DE102015223480A1

DE102015223480A1 - Verfahren zur adaptiven Bahnplanung und/oder Bahnführung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102015223480A1
Application number: DE102015223480.0A
Authority: DE
Inventors: Hayet Chaari; Alexander Augst; Christian Klinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-11-26
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2017-06-01

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Durchführung einer Bahnplanung und/oder Bahnführung für ein Fahrzeug beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Information bezüglich einer Fahrsituation des Fahrzeugs. Außerdem umfasst das Verfahren das Durchführen einer wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung, einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung oder einer kombinierten weg- und zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung in Abhängigkeit von der Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Planung und/oder Ausführung einer Bewegungs-Trajektorie für ein Fahrzeug.
Die Realisierung eines teil- oder hochautomatisierten Fahrbetriebs eines Fahrzeugs (insbesondere eines Straßen-Kraftfahrzeugs) wird derzeit verstärkt vorangetrieben. Ein zentraler Aspekt des teil- oder hochautomatisierten Fahrbetriebs ist die Planung einer möglichst optimalen Trajektorie des Fahrzeugs, durch die Kollisionen mit anderen Verkehrsteilnehmern vermieden werden. Beispielhafte Trajektorien sind eine Ausweichtrajektorie, eine Trajektorie für eine Folgefahrt und/oder eine Trajektorie für einen Fahrspurwechsel.
Es gibt unterschiedliche Verfahren, um eine Trajektorie für ein Fahrzeug zu ermitteln und beispielsweise durch Ansteuerung von Aktoren des Fahrzeugs umzusetzen. Diese Verfahren unterscheiden sich insbesondere in Bezug auf Komplexität und Effizienz der Berechnung einer Trajektorie und Präzision einer ermittelten Trajektorie.
Typischerweise kann keines der zugrundeliegenden Berechnungsmethoden oder (mathematischen) Modelle eine absolut genaue Trajektorie oder entsprechende Steuerungssignale für die entsprechende Fahrwerksansteuerung (unter allen Bedingungen) liefern. Die Gründe dafür können, z. B. teilweise in äußerst komplexen realen physikalischen Gegebenheiten des Fahrzeugs oder in den Rundungsfehlern bei der Ausführung entsprechender Verfahrensschritte hegen.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Verfahren zur Durchführung einer Bahnplanung und/oder Bahnführung, insbesondere zur Ermittlung und/oder Ausführung einer Trajektorie, für ein Fahrzeug bereitzustellen, das für unterschiedliche Fahrsituationen die Ermittlung und/oder Ausführung von präzisen Trajektorien ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u. a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Durchführung einer Bahnplanung und/oder Bahnführung für ein Fahrzeug beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Information bezüglich einer Fahrsituation des Fahrzeugs. Die Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs kann dabei ein oder mehrere Eigenschaften der Fahrsituation beschreiben. Insbesondere kann die Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs umfassen: eine aktuelle und/oder eine prädizierte Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs; eine aktuelle und/oder eine prädizierte Längs- und/oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs; eine Einstellung eines Fahrwerks des Fahrzeugs; eine Bereifung des Fahrzeugs; eine Beladesituation des Fahrzeugs; Information in Bezug auf einen Anhänger des Fahrzeugs; Information in Bezug auf ein aktuelles und/oder ein prädiziertes Fahrmanöver des Fahrzeugs; und/oder Information in Bezug auf ein oder mehrere Verkehrsteilnehmer in einem Umfeld des Fahrzeugs.
Das Verfahren umfasst weiter das Durchführen einer wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung, einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung oder einer kombinierten weg- und zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung, in Abhängigkeit von der Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs. Insbesondere kann in Abhängigkeit von der Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs eine (reine) wegbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung, eine (reine) zeitbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung oder eine kombinierte weg- und zweitbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung durchgeführt werden.
Eine wegbasierte Bahnplanung, eine zeitbasierte Bahnplanung oder einer kombinierten weg- und zeitbasierten Bahnplanung kann das Ermitteln der Zielwerte einer Trajektorie (z. B. als ein Polynom oder als eine Vielzahl von Zielwerten) umfassen. Eine wegbasierte Bahnführung, eine zeitbasierte Bahnführung oder einer kombinierten weg- und zeitbasierten Bahnführung kann das Ermitteln der Parameter, insbesondere der Steuerungsparameter, zur Ausführung einer Trajektorie (z. B. das Bereitstellen von Steuerungssignalen zum Ansteuern des Fahrwerks des Fahrzeugs) umfassen.
Dabei kann im Rahmen einer wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung eine wegbasierte Trajektorie ermittelt werden, die eine Soll-Trajektorie für das Fahrzeug als Funktion der vom Fahrzeug zurückgelegten Fahrstrecke (ausgehend von einem Anfangsort bzw. von einem lokalen Referenzort) beschreibt. Insbesondere können dabei auch ein oder mehrere weitere Größen als eine raumbezogene Funktion, insbesondere als eine Ortsfunktion, ermittelt und/oder für die eine Steuerung eines Fahrerassistenzsystems des Fahrzeugs bereitgestellt werden.
Im Rahmen einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung kann eine zeitbasierte Trajektorie ermittelt werden, die eine Soll-Trajektorie für das Fahrzeug als Funktion der Zeit (ausgehend von einem Anfangszeitpunkt bzw. von einem Referenzzeitpunkt) beschreibt. Insbesondere können dabei ein oder mehrere weitere Größen als eine zeitbezogene Funktion, insbesondere bezogen auf einen fahrzeuginternen Zeitwert oder auf relative Zeitintervallwerte, ermittelt und/oder für die Steuerung eines Fahrerassistenzsystems des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Dabei können auch die Steuerungssignale für die Ausführung einer gewünschten Trajektorie in einer zeitbasierten Form ermittelt oder bereitgestellt werden.
Im Rahmen einer kombinierten weg- und zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung kann, basierend auf der wegbasierten Trajektorie und basierend auf der zeitbasierten Trajektorie, eine kombinierte Trajektorie ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Parameter der Trajektorie als eine ortsbezogene (raumbezogene) Funktion und zumindest ein weiterer Parameter der Trajektorie als eine zeitbezogene Funktion ermittelt werden. Dabei können auch einige der Parameter der Steuerungssignale für die Ausführung einer gewünschten Trajektorie in einer wegbasierten Form ermittelt oder bereitgestellt werden, während andere Parameter der Steuerungssignale für die Ausführung einer gewünschten Trajektorie in einer zeitbasierten Form ermittelt oder bereitgestellt werden.
Als Trajektorie des Fahrzeugs kann dabei ggf. ein Verhältnis zwischen einer Querführung des Fahrzeugs, insbesondere in Bezug auf eine vorgegebene oder ebenfalls gesteuerte Längsführung des Fahrzeugs, verstanden werden. Insbesondere kann sich die Fahrzeugtrajektorie auf eine Bewegung des Fahrzeugs im Rahmen der Durchführung eines Manövers, wie z. B. Einparken, Wenden, U-Turn, Spurwechsel, Kurvendurchfahrt, Ausweichmanöver, etc. beziehen. Insbesondere kann sich die Trajektorie auf lokale Gegebenheiten, auf die nahe Zukunft oder auf Distanzen beziehen, die die Abmessungen des Fahrzeugs nicht um mehr als ein 10-faches oder 100-faches übersteigen. Bei einer derartigen „lokalen” Bahnplanung und/oder Bahnführung können im Vergleich zu einer relativ „globalen” Bahnplanung und/oder Bahnführung andere fahrzeugspezifischen Aspekte in den Vordergrund treten. Das im Verfahren vorgesehene Variieren der Methoden zur Bahnplanung und/oder Bahnführung ist besonders vorteilhaft für die „lokale” Bahnplanung und/oder Bahnführung.
Der gewählte Typ der Bahnplanung und/oder Bahnführung hängt dabei von der Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs ab. Insbesondere kann ein Übergang zwischen einer (reinen) wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung und einer (reinen) zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung von der Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs abhängen. Der Übergang kann dabei fließend, mittels einer kombinierten weg- und zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung, erfolgen. So kann in jeder Fahrsituation eine optimale Soll-Trajektorie zur (zumindest teilautomatisierten) Führung des Fahrzeugs bestimmt werden.
Besonders bevorzugt wird zumindest ein Übergang zwischen einer wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung, einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung, oder einer kombinierten weg- und zeitbasierten. Bahnplanung abhängig von der ermittelten Information über die Fahrsituation des Fahrzeugs gesteuert. Vorteilhafterweise werden dabei ein oder mehrere Übergänge abhängig von denselben oder unterschiedlichen Aspekten der ermittelten Information über die Fahrsituation des Fahrzeugs gesteuert.
Das Verfahren kann das Ermitteln von Umfelddaten bezüglich eines Umfelds des Fahrzeugs umfassen. Die Umfelddaten können z. B. anhand von ein oder mehreren Umfeldsensoren des Fahrzeugs und/oder auf Basis von ein oder mehreren Fahrzeug-externen Sensoren und/oder von einem entfernten Server bereitgestellt werden. Die Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs kann dann von den Umfelddaten abhängen. Durch Berücksichtigung von Umfelddaten kann die Präzision der Bahnplanung und/oder Bahnführung weiter erhöht werden.
Das Durchführen einer kombinierten weg- und zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung kann das Ermitteln einer Zuordnungsfunktion umfassen, die anzeigt, wie aus einer wegbasierten Trajektorie der wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung und/oder aus einer zeitbasierten Trajektorie der zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung eine kombinierte Trajektorie für die kombinierte weg- und zeitbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung ermittelt wird. Die Zuordnungsfunktion kann ein oder mehrere Parameter umfassen, wobei die ein oder mehreren Parameter von der Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs abhängen können. Die kombinierte Trajektorie kann dann in Abhängigkeit von der Zuordnungsfunktion ermittelt werden. Insbesondere kann die kombinierte Trajektorie auf Basis der wegbasierten Trajektorie und auf Basis der zeitbasierten Trajektorie ermittelt werden, z. B. als eine Kombination der wegbasierten Trajektorie und der zeitbasierten Trajektorie. Eine beispielhafte Zuordnungsfunktion entspricht einem gewichteten Mittel zwischen der wegbasierten Trajektorie und der zeitbasierten Trajektorie.
Das Verfahren kann das Ermitteln von Lerndaten umfassen. Die Lerndaten können dabei von einer Güte von ein oder mehreren Bahnplanungen und/oder Bahnführungen abhängen, die in der Vergangenheit für das Fahrzeug und/oder für ein anderes Fahrzeug durchgeführt wurden. Das Durchführen einer wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung, einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung oder einer kombinierten weg- und zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung kann dann in Abhängigkeit von den Lerndaten erfolgen. So kann die Präzision der Bahnplanung und/oder Bahnführung weiter erhöht werden. Insbesondere kann so die Güte der Bahnplanung und/oder Bahnführung erhöht werden. Die Güte kann dabei auch eine erforderliche Rechenleistung, z. B. eine benötigte Rechenzeit auf einer Recheneinheit umfassen, oder auf diese mathematisch bezogen werden.
Die Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs kann auch die Straßenart oder Fahrflächenart anzeigen, auf der sich das Fahrzeug befindet. Dabei kann eine zeitbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung, eine wegbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung oder ein kombinierte Bahnplanung und/oder Bahnführung durchgeführt werden, abhängig von der Straßenart oder Fahrflächenart, insbesondere abhängig davon, ob die Bahnplanung und/oder Bahnführung des Fahrzeugs eine Landstraße, eine baulich getrennte Straße, eine Parkfläche oder ein Offroad-Gelände betrifft.
Die Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs kann auch die Positionsinformation des Fahrzeugs, insbesondere die globalen (z. B. GPS) Koordinaten umfassen. Die Positionsinformation kann auch lokale Positionsdaten, insbesondere die Positionsdaten des Fahrzeugs relativ zu Straßenmarkierungen, Kreuzungen, Fahrbahnbegrenzungen, Bordsteinen oder sonstigen markanten Objekten umfassen.
Besonders bevorzugt können dabei bei einem einmaligen oder mehrmaligen Befahren eines Straßen- oder Fahrflächenabschnitts durch ein oder mehrere Fahrzeuge Lerndaten erzeugt werden, die auch einen Bezug oder eine Zuordnung zu einer Positionsinformation umfassen. Solche Lerndaten können vorteilhafterweise in einer beabstandet befindlichen Recheneinheit, z. B. in einem Backend-Rechner, mit weiteren Daten oder mit Daten aus anderen Fahrzeugen aggregiert und/oder für weitere Nutzer bereitgestellt werden.
Die Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs kann anzeigen, das im Rahmen der Bahnplanung und/oder Bahnführung eine Trajektorie für die Längsführung des Fahrzeugs ermittelt werden soll; das im Rahmen der Bahnplanung und/oder Bahnführung eine Trajektorie für die Querführung des Fahrzeugs ermittelt werden soll; das im Rahmen der Bahnplanung und/oder Bahnführung eine Trajektorie für eine Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs ermittelt werden soll; und/oder das im Rahmen der Bahnplanung und/oder Bahnführung eine Trajektorie für eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs ermittelt werden soll. Die Durchführung der Bahnplanung und/oder Bahnführung kann somit davon abhängen, für welchen Typ von Fahrmanöver eine Trajektorie zu ermitteln ist. So kann die Präzision der Bahnplanung und/oder Bahnführung weiter erhöht werden.
Die Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs kann anzeigen, das im Rahmen der Bahnplanung und/oder Bahnführung eine Trajektorie für einen Übergang zwischen einer teilweise automatisierten Fahrt und einem teilweise automatisierten Park- bzw. Rangiervorgang des Fahrzeugs ermittelt werden soll. Es kann somit eine Trajektorie für einen Übergang zwischen unterschiedlichen Typen von Fahrmanövern ermittelt werden. Das in diesem Dokument beschriebene Verfahren ermöglicht es, auch für derartige Situationen eine präzise Soll-Trajektorie zu ermitteln.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuereinheit oder ein Steuergerät, beschrieben, die eingerichtet ist, das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (z. B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm, insbesondere ein Computerprogrammprodukt, beschrieben. Das Computerprogramm kann ggf. direkt in den internen Speicher einer digitalen Vorrichtung (insbesondere einer elektronischen Steuereinheit eines Fahrerassistenzsystems in einem Fahrzeug mit einer Recheneinheit) geladen werden. Desweiteren kann das Computerprogramm Softwarecodeabschnitte umfassen, mit denen die Schritte des Verfahrens gemäß einem der beschriebenen Verfahrensansprüche ausgeführt werden, wenn das Computerprodukt auf der digitalen Vorrichtung läuft.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
1 eine beispielhafte Verkehrssituation, die die Planung einer Trajektorie zur Durchführung eines Fahrmanövers erfordert;
2 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung einer Trajektorie;
3 einen beispielhaften Übergangsbereich zwischen einer wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung und einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung; und
4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Durchführung einer Bahnplanung und/oder Bahnführung.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der technischen Aufgabe für unterschiedliche Fahrsituationen (insbesondere für unterschiedliche Fahrgeschwindigkeiten) eine präzise Trajektorie für ein Fahrzeug (welches auch als Ego-Fahrzeug bezeichnet wird) zu ermitteln. In diesem Zusammenhang zeigt 1 eine beispielhafte Verkehrssituation. Das Ego-Fahrzeug 100 fährt auf einer mehrspurigen Fahrbahn 101. Ein Fahrzeug 103 auf der gleichen Fahrspur der Fahrbahn 101 vor dem Ego-Fahrzeug 100 (d. h. ein Fahrzeug 103 auf der Ego-Fahrspur) kann eine relativ geringe Fahrgeschwindigkeit aufweisen. Das Ego-Fahrzeug 100 hat dann z. B. die Möglichkeit auf der Ego-Fahrspur zu verbleiben und gemäß einer Trajektorie 112 abzubremsen oder ein Überholmanöver durchzuführen und entlang einer anderen Trajektorie 112 die Fahrspur zu wechseln, um das Fahrzeug 102 zu überholen. Dabei ist eine Kollision mit anderen Fahrzeugen 102, 104 zu vermeiden.
Zur Durchführung der in 1 dargestellten Manöver kann eine Steuereinheit des Ego-Fahrzeugs 100 eine Trajektorie 112 ermitteln, die ein oder mehrere Randbedingungen erfüllt. Bei der Ermittlung einer Trajektorie 112 können u. a. fahrdynamische Aspekte berücksichtigt werden. Insbesondere kann in Abhängigkeit von ein oder mehreren Fahrzeugparametern und/oder in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrsituation eine Trajektorie 112 ermittelt werden, die mit dem Fahrzeug 100 realistisch gefahren werden kann. Dabei kann eine vom Fahrzeug 100 umsetzbare Krümmung berücksichtigt werden. Weitere Beispiele für Fahrzeugparameter, die berücksichtigt werden können, sind eine (bei der aktuellen Fahrsituation umsetzbare) Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs 100. Die ein oder mehreren Fahrzeugparameter können in einem Fahrzeug-Modell berücksichtigt werden.
Desweiteren wird eine Trajektorie 112 typischerweise derart ermittelt, dass mit der Trajektorie 112 eine Kollision mit den detektierten Objekten 102, 103, 104 im Umfeld des Ego-Fahrzeugs 100 vermieden werden kann. Beispielsweise kann eine Kollisionswahrscheinlichkeit für eine Vielzahl von möglichen Trajektorien 112 ermittelt werden, und es kann die mögliche Trajektorie 112 mit der geringsten Kollisionswahrscheinlichkeit als Trajektorie 112 ausgewählt werden, mit der das Fahrmanöver durchgeführt wird.
Die so ermittelte Trajektorie 112 kann dann an ein oder mehrere Regler für die Querführung/Längsführung des Fahrzeugs 100 übergeben werden. Insbesondere kann ein Bahnführungsregler verwendet werden, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug 100 entlang der ermittelten Trajektorie 112 fährt. Desweiteren kann ein Fahrzeugführungsregler dafür sorgen, dass die dafür erforderlichen Brems-/Beschleunigungs-/Lenkmomente erbracht werden.
Zur Ermittlung einer Soll-Trajektorie 112 für ein Fahrzeug 100 wird typischerweise ein Fahrzeug-Modell betrachtet, das beschreibt, wie ein Zustand des Fahrzeugs 100 aufgrund der Eigenschaften des Fahrzeugs und ggf. aufgrund ein oder mehrerer äußerer Einflussgrößen verändert wird. Der Zustand des Fahrzeugs 100 kann dabei unter anderen die Position des Fahrzeugs umfassen. Darüber hinaus umfasst der Zustand des Fahrzeugs 100 typischerweise weitere Zustandsgrößen, wie z. B. die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und/oder den Ruck des Fahrzeugs 100.
Ausgehend von einem Anfangszustand (d. h. ausgehend von einer Ausgangssituation des Fahrzeugs 100) und basierend auf dem Fahrzeug-Modell kann dann eine Abfolge von Zuständen ermittelt werden, durch die eine bestimmte Kostenfunktion reduziert, insbesondere minimiert, wird. Diese Abfolgen von Zuständen beschreibt dabei eine Trajektorie 112 für das Fahrzeug 100.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zur Ermittlung einer Trajektorie für die Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs 100. Das Verfahren 200 umfasst das Ermitteln 201 von Anfangswerten bzw. Anfangsbedingungen x(0) = x₀ für eine Mehrzahl von Zustandsgrößen x des Fahrzeugs 100. Die Mehrzahl von Zustandsgrößen kann dabei insbesondere eine Position x₁(n) des Fahrzeugs 100, eine Geschwindigkeit ẋ₁(n) des Fahrzeugs 100, eine Beschleunigung ẍ₁(n) des Fahrzeugs 100 und/oder einen Ruck x₁ ⁽³⁾(n) des Fahrzeugs 100 umfassen. Dabei gibt x₁ ⁽³⁾(n) die dritte Ableitung der Position x₁(n) des Fahrzeugs 100 an. Die Anfangswerte für den Zustand des Fahrzeugs 100 können auf Basis von Sensordaten von ein oder mehreren Sensoren des Fahrzeugs 100 ermittelt werden.
Das Verfahren 200 umfasst außerdem das Ermitteln 202 von Endwerten x(n_f) an einem Endpunkt n_f für die Mehrzahl von Zustandsgrößen x des Fahrzeugs 100. Die Endwerte für den Zustand des Fahrzeugs 100 können dabei von einer Fahrzeugfunktion vorgegeben werden (z. B. um einem bestimmten Hindernis auszuweichen). Außerdem umfasst das Verfahren 200 das Bestimmen 203 einer Längs- und/oder Quer-Trajektorie auf Basis der Anfangswerte x(0) = x₀, der Endwerte x(n_f), dem Endpunkt n_f und auf Basis von einem Fahrzeug-Modell, das die Dynamik des Fahrzeugs 100 beschreibt.
Zur Ermittlung einer optimalen Längs- und/oder Quer-Trajektorie 112 (im Sinne einer bestimmten Kostenfunktion J) können die Werte der Kostenfunktion J für Trajektorien mit unterschiedlichen Endpunkten n_f und/oder mit unterschiedlichen Endwerten x(n_f) der Mehrzahl von Zustandsgrößen ermittelt werden. Es kann dann die (Zustands-)Trajektorie ausgewählt werden, die die Kostenfunktion J optimiert (z. B. minimiert). Desweiteren kann überprüft werden, ob ein oder mehrere Nebenbedingungen erfüllt werden. Die Nebenbedingungen können dabei nachgelagert an die Optimierung berücksichtigt werden. Dazu kann die im Sinne der Kostenfunktion J beste Trajektorie ausgewählt und auf Einhaltung der Nebenbedingungen geprüft werden. Werden die Nebenbedingungen eingehalten wird die Trajektorie umgesetzt. Andernfalls wird die nächstbeste Trajektorie ausgewählt und auf die Nebenbedingungen überprüft. Dieses Vorgehen wird solange angewandt bis eine optimale Lösung gefunden wird, die die Nebenbedingungen erfüllt.
Eine Trajektorie 112 für ein Fahrzeug 100 kann als wegbasierte Funktion oder als zeitbasierte Funktion beschrieben werden. Insbesondere kann der Verlauf der Zustandsgrößen x(n) als Funktion des von dem Fahrzeug 100 zurückgelegten Weges n = z (wobei z den von dem Fahrzeug 100 zurückgelegten Weg bzw. die zurückgelegte Strecke darstellt) oder als Funktion der Zeit n = t beschrieben werden. Dabei hat sich gezeigt, dass insbesondere bei relativ niedrigen Fahrgeschwindigkeiten des Fahrzeugs 100 (z. B. bei Fahrgeschwindigkeiten bis zu 25 km/h) eine wegbasierte Beschreibung der Trajektorie 112 vorteilhaft ist. Andererseits ist bei höheren Fahrgeschwindigkeiten meist eine zeitbasierte Beschreibung der Trajektorie 112 vorteilhaft.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur Ermittlung einer Trajektorie 112 für ein Fahrzeug 100, d. h. zur Durchführung einer Bahnplanung und/oder Bahnführung für ein Fahrzeug 100. Das Verfahren 400 umfasst das Ermitteln 401 von Information bezüglich einer Fahrsituation des Fahrzeugs 100. Die Information bezüglich der Fahrsituation kann dabei insbesondere die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100 umfassen. Außerdem umfasst das Verfahren 400 das Durchführen einer (reinen) wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung (d. h. das Ermitteln einer (reinen) wegbasierten Trajektorie 112), das Durchführen einer (reinen) zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung (d. h. das Ermitteln einer (reinen) zeitbasierten Trajektorie 112) oder das Durchführen einer kombinierten weg- und zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung (d. h. das Ermitteln einer Kombination aus einer weg- und zeitbasierten Trajektorie 112) in Abhängigkeit von der Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs 100.
Durch das Verfahren 400 kann, in Abhängigkeit von der Information bezüglich der Fahrsituation, eine optimale Bahnplanung und/oder Bahnführung durchgeführt werden. Insbesondere ermöglicht das Verfahren 400 eine adaptive Kombination von wegbasierter Bahnplanung und/oder Bahnführung und zeitbasierter Bahnplanung und/oder Bahnführung. Dabei kann auch ein fließender Übergang zwischen der wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung und der zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung erfolgen (durch eine kombinierte weg- und zeitbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung). So kann die Präzision der Bahnplanung und/oder Bahnführung eines Fahrzeugs 100 bei unterschiedlichen Fahrsituationen erhöht werden.
Durch das Verfahren 400 werden somit die Vorteile einer wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung und einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung adaptiv kombiniert. Insbesondere kann der Übergang zwischen den beiden Berechnungsmethoden adaptiv und ggf. fließend erfolgen. Dabei kann z. B. abhängig von einer im Voraus ermittelten Situation in der nahen Zukunft eine optimale Bahnplanung und/oder Bahnführung durchgeführt werden.
Es wird somit ein Verfahren 400 zur adaptiven Bahnplanung und/oder Bahnführung eines Fahrzeugs 100 beschrieben. Bei dem Verfahren 400 erfolgt ein Übergang zwischen einer wegbasierten und einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung des Fahrzeugs 100 adaptiv, abhängig von vorausbestimmten Kriterien, insbesondere abhängig von Information bezüglich einer Fahrsituation des Fahrzeugs 100. Dabei wird im Rahmen einer wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung die Ziel- oder Soll-Trajektorie 112 des Fahrzeugs 100 als eine Funktion der Strecke beschrieben. Bei der zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung wird die Ziel- oder Soll-Trajektorie 112 des Fahrzeugs 100 als eine Funktion der Zeit beschrieben. Die mit dem Verfahren 400 ermittelte Trajektorie 112 kann für ein unterstütztes oder zumindest teilautomatisiertes Fahren des Fahrzeugs 100 verwendet werden.
Die vorausbestimmten Kriterien können z. B. von folgenden Aspekten abhängen. Mit anderen Worten, die Information bezüglich der Fahrsituation kann z. B. folgende Aspekte anzeigen: einen aktuellen und/oder einen für die nahe Zukunft vorausermittelten Beschleunigungswert des Fahrzeugs 100; und/oder eine aktuelle und/oder eine für die nahe Zukunft vorausermittelte Lenkbetätigung bzw. Querbeschleunigung des Fahrzeugs 100; und/oder Information aus einer (insbesondere sensorbasierten) Umfelderkennung des Fahrzeugs 100 (z. B. befahrbare bzw. nicht-befahrbare Bereiche im Umfeld des Fahrzeugs 100, eine Position einer möglichen Gefahrenquelle, etc.).
Alternativ oder ergänzend können die vorausbestimmten Kriterien z. B. von folgenden Aspekten abhängen. Mit anderen Worten, die Information bezüglich der Fahrsituation kann z. B. folgende Aspekte anzeigen: eine aktuelle Einstellung des Fahrwerks des Fahrzeugs 100, z. B. die aktive Stellung eines Fahrerlebnisschalters oder sonstiger damit verbundener Einstellmöglichkeiten; und/oder aktuelle Fahrwerkseigenschaften, die von den aktuellen Außenbedingungen (z. B. Temperatur, etc.) anhängig sein können (z. B. Winter- oder Sommerreifen); und/oder eine Beladung des Fahrzeugs 100 oder eine Gewichtsverteilung innerhalb des Fahrzeugs 100; und/oder einen Anhängerbetrieb des Fahrzeugs 100, sowie ggf. ein oder mehrere technischen Kenndaten des Anhängers (Gewicht, Abmessungen, Manövrierfähigkeit, etc.).
Alternativ oder ergänzend können die vorausbestimmten Kriterien z. B. von folgenden Aspekten abhängen. Mit anderen Worten, die Information bezüglich der Fahrsituation kann z. B. folgende Aspekte anzeigen: eine ermittelte oder geschätzte Manöverabsicht oder Manöverwahrscheinlichkeit des Fahrers oder eines Fahrzeugsystems des Fahrzeugs 100; und/oder eine automatische Situationserkennung bzw. Situationsauswertung bezogen auf das Fahrzeug 100 und ggf. bezogen auf andere Verkehrsteilnehmer 102, 103, 104 (z. B. eine Absicht eines anderen Verkehrsteilnehmers); und/oder Daten eines mit dem Fahrzeug 100 verbundenen Backend-Rechners, eine Umgebungskarte, Verkehrsdaten (Verkehrsdichte, Aktionen anderer Fahrzeuge an derselben Stelle oder in derselben Umgebung in der Vergangenheit), etc.
Wie bereits oben dargelegt, kann eine Kombination aus einer wegbasierten und einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung erfolgen. In diesem Zusammenhang kann eine Zuordnungsfunktion bereitgestellt werden, die es ermöglicht, eine wegbasierte und eine zeitbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung zu überlagern bzw. zu kombinieren. Mit anderen Worten, es kann eine Zuordnungsfunktion bereitgestellt werden, die es ermöglicht, eine kombinierte zeit- und wegbasierte Trajektorie 112 zu ermitteln. Die Zuordnungsfunktion kann von den vorausbestimmten Kriterien bzw. von der Information bezüglich der Fahrsituation abhängig sein.
Die Zuordnungsfunktion kann einen naturwissenschaftlich ausgedrückten Zusammenhang umfassen, der beschreibt, wie die Ergebnisse aus einer wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung und die Ergebnisse aus einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung miteinander kombiniert oder jeweils korrigiert werden können, so dass sich eine optimierte resultierende Bahnplanung und/oder Bahnführung ergibt.
Das Verfahren 400 kann somit umfassen, das Ermitteln einer Zuordnungsfunktion, die eine Kombination und/oder Korrektur zumindest einer der angewandten wegbasierten und/oder zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführungen repräsentiert. Es können dann ein oder mehrere Parameter der resultierenden Bahnplanung und/oder Bahnführung, die wegbasiert und/oder zeitbasiert ermittelt wird, abhängig von der ermittelten Zuordnungsfunktion variiert werden.
Der Übergang zwischen einer wegbasierten und einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung kann zumindest einen Überlappungsbereich umfassen. In dem Überlappungsbereich können zumindest ein oder mehrere Parameter der Bahnplanung und/oder Bahnführung sowohl auf Basis einer wegbasierten als auch auf Basis einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung ermittelt werden. Die endgültige Bahnplanung und/oder Bahnführung kann im Überlappungsbereich aus den jeweiligen Parametern der wegbasierten und der zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung ermittelt werden. Besonders bevorzugt werden in diesem Überlappungsbereich die sich für eine Bahnplanung und/oder Bahnführung nach beiden Verfahren ergebenden Parameter zur Minimierung jeweiliger Abweichungen zusammengerechnet. Z. B. kann zum Ermitteln der endgültigen Bahnplanung und/oder Bahnführung eine Interpolation, eine Spline-Funktion oder ein arithmetisches oder geometrisches Mittel aus einzelnen Parameter (bzw. aus den einzelnen Trajektorien 112) ermittelt werden.
3 zeigt einen beispielhaften Verlauf der Präzision 301 einer Trajektorie 112 in Abhängigkeit von der Information 302 bezüglich der Fahrsituation (insbesondere in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100). Die Präzision 301 einer Trajektorie 112 kann z. B. durch einen Wert der Kostenfunktion J der Trajektorie 112 angezeigt werden. Die wegbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung liefert in dem dargestellten Beispiel eine Präzision 304, die mit steigender Fahrgeschwindigkeit abnimmt. Andererseits liefert die zeitbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung in dem dargestellten Beispiel eine Präzision 303, die mit steigender Fahrgeschwindigkeit zunimmt. Durch eine Überlagerung beider Bahnplanung und/oder Bahnführungsverfahren kann über den gesamten Fahrgeschwindigkeit-Bereich eine hohe Präzision 305 erreicht werden.
Beispielsweise können für eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit ν des Fahrzeugs eine wegbasierte Trajektorie x_w(z) und eine zeitbasierte Trajektorie x_z(t) ermittelt werden. Eine Kombination beider Trajektorien kann z. B. durch Überlagerung der beiden Trajektorien erfolgen, wobei dabei berücksichtigt werden kann, dass z = νt. Insbesondere kann ein gewichteter Mittelwert aus beiden Trajektorien berechnet werden, um eine kombinierte weg- und zeitbasierte Trajektorie 112 zu bestimmen. Die Gewichte zur Ermittlung des Mittelwertes (d. h. die Parameter der Zuordnungsfunktion) können von der Information bezüglich der Fahrsituation bzw. von den vorausbestimmten Kriterien abhängen.
Das Verfahren 400 kann umfassen, das Ermitteln von Lerndaten, insbesondere von Lerndaten in Bezug auf das Fahrzeug 100 und/oder in Bezug auf zumindest ein anderes Fahrzeug. Parameter der weg- und/oder zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung können dann in Abhängigkeit von den ermittelten Lerndaten variiert werden. Beispielsweise können Lerndaten abhängig von der oben beschriebenen Zuordnungsfunktion (in Bezug auf das Fahrzeug 100 und/oder in Bezug auf zumindest ein anderes Fahrzeug) ermittelt werden. Dabei kann eine Unterscheidung für unterschiedliche vorausbestimmte Kriterien bzw. für unterschiedliche Information bezüglich der Fahrsituation erfolgen.
Mit anderen Worten, das Verfahren 400 kann abhängig von Lerndaten, die bei einer oder mehreren früheren Anwendungen des Verfahrens (speziell in einem Übergangsbereich zwischen zeitbasierter und wegbasierter Bahnplanung und/oder Bahnführung) ermittelt wurden, angepasst werden. Die Lerndaten können dabei z. B. auftretende Abweichungen, z. B. von bestimmten Messwerten und/oder von einem theoretisch ermittelten Optimum, bei unterschiedlichen vorliegenden Fahrsituationen, repräsentieren. Die Lerndaten können z. B. eine korrigierende Funktion repräsentieren, die eine Korrektur einer wegbasierten und/oder einer zeitbasierten oder einer kombiniert ermittelten Bahnplanung und/oder Bahnführung repräsentiert.
Der Übergang zwischen einer wegbasierten und einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung kann abhängig davon gestaltet werden, ob eine Trajektorie 112 für eine Längsführung des Fahrzeugs 100 oder für eine Querführung des Fahrzeugs 100 ermittelt werden soll. Alternativ oder ergänzend kann der Übergang zwischen einer wegbasierten und einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung abhängig davon gestaltet werden, ob eine Trajektorie 112 für eine Vorwärtsfahrt oder für eine Rückwärtsfahrt ermittelt werden soll.
Insbesondere können Parameter der resultierenden Bahnplanung und/oder Bahnführung aus der wegbasierten und der zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung derart ermittelt werden, dass für eine Längsführung des Fahrzeugs und für eine Querführung des Fahrzeugs unterschiedliche Zuordnungsfunktionen, und/oder unterschiedliche Übergangsbereiche, und/oder unterschiedliche Interpolationen der Parameter, etc., angewandt werden.
Die Bahnplanung und/oder Bahnführung, d. h. insbesondere die ermittelte Trajektorie 112, kann einen automatischen Übergang zwischen einem zumindest teilweise automatisierten Fahren und einem Parken oder Rangieren des Fahrzeugs 100 betreffen. Mit anderen Worten, das Verfahren 400 kann während eines Zeitintervalls oder im Zusammenhang des Befahrens einer Wegstrecke angewandt werden, die durch einen Übergang eines automatisierten Fahrens (innerhalb einer Stadt, Landstraße, baulich getrennten Straßen, etc.) und eines zumindest teilautomatisierten Park- oder Rangiervorgangs gekennzeichnet sind (bzw. umgekehrt). Durch den beschriebenen Übergang von wegbasierter und zeitbasierter Bahnplanung und/oder Bahnführung können (ggf. spürbare) Diskontinuitäten beim Übergang zwischen den unterschiedlichen Bahnplanung und/oder Bahnführungs-Verfahren vermieden oder zumindest reduziert werden.
Das in diesem Dokument beschriebene Verfahren 400 ermöglicht somit die Vermeidung von Diskontinuitäten bei einem Übergang zwischen einer wegbasierten und einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung (in beiden Richtungen). Durch eine kombinierte weg- und zeitbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung kann die Präzision der Bahnplanung und/oder Bahnführung, bei sonst gleichen Bedingungen, Sensorik, und/oder Hardware, erhöht werden. Somit kann eine präzise Führung eines Fahrzeugs 100 erreicht werden. Des Weiteren kann ein Übergang zwischen einem TAF-(teilautomatischen Fahren) oder HAF-(hochautomatischen Fahren)Betrieb zu einem HAP-(hochautomatischen Parken)Betrieb (oder umgekehrt) verbessert werden. Es kann somit durch das beschriebene Verfahren 400 ein erhöhter und verbesserter Automatisierungsgrad eines Fahrzeugs 100 erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Verfahren (400) zur Durchführung einer Bahnplanung und/oder Bahnführung für ein Fahrzeug (100), wobei das Verfahren (400) umfasst, – Ermitteln (401) von Information bezüglich einer Fahrsituation des Fahrzeugs (100); und – Durchführen (402) einer wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung, einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung oder einer kombinierten weg- und zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung in Abhängigkeit von der Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs (100).
Verfahren (400) gemäß Anspruch 1, wobei ein Übergang zwischen einer wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung und einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung von der Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs (100) abhängt.
Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs (100) umfasst: – eine aktuelle und/oder prädizierte Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (100); – eine aktuelle und/oder prädizierte Längs- und/oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs (100); – eine Einstellung eines Fahrwerks des Fahrzeugs (100); – eine Bereifung des Fahrzeugs (100); – eine Beladesituation des Fahrzeugs (100); – Information in Bezug auf einen Anhänger des Fahrzeugs (100); – Information in Bezug auf ein aktuelles und/oder prädiziertes Fahrmanöver des Fahrzeugs (100); und/oder – Information in Bezug auf ein oder mehrere Verkehrsteilnehmer (102, 103, 104) in einem Umfeld des Fahrzeugs (100).
Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Verfahren (400) umfasst, Ermitteln von Umfelddaten bezüglich eines Umfelds des Fahrzeugs (100); und – die Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs (100) von den Umfelddaten abhängt.
Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Durchführen einer kombinierten weg- und zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung umfasst, – Ermitteln einer Zuordnungsfunktion, die anzeigt, wie aus einer wegbasierten Trajektorie (112) der wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung und/oder aus einer zeitbasierten Trajektorie (112) der zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung eine kombinierte Trajektorie (112) für die kombinierte weg- und zeitbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung ermittelt wird; und – Ermitteln der kombinierten Trajektorie (112) in Abhängigkeit von der Zuordnungsfunktion.
Verfahren (400) gemäß Anspruch 5, wobei – die Zuordnungsfunktion ein oder mehrere Parameter umfasst; und – die ein oder mehreren Parameter von der Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs (100) abhängen.
Verfahren (400) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei die kombinierte Trajektorie (112) auf Basis der wegbasierten Trajektorie (112) und auf Basis der zeitbasierten Trajektorie (112) ermittelt wird, insbesondere als eine Kombination der wegbasierten Trajektorie (112) und der zeitbasierten Trajektorie (112).
Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Verfahren (400) umfasst, Ermitteln von Lerndaten; – die Lerndaten von einer Güte von ein oder mehreren Bahnplanungen und/oder Bahnführungen abhängen, die in der Vergangenheit für das Fahrzeug (100) und/oder für ein anderes Fahrzeug durchgeführt wurden; und – das Durchführen (402) einer wegbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung, einer zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung oder einer kombinierten weg- und zeitbasierten Bahnplanung und/oder Bahnführung in Abhängigkeit von den Lerndaten erfolgt.
Verfahren, (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs (100) anzeigt, eine Straßenart oder Fahrflächenart auf der sich das Fahrzeug (100) befindet und/oder eine Positionsinformation des Fahrzeugs.
Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs (100) anzeigt, das – im Rahmen der Bahnplanung und/oder Bahnführung eine Trajektorie (112) für die Längsführung des Fahrzeugs (100) ermittelt werden soll; – im Rahmen der Bahnplanung und/oder Bahnführung eine Trajektorie (112) für die Querführung des Fahrzeugs (100) ermittelt werden soll; – im Rahmen der Bahnplanung und/oder Bahnführung eine Trajektorie (112) für eine Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs (100) ermittelt werden soll; – im Rahmen der Bahnplanung und/oder Bahnführung eine Trajektorie (112) für eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs (100) ermittelt werden soll; und/oder – im Rahmen der Bahnplanung und/oder Bahnführung eine Trajektorie (112) für einen Übergang zwischen einer teilweise automatisierten Fahrt und einem teilweise automatisierten Park- bzw. Rangiervorgang des Fahrzeugs (100) ermittelt werden soll.
Computerprogramm, das eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Vorrichtung zur Durchführung einer Bahnplanung und/oder Bahnführung für ein Fahrzeug (100), wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, – Information bezüglich einer Fahrsituation des Fahrzeugs (100) zu ermitteln; und – in Abhängigkeit von der Information bezüglich der Fahrsituation des Fahrzeugs (100), eine wegbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung, eine zeitbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung oder eine kombinierten weg- und zeitbasierte Bahnplanung und/oder Bahnführung durchzuführen.