EP3898370A1 - Verfahren sowie system zum steuern eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren sowie system zum steuern eines kraftfahrzeugs

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Publication number
EP3898370A1
EP3898370A1 EP19832033.5A EP19832033A EP3898370A1 EP 3898370 A1 EP3898370 A1 EP 3898370A1 EP 19832033 A EP19832033 A EP 19832033A EP 3898370 A1 EP3898370 A1 EP 3898370A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lane
areas
motor vehicle
occupied
free
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19832033.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carlo Manna
Christian Wissing
Manuel Schmidt
Andreas Homann
Christian LIENKE
Torsten Bertram
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Automotive Germany GmbH
Original Assignee
ZF Automotive Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Automotive Germany GmbH filed Critical ZF Automotive Germany GmbH
Publication of EP3898370A1 publication Critical patent/EP3898370A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W60/00—Drive control systems specially adapted for autonomous road vehicles
    • B60W60/001—Planning or execution of driving tasks
    • B60W60/0027—Planning or execution of driving tasks using trajectory prediction for other traffic participants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/10—Path keeping
    • B60W30/12—Lane keeping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/18009—Propelling the vehicle related to particular drive situations
    • B60W30/18163—Lane change; Overtaking manoeuvres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • B60W2520/10—Longitudinal speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/10—Longitudinal speed
    • B60W2520/105—Longitudinal acceleration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • B60W2552/10—Number of lanes
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    • B60W2554/40—Dynamic objects, e.g. animals, windblown objects
    • B60W2554/404—Characteristics
    • B60W2554/4041—Position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60W2554/00—Input parameters relating to objects
    • B60W2554/80—Spatial relation or speed relative to objects
    • B60W2554/802—Longitudinal distance

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a motor vehicle, a control device for a system for controlling a motor vehicle, a system for controlling a motor vehicle, a computer program for carrying out the method and a computer-readable data carrier with such a computer program.
  • One of the main challenges for driver assistance systems that control the longitudinal movement and lateral movement of a motor vehicle in a partially automated manner, and especially for fully automated motor vehicles, is to analyze a specific situation in which the motor vehicle is located and, based on this, to conduct appropriate driving maneuvers for the vehicle Derive motor vehicle.
  • the complexity of the calculation of the driving maneuvers generally increases with the duration of the individual driving maneuvers. If various possible driving maneuvers are to be determined for a longer period of time, for example longer than three seconds, or if complex driving maneuvers with several lane changes are involved, previously known methods are no longer able to determine them in real time.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a system for controlling a motor vehicle in which the disadvantages from the prior art are improved.
  • the object is achieved according to the invention by a method for controlling a motor vehicle which is traveling on a road in a current lane, the road having at least one further lane which is adjacent to the current lane of the motor vehicle.
  • a method for controlling a motor vehicle which is traveling on a road in a current lane, the road having at least one further lane which is adjacent to the current lane of the motor vehicle.
  • the method according to the invention is based on the basic idea of mapping the street onto a space-time diagram and dividing the street into different partial areas in this space-time diagram, namely in partial areas in which a lane change is possible and in partial areas in which no lane change is possible. Possible driving maneuvers between these individual sub-areas can then be determined very quickly and in a resource-saving manner, since only a small sub-area of the road always has to be considered and not the entire road traffic situation. With the method according to the invention it is therefore possible to determine various possible driving maneuvers in real time.
  • the method according to the invention is a computer-implemented method that is executed on a control unit of the motor vehicle and / or on a control unit of a higher-level control system that is assigned, for example, at least to the section of the road in which the motor vehicle is currently driving, whereby the motor vehicle and the control system are in signal-transmitting connection with one another and can exchange signals with one another.
  • the spatio-temporal areas and the spatio-temporal sub-areas are each described by at least one location coordinate, in particular a longitudinal coordinate in the street direction, and by a time coordinate.
  • a coordinate in the transverse direction to the road is discretized and is set to a specific value for each lane.
  • a driving maneuver is to be understood here and in the following to mean at least one transition of the motor vehicle from a spatio-temporal sub-area to another. Of course, these transitions can only be positive Time direction. In general, a driving maneuver consists of several, in-line transitions between individual, adjoining spatial-temporal sub-areas.
  • the occupied areas include not only those partial areas that are actually occupied by another road user, but also additionally a safety distance to be maintained from the other road user concerned, the safety distance being predetermined, preset and / or selectable by the driver.
  • the occupied areas can also include those partial areas that cannot be driven on due to other obstacles, for example construction sites or the like.
  • the changeover areas are those subareas of the free areas of the current lane and the at least one further lane in which both the current lane and the at least one further lane are free from other road users.
  • the free areas are also free of other obstacles, for example construction sites or the like, which would prevent traffic.
  • the changeover areas are therefore the areas of the current lane and the at least one further lane in which a lane change is possible, since both the current lane and the at least one further lane are free.
  • the lane keeping areas are those subareas of the free areas of the current lane and the at least one further lane in which the other of the lanes is occupied and / or a lane change is not otherwise possible.
  • the lane keeping areas are those subareas in which a lane change is not possible because there is another road user in the adjacent lane, because the neighboring lane is otherwise blocked and / or because the corresponding section of the road is prohibited from overtaking or there is a ban on changing lanes.
  • a lane change zone that is spatially between the current lane and the at least one further lane is free. occupied by other road users or otherwise impassable. A transition from one lane to the other lane thus takes place via this lane change zone. The lane change zone is then free when both the current lane and the further lane are free. As a result, the lane change zone is occupied when at least one of the two lanes is occupied.
  • the lane change zone takes into account the fact that the motor vehicle and other road users temporarily block both lanes during a lane change.
  • the lane change zone is otherwise impassable, for example, if there is no overtaking or lane change on the corresponding road section and / or if obstacles prevent the lane change zone from being entered.
  • At least one space-time polygon corresponding to the current lane, at least one to the at least one further lane and at least one space-time polygon corresponding to the occupied areas is determined, with polygon clipping corresponding space-time polygons from the determined polygons to the free areas of the two lanes are determined, in particular wherein those polygons that correspond to the occupied areas are each removed from the polygons that correspond to one of the two lanes in order to determine the free areas.
  • the determination of the free areas is thus reduced to a geometric operation which can be carried out very quickly and in a resource-saving manner, which saves computing time in determining the possible driving maneuvers.
  • the respective lane and the occupied areas of the individual lanes are each polygons in a (L, t) coordinate system, where L is the current longitudinal direction of the road and t is time.
  • L is the current longitudinal direction of the road
  • t is time.
  • the free areas for lane number i thus result, symbolically speaking, from the operation where P lane i is the space-time polygon that corresponds to lane i and where P occupied i includes all space-time polygons that enclose occupied areas in lane number i.
  • an intersection of the two polygons is formed, which correspond to the free areas in the two lanes, in order to determine the change areas and lane keeping areas, in particular to determine whether the lane change zone is free.
  • they result free areas of the lane change zone, i.e. , as an intersection of the polygons that correspond to the free areas in the individual lanes, i.e. by operation P fre u n P f r ei.j
  • the determination of the change areas and the lane keeping areas is thus reduced to a geometric operation that can be carried out very quickly and conserves resources, which saves computing time in determining the possible driving maneuvers.
  • An embodiment of the invention provides that at least the current lane and / or the at least one further lane are or will be transformed into a Frenet-Serret coordinate system.
  • this coordinate system every road is free of curvature, so that regardless of an actual course of the road, every road traffic situation can be treated in the same way.
  • the space-time polygons described above are determined in the Frenet-Serret coordinate system.
  • a lane vertex is assigned to the changing areas and / or the lane keeping areas of the two lanes, the lane vertices being connected in pairs by edges if a driving maneuver of the motor vehicle between the corresponding changing areas and / or the lane keeping areas is possible, in particular with the track vertices are timed.
  • a sequence of driving maneuvers that can be carried out in succession therefore results from an interrupted train of edges along the lane vertices in the ascending direction of time.
  • a graph is generated that contains several different possible driving maneuvers, in particular all possible driving maneuvers.
  • the generated graph can then be further processed by further modules and / or subsystems of the motor vehicle, for example by a module that determines what is to be carried out from the possible driving maneuvers.
  • At least one change zone vertex is preferably assigned to the lane change zone, in particular where the lane change zone is divided into a plurality of time strips, each of which is assigned at least one change zone vertex, the at least one change zone vertex being connected in pairs to the lane vertices by edges if a driving maneuver of the motor vehicle between the corresponding partial area the lane change zone and the corresponding change area or lane keeping area is possible.
  • a Sequence of driving maneuvers which can be carried out in succession therefore results from an interrupted train of edges along the lane vertices and the transition zone vertices in the ascending direction of time. In this way, a graph is generated that contains several different possible driving maneuvers, in particular all possible driving maneuvers. The generated graph can then be further processed by further modules and / or subsystems of the motor vehicle, for example by a module that determines what is to be carried out from the possible driving maneuvers.
  • a new time strip for the lane change zone begins in each event in one of the two lanes.
  • An event is to be understood here and in the following to mean any kind of change in the occupancy of one of the two lanes.
  • a plurality of different driving maneuvers for the motor vehicle are preferably determined, in particular all possible driving maneuvers. It is therefore not only a single possible driving maneuver that is determined, but several different from each other, the different driving maneuvers representing the different possibilities of how the motor vehicle can be controlled.
  • the various driving maneuvers can then be forwarded to further modules and / or subsystems of the motor vehicle, for example to a module that selects the one to be carried out from the possible driving maneuvers.
  • Another aspect of the invention provides that when determining the free and / or areas occupied by the other road users, predicted trajectories of the other road users are taken into account.
  • the predicted trajectories can be predicted by another module or subsystems of the motor vehicle, can be obtained via inter-vehicle communication from the other road users and / or can be obtained from a control system which is assigned at least to the section of the street in which the motor vehicle is located is driving.
  • the predicted trajectories also contain lane changes by other road users.
  • the method according to the invention thus makes it possible to include driving maneuvers of the other road users in the determination of the possible driving maneuvers of the motor vehicle and to control the motor vehicle in a manner adapted to the particular special road traffic situation.
  • the motor vehicle it is determined whether the motor vehicle can reach the respective spatio-temporal subregions, in particular taking into account a current speed of the motor vehicle, a maximum deceleration of the motor vehicle, a maximum acceleration of the motor vehicle and / or a speed limit.
  • the unreachable subareas are then no longer taken into account in the following steps for controlling the motor vehicle, which saves computing time when determining the possible driving maneuvers.
  • Trajectories of the motor vehicle corresponding to the driving maneuvers are preferably determined.
  • the trajectories are each a determined space-time curve along which the motor vehicle moves when the trajectory is selected and the motor vehicle is controlled accordingly.
  • they are optimized trajectories that are optimized based on one or more conditions. For example, the distance traveled should be as short as possible, a duration of the driving maneuver should be minimized and / or longitudinal and / or lateral accelerations that occur should not exceed a predefined limit acceleration.
  • At least one sensor detects the current lane and / or the at least one further lane in order to determine the free areas, occupied areas and / or inaccessibility.
  • the at least one sensor generates corresponding environmental data, which are used to generate an image of the environment, in particular in the form of a space-time diagram.
  • the at least one sensor can be a camera, a radar sensor, a distance sensor, a LIDAR sensor and / or any other type of sensor which is suitable for detecting at least part of the surroundings of the motor vehicle capture.
  • the at least one sensor can be designed as an interface to a control system that is assigned to at least the section of the road in which the motor vehicle is currently traveling.
  • the control system is designed to transmit environmental data about the road and / or about the other road users, in particular about their predicted trajectories, to the motor vehicle and / or to the other road users.
  • at least one of the possible driving maneuvers is selected and the driver is given information based on the at least one driving maneuver.
  • the instructions are in particular information about the at least one selected driving maneuver. For example, several possible driving maneuvers are selected and displayed on a user interface. The driver can decide which of the possible driving maneuvers should be carried out and select this driving maneuver, for example, via the user interface.
  • One of the possible driving maneuvers is preferably selected and the vehicle is controlled in accordance with the selected driving maneuver.
  • the motor vehicle is controlled at least partially automatically, in particular fully automatically, based on the selected driving maneuver.
  • the selected driving maneuver is preferably an optimal driving maneuver that is selected based on boundary conditions from the several possible driving maneuvers. For example, the distance traveled should be as short as possible, a duration of the driving maneuver should be minimized and / or longitudinal and / or lateral accelerations that occur should not exceed a predefined limit acceleration.
  • control device for a system for controlling a motor vehicle, the control device being designed to carry out a method described above.
  • the control unit can be part of the motor vehicle or part of a higher-level system, for example part of the control system.
  • the object is further achieved according to the invention by a system for controlling a motor vehicle, with a control device described above.
  • a system for controlling a motor vehicle with a control device described above.
  • the object is also achieved according to the invention by a computer program with program code means in order to carry out the steps of a method described above when the computer program is executed on a computer or a corresponding computing unit, in particular a computing unit of a control device described above.
  • Program code means are and are to be understood in the following as computer-executable instructions in the form of program code and / or program code modules in compiled and / or in uncompiled form, which can be in any programming language and / or in machine language.
  • the object is further achieved according to the invention by a computer-readable data carrier on which a computer program described above is stored.
  • the data carrier can be an integral part of the control device described above or can be formed separately from the control device.
  • the data carrier has a memory in which the computer program is stored.
  • the memory is any suitable type of memory that is based, for example, on magnetic and / or optical data storage.
  • FIG. 1 schematically shows a road traffic situation
  • FIG. 2 is a schematic block diagram of a system according to the invention for controlling a motor vehicle
  • FIG. 3 is a flowchart of the steps of a method according to the invention.
  • FIGS. 4 (a) and 4 (b) schematically show a street before a transformation into a Frenet-Serret coordinate system or the street after a transformation into a Frenet-Serret coordinate system;
  • FIGS. 5 to 10 each illustrate individual steps of the method according to the invention from FIG. 3.
  • FIG. 1 schematically shows a road traffic situation in which a motor vehicle 10 is driving on a road 12 in a current lane 14. In addition to the current lane 14, another lane 16 runs.
  • first further road user 18 and a second further road user 20 drive on the road 12 in the current lane 14 or in the further lane 16.
  • the other road users 18, 20 are passenger cars, but it could be also deal with trucks, motorcycles or any other road users.
  • the dashed lines 22 and 24 indicate that the first further road user 18 plans in the near future to change from the current lane 14 via the lane change zone 21 to the further lane 16 or that the second further road user 20 plans in the near future, to change from the further lane 16 via the lane change zone into the current lane 14 of the motor vehicle 10. This is indicated by the other road users 18, 20, for example, by using the corresponding direction indicator.
  • the 1 also shows a coordinate system with a longitudinal axis and a normal axis, the longitudinal axis defining a longitudinal direction L and the normal axis defining a transverse direction N.
  • the origin of the coordinate system lies in the longitudinal direction L at the current position of the tip of the motor vehicle 10 and, viewed in the longitudinal direction L, on the right side of the road.
  • the motor vehicle 10 has a system 26 for controlling the motor vehicle 10.
  • the system 26 comprises a plurality of sensors 28 and at least one control device 30.
  • the sensors 28 are arranged at the front, rear and / or on the side of the motor vehicle 10 and are designed to detect the surroundings of the motor vehicle 10, to generate corresponding surroundings data and to forward them to the control unit 30. More specifically, the sensors 28 record information at least about the current lane 14, the further lane 16 and about the other road users 18, 20.
  • the sensors 28 are each a camera, a radar sensor, a distance sensor, a LIDAR sensor and / or any other type of sensor that is suitable for detecting the surroundings of the motor vehicle 10.
  • At least one of the sensors 28 can be designed as an interface to a control system, which is assigned to at least the section of the road 12 shown and is designed to transmit environmental data to the motor vehicle 10 and / or to the road 12 and / or the other road users to be transmitted to the other road users 18, 20.
  • one sensor 28 can be used as
  • Mobile radio communication module can be designed, for example for communication according to the 5G standard.
  • control unit 30 processes the environmental data received from the sensors 28 and controls the motor vehicle 10 at least partially automatically, in particular fully automatically, based on the processed environmental data.
  • control unit 30 On the control unit 30 is therefore a
  • Driver assistance system implemented, which can control a transverse movement and / or a longitudinal movement of the motor vehicle 10 at least partially automatically, in particular fully automatically.
  • control unit 30 is designed to carry out the method steps explained below with reference to FIGS. 4 to 10. More precisely, the control device 30 comprises a data carrier 32 and a computing unit 34, a computer program on the data carrier 32 is stored, which is executed on the computing unit 34 and comprises the program code means in order to carry out the steps of the method explained below.
  • the road 12 more precisely an image of the current lane 14 and the further lane 16 based on the environmental data obtained from the sensors 28, is transformed into a Frenet-Serret coordinate system (step S1).
  • Step S1 is illustrated in FIG. 4.
  • Figure 4 (a) shows the street 12 as it actually runs.
  • the street as seen in the longitudinal direction L, has a curvature to the left.
  • a local coordinate transformation transforms the street 12 into the Frenet-Serret coordinate system, in which the street 12 no longer has any curvature, the result of this transformation being shown in FIG. 4 (b).
  • FIG. 4 (b) shows the road 12 runs straight and without curvature along the longitudinal direction L.
  • step S2 free areas B f and occupied areas B b in the current lane 14 and in the further lane 16 are determined (step S2), the free areas B f and the occupied areas B b each being spatio-temporal Areas.
  • the free areas B f are those spatio-temporal areas that are free from the other road users 18, 20 and other obstacles that prevent driving in the respective lane 14, 16.
  • the occupied areas B b are those spatio-temporal areas that are occupied by the other road users 18, 20 and / or by other obstacles, so that the occupied areas B b cannot be driven by the motor vehicle 10.
  • the occupied areas B b not only contain actually occupied areas, but additionally include a safety distance to be maintained, which can be predetermined, preset or can be selected by the driver.
  • the control device 30 In order to determine the occupied areas, the control device 30 requires predicted trajectories 22, 24 of the other road users 18, 20.
  • the control device 30 can determine the trajectories 22, 24 itself, for example based on the environmental data obtained from the sensors 28, such as the information that a direction indicator of another road user 18, 20 is activated, or based on data exchanged via inter-vehicle communication.
  • the control unit 30 can receive the trajectories 22, 24 directly from the other road users 18, 20 or from the control system.
  • the free areas B f and the occupied areas B b are first determined for the current lane 14 and for the further lane 16, in each case in a tL diagram, where t is time.
  • the first further traffic participant 18 occupies the upper of the two occupied areas Bb.
  • the first further traffic participant 18 occupies both lanes 14, 16 at least temporarily.
  • the second further road user 20 occupies the lower of the two occupied areas Bb.
  • the gradient of the occupied areas B b corresponds to the speed of the corresponding other road user 18 or 20. In the example shown in FIGS. 5 to 10, the speed of the other road users 18, 20 is therefore constant.
  • the coordinate in the transverse direction N is discretized, so it can only assume the three different values which correspond to the current lane 14, the further lane 16 or the lane change zone 21.
  • the three diagrams shown in FIG. 5 are each a tL diagram for the current lane 14, for the further lane 16, and for the lane change zone 21.
  • the hatched sections in the diagrams each correspond to the occupied areas B b of the respective lane 14, 16.
  • the unshaded sections in the diagrams correspond to the free areas B f of the respective lane 14, 16.
  • a space-time polygon P 14 or P 16 is first determined for each lane 14, 16, which corresponds to the entire lane 14 or 16 in front of the motor vehicle 10, in particular the proportion of the lanes 14, 16 , which is within range of the sensors 28.
  • the polygons P 14 and P 16 are the quadrilaterals indicated by the broken lines.
  • space-time polygons P 14 b and P 16 b respectively, which surround the occupied areas B b of the respective lane 14, 16 are determined for the two lanes 14, 16.
  • the free areas B f in the current lane 14, or rather a polygon P 14 , which corresponds to the free areas B f , is then determined by polygon clipping by removing the polygons P 14 b from the polygon P 14 . In other words, it is the operation
  • the free partial areas of the lane change zone 21 are determined (step S3).
  • the lane change zone 21 is clear if and only if both the current lane 14 and the further lane 16 are clear and if the lane change zone 21 is not passable for other reasons, for example due to obstacles or a no-overtaking condition.
  • the free partial areas of the lane change zone 21, or rather a polygon P 21 which corresponds to the free partial areas of the lane change zone 21, are determined as the intersection of the two polygons P 14 and P 16 . If the lane change zone 21 is not due to an obstacle or otherwise a corresponding space-time polygon P h , which encloses the non-accessible sub-area of the lane change zone 21, is determined and removed from the intersection mentioned above.
  • step S4 the diagrams for the current lane 14 and for the further lane 16 are each divided into time strips (step S4), a new time strip beginning with each event.
  • the different time strips are separated from one another by vertical dividing lines E, which are inserted into the diagram in the event of an event.
  • An event is to be understood here and in the following to mean any kind of change in the occupancy of the respective lane 14, 16.
  • the dividing lines E between the individual time strips in the diagrams for both lanes 14, 16 are also transferred to the diagram for the lane change zone 21.
  • oblique dividing lines T are inserted in the diagrams for the current lane 14 and the further lane 16, each one Extend one of the occupied areas B b . These additional oblique dividing lines T are shown in FIGS. 8 to 10.
  • the vertical dividing lines E, the oblique dividing lines T and the occupied areas B b divide each of the three diagrams into a plurality of sub-areas T; a, where i is a natural number greater than zero, which can assume values from 1 up to a total number of sub-areas T j .
  • a lane vertex V t is next assigned to each of the subareas 7 ⁇ of the diagrams for the current lane 14 and for the further lane 16, while a lane change zone vertex W is assigned to each lane T t of the diagram for the lane change zone 21 t is assigned (step S5).
  • i is a natural number greater than zero, which can assume values from 1 up to a total number of partial areas T t .
  • the track vertices V t and the transition zone vertices W t are each time-internally arranged in the diagram, ie those vertices which correspond to partial areas T t with shorter times are further to the left than those vertices which are assigned to partial areas T t with longer times.
  • step S6 the lane vertices V t of the current lane 14 are connected in pairs by edges (step S6), more precisely by directional edges, if a driving maneuver of the motor vehicle 10 is possible between the partial areas T t to which the lane vertices V t are assigned.
  • a driving maneuver is defined as “possible” if and only if the two partial areas T t directly adjoin one another, that is, they are not separated from one another by an occupied area B b .
  • a driving maneuver is of course only possible in the positive direction of time.
  • FIGS. 9 and 10 have been omitted from FIGS. 9 and 10 for reasons of clarity. Instead, the partial areas and the vertices have simply been provided with the corresponding number. In FIGS. 9 and 10 numbers are therefore not reference numerals, but represent the index of the corresponding subarea or vertex.
  • step S6 is shown in FIG. 9.
  • the graph obtained in step S6 already contains all possible driving maneuvers for the motor vehicle 10 within the two lanes 14, 16 and within the lane change zone 21.
  • those lane vertices V t of the current lane 14 are connected to those transition zone vertices W t via directed edges, their assigned partial areas T t of the current lane 14 or the lane change zone 21 overlap one another (step S7).
  • those lane vertices V t are connected to those transition zone vertices W t whose assigned partial areas T t have an intersection that is not empty if the two diagrams for the current lane 14 and for the lane change zone 21 are superimposed.
  • transition zone vertexes W t are connected to those lane vertices V t of the further lane 16 via directional edges whose associated partial areas T t of the lane change zone 21 or the further lane 16 overlap one another. So there are those track vertices V t with those
  • Change zone vertices W are connected, the associated partial areas T of which have an intersection that is not empty if the two diagrams for the further lane 16 and for the lane change zone 21 are superimposed.
  • step S7 the individual partial areas 7 ⁇ of the free areas B f are divided into changing areas in which a lane change between the two lanes 14, 16 is possible, and lane-keeping areas in which a lane change between the two lanes 14, 16 is not is possible.
  • step S7 The result of step S7 is shown in FIG. 10.
  • the graph obtained in step S7 contains all possible driving maneuvers for the motor vehicle 10, which include a change from the current lane 14 to the further lane 16.
  • Each of the possible driving maneuvers corresponds to an uninterrupted train of edges in the graph shown in FIG. 10.
  • the various possible driving maneuvers determined in this way are then processed further by a further module of control unit 30 or by a further module of the computer program.
  • the further module selects at least one driving maneuver from the various possible driving maneuvers that can be carried out (step S8).
  • the further module determines whether the motor vehicle 10 can even reach the individual spatio-temporal sub-regions T t , with a current speed of the motor vehicle 10, a maximum Deceleration of the motor vehicle 10, a maximum acceleration of the motor vehicle 10 and / or a speed limit that may be present on the road 12 are taken into account. Sub-areas T t that cannot be reached are sorted out by the further module and are no longer considered in the following.
  • the further module calculates a trajectory for motor vehicle 10 that corresponds to the at least one driving maneuver (step S9). If there are still several driving maneuvers to choose from, a corresponding trajectory is determined for each of these driving maneuvers.
  • the trajectory to be carried out must be collision-free and may not require any longitudinal and / or lateral accelerations of the motor vehicle 10 that are greater than a predefined limit acceleration.
  • step S10 one of the possible trajectories is selected and the motor vehicle 10 is at least partially automated, in particular fully automated, by the control device 30 according to the selected driving maneuver (step S10).
  • information about the driving maneuver can be displayed to a driver of the motor vehicle 10 based on the selected driving maneuver.
  • several possible driving maneuvers are selected and the driver can decide which of the possible driving maneuvers should be carried out.

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Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs (10), das auf einer Straße (12) in einer momentanen Fahrspur (14) fährt, wobei die Straße (12) wenigstens eine weitere Fahrspur (16) aufweist, wird vorgestellt. Zunächst werden freie Bereiche (Bf) und/oder belegte Bereiche (Bb) der Fahrspuren (14, 16) ermittelt, die durch andere Verkehrsteilnehmer (18, 20) belegt sind, wobei die freien Bereiche (Bf) und die belegten Bereiche (Bb) räumlich-zeitliche Bereiche sind. Basierend auf den ermittelten freien Bereichen (Bf) und/oder belegten Bereichen (Bb) werden Wechselbereiche, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren (14, 16) möglich ist, und/oder Spurhaltebereiche ermittelt, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren (14, 16) nicht möglich ist. Nun werden mögliche Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs (10) zumindest zwischen paarweise aneinander angrenzenden Wechselbereichen und/oder Spurhaltebereichen ermittelt. Ferner wird ein System (26) zum Steuern eines Kraftfahrzeugs (10) beschrieben.

Description

Verfahren sowie System zum Steuern eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, ein Steuergerät für ein System zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, ein System zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens sowie einen computerlesbaren Datenträger mit einem solchen Computerprogramm.
Eine der Hauptherausforderungen für Fahrassistenzsysteme, die eine Längsbewegung und eine Querbewegung eines Kraftfahrzeugs teilweise automatisiert steuern, und vor allem für vollständig automatisiert fahrende Kraftfahrzeuge besteht darin, eine konkrete Situation, in der sich das Kraftfahrzeug befindet, zu analysieren und basierend darauf entsprechende sinnvolle Fahrmanöver für das Kraftfahrzeug herzuleiten.
Die Komplexität der Berechnung der Fahrmanöver steigt im Allgemeinen mit der Zeitdauer der einzelnen Fahrmanöver an. Sollen verschiedene mögliche Fahrmanöver für einen längeren Zeitraum, beispielsweise länger als drei Sekunden, bestimmt werden oder handelt es sich um komplexe Fahrmanöver mit mehreren Spurwechseln, so sind bisher bekannte Verfahren nicht mehr in der Lage, diese in Echtzeit zu ermitteln.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie ein System zum Steuern eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, bei dem die Nachteile aus dem Stand der T echnik verbessert sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, das auf einer Straße in einer momentanen Fahrspur fährt, wobei die Straße wenigstens eine weitere Fahrspur aufweist, die zur momentanen Fahrspur des Kraftfahrzeugs benachbart ist. Zunächst werden, zumindest in der momentanen Fahrspur des Kraftfahrzeugs und in der wenigstens einen weiteren Fahrspur, freie Bereiche und/oder belegte Bereiche ermittelt, die durch andere Verkehrsteilnehmer belegt sind, wobei die freien Bereiche und die belegten Bereiche räumlich-zeitliche Bereiche sind. Basierend auf den ermittelten freien Bereichen und/oder belegten Bereichen werden Wechselbereiche, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren möglich ist, und/oder Spurhaltebereiche ermittelt, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren nicht möglich ist, wobei die Wechselbereiche und die Spurhaltebereiche jeweils ein räumlich-zeitlicher Teilbereich der freien Bereiche sind. Nun werden mögliche Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs zumindest zwischen paarweise aneinander angrenzenden Wechselbereichen und/oder Spurhaltebereichen ermittelt.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Grundgedanken, die Straße auf ein Raum-Zeit-Diagramm abzubilden und die Straße in diesem Raum-Zeit- Diagramm in verschiedene Teilbereiche einzuteilen, nämlich in Teilbereiche, in denen ein Fahrspurwechsel möglich ist, und in Teilbereiche, in denen kein Fahrspurwechsel möglich ist. Zwischen diesen einzelnen Teilbereichen können dann mögliche Fahrmanöver sehr schnell und ressourcenschonend ermittelt werden, da immer nur ein kleiner Teilbereich der Straße betrachtet werden muss und nicht die gesamte Straßenverkehrssituation. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher möglich, verschiedene mögliche Fahrmanöver in Echtzeit zu ermitteln.
Insbesondere handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein computerimplementiertes Verfahren, das auf einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs und/oder auf einem Steuergerät eines übergeordneten Leitsystems ausgeführt wird, das zum Beispiel zumindest dem Abschnitt der Straße zugeordnet ist, in dem das Kraftfahrzeug gerade fährt, wobei das Kraftfahrzeug und das Leitsystem in signalübertragender Verbindung miteinander stehen und Signale miteinander austauschen können.
Die räumlich-zeitlichen Bereiche und die räumlich-zeitlichen Teilbereiche werden dabei jeweils durch wenigstens eine Ortskoordinate, insbesondere eine Längskoordinate in Straßenrichtung, und durch eine Zeitkoordinate beschrieben. Insbesondere wird eine Koordinate in Querrichtung zur Straße diskretisiert und ist pro Fahrspur auf einen bestimmten Wert festgelegt.
Unter einem Fahrmanöver ist dabei und im Folgenden wenigstens ein Übergang des Kraftfahrzeugs von einem räumlich-zeitlichen Teilbereich in einen anderen zu verstehen. Diese Übergänge können dabei natürlich nur in positiver Zeitrichtung erfolgen. Im Allgemeinen besteht ein Fahrmanöver aus mehreren, aneinandergereihten Übergängen zwischen einzelnen, aneinandergrenzenden räumlich-zeitlichen T eilbereichen.
Insbesondere umfassen die belegten Bereiche nicht nur solche Teilbereiche, die tatsächlich von einem anderen Verkehrsteilnehmer belegt sind, sondern auch zusätzlich einen einzuhaltenden Sicherheitsabstand vom betreffenden anderen Verkehrsteilnehmer, wobei der Sicherheitsabstand vorgegeben, voreingestellt und/oder vom Fahrer wählbar sein kann. Zusätzlich können die belegten Bereiche auch solche Teilbereiche umfassen, die aufgrund anderer Hindernisse, beispielsweise Baustellen oder ähnlichem, nicht befahrbar sind.
Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Wechselbereiche diejenigen Teilbereiche der freien Bereiche der momentanen Fahrspur und der wenigstens einen weiteren Fahrspur sind, in denen sowohl die momentane Fahrspur als auch die wenigstens eine weitere Fahrspur frei von anderen Verkehrsteilnehmern ist. Insbesondere sind die freien Bereiche auch frei von anderen Hindernissen, beispielsweise Baustellen oder ähnlichem, die ein Befahren verhindern würden. Bei den Wechselbereichen handelt es sich also um die Bereiche der momentanen Fahrspur und der wenigstens einen weiteren Fahrspur, in denen ein Spurwechsel möglich ist, da sowohl die momentane Fahrspur als auch die wenigstens eine weitere Fahrspur frei sind.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Spurhaltebereiche diejenigen Teilbereiche der freien Bereiche der momentanen Fahrspur und der wenigstens einen weiteren Fahrspur, in denen die jeweils andere der Fahrspuren belegt ist und/oder ein Fahrspurwechsel anderweitig nicht möglich ist. Anders ausgedrückt handelt es sich bei den Spurhaltebereichen also um diejenigen Teilbereiche, in denen ein Fahrspurwechsel nicht möglich ist, da sich auf der benachbarten Fahrspur ein anderer Verkehrsteilnehmer befindet, da die benachbarte Fahrspur anderweitig blockiert ist und/oder da auf dem entsprechenden Straßenabschnitt ein Überholverbot oder ein Spurwechselverbot besteht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zur Ermittlung der Wechselbereiche bestimmt, ob eine Spurwechselzone, die räumlich zwischen der momentanen Fahrspur und der wenigstens einen weiteren Fahrspur liegt, frei, durch andere Verkehrsteilnehmer belegt oder anderweitig unbefahrbar ist. Ein Übergang von der einen auf die andere Fahrspur erfolgt also über diese Spurwechselzone. Die Spurwechselzone ist dabei genau dann frei, wenn sowohl die momentane Fahrspur als auch die weitere Fahrspur frei ist. Folglich ist die Spurwechselzone genau dann belegt, wenn wenigstens eine der beiden Fahrspuren belegt ist. Durch die Spurwechselzone ist die Tatsache berücksichtigt, dass das Kraftfahrzeug und andere Verkehrsteilnehmer während eines Spurwechsels kurzzeitig beide Fahrspuren blockieren. Die Spurwechselzone ist zum Beispiel dann anderweitig unbefahrbar, wenn auf dem entsprechenden Straßenabschnitt ein Überholverbot oder ein Spurwechselverbot besteht und/oder wenn Hindernisse ein Befahren der Spurwechselzone verhindern.
Vorzugsweise wird jeweils wenigstens ein zur momentanen Fahrspur, wenigstens ein zur wenigstens einen weiteren Fahrspur und wenigstens ein den belegten Bereichen entsprechendes Raum-Zeit-Polygon bestimmt, wobei aus den bestimmten Polygonen zu den freien Bereichen der beiden Spuren entsprechende Raum-Zeit-Polygone mittels Polygonclipping ermittelt werden, insbesondere wobei diejenigen Polygone, die den belegten Bereichen entsprechen, jeweils aus den Polygonen entfernt werden, die einer der beiden Fahrspuren entsprechen, um die freien Bereiche zu ermitteln. Die Ermittlung der freien Bereiche wird also auf eine geometrische Operation reduziert, die sehr schnell und ressourcenschonend durchgeführt werden kann, wodurch Rechenzeit bei der Ermittlung der möglichen Fahrmanöver eingespart wird.
Insbesondere sind die jeweilige Fahrspur und die belegten Bereiche der einzelnen Spuren jeweils Polygone in einem (L,t)-Koordinatensystem, wobei L die momentane longitudinale Richtung der Straße und t die Zeit ist. Die freien Bereiche für Fahrspur Nummer i ergeben sich also, symbolisch ausgedrückt, durch die Operation wobei PSpur i das Raum-Zeit Polygon ist, das der Fahrspur i entspricht und wobei Pbelegt i alle Raum-Zeit-Polygone umfasst, die belegte Bereiche in der Fahrspur Nummer i umschließen.
Weiter bevorzugt wird eine Schnittmenge der beiden Polygone gebildet, die den freien Bereichen in den beiden Fahrspuren entsprechen, um die Wechselbereiche und Spurhaltebereiche zu bestimmen, insbesondere um zu bestimmen, ob die Spurwechselzone frei ist. Anders ausgedrückt ergeben sich die freien Bereiche der Spurwechselzone also als Schnittmenge der Polygone, die den freien Bereichen in den einzelnen Fahrspuren entsprechen, also durch die Operation Pfreu n Pfrei.j Die Ermittlung der Wechselbereiche und der Spurhaltebereiche wird also auf eine geometrische Operation reduziert, die sehr schnell und ressourcenschonend durchgeführt werden kann, wodurch Rechenzeit bei der Ermittlung der möglichen Fahrmanöver eingespart wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zumindest die momentane Fahrspur und/oder die wenigstens eine weitere Fahrspur in ein Frenet-Serret- Koordinatensystem transformiert werden bzw. wird. In diesem Koordinatensystem ist jede Straße krümmungsfrei, sodass unabhängig von einem tatsächlichen Verlauf der Straße jede Straßenverkehrssituation auf die gleiche Art und Weise behandelt werden kann. Insbesondere werden die oben beschriebenen Raum- Zeit-Polygone im Frenet-Serret-Koordinatensystem ermittelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird den Wechselbereichen und/oder den Spurhaltebereichen der beiden Spuren jeweils ein Spurvertex zugeordnet, wobei die Spurvertices paarweise durch Kanten verbunden werden, wenn ein Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs zwischen den entsprechenden Wechselbereichen und/oder den Spurhaltebereichen möglich ist, insbesondere wobei die Spurvertices zeitgeordnet sind. Eine Sequenz von nacheinander ausführbaren Fahrmanövern ergibt sich daher durch einen unterbrochenen Zug von Kanten entlang der Spurvertices in aufsteigender Zeitrichtung. Auf diese Weise wird ein Graph erzeugt, der mehrere verschiedene mögliche Fahrmanöver enthält, insbesondere alle möglichen Fahrmanöver. Der erzeugte Graph kann dann von weiteren Modulen und/oder Subsystemen des Kraftfahrzeugs weiterverarbeitet werden, zum Beispiel von einem Modul, das aus den möglichen Fahrmanövern das auszuführende bestimmt.
Vorzugsweise wird der Spurwechselzone wenigstens ein Wechselzonenvertex zugeordnet, insbesondere wobei die Spurwechselzone in mehrere Zeitstreifen aufgeteilt wird, denen jeweils wenigstens ein Wechselzonenvertex zugeordnet wird, wobei der wenigstens eine Wechselzonenvertex mit den Spurvertices paarweise durch Kanten verbunden wird, falls ein Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs zwischen dem entsprechenden Teilbereich der Spurwechselzone und dem entsprechenden Wechselbereich oder Spurhaltebereich möglich ist. Eine Sequenz von nacheinander ausführbaren Fahrmanövern ergibt sich daher durch einen unterbrochenen Zug von Kanten entlang der Spurvertices und der Wechselzonenvertices in aufsteigender Zeitrichtung. Auf diese Weise wird ein Graph erzeugt, der mehrere verschiedene mögliche Fahrmanöver enthält, insbesondere alle möglichen Fahrmanöver. Der erzeugte Graph kann dann von weiteren Modulen und/oder Subsystemen des Kraftfahrzeugs weiterverarbeitet werden, zum Beispiel von einem Modul, das aus den möglichen Fahrmanövern das auszuführende bestimmt.
Insbesondere beginnt bei jedem Ereignis auf einer der beiden Fahrspuren ein neuer Zeitstreifen für die Spurwechselzone. Unter einem Ereignis ist dabei und im Folgenden jegliche Art von Änderung der Belegung einer der beiden Fahrspuren zu verstehen.
Vorzugsweise werden mehrere voneinander verschiedene Fahrmanöver für das Kraftfahrzeug ermittelt, insbesondere alle möglichen Fahrmanöver. Es wird also nicht nur ein einziges mögliches Fahrmanöver bestimmt, sondern mehrere voneinander verschiedene, wobei die verschiedenen Fahrmanöver die verschiedenen Möglichkeiten repräsentieren, wie das Kraftfahrzeug gesteuert werden kann. Die verschiedenen Fahrmanöver können dann an weitere Module und/oder Subsysteme des Kraftfahrzeugs weitergeleitet werden, zum Beispiel an ein Modul, das aus den möglichen Fahrmanövern das auszuführende auswählt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass beim Ermitteln der freien und/oder durch die anderen Verkehrsteilnehmer belegten Bereiche prognostizierte T rajektorien der anderen Verkehrsteilnehmer berücksichtigt werden. Die prognostizierten T rajektorien können von einem anderen Modul oder Subsystemen des Kraftfahrzeugs vorhergesagt werden, per Inter-Vehikel- Kommunikation von den anderen Verkehrsteilnehmern erhalten werden und/oder von einem Leitsystem erhalten werden, das zumindest dem Abschnitt der Straße zugeordnet ist, in dem das Kraftfahrzeug gerade fährt. Insbesondere enthalten die prognostizierten Trajektorien auch Spurwechsel der weiteren Verkehrsteilnehmer. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es also, Fahrmanöver der weiteren Verkehrsteilnehmer in die Ermittlung der möglichen Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs einzubeziehen und das Kraftfahrzeug an die jeweilige spezielle Straßenverkehrssituation angepasst zu steuern. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ermittelt, ob das Kraftfahrzeug die jeweiligen räumlich-zeitlichen Teilbereiche erreichen kann, insbesondere wobei eine momentane Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, eine maximale Verzögerung des Kraftfahrzeugs, eine maximale Beschleunigung des Kraftfahrzeugs und/oder eine Geschwindigkeitsbegrenzung berücksichtigt werden. Die nicht erreichbaren Teilbereiche werden dann in den folgenden Schritten zur Steuerung des Kraftfahrzeugs nicht mehr berücksichtigt, wodurch Rechenzeit bei der Bestimmung der möglichen Fahrmanöver eingespart wird.
Vorzugsweise werden zu den Fahrmanövern korrespondierende T rajektorien des Kraftfahrzeugs ermittelt. Die T rajektorien sind dabei jeweils eine ermittelte Raum-Zeit-Kurve, entlang derer sich das Kraftfahrzeug bewegt, wenn die T rajektorie ausgewählt und das Kraftfahrzeug entsprechend gesteuert wird. Insbesondere handelt es sich um optimierte T rajektorien, die basierend auf einer oder mehreren Bedingungen optimiert werden. Beispielsweise soll der zurückgelegte Weg möglichst kurz sein, eine Dauer des Fahrmanövers minimiert werden und/oder auftretende Längs- und/oder Querbeschleunigungen sollen eine vordefinierte Grenzbeschleunigung nicht überschreiten.
Insbesondere erfasst wenigstens ein Sensor die momentane Fahrspur und/oder die wenigstens eine weitere Fahrspur, um die freien Bereiche, belegten Bereiche und/oder Unbefahrbarkeit zu ermitteln. Der wenigstens eine Sensor erzeugt entsprechende Umgebungsdaten, die dazu verwendet werden, um ein Abbild der Umgebung zu erzeugen, insbesondere in Form eines Raum-Zeit- Diagramms.
Bei dem wenigstens einen Sensor kann es sich um eine Kamera, um einen Radarsensor, um einen Abstandssensor, um einen LIDAR-Sensor und/oder um eine beliebige andere Art von Sensor handeln, die dazu geeignet ist, zumindest einen Teil der Umgebung des Kraftfahrzeugs zu erfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann der wenigstens eine Sensor als Schnittstelle zu einem Leitsystem ausgebildet sein, das wenigstens dem Abschnitt der Straße zugeordnet ist, in dem das Kraftfahrzeug momentan fährt. Dabei ist das Leitsystem dazu ausgebildet, Umgebungsdaten über die Straße und/oder über die weiteren Verkehrsteilnehmer, insbesondere über deren prognostizierte T rajektorien, an das Kraftfahrzeug und/oder an die weiteren Verkehrsteilnehmer zu übermitteln. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird wenigstens eines der möglichen Fahrmanöver ausgewählt und dem Fahrer werden auf Basis des wenigstens einen Fahrmanövers Hinweise gegeben. Bei den Hinweisen handelt es sich insbesondere um Informationen über das wenigstens eine ausgewählte Fahrmanöver. Beispielsweise werden mehrere mögliche Fahrmanöver ausgewählt und auf einem Benutzer- Interface angezeigt. Der Fahrer kann entscheiden, welches der möglichen Fahrmanöver ausgeführt werden soll und dieses Fahrmanöver beispielsweise über das Benutzer-Interface auswählen.
Vorzugsweise wird eines der möglichen Fahrmanöver ausgewählt und das Fahrzeug wird gemäß dem ausgewählten Fahrmanöver gesteuert. Das Kraftfahrzeug wird dabei basierend auf dem ausgewählten Fahrmanöver wenigstens teilweise automatisiert gesteuert, insbesondere vollautomatisch. Vorzugsweise handelt es sich bei dem ausgewählten Fahrmanöver um ein optimales Fahrmanöver, das basierend auf Randbedingungen aus den mehreren möglichen Fahrmanövern ausgewählt wird. Beispielsweise soll der zurückgelegte Weg möglichst kurz sein, eine Dauer des Fahrmanövers minimiert werden und/oder auftretende Längs- und/oder Querbeschleunigungen sollen eine vordefinierte Grenzbeschleunigung nicht überschreiten.
Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuergerät für ein System zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, ein oben beschriebenes Verfahren durchzuführen. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen bezüglich des Verfahrens verwiesen.
Das Steuergerät kann Teil des Kraftfahrzeugs oder ein Teil eines übergeordneten Systems sein, beispielsweise ein Teil des Leitsystems.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein System zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, mit einem oben beschriebenen Steuergerät. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen bezüglich des Verfahrens verwiesen.
Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um die Schritte eines oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird, insbesondere einer Recheneinheit eines oben beschriebenen Steuergeräts. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen bezüglich des Verfahrens verwiesen.
Unter „Programmcodemitteln“ sind dabei und im Folgenden computerausführbare Instruktionen in Form von Programmcode und/oder Programmcodemodulen in kompilierter und/oder in unkompilierter Form zu verstehen, die in einer beliebigen Programmiersprache und/oder in Maschinensprache vorliegen können.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch einen computerlesbaren Datenträger, auf dem ein oben beschriebenes Computerprogramm gespeichert ist. Der Datenträger kann integraler Bestandteil des oben beschriebenen Steuergeräts oder vom Steuergerät separat ausgebildet sein. Der Datenträger weist einen Speicher auf, in dem das Computerprogramm gespeichert ist. Bei dem Speicher handelt es sich um eine beliebige, geeignete Art von Speicher, der beispielsweise auf magnetischer und/oder optischer Datenspeicherung basiert.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen zeigen:
- Figur 1 schematisch eine Straßenverkehrssituation;
- Figur 2 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems zum Steuern eines Kraftfahrzeugs;
- Figur 3 ein Ablaufdiagramm der Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahren;
- die Figuren 4(a) und 4(b) schematisch eine Straße vor einer Transformation in ein Frenet-Serret-Koordinatensystem bzw. die Straße nach einer Transformation in ein Frenet-Serret-Koordinatensystem; und
- die Figuren 5 bis 10 jeweils eine Illustration einzelner Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens von Figur 3. In Figur 1 ist schematisch eine Straßenverkehrssituation gezeigt, in der ein Kraftfahrzeug 10 auf einer Straße 12 in einer momentanen Fahrspur 14 fährt. Neben der momentanen Fahrspur 14 verläuft eine weitere Fahrspur 16.
Auf der Straße 12 fahren außerdem ein erster weiterer Verkehrsteilnehmer 18 sowie ein zweiter weiterer Verkehrsteilnehmer 20 in der momentanen Fahrspur 14 bzw. in der weiteren Fahrspur 16. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei den weiteren Verkehrsteilnehmern 18, 20 um Personenkraftwagen, es könnte sich jedoch auch um Lastkraftwagen, Krafträder oder um beliebige andere Verkehrsteilnehmer handeln.
Zwischen der momentanen Fahrspur 14 und der weiteren Fahrspur 16 liegt eine Spurwechselzone 21 , die teilweise mit der momentanen Fahrspur 14 und der weiteren Fahrspur 16 überlappt.
Durch die gestrichelten Linien 22 und 24 ist angedeutet, dass der erste weitere Verkehrsteilnehmer 18 in naher Zukunft plant, von der momentanen Fahrspur 14 über die Spurwechselzone 21 in die weitere Fahrspur 16 zu wechseln bzw. dass der zweite weitere Verkehrsteilnehmer 20 in naher Zukunft plant, von der weiteren Fahrspur 16 über die Spurwechselzone in die momentane Fahrspur 14 des Kraftfahrzeugs 10 zu wechseln. Dies zeigen die weiteren Verkehrsteilnehmer 18, 20 zum Beispiel durch Verwendung des entsprechenden Fahrtrichtungsanzeigers an.
Zudem ist in Figur 1 ein Koordinatensystem mit einer Längsachse und einer Normalenachse gezeigt, wobei die Längsachse eine Längsrichtung L definiert und wobei die Normalenachse eine Querrichtung N definiert. Der Ursprung des Koordinatensystems liegt in Längsrichtung L an der momentanen Position der Spitze des Kraftfahrzeugs 10 und, in Längsrichtung L gesehen, am rechten Straßenrand.
Bei diesem speziellen Koordinatensystem, das auch im Folgenden verwendet wird, handelt es sich um ein straßenfestes Koordinatensystem, das sich also folglich nicht mit dem Kraftfahrzeug 10 mitbewegt. Natürlich kann aber auch ein beliebiges, anderes Koordinatensystem verwendet werden. Wie in Figur 2 gezeigt ist, weist das Kraftfahrzeug 10 ein System 26 zum Steuern des Kraftfahrzeugs 10 auf. Das System 26 umfasst mehrere Sensoren 28 und zumindest ein Steuergerät 30.
Die Sensoren 28 sind vorne, hinten und/oder seitlich am Kraftfahrzeug 10 angeordnet und dazu ausgebildet, die Umgebung des Kraftfahrzeugs 10 zu erfassen, entsprechende Umgebungsdaten zu generieren und diese an das Steuergerät 30 weiterzuleiten. Genauer gesagt erfassen die Sensoren 28 Informationen zumindest über die momentane Fahrspur 14, die weitere Fahrspur 16 und über die weiteren Verkehrsteilnehmer 18, 20.
Bei den Sensoren 28 handelt es sich jeweils um eine Kamera, um einen Radarsensor, um einen Abstandssensor, um einen LIDAR-Sensor und/oder um eine beliebige andere Art von Sensor, die dazu geeignet ist, die Umgebung des Kraftfahrzeugs 10 zu erfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest einer der Sensoren 28 als Schnittstelle zu einem Leitsystem ausgebildet sein, das wenigstens dem gezeigten Abschnitt der Straße 12 zugeordnet und dazu ausgebildet ist, Umgebungsdaten über die Straße 12 und/oder über die weiteren Verkehrsteilnehmer an das Kraftfahrzeug 10 und/oder an die weiteren Verkehrsteilnehmer 18, 20 zu übermitteln. Der eine Sensor 28 kann in diesem Fall als
Mobilfunkkommunikationsmodul ausgeführt sein, zum Beispiel zur Kommunikation gemäß dem 5G Standard.
Allgemein ausgedrückt verarbeitet das Steuergerät 30 die von den Sensoren 28 erhaltenen Umgebungsdaten und steuert das Kraftfahrzeug 10 basierend auf den verarbeiteten Umgebungsdaten wenigstens teilweise automatisiert, insbesondere vollautomatisch. Auf dem Steuergerät 30 ist also ein
Fahrassistenzsystem implementiert, das eine Querbewegung und/oder eine Längsbewegung des Kraftfahrzeugs 10 wenigstens teilweise automatisiert steuern kann, insbesondere vollautomatisch.
Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 30 dazu ausgebildet, die im Folgenden anhand der Figuren 4 bis 10 erläuterten Verfahrensschritte durchzuführen. Genauer gesagt umfasst das Steuergerät 30 einen Datenträger 32 und eine Recheneinheit 34, wobei auf dem Datenträger 32 ein Computerprogramm gespeichert ist, das auf der Recheneinheit 34 ausgeführt wird und das Programmcodemittel umfasst, um die Schritte des im Folgenden erläuterten Verfahrens durchzuführen.
Zunächst wird die Straße 12, genauer gesagt ein auf den von den Sensoren 28 erhaltenen Umgebungsdaten basierendes Abbild der momentanen Fahrspur 14 und der weiteren Fahrspur 16 in ein Frenet-Serret-Koordinatensystem transformiert (Schritt S1).
Der Schritt S1 ist in Figur 4 illustriert. Figur 4 (a) zeigt die Straße 12, wie sie tatsächlich verläuft. Im gezeigten Beispiel weist die Straße, in Längsrichtung L gesehen, eine Krümmung nach links auf. Durch eine lokale Koordinatentransformation wird die Straße 12 in das Frenet-Serret- Koordinatensystem transformiert, in dem die Straße 12 keine Krümmung mehr aufweist, wobei das Ergebnis dieser T ransformation in Figur 4 (b) gezeigt ist. Wie klar zu erkennen ist, verläuft die Straße 12 in diesem Koordinatensystem gerade und ohne Krümmung entlang der Längsrichtung L.
Als nächstes werden freie Bereiche Bf und belegte Bereiche Bb in der momentanen Fahrspur 14 und in der weiteren Fahrspur 16 ermittelt (Schritt S2), wobei es sich bei den freien Bereichen Bf und bei den belegten Bereichen Bb jeweils um räumlich-zeitliche Bereiche handelt.
Dabei sind die freien Bereiche Bf diejenigen räumlich-zeitlichen Bereiche, die frei von den anderen Verkehrsteilnehmern 18, 20 und anderen Hindernissen sind, die ein Befahren der jeweiligen Fahrspur 14, 16 verhindern.
Die belegten Bereiche Bb sind hingegen diejenigen räumlich-zeitlichen Bereiche, die durch die anderen Verkehrsteilnehmer 18, 20 und/oder durch andere Hindernisse belegt sind, sodass die belegten Bereiche Bb vom Kraftfahrzeug 10 nicht befahren werden können. Insbesondere enthalten die belegten Bereiche Bb nicht nur tatsächlich belegte Bereiche, sondern umfassen zusätzlich einen einzuhaltenden Sicherheitsabstand, der vorgegeben, voreingestellt oder vom Fahrer wählbar sein kann.
Um die belegten Bereiche zu ermitteln, benötigt das Steuergerät 30 prognostizierte Trajektorien 22, 24 der weiteren Verkehrsteilnehmer 18, 20. Das Steuergerät 30 kann die T rajektorien 22, 24 selber bestimmen, beispielsweise basierend auf den von den Sensoren 28 erhaltenen Umgebungsdaten, wie der Information das ein Richtungsanzeiger eines weiteren Verkehrsteilnehmers 18, 20 aktiviert ist, oder basierend auf per Inter-Fahrzeug-Kommunikation ausgetauschten Daten. Alternativ kann das Steuergerät 30 die Trajektorien 22, 24 direkt von den weiteren Verkehrsteilnehmern 18, 20 oder vom Leitsystem erhalten.
Wie in Figur 5 anhand des konkreten Beispiels von Figur 1 gezeigt ist, werden die freien Bereiche Bf und die belegten Bereiche Bb zunächst jeweils für die momentane Fahrspur 14 und für die weitere Fahrspur 16 ermittelt, und zwar jeweils in einem t-L-Diagramm, wobei t die Zeit ist.
In diesem Beispiel startet der erste weitere Verkehrsteilnehmer 18 zum Zeitpunkt t = 1 s ein Spurwechselmanöver von der momentanen Fahrspur 14 hin zur weiteren Fahrspur 16, das zum Zeitpunkt t = 5s abgeschlossen ist. In den in Figur 5 gezeigten Diagrammen belegt der erste weitere Verkehrsteilnehmer 18 jeweils den oberen der beiden belegten Bereiche Bb. Während des Spurwechselvorgangs belegt der erste weitere Verkehrsteilnehmer 18 zumindest zeitweise beide Fahrspuren 14, 16.
Der zweite weitere Verkehrsteilnehmer 20 startet zum Zeitpunkt t = 3s ein Spurwechselmanöver von der weiteren Fahrspur 16 hin zur momentanen Fahrspur 14, das zum Zeitpunkt t = 7s abgeschlossen ist. In den in Figur 5 gezeigten Diagrammen belegt der zweite weitere Verkehrsteilnehmer 20 jeweils den unteren der beiden belegten Bereiche Bb.
Die Steigung der belegten Bereiche Bb entspricht dabei der Geschwindigkeit des entsprechenden weiteren Verkehrsteilnehmers 18 bzw. 20. Im in den Figuren 5 bis 10 gezeigten Beispiel ist die Geschwindigkeit der weiteren Verkehrsteilnehmer 18, 20 also konstant.
Zur Vereinfachung wird dabei die Koordinate in Querrichtung N diskretisiert, sie kann also nur die drei verschiedenen Werte annehmen, die der momentanen Fahrspur 14, der weiteren Fahrspur 16 bzw. der Spurwechselzone 21 entsprechen. Die drei in Figur 5 gezeigten Diagramme sind also jeweils ein t-L- Diagramm für die momentane Fahrspur 14, für die weitere Fahrspur 16, und für die Spurwechselzone 21. Dabei entsprechen die schraffierten Abschnitte in den Diagrammen jeweils den belegten Bereichen Bb der jeweiligen Fahrspur 14, 16. Die unschraffierten Abschnitte in den Diagrammen entsprechen hingegen den freien Bereichen Bf der jeweiligen Fahrspur 14, 16.
Zur Bestimmung der freien Bereiche Bf wird zunächst für jede Fahrspur 14, 16 ein Raum-Zeit-Polygon P14 bzw P16 bestimmt, das der gesamten Fahrspur 14 bzw. 16 vor dem Kraftfahrzeug 10 entspricht, insbesondere dem Anteil der Fahrspuren 14, 16, der in Reichweite der Sensoren 28 liegt. In Figur 5 sind die Polygone P14 und P16 die durch die gestrichelten Linien angedeuteten Vierecke.
Ferner werden für die beiden Fahrspuren 14, 16 jeweils Raum-Zeit-Polygone P14 b bzw. P16 b ermittelt, welche die belegten Bereichen Bb der jeweiligen Fahrspur 14, 16 umschließen.
Die freien Bereiche Bf in der momentanen Fahrspur 14 oder besser gesagt ein Polygon P14 , das den freien Bereichen Bf entspricht, wird dann durch Polygonclipping ermittelt, indem die Polygone P14 b aus dem Polygon P14 entfernt werden. Anders ausgedrückt handelt es sich dabei also um die Operation
Analog dazu werden die freien Bereiche Bf in der weiteren Fahrspur 16 durch Polygonclipping ermittelt, indem die Polygone P16 b aus dem Polygon P16 entfernt werden. Es wird also die Operation P16 = P16\ P16 b durchgeführt.
Als nächstes werden, wie in Figur 6 illustriert, die freien Teilbereiche der Spurwechselzone 21 bestimmt (Schritt S3). Dabei ist die Spurwechselzone 21 genau dann frei, wenn sowohl die momentane Fahrspur 14 als auch die weitere Fahrspur 16 frei sind und wenn die Spurwechselzone 21 nicht aus anderen Gründen unbefahrbar ist, beispielsweise aufgrund von Hindernissen oder von einem Überholverbot.
Daher werden die freien Teilbereiche der Spurwechselzone 21 oder besser gesagt ein Polygon P21 , das den freien Teilbereichen der Spurwechselzone 21 entspricht, als Schnittmenge der beiden Polygone P14 und P16 ermittelt. Ist die Spurwechselzone 21 aufgrund eines Hindernisses oder anderweitig nicht befahrbar, so wird ein entsprechendes Raum-Zeit-Polygon Ph, das den nicht befahrbaren Teilbereich der Spurwechselzone 21 umschließt, ermittelt und aus der oben genannten Schnittmenge entfernt.
Anders ausgedrückt ergeben sich die freien Teilbereiche P21 der Spurwechselzone 21 also durch die Operation
Nun werden die Diagramme für die momentane Fahrspur 14 und für die weitere Fahrspur 16 jeweils in Zeitstreifen eingeteilt (Schritt S4), wobei bei jedem Ereignis ein neuer Zeitstreifen beginnt. In Figur 7 sind die verschiedenen Zeitstreifen durch vertikale Trennlinien E voneinander getrennt, die jeweils bei einem Ereignis in das Diagramm eingefügt sind. Unter einem Ereignis ist dabei und im Folgenden jegliche Art von Änderung der Belegung derjeweiligen Fahrspur 14, 16 zu verstehen.
Beginnt oder endet also zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Belegung eines beliebigen Teilbereichs der momentanen Fahrspur 14 oder der weiteren Fahrspur 16, so beginnt im Diagramm für die momentane Fahrspur 14 bzw. für die weitere Fahrspur 16 zu diesem Zeitpunkt ein neuer Zeitstreifen.
Die Trennlinien E zwischen den einzelnen Zeitstreifen in den Diagrammen für beide Fahrspuren 14, 16 werden zudem auf das Diagramm für die Spurwechselzone 21 übertragen.
Um eine zwischen den drei Diagrammen für die momentane Fahrspur 14, für die weitere Fahrspur 16 und die Spurwechselzone 21 konsistente Einteilung der Diagramme zu erreichen, werden in den Diagrammen für die momentane Fahrspur 14 und die weitere Fahrspur 16 schräge Trennlinien T eingefügt, die jeweils eine Verlängerung eines der belegten Bereiche Bb darstellen. Diese zusätzlichen schrägen Trennlinien T sind in den Figuren 8 bis 10 gezeigt.
Die vertikalen Trennlinien E, die schrägen Trennlinien T und die belegten Bereiche Bb teilen jedes der drei Diagramme in mehrere T eilbereiche T; ein, wobei i eine natürliche Zahl größer null ist, die Werte von 1 bis zu einer Gesamtzahl von Teilbereichen Tj annehmen kann. Wie in Figur 8 gezeigt ist, wird als nächstes jedem der Teilbereiche 7^ der Diagramme für die momentane Fahrspur 14 und für die weitere Fahrspur 16 jeweils ein Spurvertex Vt zugeordnet, während jedem Teilbereich Tt des Diagramms für die Spurwechselzone 21 jeweils ein Wechselzonenvertex Wt zugeordnet wird (Schritt S5). Dabei ist i wiederum eine natürliche Zahl größer null, die Werte von 1 bis zu einer Gesamtzahl von Teilbereichen Tt annehmen kann.
In Figur 8 sind die Spurvertices Vt und die Wechselzonenvertices Wt jeweils diagrammintern zeitgeordnet, d.h. diejenigen Vertices, die Teilbereichen Tt mit kleineren Zeiten entsprechen, stehen weiter links als diejenigen Vertices, die Teilbereichen Tt mit größeren Zeiten zugeordnet sind.
Als nächstes werden die Spurvertices Vt der momentanen Fahrspur 14 paarweise durch Kanten verbunden (Schritt S6), genauer gesagt durch gerichtete Kanten, wenn ein Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs 10 zwischen den Teilbereichen Tt möglich ist, denen die Spurvertices Vt zugeordnet sind.
Dabei ist ein Fahrmanöver genau dann als„möglich“ definiert, wenn die beiden Teilbereiche Tt unmittelbar aneinandergrenzen, also nicht durch einen belegten Bereich Bb voneinander getrennt sind. Zudem ist ein Fahrmanöver natürlich stets nur in positiver Zeitrichtung möglich.
Die gleiche Prozedur wird für die Spurvertices Vt der weiteren Fahrspur 16 und für die Wechselzonenvertices Wt der Spurwechselzone 21 wiederholt.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den Figuren 9 und 10 aus Übersichtsgründen die Buchstaben „T", „V“ und „W“ weggelassen sind. Stattdessen wurden die Teilbereiche und die Vertices einfach mit der entsprechenden Nummer versehen. In den Figuren 9 und 10 sind Zahlen also keine Bezugszeichen, sondern stellen den Index des entsprechenden Teilbereichs bzw. des entsprechenden Vertex dar.
Das Resultat von Schritt S6 ist in Figur 9 gezeigt. Der in Schritt S6 gewonnene Graph enthält bereits alle möglichen Fahrmanöver für das Kraftfahrzeug 10 innerhalb der beiden Fahrspuren 14, 16 und innerhalb der Spurwechselzone 21.
Als nächstes werden diejenigen Spurvertices Vt der momentanen Fahrspur 14 mit denjenigen Wechselzonenvertices Wt über gerichtete Kanten verbunden, deren zugeordnete Teilbereiche Tt der momentanen Fahrspur 14 bzw. der Spurwechselzone 21 einander überlappen (Schritt S7). Anders ausgedrückt werden diejenigen Spurvertices Vt mit denjenigen Wechselzonenvertices Wt verbunden, deren zugeordnete Teilbereiche Tt eine Schnittmenge haben, die nicht leer ist, wenn man die beiden Diagramme für die momentane Fahrspur 14 und für die Spurwechselzone 21 übereinanderlegt.
Zudem werden diejenigen Wechselzonenvertices Wt mit denjenigen Spurvertices Vt der weiteren Fahrspur 16 über gerichtete Kanten verbunden, deren zugeordnete Teilbereiche Tt der Spurwechselzone 21 bzw. der weiteren Fahrspur 16 einander überlappen. Es werden also diejenigen Spurvertices Vt mit denjenigen
Wechselzonenvertices W verbunden, deren zugeordnete Teilbereiche T eine Schnittmenge haben, die nicht leer ist, wenn man die beiden Diagramme für die weitere Fahrspur 16 und für die Spurwechselzone 21 übereinanderlegt.
Anders ausgedrückt werden in Schritt S7 die einzelnen Teilbereiche 7^ der freien Bereiche Bf in Wechselbereiche, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren 14, 16 möglich ist, und in Spurhaltebereiche eingeteilt, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren 14, 16 nicht möglich ist.
Das Ergebnis von Schritt S7 ist in Figur 10 gezeigt. Der in Schritt S7 gewonnene Graph enthält alle möglichen Fahrmanöver für das Kraftfahrzeug 10, die einen Wechsel von der momentanen Fahrspur 14 in die weitere Fahrspur 16 beinhalten. Jedes der möglichen Fahrmanöver entspricht dabei einem ununterbrochenen Zug von Kanten im in Figur 10 gezeigten Graphen.
Die so ermittelten verschiedenen möglichen Fahrmanöver werden dann von einem weiteren Modul des Steuergeräts 30 bzw. von einem weiteren Modul des Computerprogramms weiterverarbeitet.
Das weitere Modul wählt aus den verschiedenen möglichen Fahrmanöver wenigstens ein Fahrmanöver aus, das ausgeführt werden kann (Schritt S8).
Zu diesem Zweck ermittelt das weitere Modul, ob das Kraftfahrzeug 10 die einzelnen räumlich-zeitlichen Teilbereiche Tt überhaupt erreichen kann, wobei eine momentane Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10, eine maximale Verzögerung des Kraftfahrzeugs 10, eine maximale Beschleunigung des Kraftfahrzeugs 10 und/oder eine eventuell auf der Straße 12 vorhandene Geschwindigkeitsbegrenzung berücksichtigt werden. Nicht erreichbare Teilbereiche Tt werden vom weiteren Modul aussortiert und im Folgenden nicht mehr berücksichtigt.
Als nächstes wird vom weiteren Modul eine Trajektorie für das Kraftfahrzeug 10 berechnet, die dem wenigstens einen Fahrmanöver entspricht (Schritt S9). Stehen noch mehrere Fahrmanöver zur Auswahl, so wird für jedes dieser Fahrmanöver eine korrespondierende Trajektorie ermittelt.
Um diejenige T rajektorie zu bestimmen, die schließlich vom Steuergerät 30 zur Steuerung des Kraftfahrzeugs 10 herangezogen werden soll, können noch verschiedene Filter und/oder Bedingungen auf die Trajektorien angewendet bzw. an die Trajektorien gestellt werden.
Beispielsweise muss die auszuführende T rajektorie kollisionsfrei sein und soll gegebenenfalls keinen Längs- und/oder Querbeschleunigungen des Kraftfahrzeugs 10 erfordern, die größer sind als eine vordefinierte Grenzbeschleunigung.
Schließlich wird eine der möglichen Trajektorien ausgewählt und das Kraftfahrzeug 10 wird gemäß dem ausgewählten Fahrmanöver vom Steuergerät 30 wenigstens teilweise automatisiert gesteuert, insbesondere vollständig automatisiert (Schritt S10).
Alternativ oder zusätzlich können einem Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 basierend auf dem ausgewählten Fahrmanöver Informationen über das Fahrmanöver angezeigt werden. Insbesondere werden mehrere mögliche Fahrmanöver ausgewählt und der Fahrer kann entscheiden, welches der möglichen Fahrmanöver ausgeführt werden soll.

Claims

Patenansprüche
1. Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs (10), das auf einer Straße (12) in einer momentanen Fahrspur (14) fährt, wobei die Straße (12) wenigstens eine weitere Fahrspur (16) aufweist, die zur momentanen Fahrspur (14) des Kraftfahrzeugs (10) benachbart ist, mit den folgenden Schritten:
Ermitteln freier Bereiche (Bf) und/oder belegter Bereiche (Bb) , die durch andere Verkehrsteilnehmer (18, 20) belegt sind, zumindest in der momentanen Fahrspur (14) des Kraftfahrzeugs (10) und in der wenigstens einen weiteren Fahrspur (14), wobei die freien Bereiche (Bf) und die belegten Bereiche (Bb) räumlich-zeitliche Bereiche sind;
Ermitteln von Wechselbereichen, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren (14, 16) möglich ist, und/oder von Spurhaltebereichen, in denen ein Fahrspurwechsel zwischen den beiden Fahrspuren (14, 16) nicht möglich ist, basierend auf den ermittelten freien Bereichen (Bf) und/oder belegten Bereichen (Bb) , wobei die Wechselbereiche und die Spurhaltebereiche jeweils ein räumlich-zeitlicher Teilbereich (7)) der freien Bereiche (Bf) sind; und
Ermitteln möglicher Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs (10) zumindest zwischen paarweise aneinander angrenzenden Wechselbereichen und/oder Spurhaltebereichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselbereiche diejenigen Teilbereiche (7)) der freien Bereiche (Bf) der momentanen Fahrspur (14) und der wenigstens einen weiteren Fahrspur (16) sind, in denen sowohl die momentane Fahrspur (14) als auch die wenigstens eine weitere Fahrspur (16) frei von anderen Verkehrsteilnehmern (18,20) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurhaltebereiche diejenigen Teilbereiche (7)) der freien Bereiche (Bf) der momentanen Fahrspur (14) und der wenigstens einen weiteren Fahrspur (16) sind, in denen die jeweils andere der Fahrspuren (14, 16) belegt ist und/oder ein Fahrspurwechsel anderweitig nicht möglich ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Wechselbereiche bestimmt wird, ob eine Spurwechselzone (21), die räumlich zwischen der momentanen Fahrspur (14) und der wenigstens einen weiteren Fahrspur (16) liegt, frei, durch andere Verkehrsteilnehmer (18, 20) belegt oder anderweitig unbefahrbar ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils wenigstens ein zur momentanen Fahrspur (14), wenigstens ein zur wenigstens einen weiteren Fahrspur (16) und wenigstens ein den belegten Bereichen (Bb) entsprechendes Raum-Zeit-Polygon bestimmt wird, wobei aus den bestimmten Polygonen den freien Bereichen (Bf) der beiden Spuren entsprechende Raum-Zeit-Polygone mittels Polygonclipping ermittelt werden, insbesondere wobei diejenigen Polygone, die den belegten Bereichen entsprechen, jeweils aus den Polygonen entfernt werden, die einer der beiden Fahrspuren (14, 16) entsprechen, um die freien Bereiche (Bf) zu ermitteln.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnittmenge der beiden Polygone gebildet wird, die den freien Bereichen (Bf) in den beiden Fahrspuren (14, 16) entsprechen, um die Wechselbereiche und Spurhaltebereiche zu bestimmen, insbesondere um zu bestimmen, ob die Spurwechselzone (21) frei ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die momentane Fahrspur (14) und/oder die wenigstens eine weitere Fahrspur (16) in ein Frenet-Serret-Koordinatensystem transformiert werden bzw. wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Wechselbereichen und/oder den Spurhaltebereichen der beiden Spuren jeweils ein Spurvertex (7έ ) zugeordnet wird, wobei die Spurvertices (nέ) paarweise durch Kanten verbunden werden, wenn ein Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs (10) zwischen den entsprechenden Wechselbereichen und/oder den Spurhaltebereichen möglich ist, insbesondere wobei die Spurvertices (nέ) zeitgeordnet sind.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spurwechselzone (21) wenigstens ein Wechselzonenvertex (Wt) zugeordnet wird, insbesondere wobei die Spurwechselzone (21) in mehrere Zeitstreifen aufgeteilt wird, denen jeweils wenigstens ein Wechselzonenvertex (Wt) zugeordnet wird, wobei der wenigstens eine Wechselzonenvertex (Wt) mit den Spurvertices (Vj) paarweise durch Kanten verbunden wird, falls ein Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs (10) zwischen dem entsprechenden Teilbereich (7)) der Spurwechselzone (21) und dem entsprechenden Wechselbereich oder Spurhaltebereich möglich ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere voneinander verschiedene Fahrmanöver für das Kraftfahrzeug (10) ermittelt werden, insbesondere alle möglichen Fahrmanöver.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ermitteln der freien Bereiche (Bf) und/oder durch die anderen Verkehrsteilnehmer belegten Bereiche (Bb) prognostizierte Trajektorien der anderen Verkehrsteilnehmer (18, 20) berücksichtigt werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelt wird, ob das Kraftfahrzeug (10) die jeweiligen räumlich-zeitlichen Teilbereiche (7)) erreichen kann, insbesondere wobei eine momentane Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (10), eine maximale Verzögerung des Kraftfahrzeugs (10), eine maximale Beschleunigung des Kraftfahrzeugs (10) und/oder eine Geschwindigkeitsbegrenzung berücksichtigt werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Fahrmanövern korrespondierende T rajektorien des Kraftfahrzeugs (10) ermittelt werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (28) die momentane Fahrspur (14) und/oder die wenigstens eine weitere Fahrspur (16) erfasst, um die freien Bereiche (Bf), belegten Bereiche (Bb) und/oder Unbefahrbarkeit zu ermitteln.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der möglichen Fahrmanöver ausgewählt wird und dem Fahrer auf Basis des wenigstens einen Fahrmanövers Hinweise gegeben werden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der möglichen Fahrmanöver ausgewählt wird und das Kraftfahrzeug (10) gemäß dem ausgewählten Fahrmanöver gesteuert wird.
17. Steuergerät (30) für ein System (26) zum Steuern eines Kraftfahrzeugs (10), wobei das Steuergerät (30) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
18. System (26) zum Steuern eines Kraftfahrzeugs (10), mit einem Steuergerät (30) nach Anspruch 17.
19. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 durchzuführen, wenn das
Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit (34) ausgeführt wird, insbesondere einer Recheneinheit (34) eines Steuergeräts (30) nach Anspruch 17.
20. Computerlesbarer Datenträger (32), auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 19 gespeichert ist.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020214595B4 (de) 2020-11-19 2022-07-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrzeugs
CN112455445A (zh) * 2020-12-04 2021-03-09 苏州挚途科技有限公司 自动驾驶的变道决策方法、装置和车辆
CN112550287B (zh) * 2020-12-16 2022-08-26 重庆大学 一种面向结构化道路的驾驶风险评估方法
CN113548052B (zh) * 2021-08-11 2023-01-31 京东鲲鹏(江苏)科技有限公司 无人驾驶车辆换道控制方法和装置
US11628859B1 (en) * 2022-07-29 2023-04-18 Plusai, Inc. Vehicle placement on aerial views for vehicle control
US11634156B1 (en) * 2022-07-29 2023-04-25 Plusai, Inc. Aerial view generation for vehicle control

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006001710A1 (de) * 2006-01-13 2007-08-16 Audi Ag Verfahren zum Betrieb eines Längsführungssystems in einem Kraftfahrzeug
DE102011080928A1 (de) * 2011-08-12 2013-02-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs
DE102013223428A1 (de) * 2013-11-18 2015-05-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Fahrerassistenzeinrichtung zur Unterstützung von Spurwechseln bzw. Überholmanövern eines Kraftfahrzeugs
JP6241341B2 (ja) * 2014-03-20 2017-12-06 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 自動運転支援装置、自動運転支援方法及びプログラム
KR102036050B1 (ko) * 2014-12-30 2019-10-24 주식회사 만도 차선 변경 장치 및 방법
JP6359986B2 (ja) * 2015-02-13 2018-07-18 トヨタ自動車株式会社 車両運転支援システム
JP6308233B2 (ja) * 2016-02-29 2018-04-11 トヨタ自動車株式会社 車両制御装置及び車両制御方法
CN106446335B (zh) * 2016-08-25 2019-08-27 中南大学 一种三维空间下的道路线形质量评估方法
JP6693447B2 (ja) * 2017-03-13 2020-05-13 株式会社デンソー 走行制御装置
US10870426B2 (en) * 2017-06-22 2020-12-22 Magna Electronics Inc. Driving assistance system with rear collision mitigation
CN107564317B (zh) * 2017-10-27 2020-06-30 左依宁 一种自动驾驶车辆控制***及方法
CN107909047B (zh) * 2017-11-28 2021-07-06 上海信耀电子有限公司 一种汽车及其应用的车道检测方法及***
CN108572642B (zh) * 2017-12-15 2022-02-18 蔚来(安徽)控股有限公司 一种自动驾驶***及其横向控制方法

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