318), falls kein Schnittpunkt zwischen der geraden Verbindungslinie (329) und dem zweiten Breitenliniensegment (318) besteht; und positioning (133) the second support point (325) at an end of the second width line segment (318) if there is no intersection between the straight connecting line (329) and the second width line segment (318); and
Iteratives (125) Ausführen der voranstehenden Schritte. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend: Iteratively (125) carry out the preceding steps. Method (100) according to one of the preceding claims, further comprising:
Reduzieren (135) der Länge eines Breitenliniensegments (311) um einen maximalen Lenkwinkeleinschlagsbetrag, wobei der maximale Lenkwinkeleinschlagsbetrag einen maximalen Lenkwinkeleinschlag des Fahrzeugs (305) berücksichtigt, den das Fahrzeug (305) ohne eine Kollision mit einer seitlichen Fahrbahnbegrenzung (302) der Fahrbahn (301) und/oder mit einem wenigstens teilweise auf der Fahrbahn (301) positionierten Objekt (303) ausführen kann; und wobei das Reduzieren (135) der Länge umfasst:
Ermitteln (137) eines Schnittpunkts einer geraden Verbindungslinie (323) von einem ersten Breitenliniensegment (317) mit einem unmittelbar hinter dem ersten Breitenliniensegment (317) angeordneten zweiten Breitenliniensegment (318), wobei die gerade Verbindungslinie (323) von einem Endpunkt (321) des ersten Breitenliniensegment (317) ausgeht und zum ersten Breitenliniensegment (317) einen Winkel (er) aufweist, wobei der Winkel (er) den maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs (305) beschreibt; Bestimmen (139) des Schnittpunkts geraden Verbindungslinie (323) mit dem zweiten Breitenliniensegment (318) als einen neuen Endpunkt (322) des zweiten Breitenliniensegments (318). Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verbinden (113) der Stützstellen (313) zu der Fahrtrajektorie (316) umfasst: Anpassen (141) einer Spline-Funktion (314) an die Stützstellen (313). Verfahren (100) nach Anspruch 6, wobei die Spline-Funktion (314) als eine Basis-Spline-Funktion mit Kontrollpunkten ausgebildet ist. Verfahren (100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Anpassen (141) der Spline-Funktion (314) an die Stützstellen (313) umfasst: Reducing (135) the length of a width line segment (311) by a maximum steering angle angle amount, the maximum steering angle angle amount taking into account a maximum steering angle angle of the vehicle (305) that the vehicle (305) can achieve without a collision with a side road boundary (302) of the roadway (301 ) and/or with an object (303) positioned at least partially on the roadway (301); and wherein reducing (135) the length comprises: Determining (137) an intersection of a straight connecting line (323) of a first width line segment (317) with a second width line segment (318) arranged immediately behind the first width line segment (317), the straight connecting line (323) starting from an end point (321) of the first width line segment (317) and has an angle (er) to the first width line segment (317), the angle (er) describing the maximum steering angle of the vehicle (305); Determining (139) the intersection of the straight connecting line (323) with the second width line segment (318) as a new end point (322) of the second width line segment (318). Method (100) according to one of the preceding claims, wherein connecting (113) the support points (313) to the travel trajectory (316) comprises: adapting (141) a spline function (314) to the support points (313). Method (100) according to claim 6, wherein the spline function (314) is designed as a basic spline function with control points. Method (100) according to claim 6 or 7, wherein adapting (141) the spline function (314) to the support points (313) comprises:
Minimieren (143) von Abständen der Spline-Funktion (314) zu den Stützstellen (313), sodass die Spline-Funktion (314) einen Schnittpunkt mit jedem Breitenliniensegment (311) aufweist; und/oder Minimizing (143) distances from the spline function (314) to the support points (313) so that the spline function (314) has an intersection with each width line segment (311); and or
Minimieren (145) einer Krümmung der Spline-Funktion (314) entlang eines Verlaufs der Spline-Funktion (314); und/oder Minimizing (145) a curvature of the spline function (314) along a course of the spline function (314); and or
Minimieren (147) einer Ableitung der Krümmung der Spline-Funktion (314) nach einer Weglänge der Spline-Funktion (314) entlang des Verlaufs der Spline-Funktion (314). Verfahren (100) nach Anspruch 8, wobei das Minimieren (143) von Abständen der Spline-Funktion (314) zu den Stützstellen (313) umfasst: Ermitteln (149) für jedes Breitenliniensegment (311) einer Abtaststellte der Spline-Funktion (314), für die die Spline-Funktion (314) einen Wert
aufweist, der zwischen Endpunkten (321) des Breitenliniensegments (311) liegt; und Minimizing (147) a derivative of the curvature of the spline function (314) according to a path length of the spline function (314) along the course of the spline function (314). Method (100) according to claim 8, wherein minimizing (143) distances from the spline function (314) to the support points (313) comprises: determining (149) for each latitude line segment (311) a sampling point of the spline function (314) , for which the spline function (314) has a value which lies between end points (321) of the latitude line segment (311); and
Minimieren (151) eines Abstands der Abtaststelle der Spline-Funktion (314) und einer senkrechten Projektion der Abtaststelle auf das Breitenliniensegment (311). Verfahren (100) nach Anspruch 8 und 9, wobei das Minimieren durch Ausführen eines Gradientenverfahrens bewirkt wird. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verbinden (113) der Stützstellen (311) mit der Fahrtrajektorie (316) umfasst: Minimizing (151) a distance of the sampling point of the spline function (314) and a vertical projection of the sampling point onto the width line segment (311). The method (100) of claims 8 and 9, wherein minimizing is effected by performing a gradient process. Method (100) according to one of the preceding claims, wherein connecting (113) the support points (311) with the travel trajectory (316) comprises:
Bestimmen (153) eines Endpunkts der Fahrtrajektorie (316), falls die Breite des Fahrzeugs (305) größer oder gleich der Länge eines Breitenliniensegments (311) ist, wobei der Endpunkt der Fahrtrajektorie (316) durch die Stützstelle (313) des in Fahrtrichtung (D) des Fahrzeugs (305) letzten Breitenliniensegments (311) gegeben ist, das eine Länge aufweist, die größer ist als die Breite des Fahrzeugs. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend: Determining (153) an end point of the travel trajectory (316) if the width of the vehicle (305) is greater than or equal to the length of a width line segment (311), the end point of the travel trajectory (316) being defined by the support point (313) of the travel direction (313) D) the last width line segment (311) of the vehicle (305) is given, which has a length that is greater than the width of the vehicle. Method (100) according to one of the preceding claims, further comprising:
Empfangen (155) von Umfeldsensordaten wenigstens eines Umfeldsensors (307) des Fahrzeugs (305), wobei die Umfeldsensordaten das Umfeld des Fahrzeugs (305) abbilden; und Receiving (155) environment sensor data from at least one environment sensor (307) of the vehicle (305), the environment sensor data depicting the environment of the vehicle (305); and
Generieren (157) des Belegungsgitters des Umfelds des Fahrzeugs (305) basierend auf den Umfeldsensordaten. Verfahren (200) zum Steuern eines Fahrzeugs, umfassend: Ausführen (201) des Verfahrens (100) zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie (316) für ein Fahrzeug (305) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 12; und Generating (157) the occupancy grid of the surroundings of the vehicle (305) based on the surroundings sensor data. Method (200) for controlling a vehicle, comprising: executing (201) the method (100) for determining a travel trajectory (316) for a vehicle (305) according to one of the preceding claims 1 to 12; and
Steuern (203) des Fahrzeugs (305) entlang der berechneten Fahrtrajektorie (316).
Recheneinheit (309), die eingerichtet ist, das Verfahren (100) zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie (316) für ein Fahrzeug (305) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 12 und/oder das Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs (301) nach Anspruch 13 auszuführen. Computerprogrammprodukt (400) umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Datenverarbeitungseinheit diese veranlassen, das Verfahren (100) zum Bestimmen einer Fahrtrajektorie für ein Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 12 und/oder das Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs (301) nachControlling (203) the vehicle (305) along the calculated travel trajectory (316). Computing unit (309) which is set up to carry out the method (100) for determining a travel trajectory (316) for a vehicle (305) according to one of the preceding claims 1 to 12 and/or the method for controlling a vehicle (301) according to claim 13 to carry out. Computer program product (400) comprising commands which, when the program is executed by a data processing unit, cause it to use the method (100) for determining a travel trajectory for a vehicle according to one of the preceding claims 1 to 12 and/or the method for controlling a vehicle (301 ) after
Anspruch 13 auszuführen.
Execute claim 13.
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