WO2023222167A1 - Verfahren zum ermitteln einer fahrtrajektorie, steuereinrichtung und fahrzeug - Google Patents

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WO2023222167A1
WO2023222167A1 PCT/DE2023/200094 DE2023200094W WO2023222167A1 WO 2023222167 A1 WO2023222167 A1 WO 2023222167A1 DE 2023200094 W DE2023200094 W DE 2023200094W WO 2023222167 A1 WO2023222167 A1 WO 2023222167A1
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WO
WIPO (PCT)
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wheel
vehicle
trajectory
maneuver
collision angle
Prior art date
Application number
PCT/DE2023/200094
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hendrik DEUSCH
Nicolas Stein
Original Assignee
Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/027—Parking aids, e.g. instruction means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/027—Parking aids, e.g. instruction means
    • B62D15/0285—Parking performed automatically
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems
    • G08G1/165—Anti-collision systems for passive traffic, e.g. including static obstacles, trees
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems
    • G08G1/168—Driving aids for parking, e.g. acoustic or visual feedback on parking space

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a travel trajectory for a driving maneuver of a vehicle, wherein the travel trajectory describes a movement of the vehicle to a target position and wherein to reach the target position at least one traversable structure, the height of which differs from a road surface, of at least one wheel of the vehicle is run over.
  • the invention further relates to a control device and a vehicle.
  • Such structures can be, for example, curbs that have to be driven over when parking or leaving a parking space.
  • Driving up or down curbs or driving over comparable structures with at least one wheel of a vehicle carries the risk of damage to the wheel or to a tire and/or a rim of the wheel, even at low driving speeds. if the wheel comes into contact with the curb or structure at an awkward angle. For such driving maneuvers, it is desirable to determine a driving trajectory to be followed to carry out the driving maneuver in such a way that there is as little risk of damage to a wheel of the vehicle as possible.
  • DE 10 2013 221 355 A1 describes a method for parking a vehicle in a parking space, the parking space being at least partially located on an elevated road boundary in a curve. This is done using At least one distance sensor records environmental data from which an environmental model of the raised road boundary is determined.
  • the environment model describes at least one curvature of the raised road boundary, with a target parking position being determined depending on this curvature. Approaching the end position at a flat angle can be avoided in order to avoid damage to the rims or tires.
  • a method for path planning of parking a vehicle in a parking space comprising at least one vehicle having a trajectory.
  • the vehicle is moved from a starting position to an end position, with unevenness in the road such as curbs or gutter-like depressions along the vehicle being taken into account during the path planning.
  • the path planning is modified in relation to an optimized path planning without taking road bumps into account in such a way that the number of crossings of the road bumps is reduced.
  • the vehicle is determined in such a way that an angle between the wheel and the unevenness in the road has a certain minimum size.
  • the invention is based on the object of specifying an improved method for determining a driving trajectory for an autonomous or semi-autonomous driving maneuver of a vehicle, which in particular enables an improved determination of a collision angle between at least one wheel of the vehicle and the structure.
  • a collision angle of the wheel assigned to the wheel with the structure is determined from a wheel trajectory assigned to the at least one wheel and an environment model describing at least the structure and the travel trajectory is determined in such a way that the collision angle during the driving maneuver lies within a predetermined angular range.
  • the driving trajectory which enables the desired driving maneuver to be carried out, is determined in particular in such a way that flat angles between the wheel and the curb are avoided, at which there is a comparatively high risk of damage to the wheel, for example scratching a rim or damage to the side a tire.
  • a wheel trajectory assigned to the at least one wheel enables a precise collision angle determination for each wheel that comes into contact with the structure when carrying out the driving maneuver or when traveling along the determined trajectory.
  • a single wheel of the vehicle several wheels of the vehicle or all wheels of the vehicle can drive over the structure.
  • the driving maneuver can in particular be a semi-autonomous or autonomous driving maneuver.
  • the vehicle can be, for example, a passenger car with four wheels. It is also possible to design the vehicle as another type of motor vehicle or as a non-motorized vehicle, for example as a trailer. In particular, the vehicle can also be a combination of a motor vehicle and a trailer, with a collision angle determination being possible for both the wheels of the motor vehicle and the wheels of the trailer.
  • the method advantageously enables an individual collision angle of the respective wheel to be determined for each of the wheels.
  • the respective collision angle can be determined for each wheel of the vehicle that passes over the structure when carrying out the driving maneuver.
  • the wheel trajectory assigned to the wheel can be used for each of the wheels.
  • the collision angle can be determined for each wheel from the individual wheel trajectories, taking into account the environment model that describes the structure. This makes it possible to determine the driving trajectory in such a way that the collision angle for each of the wheels when carrying out the driving maneuver lies within the specified angular range.
  • the same angular range can be specified for each of the wheels or different angular ranges can be specified for different wheels, in particular for each wheel.
  • a structure to be driven over has an irregular shape and/or is curved
  • scenarios can occur in which different collision angles arise for different wheels of the vehicle.
  • these collision angles for the individual wheels of a vehicle can also differ significantly from an angle between the trajectory of the vehicle and the structure.
  • the method according to the invention can also advantageously avoid driving over the structure with an unfavorable collision angle between one or more wheels and the structure in such cases.
  • the collision angle describes the angle between an edge of the wheel lying in the direction of movement of the wheel and an edge of the structure intersected by the wheel trajectory.
  • the collision angle describes this angle regardless of the direction of movement of the wheel, i.e. regardless of whether the wheel is driving up or down the structure, for example a curb.
  • a collision angle within the predetermined angular range for the trajectory to be determined can advantageously be maintained for all scenarios and all wheels.
  • the explicit and precise calculation of the collision angle for each wheel means that assumptions that can limit the availability for the driving maneuver can be dispensed with.
  • a precise determination of the collision angle also has the advantage that the driving maneuver does not have to be interrupted and/or continued with a corrected driving trajectory, since a driving trajectory that is optimized with regard to the collision angle is determined at the beginning, so that no changes are made in advance while the maneuver is being carried out considered collision angles occur which would require an interruption and/or a correction. It is also advantageous that, for example, when the driver is offered a (partially) automated parking process as a driving maneuver, it has been ensured that the parking process correctly takes the curb into account and that the end parking position or the target position can be reached.
  • the collision angle is additionally determined as a function of an at least two-dimensional wheel model that at least partially describes the geometry of the wheel.
  • the model can describe a width of the wheel in the transverse direction of the vehicle and an extent of the wheel in the longitudinal direction of the vehicle. Taking into account the geometric extent of the wheel enables a precise determination of the contact or collision angle, since this angle can be different for different sections of the wheel, particularly in the case of a curved or irregularly shaped structure.
  • the predetermined angular range for the collision angle is also maintained in relation to the entire wheel width or in relation to the entire extension of the wheel in the longitudinal direction of the vehicle .
  • the wheel model comprises a projection of the at least one wheel onto the road surface and/or at least one projection of the at least one wheel assigned to the height of a surface of the structure, the collision angle being determined using the projection.
  • the wheel model can include different projections assigned to different heights of the structure.
  • a Such a wheel model can be referred to as a 2.5-dimensional model.
  • a projection In addition to the wheel width, which is the same for all structure heights, a projection also indicates the expansion of the wheel in the longitudinal direction of the vehicle at a height corresponding to the structure height. Since a wheel has at least essentially a cylindrical disk shape, the extent of the wheel in the vehicle's longitudinal direction, which is relevant for determining a collision angle, increases continuously as the height of the structure increases up to the wheel diameter. In other words, a smaller expansion of the wheel in the longitudinal direction of the vehicle is crucial for lower structures than for higher structures.
  • a precise collision angle determination can advantageously be carried out.
  • a possible collision of the outside or inside of the wheel with the structure can also be taken into account.
  • An occurring collision angle can also advantageously be limited to the specified range of values.
  • a projection described as a polygon and/or as an ellipsoid is used.
  • a description of the projection as a polygon and/or as an ellipsoid has the advantage that a calculation of the contact angle to the structure is possible with a comparatively low computational effort.
  • a structure with a surface above or below the road surface in particular a curb, a speed bump, a gutter, a pothole, or a road curvature, is described in the environment model as a traversable structure.
  • Other types of structures that can be driven over by a vehicle, especially at low speeds, can also be described in the environment model.
  • the surface of the structure can, for example, be between 3 cm and 25 cm above and/or below a road surface.
  • the lower interval limit of 3 cm and in particular the upper interval limit of 25 cm can also be chosen to be larger or smaller, for example depending on a vehicle type and/or depending on a wheel type or tires of the vehicle.
  • an environment model can be used in which the structure is assigned a height or a height class and/or in which the structure is described as a polygon, as a spline and/or as a geometric figure.
  • the height of the structure can, for example, be stored as a value in the environment model. Additionally or alternatively, the height of the structure can also be assigned to one of several height classes, the height classes each comprising structures whose height lies in an interval assigned to the respective height class.
  • the height or the height class of a structure in the area surrounding the vehicle can be determined, for example, from the sensor data of at least one environment sensor of the vehicle.
  • the structure can be described within the environment model, for example, as a polygon, as a spline or as a geometric figure, for example as a straight line, an arc segment or similar.
  • a curved curb as a structure can, for example, also be described as a circle or as a circular arc segment with a radius corresponding to the curvature, which is advantageous can reduce the computational effort for collision checking and thus increase collision checking efficiency.
  • a wheel trajectory is determined for each wheel of the vehicle depending on a steering angle of the wheel assigned to the wheel.
  • Including the steering angle for the individual wheels makes it possible to take into account that, for example, wheels arranged on a steering axle of a vehicle can have an orientation dependent on the steering angle in relation to the vehicle or in relation to the structure when driving along the trajectory.
  • the method can be used to precisely determine the wheel-specific collision angle for each type of vehicle, or for each number of wheels arranged on rigid axles and/or on steerable axles.
  • the driving maneuver can be a parking maneuver, a parking maneuver, a turning maneuver or a reversing maneuver.
  • a parking or exit maneuver can take place parallel to a direction of travel of the road, transversely to the direction of travel of the road or at an angle to the direction of travel of the road.
  • the parking or exiting process can, for example, involve partially or completely driving on a straight or curved curb, the curb correspondingly representing the structure that can be driven over or driven over.
  • the travel trajectory for reaching the predetermined target position is determined in such a way that the number of driving over processes in which the structure is driven over by the at least one wheel is minimal. While maintaining the angular ranges for the collision angle, the possible travel trajectory can be selected in which the number of overruns is minimal.
  • the vehicle comprises at least one environment sensor, with the environment model being created from sensor data from the at least one environment sensor. At least part of it can be done using the environmental sensor of the vehicle surroundings or the vehicle surroundings are recorded, the surroundings model that at least partially describes the surroundings being generated from the sensor data of the surroundings sensor.
  • the environmental sensor can be, for example, an ultrasonic sensor, a radar sensor, a lidar sensor or a camera.
  • the vehicle can in particular include several environment sensors, in particular also different types of environment sensors, with the environment model being generated in particular from a fusion of the respective sensor data.
  • the range of values for a collision angle between a direction of movement of the wheel and an edge of the structure includes angles greater than 5°.
  • damage to the wheel such as scratching a rim or a tire sidewall can be advantageously avoided.
  • Small angular ranges for example angular ranges comprising angles greater than 10°, greater than 20°, greater than 30°, greater than 40°, greater than 45° and/or greater than 50°, can also preferably be selected.
  • At least one display device for displaying driving information that at least partially describes the driving trajectory and / or at least one actuator of the vehicle are activated to carry out the driving maneuver.
  • the display device is used in particular to graphically display information to a driver of the vehicle.
  • the display device can be, for example, a display device arranged in an interior of the vehicle or a display device external to the vehicle.
  • a display device arranged in an interior of the vehicle can be, for example, a display panel, a heads-up display or the like.
  • a vehicle-external display device can be, for example, a mobile device such as a smartphone or the like.
  • at least one actuator of the vehicle for example a steering actuator and/or a drive actuator, can be controlled depending on the determined travel trajectory, so that the vehicle can drive along the travel trajectory in a partially or fully automated manner or can carry out the driving maneuver.
  • the invention further relates to a control device which is set up to carry out a method according to the invention.
  • the control device can communicate with at least one environment sensor of the vehicle and can also be set up to determine the environment model. Alternatively, the control device can also receive the environment model from another computing unit. The wheel trajectory and any wheel model used can also be determined by the control device itself or by another computing device and transmitted to the control device. The control device can further be designed or set up to receive driving maneuver information describing the driving maneuver from a user of the vehicle, for example using a user interface.
  • the invention further relates to a vehicle, wherein the vehicle comprises a control device according to the invention.
  • 1 shows an exemplary embodiment of a vehicle according to the invention
  • 2 shows a schematic representation of a driving maneuver to explain an exemplary embodiment of a method according to the invention
  • Fig. 3 is a detailed view of a projection of a wheel used as a wheel model
  • Fig. 4 is a representation of the collision angle between a wheel and a structure.
  • the vehicle 1 includes several environmental sensors 2, which are arranged at different positions along the circumference of the vehicle 1.
  • the environment sensors 2 are each designed as an ultrasonic sensor 3, as a camera 4 or as a radar sensor 5.
  • the positions of the surroundings sensors 2 shown and the number of surroundings sensors 2 shown are purely exemplary; in addition to the surroundings sensors 2 shown, further surroundings sensors 2, other and/or additional types of surroundings sensors 2 as well as differently arranged surroundings sensors 2 can also be provided in the vehicle 1.
  • the environment sensors 2 are connected to a control device 6 of the vehicle 1.
  • the control device 6 is set up to determine a travel trajectory for a driving maneuver of the vehicle 1, the travel trajectory describing a movement of the vehicle 1 to a target position and in order to reach the target position at least one traversable structure, the height of which differs from a road surface at least one wheel 7 of the vehicle 1 is run over.
  • the vehicle is designed as a passenger car.
  • the vehicle 1 includes four wheels 7, two of the wheels 7 each being a steerable front wheel 8.
  • the other wheels 7 each form a rear wheel 9 of the vehicle 1.
  • the rear wheels 9 can also be steerable or rigid and therefore not steerable.
  • the control device 6 is designed to form an environment model of the vehicle 1 from sensor data transmitted by the environment sensors 2.
  • Various objects and structures in the environment of the vehicle 1 are recognized and corresponding descriptions of these objects and structures are stored in the environment model.
  • FIG. 2 A traffic situation is shown schematically in FIG. 2, which serves to explain the method that can be carried out by the control device 6 for determining the travel trajectory for a driving maneuver.
  • the driving maneuver of the vehicle 1 is to carry out a parking maneuver into a target position 11 between two external vehicles 12, 13, for example determined via the surrounding sensors 2.
  • the vehicle 1 carries out a parallel parking maneuver as a driving maneuver.
  • the control device 6 determines a travel trajectory 10, via which the vehicle 1 can be moved into the target position 11.
  • a structure 14 designed as a curved curb must be driven over by two wheels 7 of the vehicle 1, specifically the right front wheel 8 and the right rear wheel 9.
  • the control device 6 determines the travel trajectory 10 such that the collision angle between the wheels 7, which drive over the structure 14, within a predetermined angular range, for example between 5 ° and 90 ° based on a collision angle between one in a direction of movement of the wheel 7 and one Edge of structure 14. For this purpose, the control device 6 determines for each of the wheels 7 a collision angle assigned to the respective wheel 7 with the structure 14 from a wheel trajectory 15, 16 assigned to the respective wheel 7 and the environment model containing a description of the structure. By taking into account the wheel trajectory 15 for the right front wheel 8 and the wheel trajectory 16 for the right rear wheel 9, it can advantageously be taken into account that the wheels 8, 9 each move at a different angle over the structure 14, in particular because of the curved shape of the structure 14 .
  • the control device 6 further takes into account the steering angle of the respective wheels 8, 9.
  • the right front wheel 8 for example, depending on a previous position of the vehicle 1 and / or depending of a possible movement of the vehicle 1 along a path taken into account in the course of determining the travel trajectory 10, have a different and / or variable steering angle.
  • the right rear wheel 9 is unsteered in the present exemplary embodiment and therefore has a constant, unchangeable orientation to the vehicle 1.
  • a steering angle can also be taken into account for the rear wheel 9, for example if the vehicle 1 has a steerable rear axle or rear wheel steering.
  • the control device 6 takes into account a wheel model for the wheels 8, 9, which describes the geometry of the respective wheel 8, 9.
  • the wheel model can, for example, include a projection 17 of the wheel 8, 9, the projection 17 having the height h of a surface 23 of the structure 14 compared to one Road surface 18 is assigned.
  • the collision angle can be determined precisely and in particular over the entire width of the respective wheel 8, 9 in the transverse direction of the vehicle, which runs perpendicular to the plane of the drawing in FIG.
  • the wheel model can include such projections 17 for different heights h of the structure 14 and/or for different height classes of structures 14.
  • the wheel model can also contain a further projection of the at least one wheel 8, 9 onto a road surface 18.
  • the wheel model can, for example, be a 2.5-dimensional model and preferably have different, different heights of a structure to be driven over
  • FIG. 4 A top view of the scene shown in FIG. 3 is shown schematically in FIG. 4.
  • the projection 17 of the wheel 8, 9 can be described, for example, as a polygon and/or as an ellipsoid, with a rectangular shape of the projection 17 being shown here as an example.
  • the expansion of the respective wheel 8, 9 in the longitudinal direction of the vehicle can also be taken into account at a height corresponding to the structure height h.
  • the height h of the structure 14 is taken from the environment model, in which, for example, the structure 14 is already assigned a height or a height class.
  • the respective extent of the wheels is at a height corresponding to the curb
  • the structure 14 can be described within the environment model, for example, as a polygon, as a spline and/or as a geometric figure, for example as a straight line or as a circular arc, so that for different purposes to be checked or evaluated as part of the determination of the travel trajectory 10 Trajectory segments and/or movement steps can be used to determine the collision angle of the individual wheels 8, 9 with comparatively little computing effort.
  • the explicit modeling of the wheels 7 via the respective wheel model and the respective wheel trajectory 15, 16 makes it possible to determine the collision or impact angle when planning the driving maneuver or the associated driving trajectory 10, which is determined during a check the validity of the driving maneuver is necessary.
  • the collision angle 19 which is shown in FIG .
  • the range of values can, for example, include angles greater than 5°. Alternatively, other limits for the angular range are also possible.
  • the direction of movement 20 is perpendicular to an edge 22 of the wheel 8, 9, with the edge 22 coming into contact with the edge 21 of the structure 14 at the collision angle 19.
  • the travel trajectory 10 can be determined while maintaining the angular ranges.
  • the travel trajectory 10 can also be optimized with regard to other parameters, for example the number of trips over the structure 14, for example driving onto and/or driving off the curb, can also be minimized.
  • the structure 14 can also be another type of structure whose height differs from the road surface 18.
  • the structure 14 can, for example, also be a speed bump, a gutter, a pothole, a road curve or a comparable structure be.
  • structures with a height between 3 cm and 25 cm can be considered as a traversable structure 14, since these can in principle be driven over by the vehicle 1 at slow speeds, but at unfavorable collision angles there is a risk of damage to the wheel 7 or the wheels 7 consists.
  • the vehicle 1 can also be a different type of vehicle.
  • the vehicle can also be a combination of a towing vehicle and a trailer, with the collision angle-dependent determination of the travel trajectory 10 taking into account both the wheel trajectories of the towing vehicle and the trailer.
  • driving trajectories for other driving maneuvers can also be determined, which, for example, describe a corresponding parking process.
  • the method is equally suitable for parallel, diagonal and perpendicular parking spaces.
  • Driving trajectories 10 for turning maneuvers, reversing maneuvers, a driving maneuver with a trailer over a threshold or the like can also be carried out as described above, taking into account the collision angle between one or more wheels 7 and the structure 14.
  • At least one display device (not shown) of the vehicle 1 can be controlled to display driving information that at least partially describes the travel trajectory 10.
  • the display device serves in particular to graphically display information to a driver of the vehicle 1.
  • the display device can be, for example, one in an interior of the Display device arranged on the vehicle or a display device external to the vehicle.
  • At least one actuator (not shown) of the vehicle for example a steering actuator and/or a drive actuator, can also be used
  • Execution of the driving maneuver can be controlled, that is, depending on the determined driving trajectory 10, controlled in such a way that the vehicle 1 can drive along the driving trajectory 10 or carry out the driving maneuver in a partially automated or fully automated manner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Fahrtrajektorie (10) für ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs (1), wobei die Fahrtrajektorie (10) eine Bewegung des Fahrzeugs (1) zu einer Zielposition (11) beschreibt und wobei zum Erreichen der Zielposition (11) wenigstens eine überfahrbare Struktur (14), deren Höhe (h) sich von einer Fahrbahnoberfläche (18) unterscheidet, von wenigstens einem Rad (7, 8, 9) des Fahrzeugs (1) überfahren wird, wobei für das wenigstens eine Rad (7, 8, 9) ein dem Rad (7, 8, 9) zugeordneter Kollisionswinkel (19) des Rades (7, 8, 9) mit der Struktur (14) aus einer dem wenigstens einen Rad (7, 8, 9) zugeordneten Radtrajektorie (10) sowie einem wenigstens die Struktur (14) beschreibenden Umfeldmodell bestimmt wird und die Fahrtrajektorie (10) derart ermittelt wird, dass der Kollisionswinkel (19) bei dem Fahrmanöver innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs liegt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Ermitteln einer Fahrtrajektorie, Steuereinrichtung und Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Fahrtrajektorie für ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs, wobei die Fahrtrajektorie eine Bewegung des Fahrzeugs zu einer Zielposition beschreibt und wobei zum Erreichen der Zielposition wenigstens eine überfahrbare Struktur, deren Höhe sich von einer Fahrbahnoberfläche unterscheidet, von wenigstens einem Rad des Fahrzeugs überfahren wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung sowie ein Fahrzeug.
Bei der Bewegung von Fahrzeugen, insbesondere bei Parkmanövern oder anderen Fahrvorgängen mit langsamer Geschwindigkeit, kann es erforderlich sein, dass Strukturen überfahren werden müssen, welche gegenüber einer Fahrbahn erhöht oder erniedrigt sind. Bei solchen Strukturen kann es sich zum Beispiel um Bordsteine handeln, welche bei einem Einpark- oder Ausparkvorgang überfahren werden müssen.
Das Fahren auf Bordsteine hinauf oder von Bordsteinen hinunter bzw. das Überfahren vergleichbarer Strukturen mit wenigstens einem Rad eines Fahrzeugs birgt auch bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten die Gefahr, dass es zu Beschädigungen an dem Rad bzw. an einem Reifen und/oder einer Felge des Rades kommt, wenn das Rad unter einem ungünstigen Winkel in Kontakt mit dem Bordstein bzw. der Struktur gelangt. Für derartige Fahrmanöver ist es wünschenswert, eine zur Durchführung des Fahrmanövers abzufahrende Fahrtrajektorie derart zu ermitteln, dass möglichst kein Risiko für Beschädigungen an einem Rad des Fahrzeugs auftritt.
Aus dem Stand der Technik sind dazu verschiedene Verfahren bekannt.
In DE 10 2013 221 355 A1 wird ein Verfahren zum Einparken eines Fahrzeugs in eine Parklücke beschrieben, wobei sich die Parklücke zumindest teilweise auf einer erhöhten Fahrbahnbegrenzung in einer Kurve befindet. Dazu werden mithilfe von wenigstens einem Abstandsensor Umfelddaten erfasst, aus denen ein Umfeldmodell der erhöhten Fahrbahnbegrenzung ermittelt wird. Das Umfeldmodell beschreibt dabei zumindest eine Krümmung der erhöhten Fahrbahnbegrenzung, wobei eine Ziel-Parkposition in Abhängigkeit von dieser Krümmung ermittelt wird. Eine Anfahrt der Endposition in einem flachen Winkel kann dabei vermieden werden, um Schäden an den Felgen oder den Reifen zu vermeiden.
Aus DE 10 2015 201 038 A1 ist ein Verfahren zur Bahnplanung des Einparkens eines Fahrzeugs in eine Parklücke bekannt, wobei die Bahnplanung wenigstens einen eine Trajektorie aufweisenden Fahrzug umfasst. Das Fahrzeug wird aus einer Startposition in eine Endposition bewegt, wobei bei der Bahnplanung Fahrbahnunebenheiten wie Bordsteine oder rinnenartige Vertiefungen entlang des Fahrzugs berücksichtigt werden. Die Bahnplanung wird dabei in Bezug zu einer optimierten Bahnplanung ohne Berücksichtigung von Fahrbahnunebenheiten derart modifiziert, dass die Anzahl von Überquerungen der Fahrbahnunebenheiten reduziert wird. Weiterhin wird der Fahrzug dabei derart ermittelt, dass ein Winkel zwischen dem Rad und der Fahrbahnunebenheit eine bestimmte Mindestgröße aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren für das Ermitteln einer Fahrtrajektorie für ein autonomes oder teilautonomes Fahrmanöver eines Fahrzeugs anzugeben, welche insbesondere eine verbesserte Ermittlung eines Kollisionswinkels zwischen wenigstens einem Rad des Fahrzeugs und der Struktur ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangsgenannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass für das wenigstens eine Rad ein dem Rad zugeordneter Kollisionswinkel des Rades mit der Struktur aus einer dem wenigstens einen Rad zugeordneten Radtrajektorie sowie einem wenigstens die Struktur beschreibenden Umfeldmodell bestimmt wird und die Fahrtrajektorie derart ermittelt wird, dass der Kollisionswinkel bei dem Fahrmanöver innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs liegt. Die Fahrtrajektorie, welche die Durchführung des gewünschten Fahrmanövers ermöglicht, wird insbesondere derart ermittelt, dass flache Winkel zwischen dem Rad und dem Bordstein vermieden werden, bei welchen ein vergleichsweise hohes Risiko für eine Beschädigung des Rades, beispielsweise ein Verkratzen einer Felge oder eine seitliche Beschädigung an einem Reifen, besteht.
Die Berücksichtigung einer dem wenigstens einen Rad zugeordneten Radtrajektorie ermöglicht dabei eine präzise Kollisionswinkelermittlung für jedes Rad, welches bei Durchführung des Fahrmanövers bzw. bei Abfahren der ermittelten Trajektorie in Kontakt mit der Struktur gerät. Je nach dem Verlauf der Struktur und der gewünschten Zielposition des Fahrzeugs nach Durchführung des Manövers können dabei ein einzelnes Rad des Fahrzeugs, mehrere Räder des Fahrzeugs oder alle Räder des Fahrzeugs die Struktur überfahren. Das Fahrmanöver kann insbesondere ein teilautonomes oder autonomes Fahrmanöver sein.
Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen (PKW) mit vier Rädern handeln. Auch eine Ausbildung des Fahrzeugs als eine andere Art von Kraftfahrzeug oder als ein unmotorisiertes Fahrzeug, beispielsweise als ein Anhänger, ist möglich. Insbesondere kann das Fahrzeug auch ein Gespann aus einem Kraftfahrzeug und einem Anhänger sein, wobei sowohl für die Räder des Kraftfahrzeugs als auch für die Räder des Anhängers jeweils eine Kollisionswinkelermittlung erfolgen kann.
Vorteilhaft ermöglicht es das Verfahren, dass für jedes der Räder ein individueller Kollisionswinkel des jeweiligen Rades ermittelt werden kann. Dazu kann für jedes Rad des Fahrzeugs, welches bei der Durchführung des Fahrmanövers die Struktur überfährt, eine Ermittlung des jeweiligen Kollisionswinkels erfolgen. Dabei kann für jedes der Räder die jeweils dem Rad zugeordnete Radtrajektorie herangezogen werden. Aus den einzelnen Radtrajektorien kann unter Berücksichtigung des die Struktur beschreiben Umfeldmodells für jedes Rad der Kollisionswinkel bestimmt werden. Dies ermöglicht es, die Fahrtrajektorie derart zu ermitteln, dass der Kollisionswinkel für jedes der Räder bei der Durchführung des Fahrmanövers innerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs liegt. Dabei kann für jedes der Räder derselbe Winkelbereich vorgegeben sein oder es können für unterschiedliche Räder unterschiedliche Winkelbereiche, insbesondere radindividuell, vorgegeben werden.
Insbesondere, wenn eine zu überfahrende Struktur eine ungleichmäßige Form aufweist und/oder gekrümmt ist, können Szenarien auftreten, in denen sich für unterschiedliche Räder des Fahrzeugs unterschiedliche Kollisionswinkel ergeben. Insbesondere können sich diese Kollisionswinkel für die einzelnen Räder eines Fahrzeugs auch deutlich von einem Winkel zwischen der Trajektorie des Fahrzeugs und der Struktur unterscheiden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann es auch in solchen Fällen vorteilhaft vermieden werden, dass ein Überfahren der Struktur mit einem ungünstigen Kollisionswinkel zwischen einem oder mehreren Rädern und der Struktur erfolgt.
Der Kollisionswinkel beschreibt dabei jeweils den Winkel zwischen einer in der Bewegungsrichtung des Rades liegenden Kante des Rades und einer von der Radtrajektorie geschnittenen Kante der Struktur. Der Kollisionswinkel beschreibt diesen Winkel dabei unabhängig von der Bewegungsrichtung des Rades, also unabhängig davon, ob das Rad die Struktur, beispielsweise einen Bordstein, hinauf oder hinunter fährt.
Durch das Betrachten der einzelnen Radtrajektorien sowie der in dem Umfeldmodell beschriebenen Geometrie der Struktur kann somit vorteilhaft für alle Szenarien und alle Räder ein Kollisionswinkel innerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs bei der zu ermittelnden Trajektorie eingehalten werden.
Insbesondere eine gesonderte Betrachtung von Kurvenszenarien, beispielsweise bei einem Ein- oder Ausparken auf gekrümmten Bordsteinen oder bei vergleichbaren Manövern, ist nicht nötig. Ferner kann durch die explizite und präzise Berechnung des Kollisionswinkels für jedes Rad auf Annahmen, welche die Verfügbarkeit für das Fahrmanöver einschränken können, verzichtet werden. Eine präzise Ermittlung des Kollisionswinkels hat weiterhin den Vorteil, dass das Fahrmanöver nicht unterbrochen und/oder mit einer korrigierten Fahrtrajektorie fortgesetzt werden muss, da bereits zu Beginn eine hinsichtlich des Kollisionswinkels optimierte Fahrtrajektorie ermittelt wird, so dass während der Durchführung des Manövers keine im Vorfeld nicht berücksichtigten Kollisionswinkel auftreten, welche eine Unterbrechung und/oder eine Korrektur erforderlich machen würden. Außerdem ist vorteilhaft, dass, bereits wenn dem Fahrer beispielsweise ein (teil-) automatisierter Parkvorgang als Fahrmanöver angeboten wird, sichergestellt wurde, dass der Parkvorgang den Bordstein korrekt berücksichtigt und ein Erreichen der Parkendposition bzw. der Zielposition sichergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Kollisionswinkel zusätzlich in Abhängigkeit von einem die Geometrie des Rads zumindest teilweise beschreibenden, wenigstens zweidimensionalen Radmodell ermittelt wird. Durch das Modell kann insbesondere eine Breite des Rads in Fahrzeugquerrichtung sowie eine Ausdehnung des Rads in Fahrzeuglängsrichtung beschrieben werden. Das Berücksichtigen der geometrischen Ausdehnung des Rads ermöglicht eine präzise Ermittlung des Kontakt- bzw. Kollisionswinkels, da dieser Winkel, insbesondere bei einer gekrümmten oder unregelmäßig geformten Struktur, für unterschiedliche Abschnitte des Rads unterschiedlich ausfallen kann. Durch das Ermitteln des Kollisionswinkels auch in Abhängigkeit des zwei- oder mehr dimensionalen Modells des Rads kann somit erreicht werden, dass auch in Bezug zu der gesamten Radbreite bzw. in Bezug zu der gesamten Ausdehnung des Rads in Fahrzeuglängsrichtung der vorgegebene Winkelbereich für den Kollisionswinkel eingehalten wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Radmodell eine Projektion des wenigstens einen Rads auf die Fahrbahnoberfläche und/oder wenigstens eine der Höhe einer Oberfläche der Struktur zugeordnete Projektion des wenigstens einen Rads umfasst, wobei der Kollisionswinkel mithilfe der Projektion ermittelt wird. Insbesondere kann das Radmodell verschiedene, unterschiedlichen Höhen der Struktur zugeordnete Projektionen umfassen. Ein solches Radmodell kann dabei als ein 2,5-dimensionales Modell bezeichnet werden.
Eine Projektion gibt dabei neben der insbesondere für alle Strukturhöhen gleichen Radbreite auch die Ausdehnung des Rades in Fahrzeuglängsrichtung in einer der Strukturhöhe entsprechenden Höhe an. Da ein Rad zumindest im Wesentlichen eine Zylinderscheibenform aufweist, nimmt die in Bezug für die Ermittlung eines Kollisionswinkel maßgebliche Ausdehnung des Rads in Fahrzeuglängsrichtung für steigende Höhen der Struktur kontinuierlich bis zum Raddurchmesser zu. In anderen Worten ist für niedrigere Strukturen eine geringere Ausdehnung des Rads in Fahrzeuglängsrichtung maßgeblich als für höhere Strukturen.
Vorteilhaft kann durch das Berücksichtigen der Projektion eine präzise Kollisionswinkelermittlung erfolgen. Insbesondere kann bei Rädern, welche nah an der Struktur positioniert sind bzw. welche bei Befahren der Trajektorie an zumindest einem Zeitpunkt nah an der Struktur positioniert sind, auch eine mögliche Kollision einer Radaußenseite oder Radinnenseite mit der Struktur berücksichtigt werden. Dabei kann mit Vorteil ebenfalls ein auftretender Kollisionswinkel auf den vorgegebenen Wertebereich beschränkt werden.
Weiterhin muss keine fixe Mindestdistanz zwischen Rad und der Struktur eingehalten werden, bevor ein Richtungswechsel möglich ist, da ggf. durch Umlenken schon mit einer deutlich kürzeren Strecke sichergestellt werden kann, dass keines der Räder den Bordstein wieder herunter fahren wird. Dies bewirkt vorteilhaft eine erhöhte Verfügbarkeit des Verfahrens bzw. eine erhöhte Verfügbarkeit von Fahrtrajektorien, da insgesamt weniger Platz für die Bewegung des Fahrzeugs benötigt wird.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine als ein Polygon und/oder als ein Ellipsoid beschriebene Projektion verwendet wird. Eine Beschreibung der Projektion als Polygon und oder als Ellipsoid hat den Vorteil, dass eine Berechnung des Kontaktwinkels zu der Struktur mit einem vergleichsweise geringen Rechenaufwand möglich ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in dem Umfeldmodell als überfahrbare Struktur eine Struktur mit einer Oberfläche oberhalb oder unterhalb der Fahrbahnoberfläche, insbesondere ein Bordstein, eine Bodenschwelle, eine Rinne, ein Schlagloch, oder eine Fahrbahnwölbung, beschrieben wird. Auch andere Arten von Strukturen, welche von einem Fahrzeug, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten, überfahren werden können, können in dem Umfeldmodell beschrieben sein.
Die Oberfläche der Struktur kann sich beispielsweise zwischen 3 cm und 25 cm oberhalb und/oder unterhalb einer Fahrbahnoberfläche befinden. Die untere Intervallgrenze von 3 cm und insbesondere die obere Intervallgrenze von 25 cm können auch größer oder kleiner gewählt werden, beispielsweise in Abhängigkeit eines Fahrzeugtyps und/oder in Abhängigkeit eines Radtyps bzw. einer Bereifung des Fahrzeugs.
Erfindungsgemäß kann ein Umfeldmodell verwendet werden, in dem der Struktur eine Höhe oder eine Höhenklasse zugeordnet ist und/oder in dem die Struktur als ein Polygonzug, als ein Spline und/oder als eine geometrische Figur beschrieben ist. Die Höhe der Struktur kann zum Beispiel in dem Umfeldmodell als Wert hinterlegt sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Höhe der Struktur auch einer von mehreren Höhenklassen zugeordnet sein, wobei die Höhenklassen jeweils Strukturen umfassen, deren Höhe in einem der jeweiligen Höhenklasse zugeordneten Intervall liegen. Die Höhe bzw. die Höhenklasse einer Struktur im Umfeld des Fahrzeugs kann zum Beispiel aus den Sensordaten wenigstens eines Umfeldsensors des Fahrzeugs ermittelt werden.
Die Struktur kann innerhalb des Umfeldmodells zum Beispiel als ein Polygonzug, als ein Spline oder als eine geometrische Figur, zum Beispiel als eine Gerade, ein Bogensegment oder Ähnliches, beschrieben werden. Ein gekrümmter Bordstein als Struktur kann zum Beispiel auch als ein Kreis oder als ein Kreisbogensegment mit einem der Krümmung entsprechenden Radius beschrieben werden, was vorteilhaft den Rechenaufwand für die Kollisionsprüfung reduzieren kann und somit die Kollisionsüberprüfungseffizienz erhöht.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass für jedes Rad des Fahrzeugs jeweils eine Radtrajektorie in Abhängigkeit eines dem Rad zugeordneten Lenkwinkels des Rads ermittelt wird. Das Einbeziehen des Lenkwinkels für die einzelnen Räder ermöglicht es, zu berücksichtigen, dass beispielsweise an einer Lenkachse eines Fahrzeugs angeordnete Räder bei dem Befahren der Trajektorie einen von dem Lenkwinkel abhängige Orientierung in Bezug zu dem Fahrzeug beziehungsweise in Bezug zu der Struktur aufweisen können. Vorteilhaft kann mittels des Verfahrens für jede Art von Fahrzeug, bzw. für jede Anzahl von an starren Achsen und/oder an lenkbaren Achsen angeordneten Rädern, eine präzise Ermittlung des radindividuellen Kollisionswinkels erfolgen.
Das Fahrmanöver kann erfindungsgemäß ein Einparkvorgang, ein Ausparkvorgang, ein Wendemanöver oder ein Rückfahrmanöver sein. Ein Einparkoder Ausparkvorgang kann dabei parallel zu einer Fahrtrichtung der Fahrbahn, quer zu der Fahrtrichtung der Fahrbahn oder unter einem Winkel zu der Fahrtrichtung der Fahrbahn erfolgen. Der Einpark- oder Ausparkvorgang kann dabei beispielsweise ein teilweises oder vollständiges Befahren eines geraden oder gekrümmten Bordsteins umfassen, wobei der Bordstein entsprechend die überfahrbare bzw. überfahrene Struktur darstellt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ermittlung der Fahrtrajektorie zum Erreichen der vorgegebenen Zielposition derart erfolgt, dass die Anzahl der Überfahrvorgänge, bei denen die Struktur von dem wenigstens einen Rad überfahren wird, minimal ist. Dabei kann unter der Einhaltung der Winkelbereiche für den Kollisionswinkel diejenige mögliche Fahrtrajektorie gewählt werden, bei welcher die Anzahl der Überfahrvorgänge minimal ist.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug wenigstens einen Umfeldsensor umfasst, wobei das Umfeldmodell aus Sensordaten des wenigstens einen Umfeldsensors erstellt wird. Durch den Umfeldsensor kann zumindest ein Teil des Fahrzeugumfelds bzw. der Fahrzeugumgebung erfasst werden, wobei aus den Sensordaten des Umfeldsensors das das Umfeld zumindest teilweise beschreibende Umfeldmodell erzeugt wird.
Bei dem Umfeldsensor kann es sich zum Beispiel um einen Ultraschallsensor, einen Radarsensor, einer Lidarsensor oder eine Kamera handeln. Das Fahrzeug kann insbesondere mehrere Umfeldsensoren, insbesondere auch unterschiedliche Arten von Umfeldsensoren, umfassen, wobei das Umfeldmodell insbesondere aus einer Fusion der jeweiligen Sensordaten erzeugt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Wertebereich für einen Kollisionswinkel zwischen einer Bewegungsrichtung des Rads und einer Kante der Struktur Winkel größer 5° umfasst. Für Kollisionswinkel innerhalb dieses Wertebereichs können Beschädigungen des Rades wie ein Verkratzen einer Felge oder eine Reifenflanke, vorteilhaft vermieden werden. Bevorzugt können auch kleine Winkelbereiche, beispielsweise Winkelbereich umfassend Winkel größer als 10°, größer als 20°, größer als 30°, größer als 40° größer als 45° und/oder größer als 50°, gewählt werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass nach Ermittlung der Fahrtrajektorie wenigstens eine Anzeigeeinrichtung zur Darstellung einer die Fahrtrajektorie zumindest teilweise beschreibenden Fahrinformation und/oder wenigstens ein Aktor des Fahrzeugs zur Durchführung des Fahrmanövers angesteuert werden. Die Anzeigeeinrichtung dient insbesondere zur grafischen Darstellung von Informationen an einen Fahrer des Fahrzeugs. Bei der Anzeigeeinrichtung kann es sich zum Beispiel um eine in einem Innenraum des Fahrzeugs angeordnete Anzeigevorrichtung oder eine fahrzeugexterne Anzeigevorrichtung handeln.
Eine in einem Innenraum des Fahrzeugs angeordnete Anzeigeeinrichtung kann zum Beispiel ein Displaypanel, ein Heads-up-Display oder Ähnliches sein. Eine fahrzeugexterne Anzeigeeinrichtung kann zum Beispiel ein Mobilgerät wie ein Smartphone oder Ähnliches sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch wenigstens ein Aktor des Fahrzeugs, zum Beispiel ein Lenkaktor und/oder ein Antriebsaktor, in Abhängigkeit der ermittelten Fahrtrajektorie angesteuert werden, so dass das Fahrzeug die Fahrtrajektorie teilautomatisiert oder vollautomatisiert abfahren bzw. das Fahrmanöver ausführen kann.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung, welche zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
Die Steuereinrichtung kann dabei mit wenigstens einen Umfeldsensor des Fahrzeugs kommunizieren und auch zur Ermittlung des Umfeldmodells eingerichtet sein. Alternativ kann die Steuereinrichtung das Umfeldmodell auch von einer anderen Recheneinheit empfangen. Auch die Radtrajektorie sowie ein gegebenenfalls verwendetes Radmodell können von der Steuereinrichtung selbst oder von einer weiteren Recheneinrichtung ermittelt und an die Steuereinrichtung übertragen werden. Die Steuereinrichtung kann weiterhin dazu ausgebildet bzw. eingerichtet sein, von einem Benutzer des Fahrzeugs eine das Fahrmanöver beschreibende Fahrmanöverinformation zu empfangen, beispielsweise unter Verwendung einer Benutzerschnittstelle.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung umfasst.
Sämtliche vorangehend in Bezug zu dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung sowie für das erfindungsgemäße Fahrzeug und umgekehrt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Fahrmanövers zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 3 eine Detailansicht einer als Radmodell verwendeten Projektion eines Rads, und
Fig. 4 eine Darstellung des Kollisionswinkels zwischen einem Rad und einer Struktur.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 1 dargestellt. Das Fahrzeug 1 umfasst mehrere Umfeldsensoren 2, welche an verschiedenen Positionen entlang des Umfangs des Fahrzeugs 1 angeordnet sind. Die Umfeldsensoren 2 sind dabei jeweils als ein Ultraschallsensor 3, als eine Kamera 4 oder als ein Radarsensor 5 ausgeführt. Die gezeigten Positionen der Umfeldsensoren 2 sowie die dargestellte Anzahl der Umfeldsensoren 2 ist rein beispielhaft, neben den gezeigten Umfeldsensoren 2 können auch weitere Umfeldsensoren 2, andere und/oder zusätzliche Arten von Umfeldsensoren 2 sowie andersartig angeordnete Umfeldsensoren 2 im Fahrzeug 1 vorgesehen sein.
Die Umfeldsensoren 2 sind mit einer Steuereinrichtung 6 des Fahrzeugs 1 verbunden. Die Steuereinrichtung 6 ist dazu eingerichtet, eine Fahrtrajektorie für ein Fahrmanöver des Fahrzeugs 1 zu ermitteln, wobei die Fahrtrajektorie eine Bewegung des Fahrzeugs 1 zu einer Zielposition beschreibt und wobei zum Erreichen der Zielposition wenigstens eine überfahrbare Struktur, deren Höhe sich von einer Fahrbahnoberfläche unterscheidet, von wenigstens einem Rad 7 des Fahrzeugs 1 überfahren wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeugl als ein Personenkraftwagen (PKW) ausgeführt. Das Fahrzeug 1 umfasst vier Räder 7, wobei zwei der Räder 7 jeweils ein lenkbares Vorderrad 8 sind. Die weiteren Räder 7 bilden jeweils ein Hinterrad 9 des Fahrzeugs 1 . Je nach Ausführung des Fahrzeugs 1 können die Hinterräder 9 ebenfalls lenkbar oder starr und somit nicht lenkbar sein. Die Steuereinrichtung 6 ist dazu ausgebildet, ein Umfeldmodell des Fahrzeugs 1 aus von den Umfeldsensoren 2 übermittelten Sensordaten zu bilden. Dabei werden verschiedene Objekte und Strukturen im Umfeld des Fahrzeugs 1 erkannt und entsprechende Beschreibungen dieser Objekte und Strukturen in dem Umfeldmodell hinterlegt.
In Fig. 2 ist schematisch eine Verkehrssituation dargestellt, welche zur Erläuterung des von der Steuereinrichtung 6 durchführbaren Verfahrens zur Ermittlung der Fahrtrajektorie für ein Fahrmanöver dient. Als Fahrmanöver des Fahrzeugs 1 soll ein Einparkvorgang in eine, beispielsweise über die Umfeldsensoren 2 ermittelte, Zielposition 11 zwischen zwei Fremdfahrzeugen 12, 13 durchgeführt werden. Das Fahrzeug 1 führt dabei als Fahrmanöver also einen parallelen Einparkvorgang aus. Durch die Steuereinrichtung 6 wird dazu eine Fahrtrajektorie 10 ermittelt, über welche das Fahrzeug 1 in die Zielposition 11 bewegt werden kann. Zum Erreichen der Zielposition 11 muss dabei eine als gekrümmter Bordstein ausgebildete Struktur 14 von zwei Rädern 7 des Fahrzeugs 1 , konkret dem rechten Vorderrad 8 sowie dem rechten Hinterrad 9, überfahren werden.
Dabei ist zu Beginn des Szenarios nicht unmittelbar ersichtlich, unter welchem Winkel das Vorderrad 8 und das Hinterrad 9 jeweils die Struktur 14 überfahren. Bei der Ermittlung der Fahrtrajektorie 10 können beispielsweise unterschiedliche Möglichkeiten der Fahrzeugbewegung und/oder Orientierung geprüft und/oder miteinander verglichen werden, um die gewünschte Fahrtrajektorie 10 zur Durchführung des Einparkvorgangs zu ermitteln. Ersichtlich können sich aufgrund der Krümmung der Struktur 14 bzw. des Verlaufs des gekrümmten Bordsteins je nach Position des Fahrzeugs 1 unterschiedliche Kollisionswinkel zwischen den einzelnen Rädern 7 und der Struktur ergeben.
Die Steuereinrichtung 6 ermittelt dabei die Fahrtrajektorie 10 derart, dass die Kollisionswinkel zwischen den Rädern 7, welche die Struktur 14 überfahren, innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs, beispielweise zwischen 5° und 90° bezogen auf einen Kollisionswinkel zwischen einer in einer Bewegungsrichtung des Rads 7 und einer Kante der Struktur 14, liegen. Dazu wird von der Steuereinrichtung 6 für jedes der Räder 7 ein dem jeweiligen Rad 7 zugeordneter Kollisionswinkel mit der Struktur 14 aus einer dem jeweiligen Rad 7 zugeordneten Radtrajektorie 15, 16 sowie dem eine Beschreibung der Struktur enthaltenden Umfeldmodell bestimmt. Durch das Berücksichtigen der Radtrajektorie 15 für das rechte Vorderrad 8 sowie der Radtrajektorie 16 für das rechte Hinterrad 9 kann vorteilhaft berücksichtigt werden, dass sich die Räder 8, 9 insbesondere wegen dem gekrümmten Verlauf der Struktur 14 jeweils mit einem unterschiedlichen Winkel über die Struktur 14 bewegen.
Um eine genaue Ermittlung des Kollisionswinkels für jedes der Räder 7 zu ermöglichen, berücksichtigt die Steuereinrichtung 6 weiterhin den Lenkwinkel der jeweiligen Räder 8, 9. Im vorliegenden Beispiel kann das rechte Vorderrad 8, beispielsweise abhängig von einer vorausgehenden Position des Fahrzeugs 1 und/oder abhängig von einer möglichen Bewegung des Fahrzeugs 1 entlang eines im Zuge der Ermittlung der Fahrtrajektorie 10 berücksichtigen Wegzugs, einen unterschiedlichen und/oder veränderlichen Lenkwinkel aufweisen. Das rechte Hinterrad 9 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ungelenkt und weist somit eine konstante, unveränderliche Orientierung zum Fahrtzeug 1 auf. Alternativ kann jedoch auch für das Hinterrad 9 ein Lenkwinkel berücksichtigt werden, beispielsweise wenn das Fahrzeug 1 eine lenkbare Rückachse bzw. eine Hinterradlenkung aufweist.
Weiterhin berücksichtigt die Steuereinrichtung 6 für die Räder 8, 9 jeweils ein Radmodell, welches die Geometrie des jeweiligen Rades 8, 9 beschreibt. Wie in Fig. 3 in einer Seitenansicht eines der Räder 8, 9 und der Struktur 14 dargestellt ist, kann das Radmodell beispielsweise eine Projektion 17 des Rads 8, 9 umfassen, wobei die Projektion 17 der Höhe h einer Oberfläche 23 der Struktur 14 gegenüber einer Fahrbahnoberfläche 18 zugeordnet ist. Mithilfe der Projektion 17 kann der Kollisionswinkel präzise und insbesondere über die gesamte, in Fig.3 senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Breite des jeweiligen Rads 8, 9 in Fahrzeugquerrichtung ermittelt werden. Das Radmodell kann dabei derartige Projektionen 17 für unterschiedliche Höhen h der Struktur 14 und/oder für unterschiedliche Höhenklassen von Strukturen 14 umfassen. Weiterhin kann das Radmodell auch eine weitere Projektion des wenigstens einen Rads 8, 9 auf eine Fahrbahnoberfläche 18 beinhalten. Das Radmodell kann zum Beispiel ein 2,5- dimensionales Modell sein und dabei bevorzugt verschiedene, unterschiedlichen Höhen einer zu überfahrenden Struktur
14 zugeordnete Projektionen beinhalten. Es ist auch möglich, dass ein dreidimensionales Radmodell verwendet wird und/oder dass die für die Ermittlung des Kollisionswinkels ermittelte Projektion als Radmodell aus einer dreidimensionalen Beschreibung des Rads 8, 9 abgeleitet und/oder berechnet wird. In Figur 4 ist schematisch eine Aufsicht auf die in Fig. 3 gezeigte Szene dargestellt. Die Projektion 17 des Rads 8, 9 kann zum Beispiel als ein Polygon und/oder als ein Ellipsoid beschrieben werden, wobei vorliegend beispielhaft eine rechteckige Form der Projektion 17 dargestellt ist. Neben der zum Beispiel für alle Strukturhöhen h gleichen Radbreite kann somit auch die Ausdehnung des jeweiligen Rades 8, 9 in Fahrzeuglängsrichtung in einer der Strukturhöhe h entsprechenden Höhe berücksichtigt werden.
Die Höhe h der Struktur 14 wird dabei dem Umfeldmodell entnommen, in dem beispielsweise der Struktur 14 bereits eine Höhe oder eine Höhenklasse zugeordnet ist. Für den zu überfahrenden Bordstein wird dabei beispielsweise die jeweilige Ausdehnung der Räder in einer dem Bordstein entsprechenden Höhe von
15 cm berücksichtigt, so dass für das Überfahren des Bordsteins der korrekte Kollisionswinkel ermittelt werden kann. Weiterhin kann dadurch bei der Ermittlung der Fahrtrajektorie auch ein unbeabsichtigtes Berühren der Struktur 14 mit einer Radaußenseite oder einer Radinnenseite der Räder 8, 9 vermieden werden, ohne dass dafür feste oder lenkwinkelabhängige Mindestabstände zwischen den Rädern 8, 9 und der Struktur 14 eingehalten werden müssen.
Die Struktur 14 kann innerhalb des Umfeldmodells zum Beispiel als ein Polygonzug, als ein Spline und/oder als eine geometrische Figur, beispielsweise als Gerade oder als Kreisbogen, beschrieben sein, so dass für unterschiedliche, im Rahmen der Ermittlung der Fahrtrajektorie 10 zu überprüfende oder auszuwertende Trajektoriensegmente und/oder Bewegungsschritte mit vergleichsweise geringem Rechenaufwand der Kollisionswinkel der einzelnen Räder 8, 9 ermittelt werden kann. Mit anderen Worten wird es durch das explizite Modellieren der Räder 7 über das jeweilige Radmodell und die jeweilige Radtrajektorie 15, 16 erlaubt, bei der Planung des Fahrmanövers bzw. der dazugehörigen Fahrtrajektorie 10, den Kollisions- bzw. Auftreffwinkel zu ermitteln, der bei einer Überprüfung der Validität des Fahrmanövers notwendig ist.
Der Kollisionswinkel 19, welcher in Fig. 4 zwischen der Bewegungsrichtung 20 des Rades 8, 9 und einer Kante 21 der Struktur 14 eingezeichnet ist, kann dabei für die Ermittlung der Fahrtrajektorie 10 für jedes die Struktur 14 überfahrende Rad 7 auf einen vorgegebenen Werteberich beschränkt werden. Der Wertebereich kann zum Beispiel Winkel größer 5° umfassen. Alternativ sind auch andere Grenzen für den Winkelbereich möglich. Die Bewegungsrichtung 20 steht senkrecht auf einer Kante 22 des Rades 8, 9, wobei die Kante 22 unter dem Kollisionswinkel 19 in Kontakt mit der Kante 21 der Struktur 14 gelangt.
Sollte also ein Kollisionswinkel 19 zwischen einem der Räder 7 und der Auftrittskante 21 an der Struktur 14 während des Planungsvorgangs zur Ermittlung der Fahrtrajektorie das Risiko mit sich bringen, beispielsweise den Reifen und/oder die Felge des jeweiligen Rades 7 zu beschädigen, versucht das durch die Steuereinrichtung 6 umgesetzte bzw. ausgeführte Planungsprogramm dies mit einem alternativen Manöver bzw. durch Ermittlung einer alternativen Trajektorie zu verhindern. Auf diese Weise kann die Fahrtrajektorie 10 unter Einhaltung der Winkelbereiche ermittelt werden. Weiterhin kann die Fahrtrajektorie 10 auch hinsichtlich weiterer Parameter optimiert werden, beispielsweise kann auch die Anzahl der Überfahrten über die Struktur 14, also beispielsweise das Auffahren und/oder Abfahren auf den Bordstein, minimiert werden.
Neben einem Bordstein kann es sich bei der Struktur 14 auch um eine andere Art von Struktur handeln, deren Höhe sich von der Fahrbahnoberfläche 18 unterscheidet. Die Struktur 14 kann beispielsweise auch eine Bodenschwelle, eine Rinne, ein Schlagloch, eine Fahrbahnwölbung oder eine vergleichbare Struktur sein. Insbesondere können als überfahrbare Struktur 14 Strukturen mit einer Höhe zwischen 3 cm und 25 cm betrachtet werden, da diese grundsätzlich zwar bei langsamen Geschwindigkeiten durch das Fahrzeug 1 überfahren werden können, bei ungünstigen Kollisionswinkeln jedoch die Gefahr einer Beschädigung des Rads 7 bzw. der Räder 7 besteht.
Neben der vorangehend dargestellten Ausführungen des Fahrzeugs 1 als PKW kann es sich auch um eine andere Art von Fahrzeug handeln. Das Fahrzeug kann auch ein Gespann aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger sein, wobei die kollisionswinkelabhängige Ermittlung der Fahrtrajektorie 10 sowohl unter Berücksichtigung der Radtrajektorien des Zugfahrzeugs als auch des Anhängers erfolgen kann.
Neben dem dargestellten Einparkvorgang können auch Fahrtrajektorien für andere Fahrmanöver ermittelt werden, welche beispielsweise einen entsprechenden Ausparkvorgang beschreiben. Das Verfahren ist dabei für Längs-, Schräg- und Querparklücken gleichermaßen geeignet.
Es ist möglich, dass freie Parkplätze, welche als Zielposition 11 verwendet werden, zum Beispiel über die Umfeldsensoren 2 und/oder über die Steuereinrichtung 6 ermittelt werden. Auch Fahrtrajektorien 10 für Wendemanöver, Rückfahrmanöver, einem Fahrmanöver mit einem Anhänger über eine Schwelle oder Ähnliches können entsprechend unter Berücksichtigung des Kollisionswinkels zwischen einem oder mehreren Rädern 7 und der Struktur 14 wie vorangehen beschrieben erfolgen.
Nach der Ermittlung der Fahrtrajektorie 10 kann zum Beispiel wenigstens eine Anzeigeeinrichtung (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 1 zur Darstellung einer die Fahrtrajektorie 10 zumindest teilweise beschreibenden Fahrinformation angesteuert werden. Die Anzeigeeinrichtung dient dabei insbesondere zur grafischen Darstellung von Informationen an einen Fahrer des Fahrzeugs 1 . Bei der Anzeigeeinrichtung kann es sich zum Beispiel um eine in einem Innenraum des Fahrzeugs angeordnete Anzeigevorrichtung oder eine fahrzeugexterne Anzeigevorrichtung handeln.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch wenigstens ein Aktor (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 1 , zum Beispiel ein Lenkaktor und/oder ein Antriebsaktor, zur
Durchführung des Fahrmanövers angesteuert werden, also in Abhängigkeit der ermittelten Fahrtrajektorie 10 derart angesteuert werden, dass das Fahrzeug 1 teilautomatisiert oder vollautomatisiert die Fahrtrajektorie 10 abfahren bzw. das Fahrmanöver ausführen kann.
Bezugszeichenliste
1 Fahrzeug
2 Umfeldsensor
3 Ultraschallsensor
4 Kamera
5 Radarsensor
6 Steuereinrichtung
7 Rad
8 Vorderrad
9 Hinterrad
10 Fahrtrajektorie
11 Zielposition
12 Fremdfahrzeug
13 Fremdfahrzeug
14 Struktur
15 Radtrajektorie
16 Radtrajektorie
17 Projektion
18 Fahrbahnoberfläche
19 Kollisionswinkel
20 Bewegungsrichtung
21 Kante
22 Kante
23 Oberfläche

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Ermitteln einer Fahrtrajektorie (10) für ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs (1 ), wobei die Fahrtrajektorie (10) eine Bewegung des Fahrzeugs (1 ) zu einer Zielposition (11 ) beschreibt und wobei zum Erreichen der Zielposition (11 ) wenigstens eine überfahrbare Struktur (14), deren Höhe (h) sich von einer Fahrbahnoberfläche (18) unterscheidet, von wenigstens einem Rad (7, 8, 9) des Fahrzeugs (1 ) überfahren wird, wobei für das wenigstens eine Rad (7, 8, 9) ein dem Rad (7, 8, 9) zugeordneter Kollisionswinkel (19) des Rades (7, 8, 9) mit der Struktur (14) aus einer dem wenigstens einen Rad (7, 8, 9) zugeordneten Radtrajektorie (10) sowie einem wenigstens die Struktur (14) beschreibenden Umfeldmodell bestimmt wird und die Fahrtrajektorie (10) derart ermittelt wird, dass der Kollisionswinkel (19) bei dem Fahrmanöver innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kollisionswinkel (19) zusätzlich in Abhängigkeit von einem die Geometrie des Rads (7, 8, 9) zumindest teilweise beschreibenden, wenigstens zweidimensionalen Radmodell ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Radmodell eine Projektion (17) des wenigstens einen Rades (7, 8, 9) auf die Fahrbahnoberfläche (18) und/oder wenigstens eine der Höhe (h) einer Oberfläche (23) der Struktur (14) zugeordnete Projektion (17) des wenigstens einen Rads (7, 8, 9) umfasst, wobei der Kollisionswinkel (19) mithilfe der Projektion (17) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine als ein Polygon und/oder als ein Ellipsoid beschriebene Projektion (17) verwendet wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Umfeldmodell als überfahrbare Struktur (14) eine Struktur (14) mit einer Oberfläche (23) oberhalb oder unterhalb der Fahrbahnoberfläche (18), insbesondere ein Bordstein, eine Bodenschwelle, eine Rinne, ein Schlagloch, oder eine Fahrbahnwölbung, beschrieben wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umfeldmodell verwendet wird, in dem der Struktur (14) eine Höhe (h) oder eine Höhenklasse zugeordnet ist und/oder in dem die Struktur (14) als ein Polygonzug, als ein Spline und/oder als eine geometrische Figur beschrieben ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Rad (7, 8, 9) des Fahrzeugs (1 ) jeweils eine Radtrajektorie (15, 16) in Abhängigkeit eines dem Rad (7, 8, 9) zugeordneten Lenkwinkels des Rads (7, 8, 9) ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrmanöver ein Einparkvorgang, ein Ausparkvorgang, ein Wendemanöver oder ein Rückfahrmanöver ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1 ) wenigstens einen Umfeldsensor (2) umfasst, wobei das Umfeldmodell aus Sensordaten des wenigstens einen Umfeldsensors (2) erstellt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wertebereich für einen Kollisionswinkel (19) zwischen einer Bewegungsrichtung des Rads (7, 8, 9) und einer Kante (21 ) der Struktur (14)
Winkel größer als 5° umfasst. Steuereinrichtung eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche. Fahrzeug umfassend eine Steuereinrichtung (6) nach Anspruch 11 .
PCT/DE2023/200094 2022-05-20 2023-05-12 Verfahren zum ermitteln einer fahrtrajektorie, steuereinrichtung und fahrzeug WO2023222167A1 (de)

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DE102022205034.7 2022-05-20

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WO (1) WO2023222167A1 (de)

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