DE102019201124A1 - A system for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung stellt ein System für ein Fahrzeug bereit, das in einem autonomen Modus betrieben werden kann, wobei das System zum Planen einer Trajektorie des Fahrzeugs ist. Insbesondere umfasst das System einen Empfänger, der konfiguriert ist, um Straßensegmentdaten von wenigstens einem Teilsystem des Fahrzeugs zu empfangen, wobei die Straßensegmentdaten wenigstens ein Merkmal eines Straßensegments in der Nähe des Fahrzeugs anzeigen. Das System beinhaltet ebenso ein Modul für einen erreichbaren Zustand, das konfiguriert ist, um einen Satz erreichbarer Fahrzeugzustände innerhalb einer vorgeschriebenen Zeitdauer in Abhängigkeit von wenigstens einer Fahrzeugbeschränkung zu bestimmen, wobei jeder der erreichbaren Fahrzeugzustände eine erreichbare Fahrzeugposition beinhaltet. Das System beinhaltet ebenso ein Modul für eine zulässige Position, das konfiguriert ist, um mehrere zulässige Fahrzeugpositionen in dem Straßensegment in Abhängigkeit von den empfangenen Straßensegmentdaten zu bestimmen, wobei die mehreren zulässigen Fahrzeugpositionen innerhalb des bestimmten Satzes von erreichbaren Fahrzeugpositionen liegen. Das System beinhaltet ebenso ein Zielzustandsmodul, das konfiguriert ist, um einen Zielfahrzeugzustand mit einer Zielfahrzeugposition in dem Straßensegment zu bestimmen, wobei die Zielfahrzeugposition einer der mehreren bestimmten zulässigen Fahrzeugpositionen entspricht. Das System beinhaltet ebenso ein Erzeugungsmodul für eine Trajektorie, das konfiguriert ist, um eine realisierbare Trajektorie zu bestimmen, auf der das Fahrzeug in Abhängigkeit von der wenigstens einen Fahrzeugbeschränkung zu der Zielfahrzeugposition fährt, um die Fahrzeugtrajektorie zu planen.The invention provides a system for a vehicle that can be operated in an autonomous mode, the system being for planning a trajectory of the vehicle. In particular, the system includes a receiver configured to receive road segment data from at least one subsystem of the vehicle, the road segment data indicating at least one feature of a road segment proximate to the vehicle. The system also includes an achievable state module configured to determine a set of achievable vehicle states within a prescribed period of time responsive to at least one vehicle restriction, each of the achievable vehicle states including an achievable vehicle position. The system also includes an allowable position module configured to determine a plurality of allowable vehicle positions in the road segment based on the received road segment data, wherein the plurality of allowable vehicle positions are within the particular set of achievable vehicle positions. The system also includes a target state module configured to determine a target vehicle state having a target vehicle position in the road segment, the target vehicle position corresponding to one of the plurality of determined allowable vehicle positions. The system also includes a trajectory generation module configured to determine a viable trajectory on which the vehicle travels to the target vehicle position in response to the at least one vehicle constraint to plan the vehicle trajectory.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System für ein Fahrzeug und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf ein System für ein Fahrzeug, das in einem autonomen Modus betrieben werden kann. Erfindungsgemäße Aspekte beziehen sich auf ein System, auf ein Verfahren und auf ein Fahrzeug.The present disclosure relates to a system for a vehicle, and more particularly, but not exclusively, to a system for a vehicle that can be operated in an autonomous mode. Aspects of the invention relate to a system, a method, and a vehicle.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Die erste Generation von Fahrzeugen mit autonomen Fahrmodi war in der Lage, folgende Aufgaben durchzuführen: Spurhaltung, Halten des Abstands zu einem vorausfahrenden Fahrzeug, Bereitstellen einer Spurhaltewarnung, usw. Dies half, den Insassenkomfort zu erhöhen und die Arbeitsbelastung des Fahrers zu verringern. Ein menschlicher Fahrer ist immer noch erforderlich, um entweder anspruchsvollere, aber ebenso gewöhnliche Manöver, wie etwa einen Spurwechsel, ein Einfädeln in den Verkehr, ein Überholen usw., zu initiieren oder während des Durchführens derselben einzugreifen. Zum Beispiel stellt das Überholen eines vorausfahrenden Fahrzeugs eine Vorlage für derartige komplexe Manöver dar, da es sowohl die seitliche Bewegung und die Längsbewegung eines überholenden Fahrzeugs (Prüffahrzeug) kombiniert, während es ein sich langsamer bewegendes Hindernisfahrzeug (Führungsfahrzeug) vermeidet, als auch die Teilmanöver des Spurwechsels, der Spurhaltung und des Einfädelns auf eine sequentielle Weise beinhaltet.The first generation of vehicles with autonomous driving modes was able to perform the following tasks: lane keeping, keeping the distance to a preceding vehicle, providing a lane departure warning, etc. This helped to increase occupant comfort and reduce the driver's workload. A human driver is still required to initiate or intervene in either more sophisticated but equally common maneuvers, such as lane change, threading traffic, overtaking, etc., while performing the same. For example, overtaking a preceding vehicle is a template for such complex maneuvers as it combines both lateral movement and longitudinal movement of an overtaking vehicle (test vehicle) while avoiding a slower moving obstacle vehicle (leading vehicle), as well as partial maneuvers of the vehicle Lane change, tracking and threading in a sequential manner.
Die inhärent komplizierte Struktur des Überholens rührt von seiner Abhängigkeit von einer großen Anzahl von Faktoren her, wie etwa Straßenbedingungen, Wetter, Verkehrsdichte, Typ des überholenden Fahrzeugs, Typ des zu überholenden Fahrzeugs, relativer Geschwindigkeit zwischen Fahrzeugen, zurückgelegter Entfernung usw., was die Klassifizierung und Standardisierung verhältnismäßig schwierig macht. Um Überholmanöver durchzuführen, sind darüber hinaus genaue Informationen bezüglich der Verfügbarkeit von Straßen und Fahrspuren, der Trajektorie des Führungsfahrzeugs, der Straßenzustände usw. erforderlich.The inherently complicated structure of overtaking derives from its dependence on a large number of factors such as road conditions, weather, traffic density, type of overtaking vehicle, type of vehicle to overtake, relative speed between vehicles, distance traveled, etc., what the classification and standardization is relatively difficult. In addition, in order to perform overtaking maneuvers, accurate information regarding the availability of roads and lanes, the trajectory of the lead vehicle, the road conditions, etc. is required.
Es gibt eine Reihe vorgeschlagener Verfahren zum Planen von Trajektorien, um ein komplexes autonomes Manöver, wie etwa ein autonomes Überholmanöver durchzuführen, indem es als ein Problem zur Vermeidung eines sich bewegenden Hindernisses behandelt wird. Zum Beispiel wurden inkrementelle, suchbasierte Algorithmen wie „Rapidly exploring Random Trees“ (RRT) zum Planen von Trajektorien für ein komplexes autonomes Manöver vorgeschlagen; RRT-Algorithmen sind jedoch insofern nachteilig, als dass die geplanten Trajektorien ruckartig sein können, was wiederum zu einem verringerten Komfort der Insassen führen kann. Darüber hinaus hängen die Berechnungszeiten für die meisten suchbasierten Algorithmen von der umgebenden Verkehrsdichte ab, was sie für Automobilanwendungen weniger geeignet macht.There are a number of proposed methods for scheduling trajectories to perform a complex autonomous maneuver, such as an autonomous overtaking maneuver, by treating it as a problem to avoid a moving obstacle. For example, incremental search-based algorithms such as Rapidly Exploring Random Trees (RRT) have been proposed for planning trajectories for a complex autonomous maneuver; However, RRT algorithms are disadvantageous in that the planned trajectories may be jerky, which in turn may result in reduced occupant comfort. In addition, the computation times for most search-based algorithms are dependent on the surrounding traffic density, making them less suitable for automotive applications.
Wenn genaue Informationen bezüglich der Straße und der umgebenden Hindernisse verfügbar sind, wird deutlich, dass Techniken auf Basis eines Potentialfeldes zum Erzeugen von Trajektorien erfolgreich sind, die stationäre oder sich bewegende Hindernisse vermeiden. Diese Verfahren beinhalten jedoch keine Fahrzeugdynamik und können daher nicht sicherstellen, wie realisierbar es für das Fahrzeug ist, der geplanten Trajektorie tatsächlich zu folgen.If accurate information regarding the road and the surrounding obstacles is available, it will be appreciated that techniques based on a potential field are successful in creating trajectories that avoid stationary or moving obstacles. However, these methods do not involve vehicle dynamics and therefore can not ensure how feasible it is for the vehicle to actually follow the planned trajectory.
Modellprädiktive Steuerungs(MPC)-Verfahren weisen die Fähigkeit auf, Fahrzeugdynamik und Hindernisvermeidungsbeschränkungen als ein durch einen endlichen Horizont beschränktes Optimierungsproblem zu formulieren. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass Hindernisvermeidungsbeschränkungen zum Planen einer Trajektorie im Allgemeinen nicht konvex sind, was die Realisierbarkeit und Einzigartigkeit der Lösung für das Optimierungsproblem stark einschränkt. Um dieses Problem anzugehen, wurden Techniken wie Konvexisierung, Änderung des Referenzrahmens und Approximation vorgeschlagen. Trotzdem erfordert das durch diese Ansätze formulierte Optimierungsproblem häufig Einschränkungsgleichwertigkeit, die sich in Echtzeit ändert, was es schwierig macht, sie in einer elektronischen Steuereinheit (ECU) eines Fahrzeugs zu implementieren.Model Predictive Control (MPC) methods have the ability to formulate vehicle dynamics and obstacle avoidance constraints as a finite-horizon constrained optimization problem. These methods have the disadvantage that obstacle avoidance restrictions for scheduling a trajectory are generally not convex, which severely limits the feasibility and uniqueness of the solution to the optimization problem. To address this problem, techniques such as convexization, changing the frame of reference and approximation have been proposed. Nevertheless, the optimization problem formulated by these approaches often requires constraint equivalence, which changes in real time, making it difficult to implement in an electronic control unit (ECU) of a vehicle.
Das Konzept von Bewegungsprimitiven, die in einer MPC-Rahmenstruktur beinhaltet sind, wurde vorgeschlagen, um Hindernisvermeidungstrajektorien zu planen. Da diese Bewegungsprimitive jedoch offline berechnet und über eine Nachschlagetabelle abgerufen werden, kann nur eine Teilmenge aller realisierbaren Trajektorien für das Planen einer Trajektorie zur Verfügung stehen.The concept of motion primitives included in an MPC frame structure has been proposed to plan obstacle avoidance trajectories. However, since these motion primitives are computed off-line and retrieved through a look-up table, only a subset of all feasible trajectories can be available for scheduling a trajectory.
Es wurde vorgeschlagen, geplante Überholtrajektorien zu erzeugen, indem zum Beispiel das Prüffahrzeug entlang virtueller Zielpunkte gerichtet wird, die in ausreichenden Entfernungen um das Führungsfahrzeug herum angeordnet sind, wodurch das Planen einer Trajektorie zu einem Navigationsproblem umformuliert wird. Bei derartigen Verfahren wird das Prüffahrzeug jedoch als eine Punktmasse ohne Dynamik modelliert, und daher sind diese Verfahren für das Planen komplexer Manövertrajektorien von autonomen Fahrzeugen nicht geeignet.It has been proposed to generate planned overtravel trajectories, for example, by directing the test vehicle along virtual target points which are located at sufficient distances around the lead vehicle, thereby redrafting a trajectory into a navigation problem. In such methods, however, the test vehicle is modeled as a spot mass without dynamics, and therefore these methods are not suitable for planning complex maneuver trajectories of autonomous vehicles.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile zu beheben. The present invention aims to overcome the disadvantages associated with the prior art.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION
Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt wird ein System für ein Fahrzeug bereitgestellt, das in einem autonomen Modus betrieben werden kann, wobei das System zum Planen einer Trajektorie des Fahrzeugs gedacht ist. Das System umfasst einen Empfänger, der konfiguriert ist, um Straßensegmentdaten von wenigstens einem Teilsystem des Fahrzeugs zu empfangen, wobei die Straßensegmentdaten wenigstens ein Merkmal eines Straßensegments in der Nähe des Fahrzeugs anzeigen. Das System umfasst ein Modul für einen erreichbaren Zustand, das konfiguriert ist, um einen Satz erreichbarer Fahrzeugzustände innerhalb einer vorgeschriebenen Zeitdauer in Abhängigkeit von wenigstens einer Fahrzeugbeschränkung zu bestimmen, wobei jeder der erreichbaren Fahrzeugzustände eine erreichbare Fahrzeugposition beinhaltet. Das System umfasst ein Modul für eine zulässige Position, das konfiguriert ist, um mehrere zulässige Fahrzeugpositionen in dem Straßensegment in Abhängigkeit von den empfangenen Straßensegmentdaten zu bestimmen, wobei die mehreren zulässigen Fahrzeugpositionen innerhalb des bestimmten Satzes von erreichbaren Fahrzeugpositionen liegen. Das System umfasst ein Zielzustandsmodul, das konfiguriert ist, um einen Zielfahrzeugzustand mit einer Zielfahrzeugposition in dem Straßensegment zu bestimmen, wobei die Zielfahrzeugposition einer der mehreren bestimmten zulässigen Fahrzeugpositionen entspricht. Das System umfasst ein Erzeugungsmodul für eine Trajektorie, das konfiguriert ist, um eine realisierbare Trajektorie zu bestimmen, auf der das Fahrzeug in Abhängigkeit von der wenigstens einen Fahrzeugbeschränkung zu der Zielfahrzeugposition fährt, um die Fahrzeugtrajektorie zu planen.According to one aspect of the invention, there is provided a system for a vehicle that is operable in an autonomous mode, the system being for planning a trajectory of the vehicle. The system includes a receiver configured to receive road segment data from at least one subsystem of the vehicle, the road segment data indicating at least one feature of a road segment proximate to the vehicle. The system includes an achievable state module configured to determine a set of achievable vehicle states within a prescribed period of time as a function of at least one vehicle restriction, each of the achievable vehicle states including an achievable vehicle position. The system includes an allowable position module configured to determine a plurality of allowable vehicle positions in the road segment based on the received road segment data, wherein the plurality of allowable vehicle positions are within the determined set of achievable vehicle positions. The system includes a target state module configured to determine a target vehicle state having a target vehicle position in the road segment, the target vehicle position corresponding to one of the plurality of determined allowable vehicle positions. The system includes a trajectory generation module configured to determine a feasible trajectory on which the vehicle travels to the target vehicle position in response to the at least one vehicle constraint to schedule the vehicle trajectory.
Die Erfindung stellt ein Situationsbewusstseins- und Planungssystem für eine Trajektorie bereit, um komplexe autonome Manöver, wie etwa ein Überholen auf einer Autobahn, durchzuführen. Das System ist insofern vorteilhaft, als dass es frei von nicht konvexen Hindernisvermeidungsbeschränkungen ist, es die Realisierbarkeit der vorgeschlagenen Trajektorie sicherstellt und in Echtzeit realisierbar ist. Das heißt, das System ist in einer elektronischen Steuereinheit (ECU) des Fahrzeugs implementierbar und funktioniert innerhalb der Prozessortaktzeit der ECU.The invention provides a situational awareness and planning system for a trajectory to perform complex autonomous maneuvers, such as overtaking on a freeway. The system is advantageous in that it is free from non-convex obstacle avoidance restrictions, it ensures the feasibility of the proposed trajectory and is realizable in real time. That is, the system is implementable in an electronic control unit (ECU) of the vehicle and operates within the processor clock time of the ECU.
Das System kann einen Ausgang umfassen, der konfiguriert ist, um ein Steuersignal zu senden, um das Fahrzeug zu steuern, um der realisierbaren Trajektorie zu folgen.The system may include an output configured to send a control signal to control the vehicle to follow the realizable trajectory.
Das wenigstens eine Straßensegmentmerkmal kann Folgendes umfassen: eine aktuelle Trajektorie des Fahrzeugs; Straßen- und/oder Fahrspurbegrenzungen; und/oder Fahrvorschriften.The at least one road segment feature may include: a current trajectory of the vehicle; Road and / or lane boundaries; and / or driving regulations.
Das wenigstens eine Straßensegmentmerkmal kann wenigstens ein Hindernis umfassen.The at least one road segment feature may include at least one obstacle.
Das wenigstens eine Hindernis kann ein weiteres Fahrzeug beinhalten, und die Straßensegmentdaten beinhalten eine Geschwindigkeit, eine Position und/oder eine Orientierung des weiteren Fahrzeugs.The at least one obstacle may include another vehicle, and the road segment data includes a speed, position, and / or orientation of the another vehicle.
Das weitere Fahrzeug kann sich vor und auf derselben Spur wie das Fahrzeug befinden.The other vehicle may be in front of and on the same lane as the vehicle.
Das wenigstens eine Hindernis kann wenigstens ein Schlagloch, eine Bremsschwelle und eine blockierte Spur beinhalten.The at least one obstacle may include at least one pothole, a brake threshold and a blocked lane.
Das Modul für eine zulässige Position kann konfiguriert sein, um ein künstliches Potentialfeld zu definieren, das größer als der Satz erreichbarer Fahrzeugpositionen ist. Das Modul für eine zulässige Position kann konfiguriert sein, um eine Nettopotentialfunktion, die das künstliche Potentialfeld in Abhängigkeit von den empfangenen Straßensegmentdaten beschreibt, zu erzeugen. Ein Potentialwert der Nettopotentialfunktion kann über das künstliche Potentialfeld variieren.The permissible position module may be configured to define an artificial potential field that is greater than the set of achievable vehicle positions. The allowable position module may be configured to generate a net potential function describing the artificial potential field in response to the received road segment data. A potential value of the net potential function may vary over the artificial potential field.
Die zulässigen Fahrzeugpositionen können als entsprechende Positionen in dem künstlichen Potentialfeld bestimmt werden, bei denen der Nettopotentialfunktionswert in einem vorgeschriebenen Intervall von Potentialwerten liegt.The allowable vehicle positions may be determined as corresponding positions in the artificial potential field where the net potential function value is within a prescribed interval of potential values.
Die Nettopotentialfunktion kann einen Beitrag von einem oder mehreren der folgenden Elemente beinhalten:
- eine Fahrspurgeschwindigkeitspotentialfunktion, die Informationen beinhaltet, die sich auf eine Geschwindigkeit beziehen, die jeder Fahrbahn der Straße zugeordnet ist;
- eine Straßenpotentialfunktion, die Informationen beinhaltet, die sich auf Straßenbegrenzungen beziehen;
- eine Fahrspurpotentialfunktion, die Informationen beinhaltet, die sich auf Begrenzungen und/oder eine Mitte jeder Fahrspur der Straße beziehen; und,
- eine weitere Fahrzeugpotentialfunktion, die Informationen zur Fahrzeugdynamik eines weiteren Fahrzeugs in dem Straßensegment beinhaltet.
- a lane speed potential function that includes information relating to a speed associated with each lane of the road;
- a road potential function that includes information related to road boundaries;
- a lane potential function that includes information related to boundaries and / or a center of each lane of the road; and,
- another vehicle potential function that includes information about the vehicle dynamics of another vehicle in the road segment.
Die wenigstens eine Fahrzeugbeschränkung kann eine oder mehrere aktuelle Fahrzeugzustandsvariablen beinhalten. The at least one vehicle restriction may include one or more current vehicle state variables.
Die aktuellen Fahrzeugzustandsvariablen können eine aktuelle Fahrzeugposition, einen aktuellen Fahrzeugrichtungswinkel und eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit beinhalten.The current vehicle state variables may include an actual vehicle position, a current vehicle direction angle, and an actual vehicle speed.
Die wenigstens eine Fahrzeugbeschränkung kann eine oder mehrere zugelassene Fahrzeugzustandsvariablen beinhalten.The at least one vehicle restriction may include one or more approved vehicle state variables.
Die zugelassenen Fahrzeugzustandsvariablen können einen zugelassenen Fahrzeugrichtungswinkel, eine zugelassene Fahrzeuggeschwindigkeit und eine zugelassene Fahrzeugquerposition beinhalten.The approved vehicle state variables may include an approved vehicle direction angle, an approved vehicle speed, and an authorized vehicle lateral position.
Die wenigstens eine Fahrzeugbeschränkung kann eine oder mehrere Fahrzeugeingabebeschränkungen beinhalten.The at least one vehicle restriction may include one or more vehicle input restrictions.
Die Fahrzeugeingabebeschränkungen können einen zugelassenen Fahrzeuglenkwinkel und eine zugelassene Fahrzeugbeschleunigung beinhalten.The vehicle input limits may include an approved vehicle steering angle and an approved vehicle acceleration.
Die wenigstens eine Fahrzeugbeschränkung beinhaltet eine oder mehrere Fahrzeugdynamikbeschränkungen.The at least one vehicle restriction includes one or more vehicle dynamics limitations.
Die Fahrdynamikbeschränkungen können eine oder mehrere Abmessungen des Fahrzeugs, eine Fahrzeugmasse, eine Fahrzeugmassenverteilung, eine Art von Gelände, über das das Fahrzeug fährt, einen Fahrzeugreifentyp und einen Fahrzeugreifendruck beinhalten.The vehicle dynamics limitations may include one or more dimensions of the vehicle, a vehicle mass, a vehicle mass distribution, a type of terrain over which the vehicle is traveling, a vehicle tire type, and a vehicle tire pressure.
Die erreichbaren Fahrzeugzustände können eine erreichbare Fahrzeuggeschwindigkeit, einen erreichbaren Fahrzeugrichtungswinkel, eine erreichbare Fahrzeuglängsverschiebung und eine erreichbare Fahrzeugquerverschiebung beinhalten.The achievable vehicle states may include an achievable vehicle speed, an achievable vehicle direction angle, an achievable longitudinal vehicle displacement, and an achievable vehicle lateral displacement.
Der Satz erreichbarer Fahrzeugzustände kann aus einem vorbestimmten Raum von möglichen Sätzen erreichbarer Fahrzeugzustände ausgewählt werden. Jeder potentielle Satz erreichbarer Fahrzeugzustände kann eine unterschiedliche Kombination von Werten von einer oder mehreren der Fahrzeugbeschränkungen und/oder der vorgeschriebenen Zeitdauer aufweisen.The set of achievable vehicle states may be selected from a predetermined range of possible sets of achievable vehicle states. Each potential set of achievable vehicle conditions may have a different combination of values of one or more of the vehicle restrictions and / or the prescribed amount of time.
Der Satz erreichbarer Fahrzeugzustände kann in vordefinierten Intervallen basierend auf Werten der wenigstens einen Fahrzeugbeschränkung bestimmt werden, die über die Fahrzeug-zu-Allem(Verkehrsvernetzungs)-Kommunikation empfangen werden.The set of achievable vehicle conditions may be determined at predefined intervals based on values of the at least one vehicle restriction received via the vehicle-to-vehicle communication.
Der Satz erreichbarer Fahrzeugzustände kann unter Verwendung eines nichtlinearen kinematischen Fahrradmodells mit kontinuierlicher Zeit bestimmt werden.The set of achievable vehicle states may be determined using a continuous time nonlinear kinematic bicycle model.
Die Zielfahrzeugposition kann der zulässigen Fahrzeugposition entsprechen, die am weitesten von einer aktuellen Fahrzeugposition entfernt ist. Die zulässige Fahrzeugposition kann einer der erreichbaren Fahrzeugpositionen in dem Satz von erreichbaren Fahrzeugzuständen entsprechen.The target vehicle position may correspond to the allowable vehicle position farthest from a current vehicle position. The allowable vehicle position may correspond to one of the achievable vehicle positions in the set of achievable vehicle states.
Das Zielzustandsmodul kann eine Zielfahrzeuggeschwindigkeit entlang der realisierbaren Trajektorie bestimmen.The target state module may determine a target vehicle speed along the feasible trajectory.
Die Zielfahrzeuggeschwindigkeit kann eine im Wesentlichen einheitliche Längsgeschwindigkeit umfassen.The target vehicle speed may include a substantially uniform longitudinal velocity.
Die Zielfahrzeugzustände können eine Zielfahrzeuggeschwindigkeit und/oder einen Zielfahrzeugrichtungswinkel beinhalten.The target vehicle states may include a target vehicle speed and / or a target vehicle direction angle.
Der wenigstens eine Sensor oder das eine Teilsystem des Fahrzeugs kann Folgendes beinhalten:
- ein Fahrzeugnavigationsteilsystem;
- einen Ultraschallsensor;
- einen Radarsensor;
- einen LiDAR-Sensor;
- einen Bildsensor; und,
- einen Fahrzeug-zu-Allem-Transceiver.
- a vehicle navigation subsystem;
- an ultrasonic sensor;
- a radar sensor;
- a LiDAR sensor;
- an image sensor; and,
- a vehicle-to-all transceiver.
Das Erzeugungsmodul für eine Trajektorie kann konfiguriert sein, um eine modellprädiktive Steuerstrategie anzuwenden, um die realisierbare Trajektorie zu erzeugen.The trajectory generation module may be configured to apply a model predictive control strategy to generate the viable trajectory.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren für ein Fahrzeug bereitgestellt, das in einem autonomen Modus betrieben werden kann, wobei das Verfahren zum Planen einer Straßentrajektorie des Fahrzeugs gedacht ist. Das Verfahren umfasst das Empfangen von Straßensegmentdaten von wenigstens einem Sensor oder einem Teilsystem des Fahrzeugs, wobei die Straßensegmentdaten wenigstens ein Merkmal eines Straßensegments in der Nähe des Fahrzeugs anzeigen. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines Satzes erreichbarer Fahrzeugzustände innerhalb einer vorgeschriebenen Zeitdauer in Abhängigkeit von wenigstens einer Fahrzeugbeschränkung, wobei jeder der erreichbaren Fahrzeugzustände eine erreichbare Fahrzeugposition beinhaltet. Das Verfahren umfasst das Bestimmen mehrerer zulässiger Fahrzeugpositionen in dem Straßensegment in Abhängigkeit von den empfangenen Straßensegmentdaten. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines Zielfahrzeugzustands mit einer Zielfahrzeugposition in dem Straßensegment, wobei die Zielfahrzeugposition einer der bestimmten zulässigen Fahrzeugpositionen entspricht, die sich innerhalb des bestimmten Satzes erreichbarer Fahrzeugpositionen befinden. Das Verfahren umfasst das Bestimmen einer realisierbaren Trajektorie, auf der das Fahrzeug in Abhängigkeit von der wenigstens einen Fahrzeugbeschränkung zu der Zielfahrzeugposition fährt, um die Fahrzeugtrajektorie zu planen.According to another aspect of the invention, there is provided a method for a vehicle that is operable in an autonomous mode, the method being for planning a road trajectory of the vehicle. The method includes receiving road segment data from at least one sensor or subsystem of the vehicle, the road segment data indicating at least one feature of a road segment proximate the vehicle. The method includes determining a set of achievable vehicle conditions within a prescribed period of time as a function of at least one vehicle restriction, wherein each of the achievable vehicle conditions includes an achievable vehicle position. The method includes determining a plurality of allowable vehicle positions in the road segment in dependence from the received road segment data. The method includes determining a target vehicle state having a target vehicle position in the road segment, the target vehicle position corresponding to one of the determined allowable vehicle positions that are within the determined set of achievable vehicle positions. The method includes determining a feasible trajectory on which the vehicle travels to the target vehicle position in response to the at least one vehicle constraint to schedule the vehicle trajectory.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das ein System wie vorstehend beschrieben umfasst.According to a further aspect of the invention, there is provided a vehicle comprising a system as described above.
Nach noch einem anderen erfindungsgemäßen Aspekt wird ein nicht-transientes, computerlesbares Speichermedium bereitgestellt, das darauf Anweisungen speichert, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, verursachen, dass der eine oder die mehreren Prozessoren das vorstehend beschriebene Verfahren ausführen.In yet another aspect of the invention, there is provided a non-transient computer-readable storage medium storing thereon instructions that, when executed by one or more processors, cause the one or more processors to perform the method described above.
Innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung wird ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorhergehenden Absätzen, in den Patentansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt werden, und insbesondere deren individuelle Merkmale, unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination berücksichtigt werden können. Dies bedeutet, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer beliebigen Ausführungsform auf beliebige Weise und/oder in beliebiger Kombination kombiniert werden können, sofern diese Merkmale nicht inkompatibel sind. Der Anmelder behält sich das Recht vor, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu ändern oder jeden beliebigen neuen Patentanspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu verändern, um von einem beliebigen Merkmal eines beliebigen anderen Patentanspruchs abzuhängen und/oder dieses zu integrieren, obwohl es auf diese Art und Weise zuvor nicht beansprucht wurde.It is expressly intended, within the scope of this application, that the various aspects, embodiments, examples and alternatives presented in the preceding paragraphs, in the claims and / or in the following description and drawings, and in particular, their individual features, be independent of each other or in any combination. This means that all embodiments and / or features of any embodiment can be combined in any manner and / or in any combination, provided that these features are not incompatible. The Applicant reserves the right to change any claim originally filed or to submit any new claim, including the right to alter any originally filed claim, to vary and / or rely on any feature of any other claim although it was previously unclaimed in this way.
Figurenlistelist of figures
Eine oder mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen werden nun ausschließlich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Draufsicht eines (Prüf-) Fahrzeugs, das ein System gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aspekts beinhaltet, zusammen mit Teilsystemen und Sensoren, die Eingänge für das System bereitstellen, wobei das System zum Planen einer Trajektorie für das Prüffahrzeug dient, um ein Überholmanöver gegenüber einem Führungsfahrzeug durchführen; -
2 das System von1 detaillierter, insbesondere die Komponentenmodule des Systems; -
3 eine schematische Draufsicht, die die sequentiellen Teilmanöver darstellt, die in dem Überholmanöver eingeschlossen sind, für das das System aus1 eine Trajektorie plant; -
4 eine schematische Draufsicht auf die Straßengeometrie, insbesondere den Koordinatenrahmen und -bereich für das Überholmanöver, für das das System aus1 eine Trajektorie plant; -
5 ein Flussdiagramm, das die Schritte eines Verfahrens zeigt, die von dem System aus1 zum Planen der Trajektorie für das Überholmanöver unternommen werden; -
6 eine schematische Draufsicht eines Teilabschnitts der Straße aus4 , die den Bereich aller Positionen zeigt, die das Prüffahrzeug innerhalb eines vorgeschriebenen Zeitraums von seiner aktuellen Position aus erreichen kann; -
7a und7b perspektivische Ansichten beziehungsweise Draufsichten eines Konturdiagramms, das ein Potentialfeld in der Nähe des Prüffahrzeugs darstellt, wie es durch das System aus1 bestimmt wird; -
8 Referenzzielpunkte auf der Straße für das Prüffahrzeug relativ zu dem Führungsfahrzeug zu mehreren Zeitschritten, wie durch das System aus1 bestimmt; und, -
9 geplante Trajektorien in Abhängigkeit von den tatsächlichen Trajektorien des Prüffahrzeugs während des Überholmanövers, wobei die geplanten Trajektorien durch das System aus1 bestimmt werden.
-
1 a schematic plan view of a (test) vehicle, which includes a system according to an embodiment of an aspect of the invention, together with subsystems and sensors that provide inputs for the system, the system is used to plan a trajectory for the test vehicle to an overtaking maneuver perform a leader vehicle; -
2 the system of1 in more detail, in particular the component modules of the system; -
3 a schematic plan view illustrating the sequential partial maneuvers included in the overtaking maneuver for which the system1 plans a trajectory; -
4 a schematic plan view of the road geometry, in particular the coordinate frame and area for the overtaking maneuver, for which the system1 plans a trajectory; -
5 a flowchart showing the steps of a method, the from the system1 to plan the trajectory for the overtaking maneuver; -
6 a schematic plan view of a section of the road from4 showing the range of all positions that the test vehicle can reach within a prescribed period of time from its current position; -
7a and7b perspective views and plan views, respectively, of a contour diagram illustrating a potential field in the vicinity of the test vehicle, as determined by the system1 is determined; -
8th Reference targets on the road for the test vehicle relative to the lead vehicle at multiple time intervals, as determined by the system1 certainly; and, -
9 planned trajectories depending on the actual trajectories of the test vehicle during the overtaking maneuver, the planned trajectories being determined by the system1 be determined.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die vorliegende Erfindung stellt ein System und ein Verfahren für ein Fahrzeug bereit, das in einem autonomen Modus betrieben werden kann. Insbesondere stellt die Erfindung ein System und ein Verfahren zum Planen einer Trajektorie des Fahrzeugs bereit, um ein komplexes Manöver durchzuführen. Die nachstehend beschriebene Ausführungsform dient insbesondere zum Durchführen eines Überholmanövers; das beschriebene System und das beschriebene Verfahren sind jedoch gleichermaßen geeignet, um Trajektorien zu planen, damit das Fahrzeug viele verschiedene Arten von komplexen Manövern durchführt. Andere solche komplexen Manöver beinhalten Folgendes: Nehmen einer Autobahnausfahrt, einen Spurwechsel, Einfädeln in eine Spur mit Verkehr und gleichzeitiges Überholen mehrerer Fahrzeuge.The present invention provides a system and method for a vehicle that can be operated in an autonomous mode. In particular, the invention provides a system and method for scheduling a trajectory of the vehicle to perform a complex maneuver. The embodiment described below is used in particular for performing an overtaking maneuver; however, the described system and method are equally suitable for planning trajectories for the vehicle to perform many different types of complex maneuvers. Other such complex maneuvers include the following: taking a highway exit, changing lanes, threading in a track with traffic and at the same time overtaking several vehicles.
Die Erfindung schließt das Bestimmen eines Satzes von sogenannten erreichbaren Zuständen des Fahrzeugs ein; das heißt, das Bestimmen des Satzes möglicher Positionen und Richtungswinkel, die das Fahrzeug in einer vorgeschriebenen Zeit von seiner aktuellen Position aus erreichen kann. Die Erfindung beinhaltet ebenso das Verwenden empfangener Daten, die sich auf das Straßensegment beziehen, das das Fahrzeug umgibt, um einen Satz von sogenannten zulässigen Positionen für das Fahrzeug zu bestimmen, d. h. Positionen des Fahrzeugs, die sicherstellen, dass umgebende Hindernisse und Straßengrenzen vermieden werden, wobei sich die zulässigen Positionen innerhalb des Satzes von erreichbaren Zustände befinden. Der Satz zulässiger Positionen kann unter Verwendung von Potentialfunktionen bestimmt werden. Die Erfindung beinhaltet dann das Bestimmen eines Zielzustands des Fahrzeugs, wobei der Zielzustand eine Zielfahrzeugposition umfasst, die einer der zulässigen Positionen entspricht. Die Erfindung beinhaltet ebenso das Erzeugen einer Trajektorie für das Fahrzeug, damit dieses auf eine realisierbare Weise von seinem aktuellen Zustand in den Zielzustand übergehen kann. Die realisierbare Trajektorie kann unter Verwendung einer modellprädiktiven Steuerstrategie bestimmt werden.The invention includes determining a set of so-called achievable states of the vehicle; that is, determining the set of possible positions and directional angles that the vehicle can achieve in a prescribed time from its current position. The invention also includes using received data relating to the road segment surrounding the vehicle to determine a set of so-called allowable positions for the vehicle, i. H. Positions of the vehicle to ensure that surrounding obstacles and road boundaries are avoided, with the allowable positions being within the set of reachable states. The set of allowable positions can be determined using potential functions. The invention then includes determining a target state of the vehicle, the target state including a target vehicle position corresponding to one of the allowable positions. The invention also includes generating a trajectory for the vehicle to be able to transition from its current state to the target state in a feasible manner. The realizable trajectory can be determined using a model predictive control strategy.
Wenn das Fahrzeug
Wenn im Gegensatz dazu das Fahrzeug
Das Fahrzeug
Die Teilsysteme/Sensoren
Wie oben erwähnt, plant das System in der vorliegenden Ausführungsform eine Trajektorie für das Fahrzeug
Mit Bezug auf
In Schritt
Der erreichbare Satz wird in Abhängigkeit von wenigstens einer Fahrzeugbeschränkung bestimmt. Insbesondere beinhalten die Fahrzeugbeschränkungen eine oder mehrere aktuelle Fahrzeugzustandsvariablen, wie etwa eine aktuelle Fahrzeugposition, einen aktuellen Fahrzeugrichtungswinkel und eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Fahrzeugbeschränkungen beinhalten ebenso zugelassene Zustandsvariablen, wie etwa einen zugelassenen Fahrzeugrichtungswinkel, eine zugelassene Fahrzeuggeschwindigkeit und eine zugelassene Fahrzeugquerposition. Zusätzlich beinhalten die Fahrzeugbeschränkungen Fahrzeugeingabebeschränkungen wie etwa einen zugelassenen Fahrzeuglenkwinkel und eine zugelassene Fahrzeugbeschleunigung. Ferner beinhalten die Fahrzeugbeschränkungen eine oder mehrere Fahrzeugdynamikbeschränkungen, wie etwa Abmessungen des Fahrzeugs, eine Fahrzeugmasse, eine Fahrzeugmassenverteilung, eine Art von Gelände, über das das Fahrzeug fährt, einen Fahrzeugreifentyp und einen Fahrzeugreifendruck.
Der Satz von erreichbaren Fahrzeugzuständen kann aus einem vorbestimmten Raum von Potentialsätzen von erreichbaren Fahrzeugzuständen ausgewählt werden, wobei jeder Potentialsatz von erreichbaren Fahrzeugzuständen eine unterschiedliche Kombination von Werten von einer oder mehreren der Fahrzeugbeschränkungen und/oder des vorgeschriebenen Zeitraums aufweist. In einem solchen Fall wird der Satz erreichbarer Zustände offline berechnet und in einem bordeigenen Speicher des Fahrzeugs
Mathematisch, für ein System mit den Zuständen x, den Eingaben u und den Ausgaben y, die einer Systemdynamik unterliegen, die durch Folgendes beschrieben wird:
Wobei, wenn f und h die Zustands- und Ausgabefunktionen (linear oder nichtlinear) sind, ist dann der erreichbare Satz, der durch ℜ(t*; x0) für ein System bezeichnet ist, das durch die obigen Zustands- und Ausgangsgleichungen definiert wird, als die Sammlung aller Zustände definiert, die in einer vorgeschriebenen Zeit erreicht werden können, wenn der anfängliche Zustand durch Anwenden von zugelassenen Eingaben vorliegt, d. h.
In Schritt
Die Straßensegmentdaten können ebenso Daten beinhalten, die nicht bewegliche Objekte anzeigen, wie etwa Schlaglöcher, Bremsschwellen und blockierte Spuren. Wie oben erwähnt, beinhalten die Straßensegmentdaten ebenso Daten, die die Straßenbegrenzungen
In Schritt
Eine Potentialfeld-ähnliche Wahrnehmung kann so gestaltet sein, dass es zu dem gewünschten Fahrerverhalten hin führt. Die Umgebung (das Straßensegment) wird durch die Verwendung eines Potentialfelds beschrieben, in dem einige Straßenelemente (z. B. Straßengrenzen, Straßenmarkierungen, andere Verkehrsteilnehmer) zur Gestaltung einer Potentialfunktion in Betracht gezogen werden, um Fahrvorschriften zu beinhalten und das SV
Eine Nettopotentialfunktion
SpurpotentialfunktionTrack potential function
Unterschiedlichen Spuren auf einer Straße ist eine implizite Geschwindigkeit zugeordnet, d. h. die Geschwindigkeit nimmt von der innersten Spur
StraßenpotenzialfunktionStreet potential function
Das Straßenpotential ist so ausgelegt, dass die Begrenzungen
SpurpotentialfunktionTrack potential function
Eine Spurpotentialfunktion erzeugt eine virtuelle Barriere zwischen den Spuren
KraftfahrzeugpotentialfunktionAutomobile potential function
Das LV
Diese individuellen Potentiale werden überlagert, um eine Gesamtwahrnehmungskarte oder Nettopotentialfunktion der Fläche, die das SV
In der Praxis wird das Nettopotentialfeld in dem V-Rahmen untersucht, um die Trajektorieplanung zu erleichtern, und so wird die oben angegebene Funktion
Durch das Zuweisen einer Schwellengrenze
Dies stellt eine Reihe zulässiger Bereiche bereit und das SV
Der Satz
Zurückkehrend zu
Die Dynamik des SV
In idealen Autobahnfahrsituationen kann die Dynamik des Systems durch ẋ = [vx0,0,0]T beschrieben werden, und Manöver (z. B. Spurwechsel, Einfädeln usw.) können als Übergänge von einem Satz von Zuständen zu einem anderen Satz von Zuständen betrachtet werden. In solchen idealen Szenarien besteht die Aufgabe des SV
Dann unter Verwendung der oben angegebenen Gleichungen für
Die Referenzzielkoordinaten wv = (X̂v,Ĵv) werden aus ℜv,ganz mit dem Ziel ausgewählt, die vom SV
Es kann ebenso für das SV
Ferner, da angenommen wird, dass das SV
Da der Bereich Blv, (der Satz von Koordinaten, der das LV
Wieder auf
In der vorliegenden Ausführungsform hängt die Dynamik des Zustands (X) nur von vx, ab, und somit ist es möglich, das System für die Erzeugung einer Trajektorie weiter zu vereinfachen, um die Rechenzeit zu reduzieren. Insbesondere ist das System mit reduzierter Ordnung Folgendes
Dieses System mit reduzierter Ordnung nimmt die relevante Dynamik des Systems auf und eignet sich zum Planen zulässiger und realisierbarer Trajektorien. Darüber hinaus befindet sich das reduzierte System in einem beständigen Zustand, während das SV
Durch die Diskretisierung des Systems mit verringerter Ordnung mit einer Abtastzeit Ts, wird folgendes diskrete Zeitsystem erhalten:
Zu jedem einzelnen Zeitpunkt k wird das System durch Einstellen des Zielzustands als x̂s = xr,ss und des Anfangszustands als xs(0) = xr(k Ts) gelöst. Dann wird die Bezugstrajektorie
Die dynamisch in
An den obigen Beispielen können zahlreiche Veränderungen vorgenommen werden, ohne von dem in den beigefügten Ansprüchen festgelegten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.Numerous modifications can be made to the above examples without departing from the scope of the present invention as defined in the appended claims.
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform ein nichtlineares kinematisches Fahrradmodell mit kontinuierlicher Zeit verwendet wird, können ebenso Fahrzeugmodelle höherer Ordnung verwendet werden, um den Satz von erreichbaren Zuständen zu berechnen.Although a continuous time nonlinear kinematic bicycle model is used in the embodiment described above, higher order vehicle models may also be used to calculate the set of achievable states.
Obwohl das System
Obwohl das System
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: MADER, JOACHIM, DIPL.-ING., DE |
|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: MADER, JOACHIM, DIPL.-ING., DE |
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| R163 | Identified publications notified | ||
| R012 | Request for examination validly filed |