WO2024068125A1 - Method for assessing trajectories of a trajectory group, and method for operating a vehicle - Google Patents

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WO2024068125A1 PCT/EP2023/072436 EP2023072436W WO2024068125A1 WO 2024068125 A1 WO2024068125 A1 WO 2024068125A1 EP 2023072436 W EP2023072436 W EP 2023072436W WO 2024068125 A1 WO2024068125 A1 WO 2024068125A1
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Julian SCHMIDT
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Abstract

The invention relates to a method for assessing trajectories (T1 to Tn) of a specified trajectory group (TS) for a vehicle (1). According to the invention, for all trajectories (T1 to Tn) of the trajectory group (TS), at specified scanning points (A1 to Az) lying ahead along the relevant trajectory (T1 to Tn), a situation to be expected at a particular scanning point (A1 to Az) is predicted in a grid map (RK, RK1 to RKx). The grid map (RK) has a plurality of layers and has one cost plane each for various specified tasks of the vehicle (1), in the grid cells (RZ) of which cost plane costs for the relevant task are entered. The costs specify a measure indicating to what extent the relevant task is being fulfilled at the location of the relevant grid cell (RZ), with lower costs being allocated to a fulfillment of the relevant task to a greater extent than to a fulfillment of the task to a lesser extent. For each scanning point (A1 to Az) on each cost plane, a cost value for the predicted situation is determined, the determination of the cost values being based on: a convolution of grid cells (RZ) of the relevant cost plane with grid cells (RZ), correspondingly equally positioned, of a grid presentation of the vehicle that is approximated for the particular scanning point; and a summary of the results of the convolution by means of a reduction formula. A total cost value is determined for the relevant trajectory (T1 to Tn) from the cost values determined via a prediction horizon, and is allocated to the relevant trajectory (T1 to Tn), the trajectory (T1 to Tn) having the lowest total cost value being identified as the optimum trajectory (T1 to Tn) from the trajectory group (TS).

Description

Verfahren zur Bewertung von Trajektorien einer Trajektorienschar und Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs Method for evaluating trajectories of a set of trajectories and method for operating a vehicle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung von Trajektorien einer vorgegebenen Trajektorienschar für ein Fahrzeug. The invention relates to a method for evaluating trajectories of a given set of trajectories for a vehicle.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines automatisiert betriebenen Fahrzeugs. The invention further relates to a method for operating an automated vehicle.
Aus "Stiller, C. und Ziegler, J.: Fast Collision Checking for Intelligent Vehicle Motion Planning; In: 2010 IEEE Intelligent Vehicles Symposium, University of California, San Diego, CA, USA, 21. Juni 2010 bis 24. Juni 2010" ist ein Verfahren zu einer schnellen Kollisionsprüfung zu einer Anwendung in einer Bewegungsplanung für intelligente Fahrzeuge bekannt. Um eine Ausrichtung des Fahrzeugs explizit zu berücksichtigen, wird eine Fahrzeugform in mehrere scheibenförmige Grundformen zerlegt, wobei die Kollisionsprüfung in mehrere Kollisionstests zerlegt wird. From "Stiller, C. and Ziegler, J.: Fast Collision Checking for Intelligent Vehicle Motion Planning; In: 2010 IEEE Intelligent Vehicles Symposium, University of California, San Diego, CA, USA, June 21, 2010 to June 24, 2010" a method for fast collision checking for an application in motion planning for intelligent vehicles is known. In order to explicitly take the orientation of the vehicle into account, a vehicle shape is broken down into several disc-shaped basic shapes, whereby the collision check is broken down into several collision tests.
Aus der US 2021/0 347 382 A1 ist Verfahren zum Planen einer Trajektorie für ein autonomes Fahrzeug bekannt, wobei die Planung mittels einer mehrlagigen Rasterkarte erfolgt, welche als Lagen eine Belegungskarte mit statischen Objekten, eine für einen zukünftigen Zeitschrift prädizierte Belegungskarte mit dynamischen Objekten und eine anhand von Umgebungsdaten erstellte Kostenkarte umfasst. Die Trajektorienplanung basiert auf der Zuordnung von Kosten zu einer Reihe von vorausliegenden Positionspunkten und der Auswahl eines kostengünstigsten Satzes von Positionspunkten. From US 2021/0 347 382 A1, a method for planning a trajectory for an autonomous vehicle is known, wherein the planning is carried out using a multi-layer grid map, which includes as layers an occupancy map with static objects, an occupancy map with dynamic objects predicted for a future period, and a cost map created using environmental data. The trajectory planning is based on the assignment of costs to a series of position points in advance and the selection of a most cost-effective set of position points.
Aus „Lu., D.V., Hershberger, D., Smart, W. D.: Layered Costmaps for Context-Sensitive Navigation; IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Chicago, IL, USA, 2014, S. 709-715; lEEE Xplore [online], DOI: 10.1109/IROS.2014.6942636; In: IEEE” ist ein Verfahren zur Trajektorienplanung für einen Roboter bekannt, wobei vorgesehen ist, dass eine Mehrzahl von Kostenkarten für unterschiedliche Funktionalitäten des Roboters erstellt werden, dass die Daten der verschiedenen Kostenkarten in einer Master-Kostenkarte aggregiert werden und dass die Master-Kostenkarte der Trajektorienplanung zugrunde gelegt wird. From “Lu., DV, Hershberger, D., Smart, WD: Layered Costmaps for Context-Sensitive Navigation; IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Chicago, IL, USA, 2014, pp. 709-715; lEEE Xplore [online], DOI: 10.1109/IROS.2014.6942636; In: IEEE” a method for trajectory planning for a robot is known, whereby it is provided that a plurality of cost maps are created for different functionalities of the robot, that the data of the various cost maps are aggregated in a master cost map and that the master cost map is used as a basis for trajectory planning.
Aus der US 2020/0 159 225 A1 ist ein Bewegungsplanungsmodell für ein autonomes Fahrzeug bekannt, wobei vorgesehen ist, dass Kosten für zukünftige Positionen des Fahrzeugs mittels eines auf maschinellem Lernen basierenden Modells ermittelt werden, dass mehrere mögliche Trajektorien mit den ermittelten Kosten bewertet werden und dass die Trajektorie mit den geringsten Kosten ausgewählt wird. From US 2020/0 159 225 A1 a movement planning model for an autonomous vehicle is known, it being provided that costs for future positions of the vehicle are determined using a model based on machine learning, that several possible trajectories are evaluated with the determined costs and that the trajectory with the lowest cost is selected.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Bewertung von Trajektorien einer vorgegebenen Trajektorienschar für ein Fahrzeug und ein neuartiges Verfahren zum Betrieb eines automatisiert betriebenen Fahrzeugs anzugeben. The invention is based on the object of specifying a novel method for evaluating trajectories of a given set of trajectories for a vehicle and a novel method for operating an automated vehicle.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bewertung von Trajektorien einer vorgegebenen Trajektorienschar für ein Fahrzeug, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Verfahren zum Betrieb eines automatisiert betriebenen Fahrzeugs, welches die im Anspruch 10 angegeben Merkmale aufweist. The object is achieved according to the invention by a method for evaluating trajectories of a predetermined set of trajectories for a vehicle, which has the features specified in claim 1, and by a method for operating an automated vehicle, which has the features specified in claim 10.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
In dem Verfahren zur Bewertung von Trajektorien einer vorgegebenen Trajektorienschar für ein Fahrzeug wird erfindungsgemäß für alle Trajektorien der Trajektorienschar jeweils an vorgegebenen vorausliegenden Abtastpunkten auf der jeweiligen Trajektorie eine an einem jeweiligen Abtastpunkt erwartete Situation in einer Rasterkarte prädiziert. Dabei ist die Rasterkarte mehrlagig aufgebaut und weist für verschiedene vorgegebene Aufgaben des Fahrzeugs jeweils eine Kostenebene auf, in deren Rasterzellen Kosten für die jeweilige Aufgabe eingetragen sind. Die Kosten geben ein Maß an, in welchem Umfang, das heißt wie gut oder schlecht, die jeweilige Aufgabe am Ort der jeweiligen Rasterzelle erfüllt wird, wobei einer Erfüllung der jeweiligen Aufgabe in größerem Umfang geringere Kosten als einer Erfüllung der Aufgabe mit kleinerem Umfang zugewiesen werden. Weiterhin wird für jeden Abtastpunkt auf jeder Kostenebene ein Kostenwert für die prädizierte Situation ermittelt, wobei die Ermittlung der Kostenwerte auf einer Faltung von Rasterzellen der jeweiligen Kostenebene mit entsprechend gleich positionierten Rasterzellen einer für den jeweiligen Abtastpunkt approximierten Rasterdarstellung des Fahrzeugs und einer Zusammenfassung der Ergebnisse der Faltung mittels einer Reduktionsformel beruht. Aus den über einen Vorausschauhorizont ermittelten Kostenwerten wird ein Gesamtkostenwert für die jeweilige Trajektorie ermittelt und der jeweiligen Trajektorie zugeordnet, und die Trajektorie mit dem geringsten Gesamtkostenwert als optimale Trajektorie aus der Trajektorienschar identifiziert wird. In the method for evaluating trajectories of a given set of trajectories for a vehicle, according to the invention, a situation expected at a respective sampling point is predicted in a grid map for all trajectories of the set of trajectories at predetermined preceding sampling points on the respective trajectory. The grid map is constructed in several layers and has a cost level for various predetermined tasks of the vehicle, in whose grid cells costs for the respective task are entered. The costs indicate a measure of the extent to which, i.e. how well or poorly, the respective task is fulfilled at the location of the respective grid cell, whereby fulfilling the respective task to a greater extent is assigned lower costs than fulfilling the task with a smaller extent. Furthermore, a cost value for the predicted situation is determined for each sampling point on each cost level, whereby the determination of the cost values is based on a convolution of grid cells of the respective cost level with correspondingly equally positioned Grid cells of a grid representation of the vehicle approximated for the respective sampling point and a summary of the results of the convolution using a reduction formula. From the cost values determined over a forecast horizon, a total cost value for the respective trajectory is determined and assigned to the respective trajectory, and the trajectory with the lowest total cost value is identified as the optimal trajectory from the family of trajectories.
Alternativ können auch einer Erfüllung der jeweiligen Aufgabe in größerem Umfang höhere Kosten als einer Erfüllung der Aufgabe mit kleinerem Umfang zugewiesen werden, wobei dann die Trajektorie mit dem höchsten Gesamtkostenwert als optimale Trajektorie aus der Trajektorienschar identifiziert wird. Alternatively, higher costs can be assigned to fulfilling the respective task on a larger scale than to fulfilling the task on a smaller scale, in which case the trajectory with the highest total cost value is then identified as the optimal trajectory from the set of trajectories.
Eine Auswertung einer Kostenfunktion ist für eine Bewegungsplanung eines automatisiert, insbesondere hochautomatisiert oder autonom fahrenden Fahrzeugs ein essenzieller Baustein. Die Kostenfunktion definiert dabei insbesondere, welches das optimale Verhalten und damit die optimale zu fahrende Trajektorie für das Fahrzeug ist. An evaluation of a cost function is an essential component for motion planning of an automated, particularly highly automated or autonomous vehicle. The cost function defines in particular what the optimal behavior and thus the optimal trajectory for the vehicle is.
Das Finden dieser optimalen Trajektorie ist jedoch aufgrund einer hohen Dimensionalität des Problems nicht trivial. Ein Verhaltensplanungsmodul eines automatisiert betriebenen Fahrzeugs erstellt hierzu beispielsweise ein Set von Hypothesen für verschiedene Handlungsoptionen des Fahrzeugs. Diese Hypothesen werden beispielsweise in der Form von Trajektorien dargestellt und bilden eine Trajektorienschar. However, finding this optimal trajectory is not trivial due to the high dimensionality of the problem. For example, a behavior planning module of an automated vehicle creates a set of hypotheses for various options for the vehicle to act. These hypotheses are represented in the form of trajectories and form a family of trajectories.
Mittels des vorliegenden Verfahrens wird eine besonders effiziente und zuverlässige Auswahl der optimalen Trajektorie aus einer solchen Trajektorienschar ermöglicht. Weiterhin wird eine besonders flexible Auswertung ermöglicht. The present method enables a particularly efficient and reliable selection of the optimal trajectory from such a set of trajectories. Furthermore, a particularly flexible evaluation is made possible.
Die Ermittlung der Kostenwerte für jeden Abtastpunkt auf jeder Kostenebene mittels der oben genannten Faltung ermöglicht eine besonders effiziente und zuverlässige Ermittlung der Kostenwerte. Determining the cost values for each sampling point at each cost level using the above-mentioned convolution enables a particularly efficient and reliable determination of the cost values.
In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens ist die Rasterdarstellung des Fahrzeugs selbst ebenfalls mehrlagig ausgeführt. Durch die Verwendung der mehrlagigen Rasterkarte und entsprechenden mehrlagigen Rasterdarstellungen des Fahrzeugs kann die Flexibilität der Auswertung weiter erhöht werden. Eine Auflösung der Rasterkarte und der Rasterdarstellung des Fahrzeugs wird insbesondere identisch gewählt. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden für verschiedene Kostenebenen der Rasterkarte verschiedene Lagen der Rasterdarstellung des Fahrzeugs bei der Faltung verwendet. Somit sind die Rasterdarstellungen des Fahrzeugs nicht auf eine binäre Maske beschränkt, so dass, ähnlich wie bei einer klassischen Faltungsmatrix, beliebige Werte verwendet werden können. Dies ermöglicht eine beschleunigte Auswertung. In one possible embodiment of the method, the raster representation of the vehicle itself is also multi-layered. By using the multi-layer raster map and corresponding multi-layer raster representations of the vehicle, the flexibility of the evaluation can be further increased. In particular, the resolution of the raster map and the raster representation of the vehicle is chosen to be identical. In another possible embodiment of the method, different layers of the raster representation of the vehicle are used for the convolution for different cost levels of the raster map. This means that the raster representations of the vehicle are not limited to a binary mask, so that, similar to a classic convolution matrix, any values can be used. This enables accelerated evaluation.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird an dem jeweiligen Abtastpunkt eine einer Orientierung des Fahrzeugs an diesem Abtastpunkt entsprechende Rasterdarstellung ausgewählt und die gewählte Rasterdarstellung wird an eine zur realen Position des Fahrzeugs nächstgelegene ganzzahlige Position auf der Rasterkarte transformiert. Hieraus resultiert, dass keine Interpolation der Werte erforderlich ist, was das Verfahren weiter beschleunigt. In a further possible embodiment of the method, a grid representation corresponding to an orientation of the vehicle at this sampling point is selected at the respective sampling point and the selected grid representation is transformed to an integer position on the grid map that is closest to the real position of the vehicle. The result of this is that no interpolation of the values is required, which further speeds up the process.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden oder wird als Reduktionsfunktion eine Summenfunktion und/der eine Mittelwertfunktion und/oder eine Maximalwertfunktion verwendet. Derartige Funktionen sind einfach in das Verfahren implementierbar und liefern zuverlässig Ergebnisse. In a further possible embodiment of the method, a sum function and/or an average value function and/or a maximum value function are used as the reduction function. Such functions can be easily implemented into the method and deliver reliable results.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden bei der Ermittlung der Gesamtkosten die Kostenwerte der Kostenebenen jeweils gewichtet. Durch die Gewichte kann beispielsweise eine probabilistische Beschreibung der Unsicherheit approximiert werden. In another possible embodiment of the method, the cost values of the cost levels are weighted when determining the total costs. The weights can be used, for example, to approximate a probabilistic description of the uncertainty.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Aufgaben des Fahrzeugs aus einer statischen Welt und/oder einer dynamischen Welt und/oder Verkehrsregeln abgeleitet. Dies ermöglicht eine vollumfängliche Berücksichtigung aller in der Umgebung des Fahrzeugs vorhandenen und für den automatisierten Betrieb desselben relevanten Objekte und Ereignisse. In another possible embodiment of the method, the tasks of the vehicle are derived from a static world and/or a dynamic world and/or traffic rules. This enables full consideration of all objects and events present in the vehicle's environment and relevant to its automated operation.
Um einen optimierten automatisierten Fährbetrieb des Fahrzeugs realisieren zu können, ist in einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass als Aufgaben des Fahrzeugs sicherheitsrelevante Aufgaben und/oder für eine Beachtung von Verkehrsregeln relevante Aufgaben und/oder einen Komfort von Fahrzeuginsassen betreffende Aufgaben und/oder eine Effizienz des Fahrzeugs betreffende Aufgaben vorgegeben werden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines automatisiert betriebenen Fahrzeugs wird in Abhängigkeit einer Umgebungssituation des Fahrzeugs eine Trajektorienschar mit mehreren potenziellen Trajektorien zur Erreichung eines vorgegebenen Ziels des Fahrzeugs gebildet, wobei in einem automatisierten Fährbetrieb des Fahrzeugs aus der Trajektorienschar eine optimale Trajektorie zur Erreichung des Ziels gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Bewertung von Trajektorien einer vorgegebenen Trajektorienschar für ein Fahrzeug ausgewählt wird. Mittels des Verfahrens wird eine besonders effiziente, schnelle und zuverlässige Auswahl der optimalen Trajektorie ermöglicht. Somit kann der automatisierte Betrieb des Fahrzeugs optimiert werden. In order to be able to realize an optimized automated ferry operation of the vehicle, a further possible embodiment of the method provides that safety-relevant tasks and/or tasks relevant to compliance with traffic regulations and/or tasks concerning the comfort of vehicle occupants and/or tasks concerning the efficiency of the vehicle are specified as tasks of the vehicle. In the method according to the invention for operating an automated vehicle, a set of trajectories with several potential trajectories for reaching a predetermined destination of the vehicle is formed depending on the environmental situation of the vehicle, wherein in an automated ferry operation of the vehicle an optimal trajectory for reaching the destination is selected from the set of trajectories according to the previously described method for evaluating trajectories of a predetermined set of trajectories for a vehicle. The method enables a particularly efficient, fast and reliable selection of the optimal trajectory. The automated operation of the vehicle can thus be optimized.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen: Show:
Fig. 1 schematisch eine objektbasierte Repräsentation einer Umgebung eines Fahrzeugs, Fig. 1 schematically shows an object-based representation of a vehicle’s environment,
Fig. 2 schematisch eine Rasterdarstellung von Fahrspurbegrenzungen, 2 schematically shows a grid representation of lane boundaries,
Fig. 3 schematisch eine Rasterdarstellung von Fahrspurrichtungen, 3 schematically shows a grid representation of lane directions,
Fig. 4 schematisch eine Rasterdarstellung von Freiräumen, 4 schematically shows a grid representation of open spaces,
Fig. 5 schematisch eine Rasterdarstellung von Fahrspurbelegungen, 5 schematically shows a grid representation of lane occupancies,
Fig. 6 schematisch eine Rasterdarstellung von befahrbaren Bereichen vonFig. 6 schematically shows a grid representation of navigable areas of
Fahrspuren, lanes,
Fig. 7 schematisch eine Rasterdarstellung von Zielfahrspuren, 7 schematically shows a grid representation of target lanes,
Fig. 8 schematisch eine Rasterdarstellung einer Freiraumsemantik, 8 schematically shows a grid representation of free space semantics,
Fig. 9 schematisch eine Rasterdarstellung eine Fahrspurbelegungssemantik, 9 schematically shows a grid representation of lane occupancy semantics,
Fig. 10 schematisch eine Rasterdarstellung einer Bewegungsvorhersage einer Szene, Fig. 11 schematisch eine rasterbasierte Repräsentation eines Fahrzeugs, einer Umgebung des Fahrzeugs sowie einer Trajektorienschar, 10 shows a schematic representation of a motion prediction of a scene, 11 schematically shows a grid-based representation of a vehicle, an environment of the vehicle and a set of trajectories,
Fig. 12 schematisch eine mehrlagige Rasterkarte mit einer mehrlagigen Rasterdarstellung eines Fahrzeugs, 12 schematically shows a multi-layer grid map with a multi-layer grid representation of a vehicle,
Fig. 13 schematisch eine Draufsicht eines Fahrzeugs, Fig. 13 schematically shows a plan view of a vehicle,
Fig. 14 schematisch eine Rasterdarstellung des Fahrzeugs gemäß Figur 13, Fig. 14 schematically shows a grid representation of the vehicle according to Figure 13,
Fig. 15 schematisch eine Rasterdarstellung des Fahrzeugs gemäß Figur 13 mit einer veränderten Orientierung, 15 schematically shows a grid representation of the vehicle according to FIG. 13 with a changed orientation,
Fig. 16 schematisch eine erweiterte Rasterdarstellung eines Fahrzeugs, 16 schematically shows an expanded grid representation of a vehicle,
Fig. 17 schematisch eine erweiterte Rasterdarstellung eines Fahrzeugs, 17 schematically shows an expanded grid representation of a vehicle,
Fig. 18 schematisch eine rasterbasierte Repräsentation eines Fahrzeugs und einer Umgebung des Fahrzeugs, 18 schematically shows a grid-based representation of a vehicle and an environment of the vehicle,
Fig. 19 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt einer rasterbasierten Repräsentation eines Fahrzeugs und einer Umgebung des Fahrzeugs, Fig. 19 schematically shows an enlarged section of a grid-based representation of a vehicle and an environment of the vehicle,
Fig. 20 schematisch die rasterbasierte Repräsentation des Fahrzeugs und der Umgebung des Fahrzeugs gemäß Figur 18 sowie Abtastpunkte einer Trajektorie des Fahrzeugs zu einem ersten Zeitpunkt, 20 shows schematically the grid-based representation of the vehicle and the surroundings of the vehicle according to FIG. 18 as well as sampling points of a trajectory of the vehicle at a first point in time,
Fig. 21 schematisch die rasterbasierte Repräsentation gemäß Figur 20 zu einem späteren zweiten Zeitpunkt und Fig. 21 schematically shows the grid-based representation according to Figure 20 at a later second point in time and
Fig. 22 schematisch die rasterbasierte Repräsentation gemäß Figur 20 zu einem späteren dritten Zeitpunkt. 22 shows schematically the grid-based representation according to FIG. 20 at a later third point in time.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Figur 1 zeigt schematisch eine objektbasierte Repräsentation einer Umgebung eines Fahrzeugs 1. Corresponding parts are provided with the same reference numbers in all figures. Figure 1 shows schematically an object-based representation of an environment of a vehicle 1.
Das Fahrzeug 1 ist insbesondere für einen automatisierten Fährbetrieb ausgebildet. Für die Ausführung des automatisierten Fährbetriebs muss eine in Figur 11 näher dargestellte Trajektorie T1 bis Tn gefunden werden, welcher das Fahrzeug 1 während seines automatisierten Fährbetriebs folgt. Zur Ermittlung dieser Trajektorie T1 bis Tn ist eine Erfassung und Auswertung der Umgebung des Fahrzeugs 1 erforderlich. The vehicle 1 is designed in particular for automated ferry operations. To carry out the automated ferry operation, a trajectory T1 to Tn, shown in more detail in FIG. 11, must be found, which the vehicle 1 follows during its automated ferry operation. In order to determine this trajectory T1 to Tn, the surroundings of the vehicle 1 must be recorded and evaluated.
Basierend auf der Erfassung der Umgebung durch Fahrzeugsensoren und einer anschließenden Weiterverarbeitung mittels der Sensoren erfasster Umgebungsdaten kann ein Model der Umgebung erstellt werden, welches einen momentanen Zustand des Fahrzeugs 1 und der Umgebung beschreibt. Based on the detection of the environment by vehicle sensors and subsequent processing of environmental data detected by the sensors, a model of the environment can be created which describes a current state of the vehicle 1 and the environment.
Für die Planung einer Trajektorie T1 bis Tn wird weiterhin auch eine zu erwartende zeitliche Entwicklung der Umgebung ermittelt. Die Darstellung einer solchen sich zeitlich verändernden Umgebung erfolgt beispielsweise mittels einer objektbasierte Darstellung gemäß Figur 1. In dieser objektbasierten Darstellung hat jedes Objekt 01 bis Om eine eigene Repräsentation, welche einen Zustand des Objekts 01 bis Om, das heißt beispielsweise eine Art, eine Position, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung des Objekts 01 bis Om sowie weitere Merkmale, beschreibt. Dabei ermöglicht die objektbasierte Darstellung eine genaue Beschreibung der einzelnen Objekte 01 bis Om, jedoch hängt eine Laufzeit nachfolgender Verarbeitungsschritte von einer Anzahl der Objekte 01 bis Om ab. For planning a trajectory T1 to Tn, an expected temporal development of the environment is also determined. The representation of such a temporally changing environment is done, for example, using an object-based representation according to Figure 1. In this object-based representation, each object 01 to Om has its own representation, which describes a state of the object 01 to Om, i.e., for example, a type, a position, a speed and an acceleration of the object 01 to Om as well as other characteristics. The object-based representation enables a precise description of the individual objects 01 to Om, but the runtime of subsequent processing steps depends on the number of objects 01 to Om.
Um eine optimale Trajektorie T1 bis Tn zu finden, erstellt ein nicht näher dargestelltes Verhaltensplanungsmodul des Fahrzeugs 1 einen Satz von Hypothesen für verschiedene Handlungsoptionen des Fahrzeugs 1. Diese Hypothesen werden beispielsweise in der Form von Trajektorien T1 bis Tn dargestellt und bilden eine ebenfalls in Figur 11 gezeigte Trajektorienschar TS. Eine Bewegungsplanung des Fahrzeugs 1 erfolgt dabei unter anderem durch Auswertung einer Kostenfunktion, welche ein optimale Verhalten des Fahrzeugs 1 und damit die optimale zu fahrende Trajektorie T1 bis Tn definiert. In order to find an optimal trajectory T1 to Tn, a behavior planning module of the vehicle 1 (not shown in detail) creates a set of hypotheses for various options for action of the vehicle 1. These hypotheses are shown, for example, in the form of trajectories T1 to Tn and form a family of trajectories TS, also shown in Figure 11. The movement planning of the vehicle 1 is carried out, among other things, by evaluating a cost function, which defines an optimal behavior of the vehicle 1 and thus the optimal trajectory T1 to Tn to be driven.
Entscheidend für eine Auswahl einer zu fahrenden Trajektorie T1 bis Tn ist die statische Welt mit statischen Objekten 01 bis Om und Hindernissen, einer Straßentopologie, Straßenmarkierungen und einem Fahrziel. Weiterhin entscheidend ist die dynamische Welt mit anderen Verkehrsteilnehmern, Verkehrsregeln, Verkehrsampeln und Vorfahrtsregeln. The decisive factor for selecting a trajectory T1 to Tn is the static world with static objects 01 to Om and obstacles, a road topology, road markings and a destination. The dynamic World with other road users, traffic rules, traffic lights and right of way rules.
Diese Elemente müssen von der Kostenfunktion berücksichtigt werden, wobei in der objektbezogenen Darstellung andere Verkehrsteilnehmer, Hindernisse, die Straßentopologie und -markierungen als vereinfachte geometrische Objekte, beispielsweise Polygone, dargestellt werden. Verkehrsampeln und Verkehrsregeln werden beispielsweise als Stopp-Linien modelliert. These elements must be taken into account by the cost function, with other road users, obstacles, road topology and markings being represented in the object-related representation as simplified geometric objects, for example polygons. Traffic lights and traffic rules, for example, are modeled as stop lines.
Die Kostenfunktion beschreibt dabei zu erwartende Kosten für einen zukünftigen Zustand des Fahrzeugs 1 und bewertet dabei beispielsweise sicherheitsrelevante Aufgaben und/oder für eine Beachtung von Verkehrsregeln relevante Aufgaben und/oder einen Komfort von Fahrzeuginsassen betreffende Aufgaben und/oder eine Effizienz des Fahrzeugs 1 betreffende Aufgaben. Sicherheitsrelevante Aufgaben umfassen beispielsweise eine Vermeidung von Kollisionen mit anderen Verkehrsteilnehmern und anderen Objekten. Zur Erfüllung von für die Beachtung von Verkehrsregeln relevanten Aufgaben werden beispielsweise durch Verkehrsampeln, Zebrastreifen, Geschwindigkeitsbegrenzungen etc. vorgegebenene Regelungsgehalte berücksichtigt. Den Komfort von Fahrzeuginsassen betreffende Aufgaben umfassen beispielsweise eine Minimierung von auf Fahrzeuginsassen wirkenden Beschleunigungen und die eine Effizienz des Fahrzeugs 1 betreffende Aufgaben beispielsweise eine Minimierung von von dem Fahrzeug 1 benötigter Energie für verschiedene Fahrmanöver zum Erreichen eines Fahrziels. The cost function describes expected costs for a future state of the vehicle 1 and evaluates, for example, safety-relevant tasks and/or tasks relevant to compliance with traffic rules and/or tasks relating to the comfort of vehicle occupants and/or tasks relating to the efficiency of the vehicle 1. Safety-relevant tasks include, for example, avoiding collisions with other road users and other objects. In order to fulfill tasks relevant to compliance with traffic rules, regulations specified by traffic lights, zebra crossings, speed limits, etc. are taken into account. Tasks relating to the comfort of vehicle occupants include, for example, minimizing accelerations acting on vehicle occupants and tasks relating to the efficiency of the vehicle 1 include, for example, minimizing the energy required by the vehicle 1 for various driving maneuvers to reach a destination.
Für die Auswertung der Kostenfunktion, beispielsweise zum Überprüfen, ob auf der entsprechenden Trajektorie T1 bis Tn eine Gefahr von Kollisionen des Fahrzeugs 1 mit den Objekten 01 bis Om besteht, muss jedes Mal eine Geometrie des Fahrzeugs 1 mit einer Geometrie der Objekte 01 bis Om verglichen werden. To evaluate the cost function, for example to check whether there is a risk of collisions between the vehicle 1 and the objects 01 to Om on the corresponding trajectory T1 to Tn, a geometry of the vehicle 1 must be compared each time with a geometry of the objects 01 to Om become.
Mittels der Kostenfunktion ermittelte Kosten geben dabei ein Maß an, in welchem Umfang die jeweilige Aufgabe beim Befahren der jeweiligen Trajektorie T1 bis Tn erfüllt wird, wobei einer Erfüllung der jeweiligen Aufgabe in größerem Umfang geringere Kosten als einer Erfüllung der Aufgabe mit kleinerem Umfang zugewiesen werden. Ziel der Trajektorieplanung ist dann, die Trajektorie T1 bis Tn zu finden, welche die geringsten Kosten aufweist. Alternativ können auch einer Erfüllung der jeweiligen Aufgabe in größerem Umfang höhere Kosten als einer Erfüllung der Aufgabe mit kleinerem Umfang zugewiesen werden, wobei dann die Trajektorie T1 bis Tn mit den höchsten Kosten als optimale Trajektorie T1 bis Tn identifiziert wird. Costs determined using the cost function indicate the extent to which the respective task is fulfilled when traveling the respective trajectory T1 to Tn, whereby fulfilling the respective task to a greater extent is assigned lower costs than fulfilling the task with a smaller scope. The aim of trajectory planning is then to find the trajectory T1 to Tn that has the lowest costs. Alternatively, higher costs can be assigned to completing the respective task on a larger scale than to completing the task on a smaller scale, in which case the trajectory T1 to Tn with the highest costs is identified as the optimal trajectory T1 to Tn.
Eine weiteres Modell der Umgebung des Fahrzeugs 1 , welches die Auswertung einer solchen Kostenfunktion ermöglicht, ist eine rasterbasierte Darstellung der Umgebung des Fahrzeugs 1. Hierbei werden alle Objekte 01 bis Om in eine gemeinsame, diskretisierte Weltdarstellung eingetragen. Eine solche rasterbasierte Darstellung ermöglicht in den nachfolgenden Verarbeitungsschritten eine konstante Laufzeit, wobei Beispiele für rasterbasierte Darstellungen in den Figuren 2 bis 9 dargestellt sind. Another model of the environment of the vehicle 1, which enables the evaluation of such a cost function, is a grid-based representation of the environment of the vehicle 1. Here, all objects 01 to Om are entered into a common, discretized world representation. Such a grid-based representation enables a constant runtime in the subsequent processing steps, with examples of grid-based representations being shown in Figures 2 to 9.
Dabei zeigen Figur 2 eine Rasterdarstellung von Fahrspurbegrenzungen FB (= Rasterkarte RK1), Figur 3 eine Rasterdarstellung von Fahrspurrichtungen FR1, FR2 (= Rasterkarte RK2), Figur 4 eine Rasterdarstellung von Freiräumen FS Figure 2 shows a raster representation of lane boundaries FB (= raster map RK1), Figure 3 shows a raster representation of lane directions FR1, FR2 (= raster map RK2), Figure 4 shows a raster representation of free spaces FS
(= Rasterkarte RK3) und Figur 5 eine Rasterdarstellung von Fahrspurbelegungen FO (= Rasterkarte RK4). In Figur 6 ist eine Rasterdarstellung von befahrbaren Bereichen DS von Fahrspuren (= Rasterkarte RK5), in Figur 7 eine Rasterdarstellung von Zielfahrspuren ZF (= Rasterkarte RK6), in Figur 8 eine Rasterdarstellung einer Freiraumsemantik FSS (= Rasterkarte RK7) und in Figur 9 eine Rasterdarstellung einer Fahrspurbelegungssemantik FOS (= Rasterkarte RK8) dargestellt. Dabei bildet jede Rasterdarstellung einen möglichen Kostenterm für die Kostenfunktion ab. (= grid map RK3) and Figure 5 shows a grid representation of lane occupancies FO (= grid map RK4). In Figure 6 is a grid representation of drivable areas DS of lanes (= grid map RK5), in Figure 7 a grid representation of target lanes ZF (= grid map RK6), in Figure 8 a grid representation of a free space semantics FSS (= grid map RK7) and in Figure 9 one Raster representation of a lane occupancy semantics FOS (= raster map RK8). Each grid representation represents a possible cost term for the cost function.
Figur 10 zeigt eine Rasterdarstellung einer Bewegungsvorhersage einer Szene (= Rasterkarte RK9). Dabei werden für jeden Abtastzeitpunkt t1 bis t5 durch Objekte 01 bis Om, beispielsweise andere Verkehrsteilnehmer wie Fahrzeuge, belegte Rasterzellen geschätzt. Dies ist erforderlich, um die dynamische Welt als Rasterkarte RK9 darzustellen. Figure 10 shows a raster representation of a movement prediction of a scene (= raster map RK9). For each sampling time t1 to t5, grid cells occupied by objects 01 to Om, for example other road users such as vehicles, are estimated. This is required to represent the dynamic world as a raster map RK9.
Die Kosten für eine bestimmte Position und Orientierung des Fahrzeugs 1 zu einem bestimmten Zeitpunkt lassen sich aus diesen Rasterdarstellungen bzw. The costs for a specific position and orientation of vehicle 1 at a specific point in time can be determined from these grid representations or
Rasterkarten RK, RK1 bis RKx ableiten. Dabei soll das Fahrzeug 1 beispielsweise innerhalb einer Fahrspur in die richtige Richtung fahren (= Berücksichtigung der statischen Welt), einem Fahrziel näherkommen (= Berücksichtigung der statischen Welt) und dabei keine Rasterzellen verwenden, die voraussichtlich bereits von anderen Objekten 01 bis Om, beispielsweise anderen Fahrzeugen, belegt sind (= Berücksichtigung der dynamischen Welt). Figur 11 zeigt eine Rasterkarte RK10 mit einem Fahrzeug 1, einem Objekt 01, beispielsweise einem weiteren Fahrzeug, und einer Trajektorienschar TS mit mehreren Trajektorien T1 bis Tn, welche Hypothesen für verschiedene Handlungsoptionen des Fahrzeugs 1 darstellen und beispielsweise mittels eines nicht näher dargestellten Verhaltensplanungsmoduls des Fahrzeugs 1 erzeugt werden. Die Rasterkarte RK10 weist dabei eine Mehrzahl von Rasterzellen RZ auf. Derive grid maps RK, RK1 to RKx. The vehicle 1 should, for example, drive in the right direction within a lane (= taking the static world into account), get closer to a destination (= taking the static world into account) and not use any grid cells that are probably already used by other objects 01 to Om, for example others Vehicles are occupied (= taking the dynamic world into account). Figure 11 shows a grid map RK10 with a vehicle 1, an object 01, for example another vehicle, and a set of trajectories TS with several trajectories T1 to Tn, which represent hypotheses for various options for action of the vehicle 1 and, for example, by means of a behavior planning module of the vehicle, not shown in more detail 1 can be generated. The grid card RK10 has a plurality of grid cells RZ.
Sowohl zur Darstellung der verschiedenen Kostentypen, wie sie beispielsweise in den Figuren 2 bis 9 dargestellt sind, als auch zur Darstellung der Umgebung des Fahrzeugs 1 zu verschiedenen Zeitpunkten zur Darstellung der dynamischen Welt wird vorliegend eine mehrlagige Rasterkarte RK verwendet, welche mehrere einzelne Rasterkarten RK1 bis RKx aufweist. Both to represent the different cost types, as shown for example in Figures 2 to 9, and to represent the surroundings of the vehicle 1 at different points in time to represent the dynamic world, a multi-layer raster map RK is used here, which has several individual raster maps RK1 to RKx.
Eine solche mehrlagige, zeitlich veränderliche Rasterkarte RK zeigt Figur 12, durch welche eine Kostenfunktion approximiert wird und welche somit eine mehrlagige Kostenkarte der Umgebung des Fahrzeugs 1 darstellt. Das heißt, dass die Rasterkarte RK für verschiedene vorgegebene Aufgaben des Fahrzeugs 1 jeweils eine als Kostenebene ausgebildete Rasterkarte RK1 bis RKx aufweist, in deren Rasterzellen RZ Kosten für die jeweilige Aufgabe eingetragen sind. Dabei geben die Kosten ein Maß an, in welchem Umfang die jeweilige Aufgabe am Ort der jeweiligen Rasterzelle RZ durch das Fahrzeug 1 erfüllt wird. Such a multi-layer, time-varying raster map RK is shown in FIG. 12, through which a cost function is approximated and which thus represents a multi-layer cost map of the surroundings of the vehicle 1. This means that the grid map RK has a grid map RK1 to RKx designed as a cost level for various predetermined tasks of the vehicle 1, in whose grid cells RZ costs for the respective task are entered. The costs indicate the extent to which the respective task at the location of the respective grid cell RZ is fulfilled by the vehicle 1.
Dabei werden die Aufgaben des Fahrzeugs 1 aus der statischen Welt, der dynamischen Welt und/oder Verkehrsregeln abgeleitet und betreffen beispielsweise sicherheitsrelevante Aufgaben, für eine Beachtung der Verkehrsregeln relevante Aufgaben, einen Komfort von Fahrzeuginsassen betreffende Aufgaben und/oder eine Effizienz des Fahrzeugs 1 betreffende Aufgaben. The tasks of the vehicle 1 are derived from the static world, the dynamic world and/or traffic rules and concern, for example, safety-relevant tasks, tasks relevant to compliance with traffic rules, tasks concerning the comfort of vehicle occupants and/or tasks concerning the efficiency of the vehicle 1.
Eine gute Erfüllung der jeweiligen Aufgabe wird beispielsweise mit niedrigen Kosten belohnt, eine schlechte Erfüllung dagegen mit hohen Kosten sanktioniert. Das heißt, die in einer Rasterzelle RZ eingetragenen Kosten sind umso höher, je unerwünschter der Aufenthalt des Fahrzeugs 1 am Ort der jeweiligen Rasterzelle RZ ist. Der Aufenthalt am Ort einer Rasterzelle RZ ist beispielsweise unerwünscht, wenn er mit einer Schlechterfüllung der Aufgabe verbunden ist, wenn er also beispielsweise mit einem Spurverlassen, einer hohen Kollisionsgefahr, einem Verstoß gegen Verkehrsregeln, unkomfortablem Fahren oder energetisch ineffizientem Fahren verbunden ist. Zu einer effizienten Auswertung einer Kostenfunktion auf einer solchen mehrlagigen Rasterkarte RK werden detaillierte, beispielsweise in Figur 13 näher dargestellte, Rasterdarstellungen RD des Fahrzeugs 1 verwendet. Die Rasterdarstellung RD des Fahrzeugs 1 zeigt den vom Fahrzeug 1 an einem bestimmten Ort belegten Raum an. Vorteilhafterweise wird das Fahrzeug 1 durch eine mehrlagige Rasterdarstellung RD, welche mehrere einzelne Rasterdarstellungen RD1 bis RDx des Fahrzeugs 1 mit Rasterzellen RZ aufweist, approximiert. Die Auflösung der Rasterkarten RK1 bis RKx sowie der jeweils zugehörigen Rasterdarstellungen RD1 bis RDx des Fahrzeugs 1 sind dabei identisch. For example, good performance of the respective task is rewarded with low costs, while poor performance is sanctioned with high costs. This means that the costs entered in a grid cell RZ are higher, the more undesirable the stay of the vehicle 1 is at the location of the respective grid cell RZ. Staying at the location of a grid cell RZ is, for example, undesirable if it is associated with poor performance of the task, for example if it is associated with lane departure, a high risk of collision, a violation of traffic rules, uncomfortable driving or energetically inefficient driving. For an efficient evaluation of a cost function on such a multi-layer grid map RK, detailed grid representations RD of the vehicle 1, shown in more detail in FIG. 13, are used. The grid representation RD of the vehicle 1 shows the space occupied by the vehicle 1 at a specific location. The vehicle 1 is advantageously approximated by a multi-layer grid representation RD, which has several individual grid representations RD1 to RDx of the vehicle 1 with grid cells RZ. The resolution of the raster maps RK1 to RKx and the associated raster representations RD1 to RDx of vehicle 1 are identical.
Für jede Lage der die Kostenkarte bildenden Rasterkarte RK, das für jede einzelne Rasterkarte RK1 bis RKx, kann eine individuelle Rasterdarstellung RD1 bis RDx des Fahrzeugs 1 verwendet werden. Dabei sind die Rasterdarstellungen RD1 bis RDx des Fahrzeugs 1 nicht auf eine binäre Maske beschränkt. Es können, ähnlich wie bei einer klassischen Faltungsmatrix, beliebige Werte verwendet werden. For each layer of the raster map RK forming the cost map, that is, for each individual raster map RK1 to RKx, an individual raster representation RD1 to RDx of vehicle 1 can be used. The raster representations RD1 to RDx of vehicle 1 are not limited to a binary mask. Any values can be used, similar to a classic convolution matrix.
In Figur 13 ist eine Draufsicht eines Fahrzeugs 1 dargestellt. A top view of a vehicle 1 is shown in FIG.
Figur 14 zeigt eine Rasterdarstellung RD1 des Fahrzeugs 1 gemäß Figur 13. Die Rasterdarstellung RD1 kann für verschiedene Orientierungen des Fahrzeugs 1 , insbesondere für 360 ° mit konfigurierbarer Winkelauflösung, erzeugt und in einem Speicher vorgehalten werden. Durch dieses Vorhalten in einem Speicher kann die Auswertung beschleunigt werden. - Figure 14 shows a grid representation RD1 of the vehicle 1 according to Figure 13. The grid representation RD1 can be generated for different orientations of the vehicle 1, in particular for 360 ° with configurable angular resolution, and stored in a memory. By storing the data in a memory, the evaluation can be accelerated. -
Eine solche Rasterdarstellung RD2 des Fahrzeugs 1 mit einer veränderten Orientierung zeigt Figur 15. Figure 15 shows such a raster representation RD2 of vehicle 1 with a changed orientation.
In den Figuren 16 und 17 sind verschiedene erweiterte Rasterdarstellungen RD3, RD4 eines Fahrzeugs 1 dargestellt. Graustufen in den Rasterdarstellungen RD3, RD4 beschreiben unterschiedliche Werte der jeweils als Faltungsmaske ausgebildeten Rasterdarstellung RD3, RD4. Hierdurch können beispielsweise Sicherheitsabstände und Wahrscheinlichkeiten modelliert werden. Je heller eine Rasterzelle RZ ist, desto höher werden die Kosten der damit verrechneten Kostenzelle gewichtet. Hierdurch kann erreicht werden, dass das Fahrzeug 1 einen bestimmten Abstand zu Hindernissen einhält, der nur in kritischen Situationen unterschritten werden darf. Figur 18 zeigt eine rasterbasierte Repräsentation eines Fahrzeugs 1 und einer Umgebung des Fahrzeugs 1 , insbesondere eine Rasterkarte RK10 gemäß Figur 11. Figures 16 and 17 show various extended raster representations RD3, RD4 of a vehicle 1. Grayscales in the raster representations RD3, RD4 describe different values of the raster representation RD3, RD4, each designed as a convolution mask. This can be used to model safety distances and probabilities, for example. The brighter a raster cell RZ is, the higher the costs of the cost cell charged with it are weighted. This can ensure that the vehicle 1 maintains a certain distance from obstacles, which may only be exceeded in critical situations. Figure 18 shows a raster-based representation of a vehicle 1 and an environment of the vehicle 1, in particular a raster map RK10 according to Figure 11.
Die Rasterkarte RK10 stellt dabei eine Kostenkarte dar, wobei Graustufen die Kosten für das für das Fahren des Fahrzeugs 1 innerhalb einer Fahrspur beschreiben. Je heller dabei die Rasterzellen RZ sind, desto höher sind die Kosten. Das Objekt 01, welches beispielsweise ein prädiziertes anderes Fahrzeug 1 ist, ist ebenfalls mit zugehörigen Kosten in der Rasterkarte RK10 approximiert. Auch das Fahrzeug 1 selbst ist an seiner entsprechenden Fahrzeugposition durch seine transformierte Rasterdarstellung RD10, welche insbesondere als Faltungsmaske ausgebildet ist, in der Rasterkarte RK10 approximiert. Eine Größe der Rasterzellen RZ beträgt beispielsweise 13 cm x 13 cm. The raster map RK10 represents a cost map, with grayscale describing the costs for driving the vehicle 1 within a lane. The brighter the raster cells RZ are, the higher the costs. The object 01, which is, for example, a predicted other vehicle 1, is also approximated with associated costs in the raster map RK10. The vehicle 1 itself is also approximated at its corresponding vehicle position in the raster map RK10 by its transformed raster representation RD10, which is designed in particular as a convolution mask. The size of the raster cells RZ is, for example, 13 cm x 13 cm.
Soll nun die Kostenfunktion für eine bestimmte Position und Orientierung des Fahrzeugs 1 ausgewertet werden, wird zuerst eine der Orientierung des Fahrzeugs 1 entsprechende Rasterdarstellung RD1 bis RDx des Fahrzeugs 1 ausgewählt und diese dann an die nächste ganzzahlige Position auf der entsprechenden Rasterkarte RK1 bis RKx transformiert. If the cost function is now to be evaluated for a specific position and orientation of the vehicle 1, a grid representation RD1 to RDx of the vehicle 1 corresponding to the orientation of the vehicle 1 is first selected and then transformed to the next integer position on the corresponding grid map RK1 to RKx.
Dies ist schematisch und beispielhaft in Figur 19 für eine Rasterkarte RK1 und eine Rasterdarstellung RD1 des Fahrzeugs 1 dargestellt. This is shown schematically and by way of example in FIG. 19 for a grid map RK1 and a grid representation RD1 of the vehicle 1.
Hierbei wird zunächst wird die Rasterdarstellung RD1 des Fahrzeugs 1 an eine realwertige Position auf der Rasterkarte RK1 der Umgebung transformiert. Dies ist in Form einer gestrichelten Darstellung der Rasterdarstellung RD1 gezeigt. Anschließend wird die Rasterdarstellung RD1 auf die nächste ganzzahlige Position gerundet, dargestellt mit durchgezogenen Linien. Dadurch wird keine Interpolation der Werte benötigt, was das Verfahren beschleunigt. First, the raster representation RD1 of vehicle 1 is transformed to a real-value position on the raster map RK1 of the environment. This is shown in the form of a dashed representation of the raster representation RD1. The raster representation RD1 is then rounded to the next integer position, shown with solid lines. This means that no interpolation of the values is required, which speeds up the process.
Die Figuren 20 bis 22 zeigen die Rasterkarte RK10 des Fahrzeugs 1 und der Umgebung des Fahrzeugs 1 gemäß Figur 18 sowie Abtastpunkte A1 bis Az einer T rajektorie T 1 der Trajektorienschar TS des Fahrzeugs 1 zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Figures 20 to 22 show the raster map RK10 of the vehicle 1 and the surroundings of the vehicle 1 according to Figure 18 as well as sampling points A1 to Az of a trajectory T 1 of the trajectory family TS of the vehicle 1 at different times.
Zur Ermittlung der Kosten wird für jede Trajektorie T1 bis Tn der Trajektorienschar TS jeweils an vorgegebenen vorausliegenden Abtastpunkten A1 bis Az auf der jeweiligen Trajektorie T1 bis Tn die am jeweiligen Abtastpunkt A1 bis Az erwartete Situation in der Rasterkarte prädiziert. Das heißt, die jeweilige Trajektorie T1 bis Tn wird mit einer bestimmten Frequenz, dargestellt durch die Abtastpunkte A1 bis Az, beispielsweise alle 0,1 Sekunden bis zu einem vorgegebenen Vorausschauhorizont, abgetastet und die entsprechende Kostenfunktion an den entsprechenden Positionen ausgewertet. Die auszuwertende Trajektorie T1 bis Tn stellt dabei einen Eingabeparameter dar. To determine the costs, for each trajectory T1 to Tn of the trajectory family TS, the situation expected at the respective sampling point A1 to Az is predicted in the raster map at predetermined preceding sampling points A1 to Az on the respective trajectory T1 to Tn. This means that the respective trajectory T1 to Tn is sampled at a certain frequency, represented by the sampling points A1 to Az, for example every 0.1 seconds up to a given look-ahead horizon, and the corresponding cost function is evaluated at the corresponding positions. The trajectory T1 to Tn to be evaluated represents an input parameter.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden dabei die Kosten für die Einhaltung der Fahrspur (Graustufen) und die Kosten für eine Kollision mit dem Objekt 01 für alle Rasterzellen RZ innerhalb der Rasterdarstellung RD1 , insbesondere einer Faltungsmaske, verrechnet. Für jeden Abtastpunkt A1 bis Az der Trajektorie T1 bis Tn wird eine Vorhersage der Bewegung der anderen Objekte 01 bis Om benötigt. In the exemplary embodiment shown, the costs for maintaining the lane (gray levels) and the costs for a collision with the object 01 are offset for all grid cells RZ within the grid representation RD1, in particular a convolution mask. For each sampling point A1 to Az of the trajectory T1 to Tn, a prediction of the movement of the other objects 01 to Om is required.
Dies wird für jede Trajektorie T1 bis Tn der Trajektorienschar TS auf jeder Kostenebene der Rasterkarte RK, das heißt auf jeder Rasterkarte RK1 bis RKx, an der gleichen Position durchgeführt. Beispielsweise werden zur Ermittlung der Kosten die Kostenwerte in den Rasterzellen RZ in der jeweiligen Rasterdarstellung RD1 bis RDx mit den Kostenwerten in den Rasterzellen RZ der jeweiligen Rasterkarte RK1 bis RKx multipliziert. Anschließend werden die Ergebnisse der einzelnen Kostenebenen mit verschiedenen Gewichten kombiniert. This is carried out for each trajectory T1 to Tn of the trajectory family TS at each cost level of the raster map RK, i.e. on each raster map RK1 to RKx, at the same position. For example, to determine the costs, the cost values in the raster cells RZ in the respective raster representation RD1 to RDx are multiplied by the cost values in the raster cells RZ of the respective raster map RK1 to RKx. The results of the individual cost levels are then combined with different weights.
Die dabei ermittelten Kosten werden durch eine Aggregations- bzw. Reduktionsfunktion, beispielsweise eine Maximumfunktion, Mittelwertfunktion oder Summenfunktion, zu einem Kostenwert für die gesamte Trajektorie T1 bis Tn verrechnet. Das heißt, für jeden Abtastpunkt A1 bis Az wird mittels der Kostenebenen ein Kostenwert für die prädizierte Situation ermittelt. Aus den über den Vorausschauhorizont ermittelten Kostenwerten wird dann ein Gesamtkostenwert ermittelt und der jeweiligen Trajektorie T1 bis Tn zugeordnet. Der Gesamtkostenwert ist dabei das Ergebnis der Trajektorienbewertung. The costs determined are calculated using an aggregation or reduction function, for example a maximum function, mean value function or sum function, to obtain a cost value for the entire trajectory T1 to Tn. This means that for each sampling point A1 to Az, a cost value for the predicted situation is determined using the cost levels. A total cost value is then determined from the cost values determined over the forecast horizon and assigned to the respective trajectory T1 to Tn. The total cost value is the result of the trajectory evaluation.
Dies wird für jede Trajektorie T1 bis Tn aus der Trajektorienschar TS durchgeführt, wobei die Trajektorie T1 bis Tn mit dem geringsten Gesamtkostenwert als optimale Trajektorie T1 bis Tn identifiziert und im automatisierten Fährbetrieb des Fahrzeugs 1 aus der Trajektorienschar TS zur Erreichung des Fahrziels ausgewählt wird. This is carried out for each trajectory T1 to Tn from the set of trajectories TS, whereby the trajectory T1 to Tn with the lowest total cost value is identified as the optimal trajectory T1 to Tn and is selected from the set of trajectories TS in the automated ferry operation of the vehicle 1 to achieve the destination.
Zusammenfassend kann der Verlauf des zuvor beschriebenen Verfahren kurz wie folgend beschrieben werden: In summary, the course of the procedure described above can be briefly described as follows:
- Auswahlen der entsprechenden Rasterdarstellung RD1 bis RDx für eine angefragte Orientierung des Fahrzeugs 1. - Transformation der ausgewählten Rasterdarstellung RD1 bis RDx an die der eigentlichen Position nächstgelegene ganzzahlige Position auf der entsprechenden Rasterkarte RK1 bis RKx. - Selection of the corresponding grid representation RD1 to RDx for a requested orientation of vehicle 1. - Transformation of the selected raster representation RD1 to RDx to the integer position closest to the actual position on the corresponding raster map RK1 to RKx.
- Auswahl der zeitabhängigen Kostenebenen entsprechend einem Zeitstempel.- Selection of time-dependent cost levels according to a timestamp.
- Falten der Rasterzellen RZ der Kostenebenen mit den Rasterzellen innerhalb der transformierten Rasterdarstellungen RD1 bis RDx des Fahrzeugs 1. - Folding the grid cells RZ of the cost levels with the grid cells within the transformed grid representations RD1 to RDx of vehicle 1.
- Anwenden der Reduktionsfunktion auf die einzelnen Faltungsergebnisse. - Apply the reduction function to the individual convolution results.
- Die gewichtete Summe über die Ergebnisse der Reduktionsfunktionen ergibt die Kosten. - The weighted sum of the results of the reduction functions gives the costs.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Bewertung von T rajektorien (T 1 bis T n) einer vorgegebenen Trajektorienschar (TS) für ein Fahrzeug (1), wobei Claims Method for evaluating trajectories (T 1 to T n) of a predetermined set of trajectories (TS) for a vehicle (1), where
- für alle T rajektorien (T 1 bis T n) der T rajektorienschar (TS) jeweils an vorgegebenen vorausliegenden Abtastpunkten (A1 bis Az) auf der jeweiligen Trajektorie (T1 bis Tn) eine an einem jeweiligen Abtastpunkt (A1 bis Az) erwartete Situation in einer Rasterkarte (RK, RK1 bis RKx) prädiziert wird,- for all trajectories (T 1 to T n) of the trajectory family (TS), a situation expected at a respective sampling point (A1 to Az) is predicted in a raster map (RK, RK1 to RKx) at predetermined preceding sampling points (A1 to Az) on the respective trajectory (T1 to Tn),
- die Rasterkarte (RK) mehrlagig aufgebaut ist und für verschiedene vorgegebene Aufgaben des Fahrzeugs (1) jeweils eine Kostenebene aufweist, in deren Rasterzellen (RZ) Kosten für die jeweilige Aufgabe eingetragen sind, - the grid map (RK) is constructed in multiple layers and has a cost level for various specified tasks of the vehicle (1), in whose grid cells (RZ) costs for the respective task are entered,
- die Kosten ein Maß angeben, in welchem Umfang die jeweilige Aufgabe am Ort der jeweiligen Rasterzelle (RZ) erfüllt wird, - the costs indicate the extent to which the respective task is fulfilled at the location of the respective grid cell (RZ),
- einer Erfüllung der jeweiligen Aufgabe in größerem Umfang geringere Kosten als einer Erfüllung der Aufgabe mit kleinerem Umfang zugewiesen werden, - lower costs are allocated to the performance of the respective task on a larger scale than to the performance of the task on a smaller scale,
- für jeden Abtastpunkt (A1 bis Az) auf jeder Kostenebene ein Kostenwert für die prädizierte Situation ermittelt wird, wobei die Ermittlung der Kostenwerte auf einer Faltung von Rasterzellen (RZ) der jeweiligen Kostenebene mit entsprechend gleich positionierten Rasterzellen (RZ) einer für den jeweiligen Abtastpunkt (A1 bis Az) approximierten Rasterdarstellung (RD1 bis RDx) des Fahrzeugs (1) und einer Zusammenfassung der Ergebnisse der Faltung mittels einer Reduktionsformel beruht, - a cost value for the predicted situation is determined for each sampling point (A1 to Az) at each cost level, the cost values being determined on a convolution of grid cells (RZ) of the respective cost level with correspondingly equally positioned grid cells (RZ) for the respective sampling point (A1 to Az) approximated grid representation (RD1 to RDx) of the vehicle (1) and a summary of the results of the folding using a reduction formula,
- aus den über einen Vorausschauhorizont für die Abtastpunkte (A1 bis Az) der Trajektorien (T1 bis Tn) ermittelten Kostenwerten ein Gesamtkostenwert für die jeweilige Trajektorie (T1 bis Tn) ermittelt und der jeweiligen - a total cost value for the respective trajectory (T1 to Tn) is determined from the cost values determined over a look-ahead horizon for the sampling points (A1 to Az) of the trajectories (T1 to Tn) and the respective one
Trajektorie (T1 bis Tn) zugeordnet wird und - die Trajektorie (T1 bis Tn) mit dem geringsten Gesamtkostenwert als optimale Trajektorie (T1 bis Tn) aus der Trajektorienschar (TS) identifiziert wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasterdarstellung (RD) des Fahrzeugs (1) mehrlagig ausgeführt ist. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene Kostenebenen der Rasterkarte (RK) verschiedene Lagen der Rasterdarstellungen (RD1 bis RDx) des Fahrzeugs (1) bei der Faltung verwendet werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass trajectory (T1 to Tn) and - the trajectory (T1 to Tn) with the lowest total cost value is identified as the optimal trajectory (T1 to Tn) from the trajectory family (TS). Method according to claim 1, characterized in that the raster representation (RD) of the vehicle (1) is designed in multiple layers. Method according to claim 2, characterized in that for different cost levels of the raster map (RK), different layers of the raster representations (RD1 to RDx) of the vehicle (1) are used in the folding. Method according to one of the preceding claims, characterized in that
- an dem jeweiligen Abtastpunkt (A1 bis Az) eine einer Orientierung des Fahrzeugs (1) an diesem Abtastpunkt (A1 bis Az) entsprechende Rasterdarstellung (RD1 bis RDx) ausgewählt wird und - at the respective sampling point (A1 to Az) a raster representation (RD1 to RDx) corresponding to an orientation of the vehicle (1) at this sampling point (A1 to Az) is selected and
- die gewählte Rasterdarstellung (RD1 bis RDx) an eine zur realen Position des Fahrzeugs (1) nächstgelegene ganzzahlige Position auf der - the selected raster representation (RD1 to RDx) to an integer position on the map closest to the real position of the vehicle (1)
Rasterkarte (RK1 bis RKx) transformiert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass als Reduktionsfunktion eine Summenfunktion und/oder eine Mittelwertfunktion und/oder eine Maximalwertfunktion verwendet werden oder wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Gesamtkosten die Kostenwerte der Kostenebenen jeweils gewichtet werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufgaben des Fahrzeugs (1) aus Raster map (RK1 to RKx) is transformed. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a sum function and/or a mean value function and/or a maximum value function are used as the reduction function. Method according to one of the preceding claims, characterized in that when determining the total costs, the cost values of the cost levels are each weighted. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the tasks of the vehicle (1) consist of
- einer statischen Welt und/oder - a static world and/or
- einer dynamischen Welt und/oder - a dynamic world and/or
- Verkehrsregeln abgeleitet werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Aufgaben des Fahrzeugs (1) - Traffic rules be derived. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the tasks of the vehicle (1)
- sicherheitsrelevante Aufgaben und/oder - security-related tasks and/or
- für eine Beachtung von Verkehrsregeln relevante Aufgaben und/oder - tasks relevant to compliance with traffic rules and/or
- einen Komfort von Fahrzeuginsassen betreffende Aufgaben und/oder - tasks concerning the comfort of vehicle occupants and/or
- eine Effizienz des Fahrzeugs (1) betreffende Aufgaben vorgegeben werden. Verfahren zum Betrieb eines automatisiert betriebenen Fahrzeugs (1), wobei- tasks relating to the efficiency of the vehicle (1) are specified. Method for operating an automated vehicle (1), wherein
- in Abhängigkeit einer Umgebungssituation des Fahrzeugs (1) eine Trajektorienschar (TS) mit mehreren potenziellen Trajektorien (T1 bis Tn) zur Erreichung eines vorgegebenen Ziels des Fahrzeugs (1) gebildet wird und- Depending on an environmental situation of the vehicle (1), a set of trajectories (TS) with several potential trajectories (T1 to Tn) is formed to achieve a predetermined goal of the vehicle (1) and
- in einem automatisierten Fährbetrieb des Fahrzeugs (1) aus der Trajektorienschar (TS) eine optimale Trajektorie (T1 bis Tn) zur Erreichung des Ziels gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgewählt wird. - in an automated ferry operation of the vehicle (1), an optimal trajectory (T1 to Tn) for reaching the destination is selected from the set of trajectories (TS) according to a method according to one of the preceding claims.
PCT/EP2023/072436 2022-09-27 2023-08-15 Method for assessing trajectories of a trajectory group, and method for operating a vehicle WO2024068125A1 (en)

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