DE102020215536A1 - Method for controlling an actuator of a vehicle, control device and vehicle system - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Aktorik (104) eines Fahrzeugs (105). Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Empfangen von Sensordaten (108), die von einer Sensorik (102) zum Erfassen einer Umgebung und/oder eines Fahrzustands des Fahrzeugs (105) erzeugt wurden, in einem Steuergerät (100) des Fahrzeugs (105); Bestimmen einer Klothoide (114), der das Fahrzeug (105) folgen soll, in einer die Umgebung des Fahrzeugs (105) repräsentierenden digitalen Karte (112) durch Verarbeiten der Sensordaten (108), wobei eine Krümmungsänderungsrate (κ1) der Klothoide (114) bestimmt wird und Koordinaten (x(s), y(s)) der Klothoide (114) mit abhängig von der Krümmungsänderungsrate (κ1) skalierten Fresnel-Integralen (118) berechnet werden; und Erzeugen eines Steuersignals (122) zum Ansteuern der Aktorik (104) abhängig von einer Position und/oder Orientierung des Fahrzeugs (105) relativ zur Klothoide (114).The present invention relates to a method for controlling an actuator (104) of a vehicle (105). The method comprises the following steps: receiving sensor data (108) generated by a sensor system (102) for detecting an environment and/or a driving state of the vehicle (105) in a control unit (100) of the vehicle (105); Determining a clothoid (114) that the vehicle (105) should follow in a digital map (112) representing the area surrounding the vehicle (105) by processing the sensor data (108), with a rate of change of curvature (κ1) of the clothoid (114) is determined and coordinates (x(s), y(s)) of the clothoids (114) are calculated with Fresnel integrals (118) scaled as a function of the rate of change of curvature (κ1); and generating a control signal (122) for activating the actuator system (104) depending on a position and/or orientation of the vehicle (105) relative to the clothoid (114).

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Aktorik eines Fahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät, ein Fahrzeugsystem, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium zum Ausführen des genannten Verfahrens.The invention relates to a method for controlling an actuator of a vehicle. Furthermore, the invention relates to a control device, a vehicle system, a computer program and a computer-readable medium for executing the method mentioned.

Stand der TechnikState of the art

Ein Fahrzeug wie beispielsweise ein Pkw oder Lkw kann mit Fahrerassistenzfunktionen ausgestattet sein, die eine teil- oder vollautomatisierte Steuerung des Fahrzeugs ermöglichen. Hierzu können Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs mittels einer geeigneten Umfeldsensorik des Fahrzeugs erfasst und in einer digitalen Karte lokalisiert werden. Unter Berücksichtigung von Positionen, Orientierungen und/oder Objektkategorien der erfassten Objekte kann eine entsprechende Trajektorie zum Führen des Fahrzeugs in der digitalen Karte berechnet werden. Beispielsweise kann durch automatisches Ansteuern einer Aktorik des Fahrzeugs der Fahrzustand des Fahrzeugs so beeinflusst werden, dass das Fahrzeug automatisch der berechneten Trajektorie folgt.A vehicle such as a passenger car or truck can be equipped with driver assistance functions that enable the vehicle to be controlled partially or fully automatically. For this purpose, objects in the surroundings of the vehicle can be detected by means of a suitable environment sensor system of the vehicle and localized on a digital map. A corresponding trajectory for driving the vehicle can be calculated in the digital map, taking positions, orientations and/or object categories of the detected objects into account. For example, by automatically activating an actuator of the vehicle, the driving state of the vehicle can be influenced in such a way that the vehicle automatically follows the calculated trajectory.

Aus Effizienzgründen sollte die Berechnung der Trajektorie bei hinreichender Genauigkeit möglichst wenig Rechenleistung erfordern. Ferner sollten aus Komfortgründen starke Krümmungsänderungen der Trajektorie, d. h. starke Lenkwinkeländerungen des Fahrzeugs, vermieden werden.For reasons of efficiency, the calculation of the trajectory should require as little computing power as possible with sufficient accuracy. Furthermore, for reasons of comfort, strong changes in the curvature of the trajectory, i. H. strong steering angle changes of the vehicle are avoided.

Ein Beispiel für einen Algorithmus zur Berechnung von Klothoiden ist in folgendem Fachartikel beschrieben: Bertolazzi, E., Frego, M. G1 fitting with clothoids. Mathematical Methods in the Applied Sciences. March 2015, Volume 38, Issue 5, pages 881 to 897.An example of an algorithm for calculating clothoids is described in the following technical article: Bertolazzi, E., Frego, M. G1 fitting with clothoids. Mathematical Methods in the Applied Sciences. March 2015, Volume 38, Issue 5, pages 881 to 897.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Ansteuern einer Aktorik eines Fahrzeugs, ein entsprechendes Steuergerät, ein entsprechendes Fahrzeugsystem, ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Medium gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Against this background, with the approach presented here, a method for controlling an actuator system of a vehicle, a corresponding control device, a corresponding vehicle system, a corresponding computer program and a corresponding computer-readable medium are presented according to the independent claims. Advantageous developments and improvements of the approach presented here result from the description and are described in the dependent claims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine effiziente und genaue Berechnung von Klothoiden im Rahmen einer Pfad- und/oder Trajektorienplanung zur teil- oder vollautomatisierten Steuerung eines Fahrzeugs, etwa eines Kraftfahrzeugs oder eines Roboters.Embodiments of the present invention enable an efficient and accurate calculation of clothoids as part of path and/or trajectory planning for partially or fully automated control of a vehicle, such as a motor vehicle or a robot.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Ansteuern einer Aktorik eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: Empfangen von Sensordaten, die von einer Sensorik zum Erfassen einer Umgebung und/oder eines Fahrzustands des Fahrzeugs erzeugt wurden, in einem Steuergerät des Fahrzeugs; Bestimmen einer Klothoide, der das Fahrzeug folgen soll, in einer die Umgebung des Fahrzeugs repräsentierenden digitalen Karte durch Verarbeiten der Sensordaten, wobei eine Krümmungsänderungsrate der Klothoide bestimmt wird und Koordinaten der Klothoide mit abhängig von der Krümmungsänderungsrate skalierten Fresnel-Integralen berechnet werden; und Erzeugen eines Steuersignals zum Ansteuern der Aktorik abhängig von einer Position und/oder Orientierung des Fahrzeugs relativ zur Klothoide.A first aspect of the invention relates to a computer-implemented method for controlling an actuator of a vehicle. The method comprises at least the following steps: receiving in a control unit of the vehicle sensor data generated by a sensor system for detecting an environment and/or a driving state of the vehicle; determining a clothoid that the vehicle is to follow in a digital map representing the surroundings of the vehicle by processing the sensor data, wherein a rate of change of curvature of the clothoid is determined and coordinates of the clothoid are calculated with Fresnel integrals scaled as a function of the rate of change of curvature; and generating a control signal for activating the actuators depending on a position and/or orientation of the vehicle relative to the clothoid.

Das Verfahren kann beispielsweise automatisch durch einen Prozessor des Steuergeräts ausgeführt werden.The method can be executed automatically by a processor of the control device, for example.

Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, etwa in Form eines Pkw, Lkw, Busses oder eines Motorrads, sein. Im weiteren Sinn kann unter einem Fahrzeug auch ein autonomer, mobiler Roboter verstanden werden.The vehicle may be an automobile, such as a car, truck, bus, or motorcycle. In a broader sense, a vehicle can also be understood as an autonomous, mobile robot.

Die Sensorik kann mindestens einen Umfeldsensor wie beispielsweise eine Kamera, einen Radar-, Lidar- oder Ultraschallsensor und/oder mindestens einen Fahrdynamiksensor wie beispielsweise einen Beschleunigungs-, Raddrehzahl- oder Lenkradwinkelsensor aufweisen. Darüber hinaus kann die Sensorik einen Ortungssensor zur Bestimmung einer absoluten Position des Fahrzeugs mithilfe eines globalen Navigationssatellitensystems wie GPS, GLONASS o. Ä. aufweisen. Dementsprechend kann der Fahrzustand des Fahrzeugs beispielsweise durch eine Position und/oder Orientierung des Fahrzeugs in der digitalen Karte und/oder durch eine Beschleunigung, eine Geschwindigkeit und/oder einen Lenkradwinkel des Fahrzeugs definiert sein.The sensor system can have at least one environment sensor such as a camera, a radar, lidar or ultrasonic sensor and/or at least one driving dynamics sensor such as an acceleration, wheel speed or steering wheel angle sensor. In addition, the sensors can a location sensor to determine an absolute position of the vehicle using a global navigation satellite system such as GPS, GLONASS or similar. exhibit. Accordingly, the driving status of the vehicle can be defined, for example, by a position and/or orientation of the vehicle on the digital map and/or by an acceleration, a speed and/or a steering wheel angle of the vehicle.

Die Aktorik kann konfiguriert sein, um das Fahrzeug zu lenken, zu beschleunigen und/oder abzubremsen. Hierzu kann die Aktorik beispielsweise einen Lenkaktor, einen Bremsaktor, ein Motorsteuergerät, einen elektrischen Antriebsmotor oder eine Kombination aus zumindest zwei der genannten Beispiele umfassen.The actuators can be configured to steer, accelerate and/or brake the vehicle. For this purpose, the actuator can include, for example, a steering actuator, a brake actuator, a motor control unit, an electric drive motor or a combination of at least two of the examples mentioned.

Es ist möglich, dass das Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem bzw. Robotersteuersystem zum teil- oder vollautomatisierten Ansteuern der Aktorik basierend auf den Sensordaten ausgestattet ist. Das Fahrerassistenz- bzw. Robotersteuersystem kann als Hardware und/oder Software in dem Steuergerät des Fahrzeugs implementiert sein.It is possible for the vehicle to be equipped with a driver assistance system or robot control system for partially or fully automated control of the actuators based on the sensor data. The driver assistance or robot control system can be implemented as hardware and/or software in the vehicle's control unit.

Durch Verarbeiten der Sensordaten können beispielsweise Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs erkannt werden, etwa andere Verkehrsteilnehmer, Fahrbahnmarkierungen, Verkehrsschilder, Signalanlagen, Gebäude, Bewuchs usw. Hierbei können Positionen, Orientierungen und/oder Objektkategorien der Objekte relativ zum Fahrzeug über mehrere aufeinanderfolgende Zeitschritte bestimmt werden, in der digitalen Karte abgespeichert und fortlaufend aktualisiert werden. Durch Verarbeiten der Sensordaten kann ferner eine Eigenbewegung des Fahrzeugs und/oder eine Position und/oder Orientierung des Fahrzeugs in der digitalen Karte bestimmt werden, beispielsweise in geographischen Koordinaten und/oder relativ zu den Objekten in der digitalen Karte.For example, by processing the sensor data, objects in the vicinity of the vehicle can be detected, such as other road users, lane markings, traffic signs, signal systems, buildings, vegetation, etc. Positions, orientations and/or object categories of the objects relative to the vehicle can be determined over several consecutive time steps , stored in the digital map and continuously updated. Furthermore, by processing the sensor data, a movement of the vehicle itself and/or a position and/or orientation of the vehicle in the digital map can be determined, for example in geographic coordinates and/or relative to the objects in the digital map.

Zusätzlich kann die digitale Karte Informationen über in der Umgebung des Fahrzeugs geltende Verkehrsregeln enthalten, die bei der Bestimmung der Klothoide gegebenenfalls berücksichtigt werden können. Die digitale Karte kann beispielsweise als Rasterkarte realisiert sein. Möglich sind aber auch andere Kartenformen. Beispielsweise kann aus den Sensordaten ein Umgebungsmodell berechnet werden, das dann gemäß den lokal gültigen Verkehrsregeln interpretiert werden kann. Das Ergebnis dieser Interpretation kann eine Pfad- und Zeitinformation, auch Trajektorie genannt, sein, die die Bewegung des Fahrzeugs relativ zu anderen Verkehrsteilnehmern definiert. Neben kinematischen Bedingungen können bei der Definition der Bewegung des Fahrzeugs auch Komfortkriterien und/oder Kriterien für eine akzeptable Fahrstrategie berücksichtigt werden.In addition, the digital map can contain information about traffic regulations in force in the area surrounding the vehicle, which can be taken into account when determining the clothoid. The digital map can be implemented as a raster map, for example. However, other card shapes are also possible. For example, an environment model can be calculated from the sensor data, which can then be interpreted in accordance with the locally applicable traffic rules. The result of this interpretation can be path and time information, also called trajectory, which defines the movement of the vehicle relative to other road users. In addition to kinematic conditions, comfort criteria and/or criteria for an acceptable driving strategy can also be taken into account when defining the movement of the vehicle.

Unter einer Klothoide, auch Cornu-Spirale oder Spinnkurve genannt, kann eine Kurve verstanden werden, deren Krümmung an jeder Stelle proportional zur Länge der Kurve bis zu dieser Stelle ist. Die Klothoide kann beispielsweise ein Segment eines aus mehreren Klothoiden zusammengesetzten Pfades und/oder einer aus mehreren Klothoiden zusammengesetzten Trajektorie des Fahrzeugs sein. Beispielsweise können zum Bilden des Pfades und/oder der Trajektorie mehrere unterschiedliche Klothoidensegmente aneinandergehängt werden.A clothoid, also known as a Cornu spiral or spinning curve, can be understood to mean a curve whose curvature at any point is proportional to the length of the curve up to that point. The clothoid can be, for example, a segment of a path composed of a plurality of clothoids and/or a trajectory of the vehicle composed of a plurality of clothoids. For example, several different clothoid segments can be attached to one another to form the path and/or the trajectory.

Unter einem Fresnel-Integral kann ein Integral einer Winkelfunktion, etwa einer Sinus- oder Cosinusfunktion, verstanden werden. Beispielsweise kann es sich bei den Fresnel-Integralen um normierte Fresnel-Integrale mit dem Winkelargument πt²/2 handeln. Die Darstellung einer Klothoide mittels Fresnel-Integralen ermöglicht eine effiziente Berechnung von Koordinaten x(s) und y(s) der Klothoide in Abhängigkeit von einer dritten Koordinate s. Geometrisch betrachtet kann mit den Fresnel-Integralen eine dreidimensionale Spirale in einem x(s), y(s), s-Koordinatensystem berechnet werden, deren Parallelprojektion in die x(s),y(s)-Ebene, bei der es sich beispielsweise um die Ebene der digitalen Karte handeln kann, die Klothoide ergibt und deren Parallelprojektion in die x(s), s-Ebene bzw. y(s), s-Ebene den Funktionsgraphen der Funktion x(s) bzw. y(s) ergibt. Durch eine geeignete Skalierung der Fresnel-Integrale können die Fresnel-Integrale von einer ersten Form, für die keine geschlossene Lösung existiert oder die nur durch relativ komplexe Berechnungsschritte mit entsprechend hohem Rechenaufwand gelöst werden kann, in eine zweite Form, die durch relativ einfache, robuste Berechnungsschritte mit entsprechend niedrigem Rechenaufwand gelöst werden kann, umgewandelt werden.A Fresnel integral can be understood to mean an integral of an angle function, such as a sine or cosine function. For example, the Fresnel integrals can be normalized Fresnel integrals with the angle argument πt ² /2. The representation of a clothoid using Fresnel integrals enables an efficient calculation of coordinates x(s) and y(s) of the clothoid as a function of a third coordinate s. Geometrically, a three-dimensional spiral can be represented in an x(s) with the Fresnel integrals. , y(s), s coordinate system are calculated, whose parallel projection into the x(s), y(s) plane, which can be, for example, the plane of the digital map, results in the clothoid and whose parallel projection into the x(s), s-plane or y(s), s-plane results in the function graph of the function x(s) or y(s). By suitably scaling the Fresnel integrals, the Fresnel integrals can be transformed from a first form, for which there is no closed solution or which can only be solved by relatively complex calculation steps with a correspondingly high computational effort, into a second form, which can be solved by relatively simple, robust Calculation steps can be solved with correspondingly low computational effort, are converted.

Zur Bestimmung der Klothoide können neben der Krümmungsänderungsrate weitere Parameter der Klothoide wie etwa Koordinaten eines Startpunkts, Koordinaten eines Endpunkts, Tangentenwinkel einer Tangente am Start- bzw. Endpunkt, eine Anfangskrümmung oder eine Kombination aus mindestens zwei der genannten Parameter bestimmt werden. Die Krümmungsänderungsrate kann beispielsweise abhängig von einem über mehrere aufeinanderfolgende Zeitschritte bestimmten Istlenkwinkel des Fahrzeugs, abhängig von einem Abstand des Fahrzeugs zu den Objekten in der Umgebung und/oder abhängig von bestimmten Komfortkriterien bestimmt werden.To determine the clothoid, in addition to the rate of change of curvature, further parameters of the clothoid such as coordinates of a starting point, coordinates of an end point, tangent angle of a tangent at the starting or end point, an initial curvature or a combination of at least two of the parameters mentioned can be determined. The rate of change of curvature can depend on, for example an actual steering angle of the vehicle determined over several successive time steps, depending on a distance of the vehicle from the objects in the environment and/or depending on certain comfort criteria.

Das Steuersignal kann beispielsweise abhängig von einer Abweichung zwischen dem Istlenkwinkel und einem Solllenkwinkel des Fahrzeugs erzeugt werden und ein entsprechendes Lenkmoment zum Angleichen des Istlenkwinkels an den Sollenkwinkel vorgeben. Dabei kann der Solllenkwinkel beispielsweise aus einer aktuellen Krümmung der Klothoide, einer aktuellen Position und/oder Orientierung des Fahrzeugs relativ zu einem betrachteten Punkt der Klothoide und/oder einer aktuellen Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs bestimmt werden. Das Steuersignal kann aber auch auf andere Weise erzeugt werden.The control signal can be generated, for example, as a function of a deviation between the actual steering angle and a target steering angle of the vehicle and specify a corresponding steering torque to adjust the actual steering angle to the target steering angle. The target steering angle can be determined, for example, from a current curvature of the clothoid, a current position and/or orientation of the vehicle relative to a point of the clothoid considered and/or a current speed and/or acceleration of the vehicle. However, the control signal can also be generated in other ways.

Wie bereits erwähnt, ermöglicht der hier vorgestellte Ansatz eine schnelle, effiziente und genaue Berechnung von Klothoiden zur Steuerung eines Fahrzeugs und eine relativ einfache Implementierung eines entsprechenden Berechnungsalgorithmus. Damit kann beispielsweise der Notwendigkeit einer deterministischen Laufzeit und der begrenzten Rechenleistung moderner Steuergeräte Rechnung getragen werden. Die mit dem hier vorgestellten Ansatz berechenbaren Klothoiden können nicht nur zur Planung von Trajektorien eines Ego-Fahrzeugs, sondern darüber hinaus auch zur Prädiktion von Trajektorien anderer Objekte, etwa fremder Fahrzeuge, verwendet werden. Auch eignet sich der hier vorgestellte Ansatz zum Einsatz in Verbindung mit gängigen Pfadverfolgungsalgorithmen.As already mentioned, the approach presented here allows for a fast, efficient and accurate calculation of clothoids for controlling a vehicle and a relatively simple implementation of a corresponding calculation algorithm. In this way, for example, the need for a deterministic runtime and the limited computing power of modern control units can be taken into account. The clothoids that can be calculated with the approach presented here can not only be used to plan the trajectories of an ego vehicle, but also to predict the trajectories of other objects, such as other vehicles. The approach presented here is also suitable for use in conjunction with common path tracking algorithms.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuergerät, umfassend einen Prozessor, der konfiguriert ist, um das Verfahren gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung auszuführen. Das Steuergerät kann Hardware- und/oder Softwaremodule umfassen. Zusätzlich zum Prozessor kann das Steuergerät einen Speicher und Datenkommunikationsschnittstellen zur Datenkommunikation mit Peripheriegeräten umfassen. Merkmale des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung können auch Merkmale des Steuergeräts sein und umgekehrt.A second aspect of the invention relates to a control device, comprising a processor which is configured to carry out the method according to an embodiment of the first aspect of the invention. The control unit can include hardware and/or software modules. In addition to the processor, the control unit can include a memory and data communication interfaces for data communication with peripheral devices. Features of the method according to an embodiment of the first aspect of the invention can also be features of the control unit and vice versa.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeugsystem, das eine Sensorik zum Erfassen einer Umgebung und/oder eines Fahrzustands eines Fahrzeugs und ein Steuergerät gemäß einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung umfasst. Zusätzlich kann das Fahrzeugsystem eine Aktorik zum Beeinflussen des Fahrzustands des Fahrzeugs umfassen. Merkmale des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung können auch Merkmale des Fahrzeugsystems sein und umgekehrt.A third aspect of the invention relates to a vehicle system that includes a sensor system for detecting an environment and/or a driving state of a vehicle and a control device according to an embodiment of the second aspect of the invention. In addition, the vehicle system can include actuators for influencing the driving state of the vehicle. Features of the method according to an embodiment of the first aspect of the invention can also be features of the vehicle system and vice versa.

Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm. Das Computerprogramm umfasst Befehle, die einen Prozessor bei Ausführung des Computerprogramms durch den Prozessor veranlassen, das Verfahren gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung auszuführen.A fourth aspect of the invention relates to a computer program. The computer program comprises instructions which, when the computer program is executed by the processor, cause a processor to carry out the method according to an embodiment of the first aspect of the invention.

Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm gemäß einer Ausführungsform des dritten Aspekts der Erfindung gespeichert ist. Das computerlesbare Medium kann ein flüchtiger oder nicht flüchtiger Datenspeicher sein. Beispielsweise kann das computerlesbare Medium eine Festplatte, ein USB-Speichergerät, ein RAM, ROM, EPROM oder Flash-Speicher sein. Das computerlesbare Medium kann auch ein einen Download eines Programmcodes ermöglichendes Datenkommunikationsnetzwerk wie etwa das Internet oder eine Datenwolke (Cloud) sein.A fifth aspect of the invention relates to a computer-readable medium on which the computer program according to an embodiment of the third aspect of the invention is stored. The computer-readable medium can be volatile or non-volatile data storage. For example, the computer-readable medium can be a hard drive, USB storage device, RAM, ROM, EPROM, or flash memory. The computer-readable medium can also be a data communication network such as the Internet or a data cloud (cloud) enabling a download of a program code.

Merkmale des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung können auch Merkmale des Computerprogramms und/oder des computerlesbaren Mediums sein und umgekehrt.Features of the method according to an embodiment of the first aspect of the invention can also be features of the computer program and/or the computer-readable medium and vice versa.

Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.Ideas for embodiments of the present invention can be regarded as being based, among other things, on the ideas and findings described below.

Gemäß einer Ausführungsform werden die Fresnel-Integrale skaliert, indem Integrationsergebnisse durch Integration der Fresnel-Integrale berechnet werden und die Integrationsergebnisse mit einem von der Krümmungsänderungsrate abhängigen ersten Skalierungsfaktor multipliziert werden. Somit können Integrationsergebnisse der Fresnel-Integrale auf einfache Weise an die Krümmungsänderungsrate angepasst werden.According to one embodiment, the Fresnel integrals are scaled by calculating integration results by integrating the Fresnel integrals and multiplying the integration results by a first scaling factor dependent on the rate of curvature change. Thus, integration results of the Fresnel integrals can easily be fitted to the rate of change of curvature.

Gemäß einer Ausführungsform werden die Fresnel-Integrale skaliert, indem eine obere Integrationsgrenze der Fresnel-Integrale mit einem von der Krümmungsänderungsrate abhängigen zweiten Skalierungsfaktor multipliziert wird. Somit können Integrationsbereiche der Fresnel-Integrale auf einfache Weise an die Krümmungsänderungsrate angepasst werden.According to one embodiment, the Fresnel integrals are scaled by integrating an upper limit of the Fresnel integrals with a curvature change rate dependent second scaling factor is multiplied. Thus, integration areas of the Fresnel integrals can easily be adapted to the rate of change of curvature.

Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Skalierungsfaktor der Kehrwert des zweiten Skalierungsfaktors. Somit kann der erste Skalierungsfaktor sehr einfach aus dem zweiten Skalierungsfaktor berechnet werden oder umgekehrt.According to one embodiment, the first scaling factor is the reciprocal of the second scaling factor. Thus, the first scaling factor can be calculated very easily from the second scaling factor or vice versa.

Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Skalierungsfaktor definiert mit: $$\sqrt{\pi \text{/}\left|K_1\right|}.$$

According to one embodiment, the first scaling factor is defined with: $$\sqrt{\pi \text{/}\left|{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="K"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">K</figure-callout>}}_1\right|}.$$

Gemäß einer Ausführungsform ist der zweite Skalierungsfaktor definiert ist mit: $$\sqrt{\left|K_1\right|\text{/}\pi }.$$

According to one embodiment, the second scaling factor is defined with: $$\sqrt{\left|{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="K"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">K</figure-callout>}}_1\right|\text{/}\pi }.$$

Dabei steht κ₁ für die Krümmungsänderungsrate.Here κ ₁ stands for the rate of change of curvature.

Gemäß einer Ausführungsform sind Winkelargumente der Fresnel-Integrale definiert mit: πt²/2. Dies ermöglicht eine signifikante Reduktion des Rechenaufwands gegenüber Ausführungen mit anderslautenden Winkelargumenten.According to one embodiment, angle arguments of the Fresnel integrals are defined with: πt ² /2. This enables a significant reduction in the computational effort compared to versions with different angle arguments.

Figurenlistecharacter list

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.

• 1 zeigt schematisch ein Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
• 2 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings, neither the drawings nor the description being to be construed as limiting the invention.

• 1 shows schematically a control device according to an embodiment of the invention.
• 2 shows schematically a vehicle with a vehicle system according to an embodiment of the invention.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.The figures are merely schematic and not true to scale. In the figures, the same reference symbols denote the same features or features that have the same effect.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein Steuergerät 100, das mit einer Sensorik 102 und einer Aktorik 104 eines Fahrzeugs 105 (siehe auch 2) gekoppelt ist. Die Sensorik 102 kann einen oder mehrere Umfeldsensoren zum Erfassen von Objekten 106 in der Umgebung des Fahrzeugs 105, etwa von anderen Verkehrsteilnehmern, Fahrbahnmarkierungen, Verkehrsschildern usw., und einen oder mehrere Fahrdynamiksensoren zum Erfassen eines Fahrzustands des Fahrzeugs 105, etwa einer Geschwindigkeit, einer Drehrate, eines Lenkwinkels usw., umfassen. Die Aktorik 104 kann konfiguriert sein, um das Fahrzeug 105 mittels eines oder mehrerer Aktoren zu lenken, abzubremsen und/oder zu beschleunigen. Die im Folgenden beschriebenen Module des Steuergeräts 100 können als Hardware und/oder Software implementiert sein. 1 shows a control unit 100, which is equipped with a sensor system 102 and an actuator system 104 of a vehicle 105 (see also 2 ) is paired. Sensor system 102 can include one or more environment sensors for detecting objects 106 in the area surrounding vehicle 105, such as other road users, lane markings, traffic signs, etc., and one or more driving dynamics sensors for detecting a driving condition of vehicle 105, such as a speed, a rate of rotation , a steering angle, etc. include. The actuator system 104 can be configured to steer, brake and/or accelerate the vehicle 105 by means of one or more actuators. The modules of control unit 100 described below can be implemented as hardware and/or software.

Die Sensorik 102 stellt entsprechende Sensordaten 108 bereit, die in diesem Beispiel von einem Auswertemodul 110 des Steuergeräts 100 empfangen werden. Das Auswertemodul 110 kann konfiguriert sein, um die Objekte 106 in den Sensordaten 108 zu erkennen. Dabei können beispielsweise in mehreren aufeinanderfolgenden Zeitschritten jeweilige Positionen, Orientierungen und/oder Objektkategorien wie etwa „Fahrbahnbegrenzung“, „querendes Fahrzeug“, „Vorfahrtsschild“ usw. bestimmt werden und in einer digitalen Karte 112 der Umgebung des Fahrzeugs 105 gespeichert werden. Diese Objektdaten können basierend auf den Sensordaten 108 fortlaufend aktualisiert werden. Darüber hinaus kann das Auswertemodul 110 in jedem Zeitschritt anhand der Sensordaten 108 eine Position und/oder Orientierung des Fahrzeugs 105 als Fahrzeugdaten in der digitalen Karte 112 bestimmen.Sensor system 102 provides corresponding sensor data 108 which, in this example, is received by an evaluation module 110 of control unit 100 . The evaluation module 110 can be configured to recognize the objects 106 in the sensor data 108 . For example, respective positions, orientations and/or object categories such as “lane boundary”, “crossing vehicle”, “give way sign” etc. can be determined in several successive time steps and stored in a digital map 112 of the surroundings of vehicle 105. This object data can be continuously updated based on the sensor data 108 . In addition, evaluation module 110 can use sensor data 108 to determine a position and/or orientation of vehicle 105 as vehicle data in digital map 112 in each time step.

Aus den genannten Objekt- und Fahrzeugdaten kann das Steuergerät 100 eine Klothoide 114 berechnen, der das Fahrzeug 105 folgen soll. Die Klothoide 114 kann ein Segment eines Pfades und/oder einer Trajektorie zum Navigieren des Fahrzeugs 105 sein.From the object and vehicle data mentioned, control unit 100 can calculate a clothoid 114 that vehicle 105 should follow. Clothoid 114 may be a segment of a path and/or trajectory for navigating vehicle 105 .

Hierzu kann das Auswertemodul 110 durch Verarbeiten der Sensordaten 108, genauer der Objekt- und Fahrzeugdaten, eine geeignete Krümmungsänderungsrate κ₁, mit der sich die Krümmung der Klothoide 114 ändern soll, bestimmen und ausgeben. Die Krümmungsänderungsrate κ₁ kann beispielsweise abhängig von Komfortvorgaben bezüglich einer Lenkwinkeländerung des Fahrzeugs 105 und/oder abhängig von einem einzuhaltenden Minimalabstand des Fahrzeugs 105 zu den Objekten 106 bestimmt werden. Die Krümmungsänderungsrate κ₁ kann durch Berechnung bestimmt werden. Möglich ist aber auch, dass die Krümmungsänderungsrate κ₁ durch Auswählen eines Krümmungsänderungsratenwertes aus einer Lookup-Tabelle, die Krümmungsänderungsratenwerte für unterschiedliche Fahrsituationen speichert, bestimmt wird.For this purpose, the evaluation module 110 can determine and output a suitable curvature change rate κ ₁ , at which the curvature of the clothoid 114 should change, by processing the sensor data 108, more precisely the object and vehicle data. The rate of change in curvature κ ₁ can be determined, for example, as a function of comfort specifications with regard to a change in the steering angle of the vehicle 105 and/or as a function of a minimum distance to be maintained between the vehicle 105 and the objects 106 . The rate of change of curvature κ ₁ can be determined by calculation. However, it is also possible for the curvature change rate κ ₁ to be determined by selecting a curvature change rate value from a lookup table that stores curvature change rate values for different driving situations.

Zusätzlich kann das Auswertemodul 110 durch Verarbeiten der Objekt- und Fahrzeugdaten eine Anfangskrümmung κ₀ der Klothoide 114 bestimmen und ausgeben.In addition, the evaluation module 110 can determine and output an initial curvature κ ₀ of the clothoid 114 by processing the object and vehicle data.

Die Krümmungsänderungsrate κ₁ kann zusammen mit der Anfangskrümmung κ₀ von einem Integriermodul 116 des Steuergeräts 100 empfangen werden. Das Integriermodul 116 kann konfiguriert sein, um Koordinaten x(s), y(s) von auf der Klothoide liegenden Punkten in der digitalen Karte 116 abhängig von der Krümmungsänderungsrate κ₁ und zusätzlich abhängig von der Anfangskrümmung κ₀ zu berechnen. Bei den Koordinaten x(s),y(s) kann es sich um Weltkoordinaten oder Fahrzeugkoordinaten handeln. Zur Berechnung der Koordinaten x(s),y(s) löst das Integriermodul 116 für jede der Koordinaten x(s), y(s) ein entsprechendes Fresnel-Integral 118.The rate of change of curvature κ ₁ may be received by an integrator module 116 of the controller 100 along with the initial curvature κ ₀ . The integrating module 116 can be configured to calculate coordinates x(s), y(s) of points lying on the clothoid in the digital map 116 depending on the rate of change of curvature κ ₁ and additionally depending on the initial curvature κ ₀ . The coordinates x(s),y(s) can be world coordinates or vehicle coordinates. To calculate the coordinates x(s),y(s), the integrator module 116 solves a corresponding Fresnel integral 118 for each of the coordinates x(s), y(s).

Bei den Fresnel-Integralen 118 kann es sich beispielsweise um normierte Fresnel-Integrale handeln, die mit einem oder mehreren Skalierungsfaktoren so skaliert werden, dass eine effiziente und genaue Berechnung der Koordinaten x(s), y(s) in Abhängigkeit von der Krümmungsänderungsrate κ₁ ermöglicht wird.The Fresnel integrals 118 can be, for example, normalized Fresnel integrals that are scaled with one or more scaling factors such that an efficient and accurate calculation of the coordinates x(s), y(s) as a function of the curvature change rate κ ₁ is enabled.

In diesem Beispiel werden die Fresnel-Integrale 118 jeweils mit einem ersten Skalierungsfaktor s₁ und einem zweiten Skalierungsfaktor s₂ skaliert. Dabei werden zunächst durch Integrieren der normierten Fresnel-Integrale in mit dem zweiten Skalierungsfaktor s₂ skalierten Integrationsbereichen Integrationsergebnisse berechnet. Diese Integrationsergebnisse werden anschließend jeweils durch Multiplizieren mit dem ersten Skalierungsfaktor s₁ skaliert. Die resultierenden Koordinaten x(s), y(s) werden ausgegeben und von einem Steuersignalerzeugungsmodul 120 des Steuergeräts 100 empfangen.In this example, the Fresnel integrals 118 are each scaled by a first scaling factor s ₁ and a second scaling factor s ₂ . In this case, integration results are first calculated by integrating the normalized Fresnel integrals in integration ranges scaled with the second scaling factor s ₂ . These integration results are then each scaled by multiplying them by the first scaling factor s ₁ . The resulting coordinates x(s), y(s) are output and received by a control signal generation module 120 of controller 100 .

Das Steuersignalerzeugungsmodul 120 kann konfiguriert sein, um basierend auf den Sensordaten 108 und den Koordinaten x(s),y(s) der Klothoide 114 ein Steuersignal 122 zum entsprechenden Ansteuern der Aktorik 104 zu erzeugen und an die Aktorik 104 auszugeben. Das Steuersignal 122 kann die Aktorik 104 veranlassen, das Fahrzeug 105 so zu steuern, dass es der Klothoide 114 folgt. Hierzu kann beispielsweise durch Auswerten der Sensordaten 108 zusammen mit den Koordinaten x(s),y(s) eine Abweichung zwischen einer Sollenkwinkeländerungsrate und einer Istlenkwinkeländerungsrate des Fahrzeugs 105 bestimmt werden und das Steuersignal 122 so erzeugt werden, dass diese Abweichung minimiert wird.The control signal generation module 120 can be configured to generate a control signal 122 for correspondingly controlling the actuator system 104 based on the sensor data 108 and the coordinates x(s), y(s) of the clothoid 114 and to output it to the actuator system 104 . The control signal 122 can cause the actuator 104 to control the vehicle 105 such that it follows the clothoid 114 . For this purpose, for example, by evaluating the sensor data 108 together with the coordinates x(s),y(s), a deviation between a nominal steering angle rate of change and an actual steering angle rate of change of the vehicle 105 can be determined and the control signal 122 can be generated in such a way that this deviation is minimized.

2 zeigt ein Fahrzeugsystem 200, das das Steuergerät 100, die Sensorik 102 und die Aktorik 104 aus 1 umfasst. Das im Vorangehenden und im Folgenden beschriebene Verfahren kann durch Ausführen eines in einem Speicher 202 des Steuergeräts 100 gespeicherten Computerprogramms durch einen Prozessor 204 des Steuergeräts 100 ausgeführt werden. 2 1 shows a vehicle system 200 comprising control unit 100, sensor system 102 and actuator system 104 1 includes. The method described above and below can be carried out by a processor 204 of the control device 100 executing a computer program stored in a memory 202 of the control device 100 .

Nachfolgend wird die Berechnung der Klothoide 114 im Steuergerät 100 näher beschrieben.The calculation of clothoids 114 in control unit 100 is described in more detail below.

Die Klothoide 114 kann zusätzlich zur Krümmungsänderungsrate κ₁ durch folgende Parameter definiert sein: Koordinaten x₀, y₀ eines Startpunkts, Tangentenwinkel θ₀ einer Tangente am Startpunkt, Anfangskrümmung κ₀.The clothoid 114 can be defined by the following parameters in addition to the rate of change of curvature κ ₁ : coordinates x ₀ , y ₀ of a starting point, tangent angle θ ₀ of a tangent at the starting point, initial curvature κ ₀ .

Gegeben seien folgende Gleichungen: $$\begin{array}{c}\theta \left(s\right)={\theta }_0+{\kappa }_0+0.5{\kappa }_1{s}^2\\ \kappa \left(s\right)={\kappa }_0+{\kappa }_{1}s\\ x\left(s\right)=x_0+{\displaystyle {\int }_0^s\text{cos}\left(\theta \left(s\right)\right)}dt=x_0+{\displaystyle {\int }_0^s\text{cos}}\left({\theta }_0+{\kappa }_{0}s+0.5{\kappa }_1{s}^2\right)dt\\ y\left(s\right)=y_0+{\displaystyle {\int }_0^s\text{sin}\left(\theta \left(s\right)\right)}dt=y_0+{\displaystyle {\int }_0^s\text{sin}}\left({\theta }_0+{\kappa }_{0}s+0.5{\kappa }_1{s}^2\right)dt\end{array}$$

The following equations are given: $$\begin{array}{c}\theta \left(s\right)={\theta }_0+k_0+0.5k_1{s}^2\\ k\left(s\right)=k_0+k_{1}s\\ x\left(s\right)=x_0+{\displaystyle {\int }_0^s\text{cos}\left(\theta \left(s\right)\right)}\mathrm{i.e}t=x_0+{\displaystyle {\int }_0^s\text{cos}}\left({\theta }_0+k_{0}s+0.5k_1{s}^2\right)\mathrm{i.e}t\\ y\left(s\right)=y_0+{\displaystyle {\int }_0^s\text{sin}\left(\theta \left(s\right)\right)}\mathrm{i.e}t=y_0+{\displaystyle {\int }_0^s\text{sin}}\left({\theta }_0+k_{0}s+0.5k_1{s}^2\right)\mathrm{i.e}t\end{array}$$

Bei den Gleichungen für x(s) und y(s) handelt es sich um transzendentale Gleichungen, für die bislang keine geschlossene Lösung existiert. Jedoch ist es möglich, die Gleichungen so umzuformen, dass eine genaue Lösung mit geringem Rechenaufwand gefunden werden kann. Dazu sollten die Gleichungen für x(s) und y(s) auf (gut berechenbaren) normierten Fresnel-Integralen basieren. Diese sind definiert mit: $$x\left(s\right)={\displaystyle {\int }_0^s\text{cos}}\left(\frac{\pi }{2}{t}^2\right)dt$$

$$y\left(s\right)={\displaystyle {\int }_0^s\text{sin}}\left(\frac{\pi }{2}{t}^2\right)dt$$

The equations for x(s) and y(s) are transcendental equations for which no closed solution has yet been found. However, it is possible to rearrange the equations in such a way that an exact solution can be found with little computational effort. For this purpose, the equations for x(s) and y(s) should be based on (easily calculable) normalized Fresnel integrals. These are defined with: $$x\left(s\right)={\displaystyle {\int }_0^s\text{cos}}\left(\frac{\pi }{2}{t}^2\right)\mathrm{i.e}t$$

$$y\left(s\right)={\displaystyle {\int }_0^s\text{sin}}\left(\frac{\pi }{2}{t}^2\right)\mathrm{i.e}t$$

In den Winkelargumenten der normierten Fresnel-Integrale fehlen jedoch die linearen und konstanten Terme der Winkelargumente der weiter oben genannten Fresnel-Integrale. Zudem werden die normierten Fresnel-Integrale über π/2 statt κ₁/2 normiert. Um dem abzuhelfen, können beispielsweise folgende Berechnungsschritte ausgeführt werden.However, the linear and constant terms of the angle arguments of the Fresnel integrals mentioned above are missing in the angle arguments of the normalized Fresnel integrals. In addition, the normalized Fresnel integrals are normalized over π/2 instead of κ ₁ /2. To remedy this, the following calculation steps can be carried out, for example.

1. Berechnen einer Basisklothoide mit κ₀ = θ₀ = x₀ = y₀ = 0. Dies vereinfacht die Gleichungen zu: $$\begin{array}{c}{\theta }_{base}\left(s\right)=0.5{\kappa }_1{s}^2\\ {\kappa }_{base}\left(s\right)={\kappa }_{1}s\\ x_{base}\left(s\right)={\displaystyle {\int }_0^s\text{cos}\left({\theta }_{base}\left(s\right)\right)}dt={\displaystyle {\int }_0^s\text{cos}}\left(\frac{{\kappa }_1}{2}{t}^2\right)dt\\ y_{base}\left(s\right)={\displaystyle {\int }_0^s\text{sin}\left({\theta }_{base}\left(s\right)\right)}dt={\displaystyle {\int }_0^s\text{sin}}\left(\frac{{\kappa }_1}{2}{t}^2\right)dt\end{array}$$

1. Compute a basis clothoid with κ ₀ = θ ₀ = x ₀ = y ₀ = 0. This simplifies the equations to: $$\begin{array}{c}{\theta }_{base}\left(s\right)=0.5k_1{s}^2\\ k_{base}\left(s\right)=k_{1}s\\ x_{base}\left(s\right)={\displaystyle {\int }_0^s\text{cos}\left({\theta }_{base}\left(s\right)\right)}\mathrm{i.e}t={\displaystyle {\int }_0^s\text{cos}}\left(\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="k"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">k</figure-callout>}}_1}{2}{t}^2\right)\mathrm{i.e}t\\ y_{base}\left(s\right)={\displaystyle {\int }_0^s\text{sin}\left({\theta }_{base}\left(s\right)\right)}\mathrm{i.e}t={\displaystyle {\int }_0^s\text{sin}}\left(\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="k"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">k</figure-callout>}}_1}{2}{t}^2\right)\mathrm{i.e}t\end{array}$$

2. Umformen der Fresnel-Integrale, sodass die Winkelargumente π/2 statt κ₁/2 enthalten. Hierzu kann eine einfache Variablensubstitution vorgenommen werden: $$a^2=\frac{\left|{\kappa }_1\right|}{\pi }{t}^2\to a=\sqrt{\frac{\left|{\kappa }_1\right|}{\pi }}t$$

$$\frac{\text{d}a}{\text{d}t}=\sqrt{\frac{\left|{\kappa }_1\right|}{\pi }}\to \text{d}t=\sqrt{\frac{\pi }{\left|{\kappa }_1\right|}}\text{d}a$$

2. Rearranging the Fresnel integrals so that the angle arguments contain π/2 instead of κ ₁ /2. A simple variable substitution can be carried out for this purpose: $$a^2=\frac{\left|{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="k"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">k</figure-callout>}}_1\right|}{\pi }{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="t"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">t</figure-callout>}}^2\to a=\sqrt{\frac{\left|{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="k"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">k</figure-callout>}}_1\right|}{\pi }}t$$

$$\frac{\text{i.e}a}{\text{i.e}t}=\sqrt{\frac{\left|{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="k"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">k</figure-callout>}}_1\right|}{\pi }}\to \text{i.e}t=\sqrt{\frac{\pi }{\left|{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="k"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">k</figure-callout>}}_1\right|}}\text{i.e}a$$

Mit den resultierenden Skalierungsfaktoren $\sqrt{\left|K_1\right|\text{/}\pi }$

und $\sqrt{\pi \text{/}\left|K_1\right|}$

können die Fresnel-Integrale nun in die gewünschte Form gebracht werden: $$x\left(s\right)={\displaystyle \underset{0}{\overset{s}{\int }}\text{cos}\left(\frac{{\kappa }_1}{2}{t}^2\right)}\text{d}t=\sqrt{\frac{\pi }{\left|{\kappa }_1\right|}}{\displaystyle {\int }_0^{\sqrt{\frac{\left|{\kappa }_1\right|}{\pi }}s}\text{cos}\left(\frac{\pi }{2}{t}^2\right)}d\text{t}$$

$$y\left(s\right)={\displaystyle \underset{0}{\overset{s}{\int }}\text{sin}\left(\frac{{\kappa }_1}{2}{t}^2\right)}\text{d}t=\sqrt{\frac{\pi }{\left|{\kappa }_1\right|}}{\displaystyle {\int }_0^{\sqrt{\frac{\left|{\kappa }_1\right|}{\pi }}s}\text{sin}\left(\frac{\pi }{2}{t}^2\right)}d\text{t}$$

With the resulting scaling factors $\sqrt{\left|{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="K"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">K</figure-callout>}}_1\right|\text{/}\pi }$

and $\sqrt{\pi \text{/}\left|{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="K"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">K</figure-callout>}}_1\right|}$

the Fresnel integrals can now be brought into the desired form: $$x\left(s\right)={\displaystyle \underset{0}{\overset{s}{\int }}\text{cos}\left(\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="k"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">k</figure-callout>}}_1}{2}{t}^2\right)}\text{i.e}t=\sqrt{\frac{\pi }{\left|{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="k"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">k</figure-callout>}}_1\right|}}{\displaystyle {\int }_0^{\sqrt{\frac{\left|{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="k"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">k</figure-callout>}}_1\right|}{\pi }}s}\text{cos}\left(\frac{\pi }{2}{t}^2\right)}\mathrm{i.e}\text{t}$$

$$y\left(s\right)={\displaystyle \underset{0}{\overset{s}{\int }}\text{sin}\left(\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="k"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">k</figure-callout>}}_1}{2}{t}^2\right)}\text{i.e}t=\sqrt{\frac{\pi }{\left|{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="k"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">k</figure-callout>}}_1\right|}}{\displaystyle {\int }_0^{\sqrt{\frac{\left|{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="k"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">k</figure-callout>}}_1\right|}{\pi }}s}\text{sin}\left(\frac{\pi }{2}{t}^2\right)}\mathrm{i.e}\text{t}$$

3. Berechnen von s_{0, base}, x_{0, base,} y_{0, base} und θ₀, _base für die Basisklothoide entsprechend der Anfangskrümmung κ₀.3. Compute s _0,base , x _0,base, y _0,base and θ ₀ , _base for the base clothoids corresponding to the initial curvature κ ₀ .

4. Berechnen von s_{s, base}, x_{s, base}, θ_{s, base} und κ_{s, base} für die Basisklothoide für s_base = s_{0, base} + s.4. Compute s _s,base , x _s,base , θ _s,base and κ _s,base for the base clothoids for s _base = s _{0, base} + s.

5. Transformieren der Ergebnisse bezüglich der Basisklothoide in Weltkoordinaten.5. Transform the results in terms of base clothoids into world coordinates.

Hierzu kann zunächst ein Punkt P_0,base auf der Basisklothoide gesucht werden, der der Anfangskrümmung κ₀ entspricht. Dies ergibt: s_0,base = κ₀/κ₁, θ_0,base = $\mathrm{0,5}\cdot {\kappa }_1\cdot s_{\mathrm{0,}base}^2$

und x_0,base, y_0,base mittels Fresnel-Integral. Anschließend kann ein gesuchter Endpunkt für eine gegebene Bogenlänge s berechnet werden. Um nun die korrekten Koordinaten des Endpunkts in Relation zum Anfangspunkt P_0,base auf der Basisklothoide zu erhalten, kann eine homogene Koordinatentransformation durchgeführt werden, d. h. eine Translation um X_0,base, y_0,base und eine Rotation um θ_0,base.For this purpose, a point P _0,base can be searched for on the base clothoid, which corresponds to the initial curvature κ ₀ . This gives: s _0,base = κ ₀ /κ ₁ , θ _0,base = $0.5\cdot {\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="k"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">k</figure-callout>}}_1\cdot s_{\mathrm{0,}ba\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="s\; e"\; filenames="DE102020215536A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">s</figure-callout>}e}^2$

and x _0,base, y _0,base using Fresnel integral. A desired end point can then be calculated for a given arc length s. In order to get the correct coordinates of the end point in relation to the starting point P _0,base on the base toilet To obtain thoide, a homogeneous coordinate transformation can be performed, ie a translation about X _0,base, y _0,base and a rotation about θ _0,base .

Ähnliches kann für die Berücksichtigung der Initialbedingung der Klothoide gelten. Alle Berechnungen auf der Basisklothoide können in Relation zum Ursprung stattfinden. Folglich sollte auch hier die Translation um x₀, y₀ sowie die Rotation um θ₀ mittels einer homogenen Koordinatentransformation berücksichtigt werden. Auf diese Weise können Weltkoordinaten des gesuchten Endpunkts im globalen Koordinatensystem erhalten werden.The same can apply to the consideration of the initial condition of the clothoid. All calculations on the basis clothoid can take place in relation to the origin. Consequently, the translation around x ₀ , y ₀ and the rotation around θ ₀ should also be taken into account here by means of a homogeneous coordinate transformation. In this way, world coordinates of the searched endpoint can be obtained in the global coordinate system.

6. Bestimmen der korrekten Quadranten für x(s) und y(s) anhand der Vorzeichen von κ(s) und κ₁. Mögliche Zuordnungen der Vorzeichen von κ(s) und κ₁ zu Quadranten für x(s) und y(s) sind beispielhaft in der nachfolgenden Tabelle aufgelistet. κ(s) κ₁ x(s) y(s) 1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 1 -1 -1 6. Determine the correct quadrants for x(s) and y(s) using the signs of κ(s) and κ ₁ . Possible assignments of the signs of κ(s) and κ ₁ to quadrants for x(s) and y(s) are listed in the table below as an example. κ( s ) k ₁ x ( s ) y ( s ) 1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 1 -1 -1

Eine solche Quadrantenbestimmung ist erforderlich, da über die normierten Fresnel-Integrale in jedem Fall eine Lösung im zweiten Quadranten in der x(s), y(s)-Ebene berechnet wird, d. h. x(s),y(s) ≥ 0. Dies lässt sich durch die oben erwähnten Skalierungsfaktoren zeigen.Such a quadrant determination is necessary because a solution in the second quadrant in the x(s), y(s) plane is always calculated via the normalized Fresnel integrals, i. H. x(s),y(s) ≥ 0. This can be shown by the scaling factors mentioned above.

Abschließend wird darauf hingewiesen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“ etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.Finally, it is noted that terms such as "comprising," "comprising," etc. do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a plurality. Any reference signs in the claims should not be construed as limiting.

Claims (11)

Verfahren zum Ansteuern einer Aktorik (104) eines Fahrzeugs (105), wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von Sensordaten (108), die von einer Sensorik (102) zum Erfassen einer Umgebung und/oder eines Fahrzustands des Fahrzeugs (105) erzeugt wurden, in einem Steuergerät (100) des Fahrzeugs (105); Bestimmen einer Klothoide (114), der das Fahrzeug (105) folgen soll, in einer die Umgebung des Fahrzeugs (105) repräsentierenden digitalen Karte (112) durch Verarbeiten der Sensordaten (108), wobei eine Krümmungsänderungsrate (κ₁) der Klothoide (114) bestimmt wird und Koordinaten (x(s), y(s)) der Klothoide (114) mit abhängig von der Krümmungsänderungsrate (κ₁) skalierten Fresnel-Integralen (118) berechnet werden; und Erzeugen eines Steuersignals (122) zum Ansteuern der Aktorik (104) abhängig von einer Position und/oder Orientierung des Fahrzeugs (105) relativ zur Klothoide (114).Method for controlling an actuator system (104) of a vehicle (105), the method comprising: receiving sensor data (108) generated by a sensor system (102) for detecting an environment and/or a driving state of the vehicle (105), in a control unit (100) of the vehicle (105); Determination of a clothoid (114) that the vehicle (105) is to follow in a digital map (112) representing the surroundings of the vehicle (105) by processing the sensor data (108), with a curvature change rate (κ ₁ ) of the clothoid (114 ) is determined and coordinates (x(s), y(s)) of the clothoids (114) are calculated with Fresnel integrals (118) scaled as a function of the rate of change of curvature (κ ₁ ); and generating a control signal (122) for controlling the actuator system (104) depending on a position and/or orientation of the vehicle (105) relative to the clothoid (114). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fresnel-Integrale (118) skaliert werden, indem Integrationsergebnisse durch Integration der Fresnel-Integrale (118) berechnet werden und die Integrationsergebnisse mit einem von der Krümmungsänderungsrate (κ₁) abhängigen ersten Skalierungsfaktor (s₁) multipliziert werden.procedure after claim 1 , wherein the Fresnel integrals (118) are scaled by calculating integration results by integrating the Fresnel integrals (118) and multiplying the integration results by a first scaling factor (s ₁ ) dependent on the rate of curvature change (κ ₁ ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fresnel-Integrale (118) skaliert werden, indem eine obere Integrationsgrenze der Fresnel-Integrale (118) mit einem von der Krümmungsänderungsrate (κ₁) abhängigen zweiten Skalierungsfaktor (s₂) multipliziert wird.A method according to any one of the preceding claims, wherein the Fresnel integrals (118) are scaled by multiplying an upper integration limit of the Fresnel integrals (118) by a second scaling factor (s ₂ ) dependent on the rate of curvature change (κ ₁ ). Verfahren nach Anspruch 2 in Kombination mit Anspruch 3, wobei der erste Skalierungsfaktor (s₁) der Kehrwert des zweiten Skalierungsfaktors (s₂) ist.procedure after claim 2 in combination with claim 3 , where the first scaling factor (s ₁ ) is the reciprocal of the second scaling factor (s ₂ ). Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, wobei der erste Skalierungsfaktor (s₁) definiert ist mit: $\sqrt{\pi \text{/}\left|K_1\right|};$

wobei κ₁ für die Krümmungsänderungsrate steht.procedure after claim 2 or 4 , where the first scaling factor (s ₁ ) is defined with: $\sqrt{\pi \text{/}\left|K_1\right|};$

where κ ₁ is the rate of change of curvature. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der zweite Skalierungsfaktor (s₂) definiert ist mit: $\sqrt{\left|K_1\right|\text{/}\pi };$

wobei κ₁ für die Krümmungsänderungsrate steht.procedure after claim 3 or 4 , where the second scaling factor (s ₂ ) is defined with: $\sqrt{\left|K_1\right|\text{/}\pi };$

where κ ₁ is the rate of change of curvature. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Winkelargumente der Fresnel-Integrale (118) definiert sind mit: $$\pi t^2\text{/}2.$$

A method according to any one of the preceding claims, wherein angle arguments of the Fresnel integrals (118) are defined with: $$\pi t^2\text{/}2.$$

Steuergerät (100), umfassend einen Prozessor (204), der konfiguriert ist, um das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.A controller (100) comprising a processor (204) configured to carry out the method of any preceding claim. Fahrzeugsystem (200), umfassend: eine Sensorik (102) zum Erfassen einer Umgebung und/oder eines Fahrzustands eines Fahrzeugs (105); und ein Steuergerät (100) nach Anspruch 8.Vehicle system (200), comprising: a sensor system (102) for detecting an environment and/or a driving state of a vehicle (105); and a controller (100). claim 8 . Computerprogramm, umfassend Befehle, die einen Prozessor (204) bei Ausführung des Computerprogramms durch den Prozessor (204) veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.A computer program comprising instructions which cause a processor (204), when the computer program is executed by the processor (204), to carry out the method according to any one of Claims 1 until 7 to execute. Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.Computer-readable medium on which the computer program claim 10 is saved.

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