DE102021211711A1 - Driver assistance system and method for controlling a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Manöverplanungseinrichtung, einer Fahrtrajektorienplanungseinrichtung und einer Schnittstelle. Die Manöverplanungseinrichtung ist dazu ausgebildet, basierend auf einem Fahrbahnmodel, einer Objektliste und Fahrinformationen eine Liste an Fahrmanövern zu generieren. Die Fahrtrajektorienplanungseinrichtung ist dazu ausgebildet, für jedes Fahrmanöver der Liste an Fahrmanövern mit Hilfe einer ersten Kostenfunktion eine Fahrtrajektorie zu berechnen, wobei die Manöverplanungseinrichtung weiter dazu ausgebildet ist, durch Auswertung einer zweiten Kostenfunktion eine zu befahrende Fahrtrajektorie der von der Fahrtrajektorienplanungseinrichtung berechneten Fahrtrajektorien auszuwählen. Die Schnittstelle ist dazu ausgebildet, die ausgewählte Fahrtrajektorie auszugeben. The invention relates to a driver assistance system for a motor vehicle, having a maneuver planning device, a travel trajectory planning device and an interface. The maneuver planning device is designed to generate a list of driving maneuvers based on a roadway model, an object list and driving information. The travel trajectory planning device is designed to calculate a travel trajectory for each driving maneuver in the list of driving maneuvers using a first cost function, with the maneuver planning device being further designed to select a travel trajectory to be traveled on from the travel trajectories calculated by the travel trajectory planning device by evaluating a second cost function. The interface is designed to output the selected travel trajectory.
Description
Zur autonomen oder halbautonomen Steuerung von Fahrzeugen kommen Fahrerassistenzvorrichtungen zum Einsatz. Diese können Fahrtrajektorien berechnen. Ein Verfahren zur Fahrtrajektorienplanung ist aus der
In heutigen Fahrerassistenzsystemen werden z.B. auf der Manöverebene viele Entscheidungen getroffen, auch der für den Trajektorienplaner relevante Verkehrsteilnehmer wird bereits je nach Manöver ausgewählt. Das bedeutet, dass im schlimmsten Fall, wenn das Szenario auf Manöverebene nicht gut gelöst ist, der Trajektorienplaner den relevanten Verkehrsteilnehmer nicht kennt und eine falsche Fahrtrajektorie erstellt. Ein Beispiel ist ein Abstandsregeltempomat, welcher auf Basis des nächsten Fahrzeug in der Fahrspur regelt, wobei ein Motorrad, das auf der rechten Fahrspur fährt, nicht als relevantes Objekt markiert wird. Es besteht damit eine Kollisionsgefahr bei unerwarteten Manövern des Motorrads.In today's driver assistance systems, many decisions are made at the maneuver level, for example, and the road user relevant to the trajectory planner is already selected depending on the maneuver. This means that in the worst case, if the scenario is not well resolved at the maneuver level, the trajectory planner does not know the relevant road user and creates an incorrect driving trajectory. An example is adaptive cruise control, which controls based on the next vehicle in the lane, whereby a motorcycle driving in the right lane is not marked as a relevant object. There is therefore a risk of collision in the event of unexpected motorcycle manoeuvres.
Ein Model Predictive Planner (MPP) wird verwendet, um eine optimale Fahrtrajektorie sowohl für Komfortfälle, z.B. gleichmäßiges Fahren auf einer Spur oder systeminitiierter Spurwechsel, als auch für Notsituationen zu ermitteln. Ein MPP enthält ein Fahrzeugmodell, Informationen über die Fähigkeiten der Aktuatoren und die Straßenreibung und kann daher die Befahrbarkeit einer Fahrtrajektorie im Voraus berechnen. Darüber hinaus kann ein MPP die Fahrtrajektorie nach mehreren Kriterien optimieren, z. B. bezüglich Geschwindigkeitsabweichung, Querbeschleunigung und Querruck, oder Längsbeschleunigung und Längsruck.A Model Predictive Planner (MPP) is used to determine an optimal driving trajectory for comfort cases, e.g. steady driving in one lane or system-initiated lane changes, as well as for emergency situations. An MPP contains a vehicle model, information about the capabilities of the actuators and road friction and can therefore calculate the passability of a driving trajectory in advance. In addition, an MPP can optimize the driving trajectory according to several criteria, e.g. B. with regard to speed deviation, lateral acceleration and lateral jerk, or longitudinal acceleration and longitudinal jerk.
Für verschiedene Fahrmanöver, z.B. Spurhalten, Spurwechsel, Abbremsen auf eine bestimmte Geschwindigkeit und dergleichen, können unterschiedliche Fahrtrajektorien berechnet werden.Different driving trajectories can be calculated for different driving manoeuvres, e.g. staying in lane, changing lanes, braking to a certain speed and the like.
Die Bewegungsplanung für ein autonomes Fahrzeug kann hierarchisch erfolgen, z.B. kann bei der Routenplanung die gesamte Fahrt auf Basis einer Karte geplant werden. Ein globaler Planer kann die nächsten Kilometer zum Erreichen der Zielspur der Navigation auf Basis einer Karte planen. Ein Manöverplaner kann das nächste Manöver für die nächsten Sekunden auf Basis der Umgebungswahrnehmung und optional durch eine Karte erweitert planen. Mögliche Manöver umfassen etwa Fahrspurwechsel oder Halten der Spur. Ein Fahrtrajektorienplaner kann für die nächsten Sekunden räumliche Koordinaten mit Zeitstempel ermitteln, welche für das Fahrzeug befahrbar sind.The movement planning for an autonomous vehicle can be hierarchical, e.g. when planning a route, the entire journey can be planned on the basis of a map. A global planner can plan the next kilometers to reach the destination track of the navigation based on a map. A maneuver planner can plan the next maneuver for the next few seconds based on the perception of the environment and optionally extended by a map. Possible maneuvers include changing lanes or staying in lane. A travel trajectory planner can determine spatial coordinates with a time stamp for the next few seconds, which are passable for the vehicle.
Bei einem intelligenten Manöverlevel wird z.B. eine Graphen-basierte Suche entlang des Straßenmodells für eine vorgegebene Dauer durchgeführt, um die beste Manöversequenz zu ermitteln. Die Fahrtrajektorie kann z.B. durch eine einfache Spline-Interpolation ermittelt werden.For example, at an intelligent maneuver level, a graph-based search is performed along the road model for a given duration to determine the best maneuver sequence. The travel trajectory can be determined, for example, using a simple spline interpolation.
Bei einem einfachen Manöverlevel entscheidet eine Zustandsmaschine durch Heuristiken zwischen Fahrmanövern, etwa Spurhalten oder Spurwechsel. Die beste Fahrtrajektorie wird z.B. durch Lösen eines Optimierungsproblems ermittelt.At a simple maneuver level, a state machine uses heuristics to decide between driving maneuvers, such as staying in lane or changing lanes. The best driving trajectory is determined, for example, by solving an optimization problem.
Graphenbasierte Algorithmen für die Manöverplanung haben jedoch einen hohen Rechenaufwand und können nicht für alle Szenarien eine Lösung in einer festen Laufzeit garantieren.However, graph-based algorithms for maneuver planning have a high computational effort and cannot guarantee a solution in a fixed runtime for all scenarios.
Intelligente Lösungen können auf Manöverplanungsebene mit einer Vielzahl von Entscheidungsbäumen, also etwa Regelkatalogen oder Zustandsautomaten, sehr komplex werden und somit in der realen Welt nicht zu handhaben sein. Ein Regelkatalog kann beispielsweise für ein unerwartetes Szenario keine Regel aufweisen, sodass es keine adäquate Reaktion gibt.Intelligent solutions can become very complex at the maneuver planning level with a large number of decision trees, such as rule catalogs or state machines, and thus cannot be handled in the real world. For example, a rule catalog can have no rule for an unexpected scenario, so that there is no adequate reaction.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, auf einfache Weise eine optimale Fahrtrajektorie zu finden.It is therefore an object of the invention to find an optimal travel trajectory in a simple manner.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrerassistenzsystem und ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.This object is achieved by a driver assistance system and a method for controlling a motor vehicle with the features of the independent patent claims.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.Further preferred embodiments are the subject matter of the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung demnach ein Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Manöverplanungseinrichtung, einer Fahrtrajektorienplanungseinrichtung und einer Schnittstelle. Die Manöverplanungseinrichtung ist dazu ausgebildet, basierend auf einem Fahrbahnmodel, einer Objektliste und Fahrinformationen eine Liste an Fahrmanövern zu generieren. Die Fahrtrajektorienplanungseinrichtung ist dazu ausgebildet, für jedes Fahrmanöver der Liste an Fahrmanövern mit Hilfe einer ersten Kostenfunktion eine Fahrtrajektorie zu berechnen, wobei die Manöverplanungseinrichtung weiter dazu ausgebildet ist, durch Auswertung einer zweiten Kostenfunktion eine zu befahrende Fahrtrajektorie der von der Fahrtrajektorienplanungseinrichtung berechneten Fahrtrajektorien auszuwählen. Die Schnittstelle ist dazu ausgebildet, die ausgewählte Fahrtrajektorie auszugeben.According to a first aspect, the present invention accordingly creates a driver assistance system for a motor vehicle, with a maneuver planning device, a travel trajectory planning device and an interface. The maneuver planning device is designed to generate a list of driving maneuvers based on a roadway model, an object list and driving information. The travel trajectory planning device is designed to calculate a travel trajectory for each driving maneuver in the list of driving maneuvers using a first cost function, with the maneuver planning device being further designed to select a travel trajectory to be traveled on from the travel trajectories calculated by the travel trajectory planning device by evaluating a second cost function. The interface is designed to output the selected travel trajectory.
Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs. Eine Liste an Fahrmanövern wird basierend auf einem Fahrbahnmodel, einer Objektliste und Fahrinformationen generiert. Eine Fahrtrajektorie wird für jedes Fahrmanöver der Liste an Fahrmanövern mit Hilfe einer ersten Kostenfunktion berechnet. Eine zu befahrende Fahrtrajektorie der berechneten Fahrtrajektorien wird durch Auswertung einer zweiten Kostenfunktion ausgewählt. Das Kraftfahrzeug wird gemäß der ausgewählten zu befahrenden Fahrtrajektorie durch mindestens eine Aktuatoreinrichtung angesteuert.According to a second aspect, the present invention provides a method for controlling a motor vehicle. A list of driving maneuvers is generated based on a roadway model, an object list and driving information. A driving trajectory is calculated for each driving maneuver in the list of driving maneuvers using a first cost function. A travel trajectory to be traveled from the calculated travel trajectories is selected by evaluating a second cost function. The motor vehicle is controlled by at least one actuator device according to the selected travel trajectory to be traveled.
Systeme, die mit Regelkatalogen für erkannte Szenarien arbeiten, haben den Nachteil, dass sämtliche zu beherrschenden Szenarien während der Entwicklung betrachtet sein müssen, damit eine Regel für die Fahrzeugreaktion existiert.
Die Erfindung stellt sicher, dass sich ein automatisiertes Fahrzeug in jedem Szenario optimal verhält, d.h. auch für Szenarien, die während der Entwicklung nicht explizit betrachtet wurden, gibt es eine optimale Lösung. Auch in Notfallsituationen wird stets die sicherste Fahrtrajektorie ermittelt.Systems that work with rule catalogs for recognized scenarios have the disadvantage that all scenarios to be controlled must be considered during development so that there is a rule for the vehicle reaction.
The invention ensures that an automated vehicle behaves optimally in every scenario, ie there is an optimal solution even for scenarios that were not explicitly considered during development. Even in emergency situations, the safest driving trajectory is always determined.
Das Verfahren hat weiter die geringstmögliche Komplexität, um optimale Lösungen zu finden. Dies wird durch eine Aufteilung in einen Fahrtrajektorienplaner, welcher die optimale Fahrtrajektorie für Manöver ermittelt, mit einem so einfach wie möglich ausgestalteten Manöverplaner-Level ermöglicht.The method also has the lowest possible complexity in order to find optimal solutions. This is made possible by a division into a travel trajectory planner, which determines the optimal travel trajectory for maneuvers, with a maneuver planner level designed as simply as possible.
Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft für alle Fahrerassistenzsystem (ADAS)-Funktionen, insbesondere für den Automatisierungsgrad SAE Level 2 und höher.The invention is particularly advantageous for all driver assistance system (ADAS) functions, in particular for the degree of
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems ist die Schnittstelle dazu ausgebildet, mindestens ein Ansteuersignal an mindestens eine Aktuatoreinrichtung zum Ansteuern des Kraftfahrzeugs gemäß der ausgewählten zu befahrenden Fahrtrajektorie auszugeben.According to a further embodiment of the driver assistance system, the interface is designed to output at least one control signal to at least one actuator device for controlling the motor vehicle according to the selected travel trajectory to be traveled.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems hängt die erste Kostenfunktion von mindestens einem Komfortparameter ab, wobei der mindestens eine Komfortparameter zumindest eines umfasst von einer Querbeschleunigung, einem Querruck, einer Längsbeschleunigung und einem Längsruck. Dadurch können für den Fahrer unangenehme Beschleunigungen oder Rucke ausgeschlossen werden.According to a further embodiment of the driver assistance system, the first cost function depends on at least one comfort parameter, the at least one comfort parameter comprising at least one of a lateral acceleration, a lateral jerk, a longitudinal acceleration and a longitudinal jerk. Accelerations or jerks that are unpleasant for the driver can thereby be ruled out.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems ist die Fahrtrajektorienplanungseinrichtung dazu ausgebildet, das Optimieren der Fahrtrajektorie mit Hilfe der ersten Kostenfunktion unter Berücksichtigung von mindestens einer Nebenbedingung durchzuführen, wobei die mindestens eine Nebenbedingung in Abhängigkeit von dem Fahrbahnmodell und/oder einem Abstand zu Objekten erzeugt wird. Dadurch können unzulässige Fahrtrajektorien ausgeschlossen werden.According to a further embodiment of the driver assistance system, the travel trajectory planning device is designed to optimize the travel trajectory using the first cost function, taking into account at least one secondary condition, the at least one secondary condition being generated as a function of the roadway model and/or a distance to objects. This means that impermissible travel trajectories can be ruled out.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems ist die Fahrtrajektorienplanungseinrichtung dazu ausgebildet, das Optimieren der Fahrtrajektorie mit Hilfe der ersten Kostenfunktion unter Berücksichtigung eines Zustandes und/oder des geschätzten zukünftigen Potentials der mindestens einen Aktuatoreinrichtung durchzuführen. Somit können nur Fahrtrajektorien ermittelt werden, welche durch die Aktuatoreinrichtung auch tatsächlich angesteuert werden können.According to a further embodiment of the driver assistance system, the travel trajectory planning device is designed to optimize the travel trajectory using the first cost function, taking into account a state and/or the estimated future potential of the at least one actuator device. It is thus only possible to determine travel trajectories which can actually be controlled by the actuator device.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems hängt die zweite Kostenfunktion von mindestens einem Fahrerwunsch eines Fahrers des Kraftfahrzeugs ab. Dabei kann es sich etwa um einen Spurwechselwunsch (etwa durch Blinkersetzen) handeln.According to a further specific embodiment of the driver assistance system, the second cost function depends on at least one driver request from a driver of the motor vehicle. This can be a request to change lanes (e.g. by using the turn signals).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems ist die Manöverplanungseinrichtung dazu ausgebildet, die Fahrmanöver weiter basierend auf globalen Fahrplaninformationen zu erstellen. Beispielsweise können nur solche Manöver oder Fahrtrajektorien ausgewählt werden, welche das Erreichen des vorgegebenen Fahrtziels ermöglichen.According to a further embodiment of the driver assistance system, the maneuver planning device is designed to create the driving maneuver based on global timetable information. For example, only those maneuvers or travel trajectories can be selected that allow the specified travel destination to be reached.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems ist die Manöverplanungseinrichtung dazu ausgebildet, basierend auf kooperativen Fahrstrategien die Fahrmanöver zu erstellen und/oder die zu befahrende Fahrtrajektorie auszuwählen. Dadurch kann ein für alle Verkehrsteilnehmer vorteilhaftes Steuern des Kraftfahrzeugs erreicht werden.According to a further embodiment of the driver assistance system, the maneuver planning device is designed to create the driving maneuvers based on cooperative driving strategies and/or to select the driving trajectory to be traveled. As a result, a control of the motor vehicle that is advantageous for all road users can be achieved.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems ist die Manöverplanungseinrichtung dazu ausgebildet, die zu befahrende Fahrtrajektorie unter Verwendung eines Kollisionsminderungsverfahrens auszuwählen. Falls eine Kollision nicht zu vermeiden ist, kann etwa die Kollision mit dem geringsten zu erwartenden Schaden ausgewählt werden.According to a further embodiment of the driver assistance system, the maneuver planning device is designed to select the travel trajectory to be traveled using a collision reduction method. If a collision cannot be avoided, the collision with the least expected damage can be selected.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Fahrerassistenzsystem eine Sicherheitsfahrtrajektorien-Planungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine Sicherheitsfahrtrajektorie zum sicheren Manövrieren des Kraftfahrzeugs zu ermitteln. Dabei kann es sich etwa um eine Notbremsung handeln.According to a further specific embodiment, the driver assistance system includes a safety travel trajectory planning device which is designed to determine a safety travel trajectory for safe maneuvering of the motor vehicle. This could be an emergency stop, for example.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems umfasst die Objektliste weitere Verkehrsteilnehmer und die Prädiktion von deren Bewegung in einem Umfeld des Kraftfahrzeugs. Die Objektliste kann auch Hindernisse und dergleichen umfassen. Die Objekte und ihre prädizierten Bewegungen werden beim Erzeugen der Manöver und/oder Trajektorien berücksichtigt, sodass etwa nur derartige Manöver und/oder Trajektorien ermittelt werden, welche nicht mit den Verkehrsteilnehmern oder Objekten kollidieren.According to a further embodiment of the driver assistance system, the object list includes other road users and the prediction of their movement in an area surrounding the motor vehicle. The object list can also include obstacles and the like. The objects and their predicted movements are taken into account when generating the maneuvers and/or trajectories, so that only maneuvers and/or trajectories that do not collide with road users or objects are determined.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems umfassen die Fahrinformationen eine aktuelle Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung und/oder Pose des Kraftfahrzeugs. Diese Informationen dienen als Ausgangspunkt der zu berechnenden Fahrtrajektorien.According to a further embodiment of the driver assistance system, the driving information includes a current speed and/or acceleration and/or pose of the motor vehicle. This information serves as the starting point for the travel trajectories to be calculated.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems umfassen die Fahrmanöver zumindest eines von einem Spurwechsel (fahrerinitiiert, systeminitiiert und optional auch nach Navigationsziel), einem Spurhalten, einem Notbremsen in einer aktuellen Fahrspur des Kraftfahrzeugs, einem Notausweichen in der aktuellen Fahrspur des Kraftfahrzeugs, einem Notausweichen in eine der aktuellen Fahrspur des Kraftfahrzeugs benachbarte Fahrspur, Fahren auf einer Fahrspur mit Verkehrsteilnehmern inklusive Geschwindigkeitsregelung und automatischem Anhalten und Losfahren, optional auch inklusive Fahrer-Überholmanöver und Spurhaltung, Kollisionsminderung, kooperatives Fahren, Fahren auf Autobahnkreuzen (inkl. Fahrspurwechsel), Umgang mit Ampeln in der Stadt, etwa geradeaus fahren bei grüner Ampel, Umgang mit innerstädtischen Kreuzungen, etwa Abbiegen bei Ampeln.According to a further embodiment of the driver assistance system, the driving maneuvers include at least one of a lane change (driver-initiated, system-initiated and optionally also according to the navigation destination), staying in a lane, emergency braking in a current lane of the motor vehicle, emergency avoidance in the current lane of the motor vehicle, emergency avoidance in a lane adjacent to the current lane of the motor vehicle, driving in a lane with road users including cruise control and automatic stopping and driving off, optionally also including driver overtaking maneuvers and lane keeping, collision mitigation, cooperative driving, driving on motorway junctions (including changing lanes), dealing with traffic lights in the City, e.g. driving straight ahead at green traffic lights, dealing with inner-city intersections, e.g. turning at traffic lights.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems umfassen die Fahrmanöver eine vorgegebene Setzgeschwindigkeit. Es können da nur solche Fahrtrajektorien berechnet werden, welche die vorgegebene Setzgeschwindigkeit nicht überschreiten.According to a further embodiment of the driver assistance system, the driving maneuvers include a predefined setting speed. Only travel trajectories that do not exceed the specified setting speed can be calculated there.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems hängt die erste Kostenfunktion von mindestens einem Sicherheitsparameter ab. Der mindestens eine Sicherheitsparameter umfasst etwa eine zulässige Höchstgeschwindigkeit, einen Mindestabstand zu Objekten und dergleichen.According to a further embodiment of the driver assistance system, the first cost function depends on at least one safety parameter. The at least one safety parameter includes a maximum permissible speed, a minimum distance from objects and the like.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments given in the schematic figures of the drawings.
Es zeigen:
-
1 ein Blockdiagramm eines Fahrerassistenzsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und -
2 Ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
1 a block diagram of a driver assistance system according to an embodiment of the invention; and -
2 A flow chart of a method for controlling a motor vehicle according to an embodiment of the invention.
Sofern sinnvoll lassen sich die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.Insofar as it makes sense, the configurations and developments described can be combined with one another as desired. Further possible configurations, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.The accompanying drawings are provided to provide a further understanding of embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the foregoing advantages will become apparent by reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale with respect to one another.
Die Manöverplanungseinrichtung 2 empfängt Informationen 10, welche ein Fahrbahnmodel, eine Objektliste und Fahrinformationen umfassen. Das Fahrbahnmodel umfasst etwa Abmessungen und räumliche Anordnungen von Straßen, Fahrspuren und dergleichen. Die Objektliste umfasst weitere Verkehrsteilnehmer und Hindernisse im Umfeld des Kraftfahrzeugs. Die Fahrinformationen umfassen etwa eine aktuelle Geschwindigkeit und eine aktuelle Beschleunigung des Kraftfahrzeugs. Die Informationen 10 können mittels Sensoren des Kraftfahrzeugs erzeugt worden sein, etwa Radarsensoren, Kameras, Lasersensoren oder Ultraschallsensoren.The
Die Manöverplanungseinrichtung 2 erzeugt eine Liste mit einer Vielzahl von Fahrmanövern anhand der Informationen 10 und der Informationen weiterer Einrichtungen, wie einer Manöver-Prüfeinrichtung 5, eines Modus- und Zustandsmanagers 6, einer globale-Planung-Einrichtung 7 und einer Kollisionsverhinderung-Einrichtung 8, welche weiter unten beschrieben werden, In Abhängigkeit von vorhandenen Fahrspuren und dem Fahrbahnverlauf sowie anderen Verkehrsteilnehmer erzeugt die Manöverplanungseinrichtung 2 alle möglichen Fahrmanöver, etwa Spurwechsel, Spurhalten, Notbremsen in einer aktuellen Fahrspur des Kraftfahrzeugs, Notausweichen in der aktuellen Fahrspur des Kraftfahrzeugs und Notausweichen in eine der aktuellen Fahrspur des Kraftfahrzeugs benachbarte Fahrspur.The
Die Manöverplanungseinrichtung 2 umfasst eine Manöverzustands-Einrichtung 21, welche alle erforderlichen Fahrtrajektorienanforderungen für die Fahrtrajektorienplanungseinrichtung 1 erzeugt. Beispielsweise wird dabei eine Setzgeschwindigkeit vorgegeben.The
Die Liste mit den Fahrmanövern wird an die Fahrtrajektorienplanungseinrichtung 1 übertragen. Die Fahrtrajektorienplanungseinrichtung 1 berechnet für jedes Fahrmanöver der Liste an Fahrmanövern durch Optimieren einer ersten Kostenfunktion (numerische Optimierung) genau eine Fahrtrajektorie.The list with the driving maneuvers is transmitted to the driving trajectory planning device 1 . The travel trajectory planning device 1 calculates exactly one travel trajectory for each driving maneuver in the list of driving maneuvers by optimizing a first cost function (numerical optimization).
Die erste Kostenfunktion kann von Komfortparameter und Sicherheitsparametern abhängen. Die Komfortparameter dienen dazu, eine zu starke Beschleunigung oder einen zu starken Ruck zu verhindern, welche der Fahrer als unangenehm empfinden könnte. Die Komfortparameter können hierzu eine Querbeschleunigung, einen Querruck, eine Längsbeschleunigung und einem Längsruck umfassen. Höheren Werte dieser Komfortparameter entsprechen höhere Kosten in der ersten Kostenfunktion, sodass zu große Werte verhindert werden.The first cost function can depend on comfort parameters and security parameters. The comfort parameters are used to prevent excessive acceleration or jolting that the driver might find uncomfortable. For this purpose, the comfort parameters can include a lateral acceleration, a lateral jerk, a longitudinal acceleration and a longitudinal jerk. Higher values of these comfort parameters correspond to higher costs in the first cost function, so too large values are avoided.
Die Fahrtrajektorienplanungseinrichtung 1 kann das Optimieren der ersten Kostenfunktion weiter unter Berücksichtigung von mindestens einer Nebenbedingung durchführen. Die mindestens eine Nebenbedingung kann in Abhängigkeit von dem Fahrbahnmodel erzeugt werden. Beispielsweise kann gefordert werden, dass eine jeweilige Fahrtrajektorie vollständig innerhalb einer vorgegebenen Fahrspur oder innerhalb vorgegebener Fahrspuren liegt. Weiter kann auch eine Maximalgeschwindigkeit übermittelt werden, welche entlang der Fahrtrajektorie einzuhalten ist. Des Weiteren kann ein minimaler Abstand zu Objekten als Nebenbedingung formuliert werden.The travel trajectory planning device 1 can further optimize the first cost function taking into account at least one secondary condition. The at least one secondary condition can be generated as a function of the roadway model. For example, it can be required that a respective driving trajectory lies completely within a specified lane or within specified lanes. Furthermore, a maximum speed can also be transmitted, which is to be maintained along the travel trajectory. Furthermore, a minimum distance to objects can be formulated as a secondary condition.
Die Fahrtrajektorienplanungseinrichtung 1 kann das Optimieren der ersten Kostenfunktion weiter unter Berücksichtigung eines Zustandes der mindestens einen Aktuatoreinrichtung 3 durchführen. Hierzu kann die mindestens eine Aktuatoreinrichtung 3 Informationen an die Fahrtrajektorienplanungseinrichtung 1 übermitteln, welche die möglichen Ansteuerungsoptionen charakterisieren. Beispielsweise kann eine Aktuatoreinrichtung 3 einen momentanen Lenkwinkel und einen noch maximal zulässigen Lenkwinkel übermitteln. Die Fahrtrajektorienplanungseinrichtung 1 ermittelt nur solche Fahrtrajektorien, welche anhand dieser Informationen auch angesteuert werden können.The travel trajectory planning device 1 can also carry out the optimization of the first cost function taking into account a state of the at least one
Die Fahrtrajektorien können abzufahrende Punkte (etwa zweidimensional: x, y), Krümmungsparameter und Zeitstempel umfassen.The travel trajectories can include points to be traveled (eg two-dimensional: x, y), curvature parameters and time stamps.
Die Manöverplanungseinrichtung 2 wählte durch Auswertung einer zweiten Kostenfunktion genau eine zu befahrende Fahrtrajektorie der von der Fahrtrajektorienplanungseinrichtung berechneten Fahrtrajektorien aus. Die Manöverplanungseinrichtung 2 wählt somit letztlich ein Manöver aus, welches die geringsten Kosten gemäß der zweiten Kostenfunktion aufweist. Zusätzlich zu den Kosten der Fahrtrajektorie können auch binäre Informationen, die nicht innerhalb der Kostenfunktion formuliert sind (z.B. Kollision, Verlassen der Spur) mit in die Auswertung einfließen.By evaluating a second cost function, the
Über die Schnittstelle 9, etwa einen CAN-Bus oder dergleichen, wird die gewählte Fahrtrajektorie ausgegeben. Die Manöverplanungseinrichtung 2 kann eine externe Aktuatoreinrichtung 3 ansteuern (etwa ein elektronisches Bremssystem). Die Aktuatoreinrichtung 3 kann eine allgemeine Software-Komponente zur Bewegungssteuerung und ein Aktuatorsteuergerät umfassen. Die Aktuatoreinrichtung 3 kann basierend auf einem Ansteuersignal der Manöverplanungseinrichtung 2 das Fahrzeug steuern, d.h. etwa beschleunigen, bremsen oder lenken. Das an die Aktuatoreinrichtung 3 ausgegebene Ansteuersignal steuert die Aktuatoreinrichtung 3 derart an, dass das Kraftfahrzeug entlang der ausgewählten zu befahrenden Fahrtrajektorie gelenkt wird, z.B. durch Lenkmomentanforderung, Bremsmomentanforderung und/oder Achsmomentanforderung.The selected travel trajectory is output via the interface 9, such as a CAN bus or the like. The
Weiter umfasst das System einen Modus- und Zustandsmanager 6, welcher von der Manöverplanungseinrichtung 2 über das auszuführende Manöver informiert wird und umgekehrt der Manöverplanungseinrichtung 2 Fahrzeugzustandsinformationen übermittelt, etwa Handlungen des Fahrers (z.B. Setzen eines Blinkers), welche einen Fahrerwunsch des Fahrers anzeigen, welcher bei den Fahrtrajektorien berücksichtigt werden kann. Weitere Informationen können einen Degradierungszustand des Kraftfahrzeugs umfassen. Wird beispielsweise der Ausfall der Seitensensoren gemeldet, kann kein Spurwechsel mehr angefordert werden.The system also includes a mode and
Die Informationen des Modus- und Zustandsmanagers 6 können von der Manöverplanungseinrichtung 2 zum Erzeugen der Liste von Fahrmanövern berücksichtigt werden. Falls der Modus- und Zustandsmanager 6 beispielsweise einen Fahrerwunsch „Spurwechsel“ ermittelt, fügt die Manöverplanungseinrichtung 2 das Fahrmanöver „Spurwechsel“ zur Liste hinzu.The information from the mode and
Das Fahrerassistenzsystem kann weitere optionale Komponenten umfassen, welche gestrichelt dargestellt sind, und im Folgenden beschrieben werden. Das Fahrerassistenzsystem kann dabei eine beliebige Kombination dieser Komponenten umfassen.The driver assistance system can include other optional components, which gestri chelt are shown and described below. The driver assistance system can include any combination of these components.
So kann eine Sicherheitsfahrtrajektorien-Planungseinrichtung 4 vorgesehen sein, welche eine Sicherheitstrajektorien-Berechnungseinrichtung 41 umfasst, welche eine Sicherheitsfahrtrajektorie zum sicheren Manövrieren des Kraftfahrzeugs ermittelt, für den unwahrscheinlichen Fall, dass die Trajektorie des Fahrtrajektorienplaners 1 Sicherheitskriterien verletzt. Die Sicherheitsfahrtrajektorie kann derart gewählt sein, dass vorgegebene Kriterien eingehalten werden, etwa ein Halten der aktuellen Spur mit Abstandregelung zum vorausfahrenden Fahrzeug. Für die Sicherheitsfahrtrajektorie können Komfortparameter unberücksichtigt gelassen werden, sodass etwa auch höhere negative Beschleunigungen zulässig sind. Die Sicherheitsfahrtrajektorie dient somit dem Erhalt eines sicheren Fahrzustands.A safety travel
Weiter ist eine Sicherheit-Prüfeinrichtung 42 vorgesehen, welche die berechnete Sicherheitsfahrtrajektorie sowie die von der Fahrtrajektorienplanungseinrichtung 1 berechneten Fahrtrajektorien auf vorgegebene Sicherheitskriterien überprüft, etwa auf Kollisionsfreiheit oder ob die Fahrtrajektorien jeweils innerhalb der Fahrbahn verlaufen.A
Die Manöverplanungseinrichtung 2 kann eine Fahrtrajektorienliste-Evaluierungseinrichtung 25 umfassen, welche die Fahrtrajektorie auswählt. Die Liste der zur Auswahl stehenden Fahrtrajektorien setzt sich zusammen aus den jeweils für ein Manöver optimierten Fahrtrajektorien und der Sicherheitsfahrtrajektorie. Die Fahrtrajektorienliste-Evaluierungseinrichtung 25 übermittelt die ausgewählte Fahrtrajektorie über die Schnittstelle 9 an die mindestens eine Aktuatoreinrichtung 3.The
Weiter kann eine Kollisionsverhinderung-Einrichtung 8 vorgesehen sein, welche basierend auf dem Fahrbahnmodel, der Objektliste und den Fahrinformationen berechnet, ob eine Kollision bevorsteht. In Abhängigkeit von dieser Auswertung empfiehlt die Kollisionsverhinderung-Einrichtung 8 der Manöverplanungeinrichtung 2 ein Manöver (etwa eine Notbremsung oder ein Ausweichmanöver) und/oder gibt für die Manöverplanungseinrichtung 2 höhere Begrenzungen z.B. in Längs- und Querbeschleunigung frei.A
Die Informationen der Kollisionsverhinderung-Einrichtung 8 können von der Manöverplanungseinrichtung 2 zum Erzeugen der Liste von Fahrmanövern berücksichtigt werden. Falls die Kollisionsverhinderung-Einrichtung 8 beispielsweise ermittelt, dass eine Kollision bevorsteht, fügt die Manöverplanungseinrichtung 2 die Fahrmanöver „Notausweichen“ und „Notbremsen“ zur Liste hinzu.The information from the
Weiter kann die Manöverplanungseinrichtung 2 eine Aggregierte-Kosten-Einrichtung 24 umfassen, welche die aggregierten Kosten der Fahrtrajektorien mit Hilfe der zweiten Kostenfunktion ermittelt, wobei etwa auch Informationen über mögliche Kollisionen einberechnet werden.The
Die Manöverplanungseinrichtung 2 kann bei der Auswahl der Manöver auch Informationen von einer globale-Planung-Einrichtung 7 umfassen, wobei etwa die Route eines Navigationsgeräts des Kraftfahrzeugs umfasst sein kann. Beispielsweise können bei der Auswahl der Manöver Distanzen zur nächsten Abfahrt berücksichtigt werden, sodass nur solche Manöver vorgeschlagen werden, welche es ermöglichen, die nächste Abfahrt zu befahren.When selecting the maneuver, the
Weiter kann eine Manöver-Prüfeinrichtung 5 vorgesehen sein, welche beispielsweise anhand von Verkehrsregeln überprüft, welche Manöver zulässig sind und eine Liste der zulässigen Manöver an die Manöver-Planungseinrichtung 2 übermittelt.A
Weiter kann die Manöverplanungeinrichtung 2 eine Kooperatives-Fahren-Einrichtung 22 umfassen, sodass beim Ermitteln der Fahrmanöver und/oder beim Auswählen der Fahrtrajektorien kooperative Fahrstrategien berücksichtigt werden.The
Weiter kann die Manöverplanungseinrichtung 2 eine Kollisionsminderung-Einrichtung 23 umfassen, welche die Fahrtrajektorien unter Verwendung eines Kollisionsminderungsverfahrens bewertet, sodass die zu befahrende Fahrtrajektorie unter Berücksichtigung einer Kollisionsminderung bei einer bevorstehenden Kollision ausgewählt wird. Beispielsweise kann die Fahrtrajektorie mit der geringsten Unfallschwere ermittelt werden, falls nur kollidierende Fahrtrajektorien in der Liste verbleiben. Optional kann auch die Fahrtrajektorie mit der minimalen erwarteten Unfallschwere ausgewählt werden (z.B. eine Notbremsung auf der Fahrspur, seitliche Verschiebung zum Aufprall auf ein vorausfahrendes Objekt mit hundertprozentiger Überlappung von vorderer Stoßstange und hinterer Stoßstange). Es kann auch die Zeit bis zum Aufprall für die Aktoren maximiert werden, etwa zur Airbag-Konditionierung oder Beifahrerpositionierung.The
In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird eine Liste an Fahrmanövern basierend auf einem Fahrbahnmodel, einer Objektliste und Fahrinformationen generiert. Dabei können globalen Fahrplaninformationen und/oder Fahrerwünsche berücksichtigt werden.In a first method step S1, a list of driving maneuvers based on a roadway model, an object list and driving information tion generated. Global timetable information and/or driver requests can be taken into account.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird eine Fahrtrajektorie für jedes Fahrmanöver der Liste an Fahrmanövern mit Hilfe einer ersten Kostenfunktion berechnet. Die erste Kostenfunktion kann dabei von Komfortparametern und Sicherheitsparametern abhängen, wobei bei der Optimierung Nebenbedingungen berücksichtigt werden können. Insbesondere kann ein Zustand von Aktuatoreinrichtungen 3 des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden.In a second method step S2, a driving trajectory is calculated for each driving maneuver in the list of driving maneuvers using a first cost function. In this case, the first cost function can depend on comfort parameters and safety parameters, with secondary conditions being able to be taken into account during the optimization. In particular, a state of
In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird eine zu befahrende Fahrtrajektorie der berechneten Fahrtrajektorien mit Hilfe einer zweiten Kostenfunktion ausgewählt. Dabei kann ein Kollisionsminderungsverfahren verwendet werden. Die zu befahrende Fahrtrajektorie kann auch basierend auf kooperativen Fahrstrategien ausgewählt werden.In a third method step S3, a travel trajectory to be driven along from the calculated travel trajectories is selected with the aid of a second cost function. A collision mitigation method can be used for this. The driving trajectory to be traveled can also be selected based on cooperative driving strategies.
Zusätzlich kann möglich sein, dass eine Sicherheitsfahrtrajektorie ermittelt wird und die zu befahrende Fahrtrajektorie aus den berechneten Fahrtrajektorien und der Sicherheitsfahrtrajektorie ausgewählt wird.In addition, it may be possible for a safety travel trajectory to be determined and for the travel trajectory to be traveled to be selected from the calculated travel trajectories and the safety travel trajectory.
Das Kraftfahrzeug in einem vierten Verfahrensschritt S4 gemäß der ausgewählten zu befahrenden Fahrtrajektorie durch mindestens eine Aktuatoreinrichtung 3 angesteuert.In a fourth method step S4, the motor vehicle is controlled by at least one
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Fahrtrajektorienplanungseinrichtungtravel trajectory planning device
- 22
- Manöverplanungseinrichtungmaneuver planning facility
- 33
- Aktuatoreinrichtungactuator device
- 44
- Sicherheitsfahrtrajektorien-PlanungseinrichtungSafety travel trajectory planning device
- 55
- Manöver-Prüfeinrichtungmaneuver test facility
- 66
- Modus- und ZustandsmanagerMode and State Manager
- 77
- globale-Planung-Einrichtungglobal planning facility
- 88th
- Kollisionsverhinderung-Einrichtungcollision avoidance facility
- 99
- Schnittstelleinterface
- 1010
- Informationeninformation
- 2121
- Manöverzustand-EinrichtungManeuver State Facility
- 2222
- Kooperatives-Fahren-EinrichtungCooperative Driving facility
- 2323
- Kollisionsminderung-EinrichtungCollision Mitigation Facility
- 2424
- Aggregierte-Kosten-EinrichtungAggregate Cost Setup
- 2525
- Fahrtrajektorienliste-Evaluierungseinrichtungrunning trajectory list evaluation means
- 4141
- Sicherheitstrajektorien-BerechnungseinrichtungSafety Trajectory Calculator
- 4242
- Sicherheit-PrüfeinrichtungSafety testing facility
- S1-S4S1-S4
- Verfahrensschritteprocess steps
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 3291202 A1 [0001]EP 3291202 A1 [0001]
- DE 102019102939 A1 [0001]DE 102019102939 A1 [0001]
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