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Diese Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer adaptiven Quersteuerung für ein Ego-Fahrzeug.
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Fahrerassistenzsysteme (ADAS - Advanced Driver Assistance Systems) und autonomes Fahren (AD - Autonomous Driving) sind allgemein bekannte marktführende Technologien in aktuellen Studien zu Kraftfahrzeuganwendungen und im Kraftfahrzeugmarkt.
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Eine Assistenzfunktion ist die adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung (ACC - Adaptive Cruise Control), bei der das Fahrzeug zusätzlich zu intelligenten Algorithmen zahlreiche Sensoren nutzt, um die Fahrzeuglängsbewegung, welche die Längsposition, die Längsgeschwindigkeit und die Längsbeschleunigung umfasst, adaptiv zu steuern. Die Querdynamik oder die seitlichen Gegebenheiten werden bei dieser Funktionalität jedoch nicht berücksichtigt.
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Andere ADAS-Funktionalitäten sind die Fahrspurzentriersteuerung (LCC - Lane Centering Control) und der Spurhalteassistent (LKA - Lane Keep Assist), die direkt auf die Fahrzeugquerbewegung abzielen und diese steuern. Die Bewegungssteuerung wird jedoch vollständig auf Basis einer Solltrajektorie, welche die Ego-Spur als Begrenzung annimmt, und ohne bzw. unter minimaler Berücksichtigung der anderen Verkehrsteilnehmer, insbesondere des angrenzenden Verkehrs in den Nebenspuren, berechnet und ausgeführt.
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Folglich besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Bereitstellen einer adaptiven Quersteuerung für ein Ego-Fahrzeug bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Es wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines adaptiven Quersteuerungssystems für ein Ego-Fahrzeug vorgeschlagen, wobei in einem ersten Schritt ein Erkennen und Erfassen anderer Verkehrsteilnehmer vor und/oder benachbart zu dem Ego-Fahrzeug ausgeführt wird, und in einem zweiten Schritt eine Position wenigstens eines Zielfahrzeugs, das einer der anderen Verkehrsteilnehmer ist, sowie ein Abstand zwischen dem wenigstens einen Zielfahrzeug und dem Ego-Fahrzeug, sowie zusätzliche Informationen über das Umfeld des Ego-Fahrzeugs bestimmt werden. In einem dritten Schritt wird eine durch das Ego-Fahrzeug auf Basis des Abstands zu dem wenigstens einen Zielfahrzeug auszuführende Aktion berechnet, und in einem vierten Schritt wird die Aktion durch autonomes Steuern der Längs- und/oder Querbewegung des Ego-Fahrzeugs und/oder durch Bereitstellen von Informationen an den Fahrer des Ego-Fahrzeugs ausgeführt.
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Mit dem vorgeschlagenen adaptiven Quersteuerungssystem wird ein verbessertes Fahrerassistenzsystem bereitgestellt, das die aktuellen Fahrerassistenzsysteme um eine Quer- und Längssteuerung, welche die Querdynamik oder seitliche Gegebenheiten, sowie andere Verkehrsteilnehmer berücksichtigt, erweitert.
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Gemäß einem Aspekt werden in dem zweiten Schritt Informationen über die Breite der Straße, auf der das Ego-Fahrzeug und/oder das Zielfahrzeug fährt, als Zusatzinformationen bestimmt, und in dem dritten Schritt werden diese Informationen zusätzlich zum Berechnen der auszuführenden Aktion hinzugezogen.
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Gemäß einem Aspekt wird in dem dritten Schritt die auszuführende Aktion unter Verwendung zusätzlicher Informationen berechnet, die vorgegebene Informationen beinhalten, welche erhalten werden von einer zum Kommunizieren mit dem Ego-Fahrzeug eingerichteten Informationsquelle, und wobei die Informationen zum Planen der Aktion verwendet werden können, und/oder die Informationen beinhalten, welche von anderen Fahrzeugen bezogen auf die aktuelle Fahrposition empfangen werden, und/oder die erfasste, geschätzte und prädizierte nicht messbare Werte beinhalten, die von einem künstliche Intelligenz nutzenden Algorithmus erhalten werden.
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Gemäß einem Aspekt ist die auszuführende Aktion wenigstens eine der folgenden: das Verbleiben in der gleichen Ego-Position, falls der Abstand zu dem wenigstens einen Zielfahrzeug vor oder benachbart zu dem Ego-Fahrzeug unter einem vorgegebenen Wert liegt, oder das Anfahren einer ersten Position, in welcher das Ego-Fahrzeug benachbart zu dem wenigstens einen Zielfahrzeug fährt, falls wenigstens der Abstand zu dem wenigstens einen Zielfahrzeug vor oder benachbart zu dem Ego-Fahrzeug über einem vorgegebenen Wert liegt, oder das Anfahren einer zweiten Position durch Überholen des wenigstens einen Zielfahrzeugs und das Befahren von dessen Fahrspur, oder das Anfahren einer dritten Position durch Überholen des wenigstens einen Zielfahrzeugs und das Verbleiben in der zum Überholen verwendeten Fahrspur.
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Falls die Aktion darin besteht, die Längs- und/oder Querbewegung des Ego-Fahrzeugs autonom zu steuern, werden gemäß einem Aspekt die für eine Quer- und/oder Längsbewegung zuständigen Aktuatoren des Ego-Fahrzeugs zum Ausführen der Aktion aktiviert.
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Falls die Aktion darin besteht, dem Fahrer des Ego-Fahrzeugs Informationen zur Verfügung zu stellen, sind gemäß einem Aspekt, die Informationen wenigstens eines von einem Warnsignal, einer Information, einem Vorschlag für eine auszuführende Aktion, oder eine Kombination aus diesen.
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Ferner wird ein Computerprogramm mit Software zum Ausführen aller Schritte des Verfahrens bei Ausführung des Verfahrens auf einem Computer vorgeschlagen.
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Ferner wird ein adaptives Quersteuerungssystem eines Ego-Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei das System zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist. Gemäß einem Aspekt werden der zweite bis vierte Schritt des Verfahrens unter Verwendung von wenigstens einer der Steuereinheiten des Ego-Fahrzeugs und/oder unter Verwendung wenigstens einer separat bereitgestellten Steuereinheit ausgeführt.
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Ferner wird ein Ego-Fahrzeug vorgeschlagen, das Folgendes aufweist: wenigstens ein Sensorset , das zur Überwachung des Umfelds des Ego-Fahrzeugs eingerichtet ist, Aktuatoren, die dazu eingerichtet sind, die Quer- und Längsbewegung des Ego-Fahrzeugs zu steuern, und wenigstens eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Teil des zweiten und des dritten Schritts zu berechnen, und die in der Lage ist, mit dem Sensorset zu kommunizieren, um erfasste Daten zu empfangen, und mit den Aktoren zu kommunizieren, um sie auf Basis der berechneten auszuführenden Aktion zu aktivieren.
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Ausführungsformen dieser Offenbarung sind beispielhaft und nicht einschränkend veranschaulicht in den Figuren der beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen und in denen:
- die 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens zum Bereitstellen eines adaptiven Quersteuerungssystems für ein Ego-Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bereitstellt;
- die 2 eine schematische Darstellung bereitstellt, welche die Schritte des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
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Es wird darauf hingewiesen, dass in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale bezeichnen.
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Die wichtigste Errungenschaft der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein adaptives Quersteuersystem (ALC - Adaptive Lateral Control system) bereitzustellen, das den Fahrer nicht nur, wie der Name nahelegt, bei der Querbewegung unterstützt, sondern - auf Basis von Informationen über den Abstand zu anderen Verkehrsteilnehmern vor und/oder benachbart zu dem Ego-Fahrzeug - auch in der Längsbewegung. Das vorgeschlagene adaptive Quersteuerungssystem (ALC) ist als Softwareprodukt implementiert. Dieses Softwareprodukt führt ein Verfahren aus, das die Hardware- und Softwarekomponenten des Ego-Fahrzeugs, sowie von außerhalb des Ego-Fahrzeugs erhaltene Informationen verwendet. Ziel ist es, eine durch das Ego-Fahrzeug in einer Ist-Situation auszuführende Aktion zu berechnen und zu entscheiden, was zu tun ist. Die Aktion kann dann durch Änderung der lateralen Position (Lenkung) und/oder der Längsposition (Beschleunigung und Verzögerung) des Ego-Fahrzeugs aktiv ausgeführt werden, und/oder passiv durch Bereitstellen von Informationen über das Ergebnis der Berechnung an den Fahrer, z.B. indem ein Vorschlag für eine von dem Fahrer auszuführende Aktion bereitgestellt wird, ohne die Position des Ego-Fahrzeugs aktiv zu beeinflussen.
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Die 1 zeigt einige Optionen für Aktionen, die ausgeführt werden können. Diese Optionen stellen jedoch keine vollständige Aufzählung möglicher Aktionen dar und sind lediglich als Beispiele zur Veranschaulichung des Erfindungsgedanken zu betrachten. Die 2 zeigt die Schritte S1 bis S4 des durch das Computerprogramm auszuführenden Verfahrens. Das Verfahren ist als Software implementiert, die durch den Computer ausgeführt werden kann.
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Das Verfahren kann in drei Teile unterteilt werden: SEE, THINK und ACT, und sieht vier Schritte, S1 bis S4, vor, wobei in dem ersten Schritt ein Erkennen und Erfassen anderer Verkehrsteilnehmer vor und/oder benachbart zu dem Ego-Fahrzeug ausgeführt wird. Dies kann unter Verwendung von Hard- und Softwarekomponenten des Ego-Fahrzeugs, wie z.B. Sensorsets, die zur Überwachung des Umfelds des Fahrzeugs verwendet werden, durchgeführt werden. Solche Sensoren können die folgenden sein (die Aufzählung ist nicht beschränkt): Kameras (vorne, an den Seiten, hinten, ...), Radar (vorne, an den Seiten, hinten, ...), Lidar (vorne, an den Seiten, hinten, ...), Ultraschallsensoren (vorne, an den Seiten, hinten, ...).
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In der 2 nutzt das Ego-Fahrzeug 1 seine Sensoren und zugehörige intelligente Software (z.B. Algorithmen, die künstliche Intelligenz nutzen), um den Abstand D zwischen der rechten Seite des Ego-Fahrzeugs 1 und der linken Seite des Zielfahrzeugs 2 (Lkw) sowie andere Abstände einschließlich des Abstands zu dem voraus fahrenden Motorrads 3,das dann ebenfalls als Zielfahrzeug angesehen werden kann, zu messen. Alle diese Werte werden dann an den THINK-Teil übergegeben (Schritte S2 und S3).
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In dem THINK-Teil, der mit einem zweiten Schritt S2 beginnt, werden eine Position des wenigstens einen Zielfahrzeugs 2 (optional auch des Motorrads 3), das zu den anderen Verkehrsteilnehmern gehört, und ein Abstand D zwischen dem wenigstens einen Zielfahrzeug 2 und dem Ego-Fahrzeug 1, sowie zusätzliche Informationen über das Umfeld des Ego-Fahrzeugs 1 ermittelt. In einem dritten Schritt S3 wird eine von dem Ego-Fahrzeug 1 auf Basis des Abstands D zu dem wenigstens einen Zielfahrzeug 2 auszuführende Aktion berechnet.
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Dieser Teil erhält alle Informationen, die zum Berechnen einer auf Basis der verfügbaren Informationen auszuführenden Aktion erforderlich sind. Bei diesen Informationen handelt es sich um den Abstand D zu dem wenigstens einen Zielfahrzeug 2 sowie um zusätzliche Informationen, die zum Berechnen der Position, die das Ego-Fahrzeug 1 in der aktuellen Situation einnehmen soll, verwendet werden können.
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Solche Zusatzinformationen sind z.B. Informationen über die Breite der Straße, auf der das Ego-Fahrzeug 1 und/oder das Zielfahrzeug 2 fahren/fährt. Auf Basis dieser Informationen kann z.B. berechnet werden, welcher Abstand D noch akzeptiert wird, um entweder zeitlich unbegrenzt neben dem Lkw 2 zu fahren, oder ihn zu überholen. Außerdem kann berechnet werden, für welche Zeitspanne das Fahren des Ego-Fahrzeugs 1 neben dem Lkw 2 akzeptiert wird. Nicht nur im letzteren Fall es wünschenswert, dass zum Entscheiden über die auszuführende Aktion noch mehr Informationen zur Verfügung stehen.
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In einem Beispiel können Informationen über die Breite der vor dem Fahrzeug liegenden Straße nützlich sein, um zu entscheiden, ob das Fahren neben dem Lkw 2 für eine längere Zeitspanne möglich ist. Für den Fall, dass die Straße, d.h. eine oder beide ihrer Fahrspuren L1, L2, schmaler wird, muss berechnet werden, ob für beide Fahrzeuge 1 und 2 noch genügend Platz vorhanden ist, um auch im schmaleren Teil der Straße nebeneinander zu fahren. Diese Entscheidung kann durch das Vorgeben eines zwischen den Fahrzeugen 1, 2 zulässigen Mindestabstands D getroffen werden. Der Mindestabstand D kann für verschiedene Fälle unterschiedlich sein, d.h. für den Fall, dass das Ego-Fahrzeug 1 neben dem Lkw 2 fahren soll, kann ein anderer vorgegebener Mindestabstand D vorliegen, als für den Fall, dass das Ego-Fahrzeug 1 den Lkw 2 überholen soll.
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Daher ist es zweckmäßig, zum Berechnen der auszuführenden Aktion über so viele Informationen wie möglich zu verfügen. Derartige Informationen, können vorgegebene Informationen sein, die von einer zum Kommunizieren mit dem Ego-Fahrzeug eingerichteten Informationsquelle erhalten werden, und wobei die Informationen zum Planen der Aktion verwendet werden können, sowie Informationen, die von anderen Fahrzeugen bezogen auf die aktuelle Fahrposition - z.B. Straßenzustand, Wetter, andere Verkehrsteilnehmer - empfangen werden. Außerdem kann ein künstliche Intelligenz nutzender Algorithmus verwendet werden, um nicht messbare Werte, wie etwa Seitenwind, Fahrverhalten und Fahreigenschaften, explodierende Reifen etc. zu erfassen, zu schätzen und zu prädizieren.
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Grundsätzlich wird die auszuführende Aktion stets unter Verwendung intelligenter Algorithmen in Kombination mit künstlicher Intelligenz (KI) bestimmt. Nur so können all die komplexen Informationen auf einfache Weise verarbeitet werden und nur so kann eine auf der Ist-Situation und einer Situation in der nahen Zukunft basierende Aktion berechnet werden.
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Außerdem wird in dem THINK-Teil die auszuführende Aktion berechnet (Schritt S3). In der 1 sind vier Beispiele dargestellt. Die folgenden Aktionen werden für eine von dem Ego-Fahrzeug 1 auszuführende Aktion berechnet.
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Erste Aktion: In der gleichen Ego-Position P0 verbleiben und nicht neben dem Lkw 2 her fahren, was immer dann der Fall ist, wenn D zu gering ist (d.h. unter einem vorgegebenen Wert liegt). Es können jedoch weitere Informationen berücksichtigt werden, um beispielsweise die Aktion zu verifizieren.
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Zweite Aktion: Die Position P1 anfahren und dort verbleiben, wenn zumindest D groß genug ist (d.h. über einem vorgegebenen Wert liegt). Es sollten jedoch weitere Informationen berücksichtigt werden, um beispielsweise die Aktion zu verifizieren. Solche weiteren Informationen sind vorzugsweise Informationen, die es dem System ermöglichen, zu verifizieren, dass das Ego-Fahrzeug 1 für eine bestimmte Zeitspanne, sicher neben dem Lkw 2 her fahren kann - z.B. Informationen über die Straßenbreite (vorzugsweise beide Fahrspuren L1 und L2) für einen nächsten Straßenabschnitt, Windinformationen etc..
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Dritte Aktion: Den Lkw überholen und die Position P2 anfahren, d.h. schließlich die Fahrspur L2 des Lkw 2 befahren. Auch dies wird vorzugsweise nur dann durchgeführt, wenn zumindest D groß genug ist (d.h. über einem vorgegebenen Wert liegt). Auch hier können zusätzliche Informationen, z.B. Straßenbreite, Windinformationen etc., berücksichtigt werden.
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Vierte Aktion: Anfahren der Position P3, die sich vor dem Lkw 2, aber in einer benachbarten Fahrspur L1 befindet (welche auch die Fahrspur sein könnte, die zum Überholen des Lkw 2 genutzt wird), und dort verbleiben, wenn es unsicher ist, längere Zeit neben dem Lkw 2 her zu fahren. Daher sollten weitere Informationen berücksichtigt werden, um dem System zu ermöglichen, zu verifizieren, dass das Ego-Fahrzeug 1 nicht für eine bestimmte Zeitspanne, sicher neben dem Lkw 2 her fahren kann - z.B. Informationen über die Straßenbreite (vorzugsweise beide Fahrspuren L1 und L2) für einen nächsten Straßenabschnitt, Windinformationen etc..
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In dem THINK-Teil wird auf Basis von Informationen, die aus den Ressourcen des Ego-Fahrzeugs 1 verfügbar sind, sowie von Informationen, die von außerhalb des Ego-Fahrzeugs 1 verfügbar sind, die richtige Aktion berechnet (S3). Die berechnete Aktion wird jedoch nicht ausgeführt
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Dies ist die Aufgabe des ACT-Teils (Schritt S4). Im ACT-Teil ist ein vierter Schritt S4 vorhanden, in dem die Aktion ausgeführt wird. Dies geschieht durch autonomes Steuern der Längs- und/oder Querbewegung des Ego-Fahrzeugs und/oder durch Bereitstellen von Informationen an den Fahrer des Ego-Fahrzeugs. Der ACT-Teil umfasst also beide Arten von Fahrerassistenz - die aktive und die passive.
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In dem aktiven Assistenzteil wird von dem THINK-Teil die Soll-Position/Trajektorie (P0 bis P3) empfangen, dann steuern intelligente Algorithmen die Längsaktuatoren (Beschleunigen und Verzögern) und/oder die Queraktuatoren (Lenkung) des Ego-Fahrzeugs 1, um die gewünschte Position (P0 bis P3) zu erreichen.
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Im passiven Assistenzteil werden Informationen, Warnungen und Fahrerassistenzsignale wie optische, akustische etc. Signale erzeugt und z.B. über die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI - Human Machine Interface) an den Fahrer übermittelt. Das Ego-Fahrzeug 1 ändert jedoch weder seine Längsdynamit noch seine Querdynamik autonom. Informationen, Warnungen und Fahrerassistenzsignale können auch einen Vorschlag für eine von dem Fahrer auszuführende Aktion enthalten, die möglicherweise mit der Aktion, die das Ego-Fahrzeug 1 autonom ausführen würde, übereinstimmt, oder sich - z.B. aufgrund des bekannten Fahrerverhaltens - geringfügig von dieser unterscheidet: z.B. (keine) Ängstlichkeit beim Überholen, (keine) Unsicherheit in engen Passagen etc..
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Auch eine Kombination aus aktiver und passiver Assistenz kann vorteilhaft sein, da der Fahrer über die Absicht und eine zukünftige Aktion des Ego-Fahrzeugs 1 informiert wird. So wird der Fahrer nicht überrascht, z.B. wenn das Ego-Fahrzeug 1 einen Lkw 2 in einer für den Fahrer möglicherweise zu engen Verkehrsituation überholt.
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Zusätzliche Informationen können auch erhalten werden durch Kommunikation mit externen Ressourcen, z.B. Cloud-Dienste, die über nützliche Informationen zum Berechnen der auszuführenden Aktion verfügen. Dies eröffnet die Möglichkeit eines Zugangs zu weiteren nützlichen Informationen wie Verkehrslage, Baustellen, Karten etc.. Außerdem kann Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (V2V - vehicle-to-vehicle communication) zum Teilen von Informationen über den Straßenzustand und Verkehrsteilnehmer etc. für zusätzliche Informationen genutzt werden.
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Das vorgeschlagene adaptive Quersteuerungssystem und -verfahren wird vorzugsweise zum Entscheiden einer Aktion verwendet, die von einem Ego-Fahrzeug 1 auszuführen ist, vor dem und/oder benachbart zu dem sich ein anderer Verkehrsteilnehmer 2, 3 befindet.
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Das System und das Verfahren sind z.B. nützlich bei schmalen Straßen mit mehreren Fahrspuren in derselben Richtung, schmalen Straßen mit Gegenverkehr, Straßen mit wechselnder Breite, Baustellen, Kurven mit starker Krümmung, zusammenführenden Fahrspuren.
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Erfindungsgemäß ist außerdem ein Ego-Fahrzeug bereitgestellt, das wenigstens Folgendes aufweist: ein Sensorset, welches das Umfeld des Ego-Fahrzeugs überwachen kann, Aktuatoren, welche zum Steuern der Quer- und Längsbewegung des Ego-Fahrzeugs 1 eingerichtet sind, und wenigstens eine Steuereinheit, die zum Berechnen wenigstens eines Teils des zweiten und des dritten Schritts S2; S3 eingerichtet ist und die in der Lage ist, mit dem Sensorset zu kommunizieren (um erfasste Daten zu empfangen), und mit den Aktoren zu kommunizieren (um sie auf Basis der berechneten auszuführenden Aktion zu aktivieren).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ego-Fahrzeug
- 2, 3
- Zielfahrzeug (Lkw 2, Motorrad 3)
- P0 bis P3
- Position des Ego-Fahrzeugs
- L1, L2
- Fahrspuren
- S1 bis S4
- Verfahrensschritte
