DE102021112919A1 - Planning a path for a vehicle based on a Bezier curve - Google Patents
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Abstract
Gemäß einem Verfahren zum Planen eines Wegs (7) wird eine Zielposition (11) für ein Fahrzeug (1) bestimmt und der Weg (7) wird derart geplant, dass er einer Bezier-Kurve folgend eine Ausgangsposition (10) des Fahrzeugs (1) mit der Zielposition (11) verbindet. Dabei wird ein minimaler longitudinaler Abstand zwischen der Ausgangsposition (10) und der Zielposition (11) in einer Richtung parallel zu einer initialen Längsachse (14) des Fahrzeugs (1) abhängig von einem vorbestimmten Querabstand zwischen der Ausgangsposition (10) und der Zielposition (11) in einer Richtung parallel zu einer initialen Querachse (13) des Fahrzeugs (1) und einem maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs (1) bestimmt.According to a method for planning a route (7), a target position (11) for a vehicle (1) is determined and the route (7) is planned in such a way that it follows a starting position (10) of the vehicle (1) following a Bezier curve. connects to the target position (11). A minimum longitudinal distance between the starting position (10) and the target position (11) in a direction parallel to an initial longitudinal axis (14) of the vehicle (1) is determined as a function of a predetermined transverse distance between the starting position (10) and the target position (11 ) in a direction parallel to an initial transverse axis (13) of the vehicle (1) and a maximum steering angle of the vehicle (1).
Description
Die vorliegende Erfindung ist auf ein computerimplementiertes Verfahren zum Planen eines Wegs für ein Fahrzeug gerichtet, wobei eine Zielposition für das Fahrzeug bestimmt wird und der Weg derart geplant wird, dass er eine Ausgangsposition des Fahrzeugs mit der Zielposition verbindet. Die Erfindung ist des Weiteren auf ein Verfahren zum zumindest teilweise automatischen Führen eines Fahrzeugs, auf ein elektronisches Fahrzeugführungssystem sowie auf Computerprogrammprodukte gerichtet.The present invention is directed to a computer-implemented method for planning a path for a vehicle, determining a target position for the vehicle and planning the path to connect an initial position of the vehicle to the target position. The invention is also directed to a method for at least partially automatically driving a vehicle, to an electronic vehicle guidance system and to computer program products.
Wegplanung, auch als Bewegungsplanung bezeichnet, ist eine der wichtigsten Unterfunktionen für verschiedene Anwendungen bei automatischen Fahrassistenzsystemen oder Systemen zum autonomen Fahren bei Hochgeschwindigkeits- wie auch bei Niedriggeschwindigkeitsmanövern. Bestehende Ansätze zur Wegplanung verwenden gerade Linien, Kreissegmente oder Kombinationen daraus. Dies führt zu einem geringen Grad an Gleichmäßigkeit des Wegs und im Allgemeinen auch zu längeren Wegen als notwendig, um eine Ausgangsposition mit einer Zielposition des Fahrzeugs zu verbinden.Path planning, also known as motion planning, is one of the most important sub-functions for various applications in automated driving assistance systems or autonomous driving systems in both high-speed and low-speed manoeuvres. Existing approaches to path planning use straight lines, circle segments or combinations thereof. This results in a low degree of path smoothness and, in general, also in longer paths than necessary to connect an initial position with a target position of the vehicle.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Wegplanung für ein Fahrzeug derart zu verbessern, dass komplexe Wege mit einer verbesserten Gleichmäßigkeit geplant werden können.An object of the present invention is to improve path planning for a vehicle such that complex paths can be planned with improved smoothness.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Weitere Ausführungen und bevorzugte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the respective subject matter of the independent claims. Further designs and preferred embodiments are the subject matter of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Bezier-Kurve zum Planen eines Wegs des Fahrzeugs zu verwenden und einen zu fahrenden longitudinalen Abstand entsprechend dem Weg aus einem vorbestimmten zu fahrenden Querabstand abzuleiten.The invention is based on the idea of using a Bezier curve for planning a path of the vehicle and deriving a longitudinal distance to travel corresponding to the path from a predetermined lateral distance to travel.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein computerimplementiertes Verfahren zum Planen eines Wegs für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei wird eine Zielposition für das Fahrzeug bestimmt und der Weg wird derart geplant, dass er eine Ausgangsposition des Fahrzeugs mit der Zielposition verbindet. Ein minimaler longitudinaler Abstand zwischen der Ausgangsposition und der Zielposition wird abhängig von einem vorbestimmten Querabstand zwischen der Ausgangsposition und der Zielposition und einem maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs bestimmt, um die Zielposition zu bestimmen. Dabei entspricht der minimale longitudinale Abstand einem Abstand zwischen der Ausgangsposition und der Zielposition in einer Richtung parallel zu einer initialen Längsachse des Fahrzeugs, und der vorbestimmte Querabstand entspricht einem Abstand zwischen der Ausgangsposition und der Zielposition in einer Richtung parallel zu einer initialen Querachse des Fahrzeugs, wobei die initiale Querachse senkrecht zu der initialen Längsachse ist. Der Weg wird derart geplant, dass er einer Bezier-Kurve von der Ausgangsposition zur Zielposition folgt.According to one aspect of the invention, a computer-implemented method for planning a path for a vehicle is provided. A target position for the vehicle is determined and the route is planned in such a way that it connects a starting position of the vehicle with the target position. A minimum longitudinal distance between the home position and the target position is determined depending on a predetermined lateral distance between the home position and the target position and a maximum steering angle of the vehicle to determine the target position. The minimum longitudinal distance corresponds to a distance between the starting position and the target position in a direction parallel to an initial longitudinal axis of the vehicle, and the predetermined lateral distance corresponds to a distance between the starting position and the target position in a direction parallel to an initial lateral axis of the vehicle, where the initial transverse axis is perpendicular to the initial longitudinal axis. The path is planned in such a way that it follows a Bezier curve from the starting position to the target position.
Hier und im Folgenden können alle Schritte eines erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahrens von einer Recheneinheit, insbesondere einer Recheneinheit des Fahrzeugs, ausgeführt werden. Die Recheneinheit kann eine oder mehrere Untereinheiten aufweisen, die räumlich verteilt sein können oder nicht. Zum Beispiel können eine oder mehrere elektronische Steuergeräte, ECUs, des Fahrzeugs die Recheneinheit enthalten oder umgekehrt.Here and below, all steps of a computer-implemented method according to the invention can be executed by a computing unit, in particular a computing unit of the vehicle. The processing unit can have one or more sub-units, which can be spatially distributed or not. For example, one or more electronic control units, ECUs, of the vehicle can contain the computing unit or vice versa.
Die Ausgangsposition des Fahrzeugs entspricht einer vordefinierten oder vorbestimmten Position des Fahrzeugs. Zum Beispiel kann die Ausgangsposition einer gegenwärtigen Position des Fahrzeugs zu einer Zeit entsprechen, wenn das computerimplementierte Verfahren zum Planen des Wegs ausgeführt wird. Andererseits ist die Zielposition nicht vordefiniert, sondern kann als ein Ergebnis oder ein Zwischenergebnis des computerimplementierten Verfahrens in dem Sinn betrachtet werden, dass durch Definieren der Ausgangsposition und Bestimmen des Wegs, der die Ausgangsposition mit der Zielposition verbindet, auch die Zielposition bestimmt wird. Es können jedoch eine oder mehrere Randbedingungen gelten, die die Zielposition einschränken. Die Randbedingungen können in einigen Ausführungen vordefiniert sein.The initial position of the vehicle corresponds to a predefined or predetermined position of the vehicle. For example, the home position may correspond to a current position of the vehicle at a time when the computer-implemented method for planning the path is executed. On the other hand, the target position is not predefined, but can be considered as a result or an intermediate result of the computer-implemented method in the sense that by defining the starting position and determining the path connecting the starting position to the target position, the target position is also determined. However, one or more boundary conditions may apply that restrict the target position. The boundary conditions can be predefined in some implementations.
Es ist anzumerken, dass das Konzept der Wegplanung nicht mit dem Konzept der Wegprädiktion zu verwechseln ist. Während Wegplanung auf das Ermitteln eines gewünschten Wegs für das Fahrzeug abzielt, beispielsweise um Aktuatoren des Fahrzeugs derart zu steuern, dass das Fahrzeug tatsächlich dem geplanten Weg folgt, so zielt Wegprädiktion auf eine Schätzung, welchem Weg das Fahrzeug wahrscheinlich folgen wird, basierend auf seiner aktuellen Situation oder seinem aktuellen Fahrzustand.It should be noted that the concept of path planning should not be confused with the concept of path prediction. While path planning aims at determining a desired path for the vehicle, for example to control the vehicle's actuators in such a way that the vehicle actually follows the planned path, path prediction aims at estimating which path the vehicle is likely to follow based on its current path situation or his current driving condition.
Insbesondere wird eine Ausgangspose des Fahrzeugs durch die Ausgangsposition des Fahrzeugs in Kombination mit einer Ausgangsorientierung des Fahrzeugs an der Ausgangsposition definiert. Analog dazu wird eine Zielpose des Fahrzeugs durch die Zielposition in Kombination mit einer Zielorientierung des Fahrzeugs an der Zielposition definiert. Dabei können die Ausgangsorientierung und die Zielorientierung als jeweilige Orientierungen eines Fahrzeugkoordinatensystems, welches starr mit dem Fahrzeug verbunden ist, hinsichtlich eines Referenzkoordinatensystems, welches starr mit der Umgebung des Fahrzeugs, zum Beispiel einer von dem Fahrzeug befahrenen Fahrbahn, verbunden ist, verstanden werden. Die Wahl der Orientierung des Referenzkoordinatensystems ist festgelegt aber beliebig. Sie kann daher beispielsweise identisch zum Fahrzeugkoordinatensystem entsprechend der Ausgangsorientierung oder der Ausgangspose des Fahrzeugs gewählt sein. Das Fahrzeugkoordinatensystem kann beispielsweise von der Längsachse, der Querachse und einer Normalachse des Fahrzeugs, die senkrecht zur Längsachse und zur Querachse ist, aufgespannt werden. Die initiale Längsachse und die initiale Querachse beziehungsweise die Ziellängs- und die Zielquerachse können als die Längsachse und die Querachse des Fahrzeugs entsprechend der Ausgangsorientierung beziehungsweise der Zielorientierung, insbesondere hinsichtlich des Referenzkoordinatensystems, verstanden werden. Dabei kann die Längsachse zum Beispiel einer Bewegungsrichtung des Fahrzeugs entsprechen, falls der Lenkwinkel des Fahrzeugs gleich Null ist. Die durch die Längsachse und die Querachse aufgespannte Ebene kann parallel zu einer von den Reifenkontaktpunkten auf der Fahrbahnoberfläche aufgespannten Ebene sein.In particular, a home pose of the vehicle is defined by the home position of the vehicle in combination with a home orientation of the vehicle at the home position. Similarly a target pose of the vehicle is defined by the target position in combination with a target orientation of the vehicle at the target position. The initial orientation and the target orientation can be understood as the respective orientations of a vehicle coordinate system, which is rigidly connected to the vehicle, with respect to a reference coordinate system, which is rigidly connected to the environment of the vehicle, for example a roadway traveled by the vehicle. The choice of the orientation of the reference coordinate system is fixed but arbitrary. It can therefore be selected, for example, to be identical to the vehicle coordinate system in accordance with the initial orientation or the initial pose of the vehicle. The vehicle coordinate system can, for example, be spanned by the longitudinal axis, the transverse axis and a normal axis of the vehicle, which is perpendicular to the longitudinal axis and to the transverse axis. The initial longitudinal axis and the initial transverse axis or the target longitudinal and target transverse axis can be understood as the longitudinal axis and the transverse axis of the vehicle according to the initial orientation or the target orientation, in particular with regard to the reference coordinate system. The longitudinal axis can, for example, correspond to a direction of movement of the vehicle if the steering angle of the vehicle is equal to zero. The plane spanned by the longitudinal axis and the transverse axis can be parallel to a plane spanned by the tire contact points on the road surface.
Mit anderen Worten ist die Zielposition durch die um den Querabstand entlang der initialen Querachse verschobene und um den longitudinalen Abstand entlang der initialen Längsachse verschobene Ausgangsposition gegeben.In other words, the target position is given by the starting position which is shifted by the transverse distance along the initial transverse axis and shifted by the longitudinal distance along the initial longitudinal axis.
Im Allgemeinen kann die Ausgangsorientierung von der Zielorientierung des Fahrzeugs abweichen. Die initiale Längsachse und die initiale Querachse des Fahrzeugs können daher als Referenzachsen verwendet werden, um den longitudinalen Abstand und den Querabstand zu definieren. In bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Ausgangsorientierung und die Zielorientierung des Fahrzeugs jedoch identisch oder annähernd identisch, so dass die initiale Längsachse parallel zur Ziellängsachse und die initiale Querachse parallel zur Zielquerachse des Fahrzeugs ist. In diesem Fall kann der longitudinale Abstand auch als ein Abstand zwischen der initialen Querachse und der Zielquerachse betrachtet werden. Analog dazu kann der Querabstand als ein Abstand zwischen der initialen Längsachse und der Ziellängsachse betrachtet werden.In general, the starting orientation may differ from the target orientation of the vehicle. The initial longitudinal axis and the initial lateral axis of the vehicle can therefore be used as reference axes to define the longitudinal distance and the lateral distance. In preferred exemplary embodiments, however, the initial orientation and the target orientation of the vehicle are identical or approximately identical, so that the initial longitudinal axis is parallel to the target longitudinal axis and the initial lateral axis is parallel to the target lateral axis of the vehicle. In this case, the longitudinal distance can also be considered as a distance between the initial transverse axis and the target transverse axis. Similarly, the lateral distance can be viewed as a distance between the initial longitudinal axis and the target longitudinal axis.
Der vorbestimmte Querabstand kann zum Beispiel durch das Fahrzeug selbst vorbestimmt werden, zum Beispiel unter Verwendung eines Umgebungssensorsystems, um die Umgebung des Fahrzeugs zu bewerten und den erwünschten Querabstand für die Wegplanung zu bestimmen. Der vorbestimmte Querabstand kann auch per se derart vordefiniert sein, dass er durch konstanten Wert gegeben ist. In jedem Fall bleibt der Querabstand konstant, während das computerimplementierte Verfahren zum Planen des Wegs ausgeführt wird.For example, the predetermined lateral distance may be predetermined by the vehicle itself, for example using an environmental sensor system to assess the vehicle's surroundings and determine the desired lateral distance for path planning. The predetermined transverse distance can also be predefined per se in such a way that it is given by a constant value. In either case, the lateral distance remains constant while the computer-implemented method of planning the path is executed.
Der minimale longitudinale Abstand kann als ein kleinster möglicher longitudinaler Abstand betrachtet werden, der durch das Fahrzeug realisiert werden kann, wenn ein vordefinierter Satz von Randbedingungen gilt. Eine Randbedingung, die in jeweiligen Ausführungen gilt, ist es, dass der Weg derart geplant wird, dass er der Bezier-Kurve von der Ausgangsposition zur Zielposition folgt. Eine weitere Randbedingung kann beispielsweise durch den Grad der Bezier-Kurve aufgestellt sein. Zum Beispiel kann der minimale longitudinale Abstand im Falle der Verwendung einer Bezier-Kurve dritten Grades unterschiedlich sein zu einer Situation, in der eine Bezier-Kurve zweiten oder vierten Grades verwendet wird. Des Weiteren entspricht auch der maximale Lenkwinkel des Fahrzeugs einer Randbedingung. Je größer der maximale Lenkwinkel des Fahrzeugs ist, umso kürzer kann der minimale longitudinale Abstand sein. Der Lenkwinkel des Fahrzeugs kann zum Beispiel einem Winkel lenkender Räder entsprechen, mit anderen Worten einem Winkel lenkbarer Räder des Fahrzeugs, zum Beispiel hinsichtlich der Längsachse des Fahrzeugs. Auch eine maximale Änderungsrate des Lenkwinkels kann eine entsprechende Randbedingung aufstellen. Zudem kann zum Beispiel ein Radstand des Fahrzeugs einer Randbedingung entsprechen. Je kürzer der Radstand, umso kürzer kann der minimale longitudinale Abstand sein. Des Weiteren kann auch ein vordefinierter Toleranzwert eine Randbedingung aufstellen. Der Toleranzwert kann zum Beispiel durch künstliches Verringern des maximalen Lenkwinkels und/oder Verringern der maximalen Änderungsrate des Lenkwinkels implementiert sein.The minimum longitudinal distance can be considered as a smallest possible longitudinal distance that can be realized by the vehicle when a predefined set of boundary conditions applies. A constraint that applies in particular implementations is that the path is planned to follow the Bezier curve from the origin position to the destination position. A further boundary condition can be established, for example, by the degree of the Bezier curve. For example, the minimum longitudinal distance in the case of using a third degree Bezier curve may be different to a situation where a second or fourth degree Bezier curve is used. Furthermore, the maximum steering angle of the vehicle also corresponds to a boundary condition. The larger the maximum steering angle of the vehicle, the shorter the minimum longitudinal distance can be. The steering angle of the vehicle may, for example, correspond to an angle of steering wheels, in other words an angle of steerable wheels of the vehicle, for example with respect to the longitudinal axis of the vehicle. A maximum rate of change of the steering angle can also impose a corresponding boundary condition. In addition, for example, a wheelbase of the vehicle can correspond to a boundary condition. The shorter the wheelbase, the shorter the minimum longitudinal distance can be. Furthermore, a predefined tolerance value can set up a boundary condition. For example, the tolerance value may be implemented by artificially reducing the maximum steering angle and/or reducing the maximum rate of change of the steering angle.
Der Weg des Fahrzeugs beschreibt eine geplante Bewegung eines spezifischen vordefinierten Punkts auf dem Fahrzeug. Zum Beispiel kann der geplante Weg eine Bewegung eines Punkts auf einer Achse des Fahrzeugs, zum Beispiel an einer in Querrichtung zentralen Stelle des Fahrzeugs, beschreiben. Der Weg kann auch die Bewegung eines Punktes an einem vorderen Stoßfänger des Fahrzeugs et cetera beschreiben. Insbesondere entspricht der Weg einer zweidimensionalen Kurve innerhalb einer Ebene, die zum Beispiel senkrecht zur Normalachse des Fahrzeugs ist. Folglich weist die Bezier-Kurve zwei Komponenten auf, wobei jede der Komponenten eine jeweilige Raumkoordinate beschreibt. Dabei können beide Komponenten der Bezier-Kurve ebenfalls als jeweilige Bezier-Kurven betrachtet werden, insbesondere als Funktion eines unabhängigen Parameters t. Zum Beispiel kann der geplante Weg durch (x(t), y(t)) gegeben sein, wobei t Werte in einem vordefinierten Bereich annimmt, beispielsweise im Bereich von [0, 1]. Es ist anzumerken, dass der geplante Weg lediglich den räumlichen Aspekt der Bewegung des Fahrzeugs beschreibt. Insbesondere kann die tatsächliche Bewegung des Fahrzeugs dadurch beschrieben werden, dass t als Funktion der Zeit betrachtet wird. Allerdings entspricht t nicht per se der Zeit.The path of the vehicle describes a planned movement of a specific predefined point on the vehicle. For example, the planned path may describe a movement of a point on an axis of the vehicle, for example at a laterally central location of the vehicle. The path can also describe the movement of a point on a front bumper of the vehicle, etc. In particular, the path corresponds to a two-dimensional curve within a plane that is perpendicular to the normal axis of the vehicle, for example. Consequently, the Bezier curve has two components ten, with each of the components describing a respective spatial coordinate. Both components of the Bezier curve can also be considered as respective Bezier curves, in particular as a function of an independent parameter t. For example, the planned path may be given by (x(t),y(t)), where t takes on values in a predefined range, for example in the range of [0,1]. It should be noted that the planned path only describes the spatial aspect of the movement of the vehicle. In particular, the actual motion of the vehicle can be described by considering t as a function of time. However, t does not correspond to time per se.
Eine Bezier-Kurve kann als Funktion des unabhängigen Parameters verstanden werden, der die jeweilige Bezier-Gleichung entsprechend dem Grad der Bezier-Kurve erfüllt, wobei der Grad insbesondere vordefiniert ist. Zum Beispiel wird die Bezier-Kurve, insbesondere werden die Komponenten der Bezier-Kurve, als Bezier-Kurven mindestens dritten Grades, insbesondere dritten Grades, bestimmt.A Bezier curve can be understood as a function of the independent parameter that satisfies the respective Bezier equation according to the degree of the Bezier curve, the degree in particular being predefined. For example, the Bezier curve, in particular the components of the Bezier curve, are determined as Bezier curves of at least third degree, in particular third degree.
Gemäß zumindest einer Ausführung wird eine weitere Zielposition für das Fahrzeug bestimmt und der Weg derart geplant, dass er des Weiteren die Zielposition mit der weiteren Zielposition verbindet. Der Weg wird derart geplant, dass er der Bezier-Kurve von der Ausgangsposition zur Zielposition folgt und einer weiteren Bezier-Kurve von der Zielposition zu der weiteren Zielposition folgt.According to at least one embodiment, a further target position is determined for the vehicle and the route is planned in such a way that it also connects the target position with the further target position. The path is planned such that it follows the Bezier curve from the starting position to the target position and follows another Bezier curve from the target position to the further target position.
Alle Erläuterungen hinsichtlich der Bezier-Kurve, der Ausgangsposition und der Zielposition lassen sich analog auf die weitere Bezier-Kurve, die Zielposition beziehungsweise die weitere Zielposition übertragen.All explanations regarding the Bezier curve, the starting position and the target position can be transferred analogously to the further Bezier curve, the target position or the further target position.
Die Verwendung der Bezier-Kurve und gegebenenfalls der weiteren Bezier-Kurve für die Wegplanung erlaubt es, geschlossene Gleichungen für den Weg zu verwenden, der schnell und dynamisch geplant und angepasst werden kann. Des Weiteren kann zum Beispiel im Vergleich zu einem Weg, der aus geraden und kreisförmigen Segmenten besteht, eine verbesserte Gleichmäßigkeit und weniger erforderliche Lenkaktionen und somit ein verbessertes Maß an Komfort für einen Benutzer erreicht werden.The use of the Bezier curve and, if necessary, the further Bezier curve for the path planning makes it possible to use closed equations for the path, which can be planned and adapted quickly and dynamically. Furthermore, compared to a path consisting of straight and circular segments, for example, improved smoothness and fewer required steering actions and thus an improved level of comfort for a user can be achieved.
Die Verwendung der Bezier-Kurve und optional der weiteren Bezier-Kurve ermöglicht eine robuste und dynamische Bewegungsplanung für das Fahrzeug, speziell in Situationen mit begrenztem Raum, insbesondere in beengten Parksituationen oder anderen Situationen, in denen es gilt, eine Kollision mit einem externen Objekt zu vermeiden. Des Weiteren erfordern die durchzuführenden Berechnungen keine umfangreichen Rechenressourcen und können daher auch von eingebetteten Systemen ausgeführt werden, wie sie gewöhnlich in Automobilen und anderen Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.The use of the Bezier curve and optionally the further Bezier curve enables a robust and dynamic motion planning for the vehicle, especially in situations with limited space, in particular in tight parking situations or other situations in which a collision with an external object is to be avoided avoid. Furthermore, the calculations to be performed do not require extensive computing resources and can therefore also be performed by embedded systems, such as are commonly used in automobiles and other motor vehicles.
Des Weiteren lassen sich unter Verwendung der Bezier-Kurve einfache wie auch komplexe Wege einschließlich S-förmiger Wege, gerader Wege oder kreisförmiger Wege innerhalb der kürzesten möglichen Fahrtstrecke planen. Die Verwendung der weiteren Bezier-Kurve steigert die erreichbare Komplexität des Wegs sogar noch weiter, ohne wesentlich größere Rechenressourcen zu erfordern.Furthermore, using the Bezier curve, simple as well as complex routes including S-shaped routes, straight routes or circular routes can be planned within the shortest possible travel distance. Using the wider Bezier curve increases the achievable path complexity even further without requiring significantly more computational resources.
Gemäß einigen Ausführungen wird der Weg derart geplant, dass er einer Bezier-Kurve dritten Grades von der Ausgangsposition zur Zielposition folgt und/oder der Weg wird derart geplant, dass er einer weiteren Bezier-Kurve dritten Grades von der Zielposition zu der weiteren Zielposition folgt.According to some implementations, the path is planned to follow a third degree Bezier curve from the starting position to the target position and/or the path is planned to follow another third degree Bezier curve from the target position to the further target position.
Mit anderen Worten sind die Bezier-Kurve und/oder die weitere Bezier-Kurve Bezier-Kurven dritten Grades. Das bedeutet, dass zumindest eine Komponente der Bezier-Kurve und/oder der weiteren Bezier-Kurve eine Komponente dritten Grades ist und die verbleibende Komponente eine Komponente dritten oder niedrigeren Grades ist.In other words, the Bezier curve and/or the further Bezier curve are third-degree Bezier curves. This means that at least one component of the Bezier curve and/or the further Bezier curve is a tertiary component and the remaining component is a tertiary or lower component.
Bei derartigen Ausführungen weist die mathematische Darstellung des Wegs eine relativ geringe Komplexität auf, während bereits die meisten relevanten Wegtypen, wie etwa gerade Wege, kreisförmige Wege oder S-förmige Wege und, wenn der weitere Bezier-Weg einbezogen ist, doppelt S-förmige Wege, genau dargestellt werden können. Eine besonders effiziente, robuste und rechnerisch günstige Lösung zur Wegplanung wird somit erreicht.In such implementations, the mathematical representation of the path has a relatively low complexity, while already most relevant path types, such as straight paths, circular paths or S-shaped paths and, if the further Bezier path is included, double S-shaped paths , can be represented accurately. A particularly efficient, robust and computationally favorable solution for route planning is thus achieved.
Gemäß einigen Ausführungen wird der minimale longitudinale Abstand abhängig von einem Radstand des Fahrzeugs bestimmt.According to some implementations, the minimum longitudinal distance is determined based on a wheelbase of the vehicle.
Dabei entspricht der Radstand einem Abstand entlang der Längsachse des Fahrzeugs zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Fahrzeugs, wobei zwei an gegenüberliegenden Seiten der Vorderachse angebrachte Räder des Fahrzeugs lenkbare Räder sind und zwei an gegenüberliegenden Enden der Hinterachse angebrachte Räder nicht lenkbare Räder sind.The wheelbase corresponds to a distance along the longitudinal axis of the vehicle between a front axle and a rear axle of the vehicle, with two on opposite sides of the front wheels of the vehicle mounted on the axle are steerable wheels and two wheels mounted on opposite ends of the rear axle are non-steerable wheels.
Gemäß einigen Ausführungen wird der minimale longitudinale Abstand gemäß der Beziehung:
Die besagte Beziehung erhält man dadurch, dass symmetrische Kontrollpunkte der Bezier-Kurve bei bM beziehungsweise (1 - b)M angenommen werden, wobei die Rand folgenden Randbedingungen gelten:
Dabei stellen (xP,yP)(t) die Raumkoordinaten der Komponenten des Wegs in einem lokalen Koordinatensystem dar, das durch die besagten Randbedingungen definiert ist. Die Ausgangsposition des Fahrzeugs entspricht dann (xp,yp)(t = 0) = (0,0) und die Zielposition (xP,yP)(t = 1) = (M,0). Mit anderen Worten ist M der Euklidische Abstand zwischen der Ausgangsposition und der Zielposition, sodass
Gemäß einigen Ausführungen wird der Weg entsprechend den Beziehungen
Dabei ist t0 eine reelle Konstante, die die Ausgangs- und Zielorientierung des Fahrzeugs beschreibt. Mit anderen Worten sind die Ausgangs- und Zielorientierung in derartigen Ausführungen identisch. Insbesondere gilt
Gemäß einigen Ausführungen wird zum Bestimmen der weiteren Zielposition ein weiterer minimaler longitudinaler Abstand zwischen der Zielposition und der weiteren Zielposition in der Richtung parallel zur initialen Längsachse des Fahrzeugs abhängig von einem vorbestimmten weiteren Querabstand zwischen der Zielposition und der weiteren Zielposition in der Richtung parallel zur initialen Querachse des Fahrzeugs und abhängig von dem maximalen Lenkwinkel und insbesondere dem Radstand des Fahrzeugs bestimmt.According to some embodiments, to determine the further target position, a further minimum longitudinal distance between the target position and the further target position in the direction parallel to the initial longitudinal axis of the vehicle is dependent on a predetermined further lateral distance between the target position and the further target position in the direction parallel to the initial lateral axis of the vehicle and is determined as a function of the maximum steering angle and in particular the wheelbase of the vehicle.
Insbesondere ist in derartigen Ausführungen die Ausgangsorientierung des Fahrzeugs an der Ausgangsposition identisch zur Zielorientierung des Fahrzeugs an der Zielposition. Die Erläuterungen hinsichtlich des minimalen longitudinalen Abstands und entsprechender Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf den weiteren minimalen longitudinalen Abstand übertragen.In particular, in such embodiments, the initial orientation of the vehicle at the initial position is identical to the target orientation of the vehicle at the target position. The explanations regarding the minimum longitudinal distance and corresponding explanations of the method according to the invention can be transferred analogously to the further minimum longitudinal distance.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum zumindest teilweise automatischen Führen eines Fahrzeugs bereitgestellt. Dabei werden Sensordaten, die eine Umgebung des Fahrzeugs darstellen, von einem Umgebungssensorsystem des Fahrzeugs erzeugt. Ein Weg für das Fahrzeug wird von einer Recheneinheit des Fahrzeugs unter Verwendung eines erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahrens abhängig von den Sensordaten und/oder abhängig von dem vorbestimmten Querabstand geplant. Das Fahrzeug wird zumindest teilweise automatisch entsprechend dem geplanten Weg geführt, insbesondere durch die Recheneinheit oder durch ein elektronisches Fahrzeugführungssystem des Fahrzeugs, welches die Recheneinheit enthält.According to a further aspect of the invention, a method for at least partially automatically driving a vehicle is provided. In this case, sensor data representing an environment of the vehicle is generated by an environment sensor system of the vehicle. A path for the vehicle is planned by a computing unit of the vehicle using a computer-implemented method according to the invention as a function of the sensor data and/or as a function of the predetermined transverse distance. The vehicle is guided at least partially automatically according to the planned route, in particular by the computing unit or by an electronic vehicle guidance system of the vehicle which contains the computing unit.
Insbesondere ist die Recheneinheit oder eine Steuereinheit des elektronischen Fahrzeugführungssystems dazu eingerichtet, Steuersignale zum zumindest teilweise automatischen Führen des Fahrzeugs entsprechend dem geplanten Weg zu erzeugen.In particular, the computing unit or a control unit of the electronic vehicle guidance system is set up to generate control signals for at least partially automatically guiding the vehicle along the planned route.
Ein Umgebungssensorsystem kann als ein Sensorsystem verstanden werden, welches dazu imstande ist, Sensordaten oder Sensorsignale zu erzeugen, die eine Umgebung des Umgebungssensorsystems wiedergeben, darstellen oder abbilden. Insbesondere kann die Fähigkeit, elektromagnetische oder andere Signale aus der Umgebung zu erfassen oder zu detektieren, als eine ausreichende Bedingung dafür betrachtet werden, dass ein Sensorsystem ein Umgebungssensorsystem ist. Zum Beispiel können Kameras, Lidarsysteme, Radarsysteme oder Ultraschallsensorsysteme als Umgebungssensorsysteme betrachtet werden.An environmental sensor system can be understood as a sensor system capable of generating sensor data or sensor signals that reflect, represent or map an environment of the environmental sensor system. In particular, the ability to sense or detect electromagnetic or other signals from the environment may be considered a sufficient condition for a sensor system to be an environment sensor system. For example, cameras, lidar systems, radar systems, or ultrasonic sensor systems can be considered environmental sensor systems.
Zum Beispiel wird der Querabstand für den für das Fahrzeug zu planenden Weg von der Recheneinheit basierend auf den Sensordaten bestimmt.For example, the lateral distance for the route to be planned for the vehicle is determined by the computing unit based on the sensor data.
Gemäß einigen Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Führen eines Fahrzeugs wird eine Position eines Hindernisses in der Umgebung von der Recheneinheit basierend auf den Sensordaten bestimmt und der Querabstand wird abhängig von der Position des Hindernisses bestimmt.According to some embodiments of the method for driving a vehicle according to the invention, a position of an obstacle in the area is determined by the computing unit based on the sensor data and the transverse distance is determined as a function of the position of the obstacle.
Insbesondere kann der Querabstand derart bestimmt werden, dass eine Kollision des Fahrzeugs mit dem Hindernis entsprechend dem geplanten Weg vermieden wird.In particular, the lateral distance can be determined in such a way that a collision of the vehicle with the obstacle is avoided according to the planned route.
Zum Bestimmen des Hindernisses und der Position des Hindernisses basierend auf den Sensordaten, insbesondere Kamerabildern oder Lidarpunktwolken und/oder Radardaten et cetera, kann die Recheneinheit einen oder mehrere Algorithmen zur Computer-Vision oder konventionellen Bildbearbeitung oder Bildanalyse anwenden.To determine the obstacle and the position of the obstacle based on the sensor data, in particular camera images or lidar point clouds and/or radar data et cetera, the processing unit can use one or more algorithms for computer vision or conventional image processing or image analysis.
Gemäß einigen Ausführungen wird eine Zielfahrspur, insbesondere eine Position der Zielfahrspur, zum Beispiel eine Querposition der Zielfahrspur bezüglich des Fahrzeugs, in der Umgebung des Fahrzeugs von der Recheneinheit basierend auf den Sensordaten bestimmt. Der Querabstand wird abhängig von der Zielfahrspur beziehungsweise der Position der Zielfahrspur bestimmt.According to some embodiments, a target lane, in particular a position of the target lane, for example a transverse position of the target lane with respect to the vehicle, in the vicinity of the vehicle is determined by the computing unit based on the sensor data. The transverse distance is determined depending on the target lane or the position of the target lane.
Mit anderen Worten kann der Querabstand derart gewählt werden, dass der Weg das Fahrzeug von einer gegenwärtigen Fahrspur auf der Fahrbahn zu einer benachbarten oder einer der benachbarten Fahrspur nächstliegenden Fahrspur auf der Fahrbahn und, in einigen Ausführungen, zurück zur gegenwärtigen Fahrspur führt.In other words, the lateral spacing may be chosen such that the path takes the vehicle from a current lane of the roadway to an adjacent lane of the roadway or a lane closest to the adjacent lane of the roadway and, in some implementations, back to the current lane.
Gemäß einigen Ausführungen wird eine Position eines Parkplatzes in der Umgebung von der Recheneinheit basierend auf den Sensordaten bestimmt und der Querabstand wird abhängig von der Position des Parkplatzes bestimmt. Insbesondere wird der Weg geplant, um ein Parkmanöver des Fahrzeugs automatisch auszuführen.According to some implementations, a position of a parking space in the area is determined by the computing unit based on the sensor data and the lateral distance is determined depending on the position of the parking space. In particular, the route is planned in order to automatically carry out a parking maneuver of the vehicle.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektronisches Fahrzeugführungssystem, welches eine Recheneinheit und ein Umgebungssensorsystem für ein Fahrzeug aufweist, bereitgestellt. Das Umgebungssensorsystem ist dazu eingerichtet, Sensordaten zu erzeugen, die eine Umgebung des Fahrzeugs darstellen. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, einen Weg für das Fahrzeug unter Verwendung eines erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahrens abhängig von den Sensordaten und/oder abhängig von dem Querabstand für den Weg zu planen und das Fahrzeug zumindest teilweise automatisch entsprechend dem geplanten Weg zu führen.According to a further aspect of the invention, an electronic vehicle guidance system, which has a computing unit and an environment sensor system for a vehicle, is provided. The environment sensor system is set up to generate sensor data that represent an environment of the vehicle. The processing unit is set up to plan a route for the vehicle using a computer-implemented method according to the invention depending on the sensor data and/or depending on the lateral distance for the route and to guide the vehicle at least partially automatically according to the planned route.
Gemäß einigen Ausführungen ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, den Querabstand für den Weg basierend auf den Sensordaten zu bestimmen.According to some implementations, the computing unit is set up to determine the lateral distance for the path based on the sensor data.
Unter einem elektronischen Fahrzeugführungssystem kann ein elektronisches System verstanden werden, welches dazu eingerichtet ist, ein Fahrzeug vollautomatisch oder vollautonom zu führen und insbesondere ohne die Notwendigkeit manuellen Eingreifens oder Steuerns durch einen Fahrer oder Benutzer des Fahrzeugs. Das Fahrzeug führt alle erforderlichen Funktionen, wie etwa Lenkmanöver, Bremsmanöver und/oder Beschleunigungsmanöver sowie Beobachtung und Erfassung des Straßenverkehrs und entsprechende Reaktionen, automatisch aus. Insbesondere kann das elektronische Fahrzeugführungssystem einen vollautomatischen oder vollautonomen Fahrmodus nach Stufe 5 gemäß der SAE J3016-Klassifizierung implementieren. Ein elektronisches Fahrzeugführungssystem kann auch als ein Fahrerassistenzsystem, ADAS, zur Unterstützung eines Fahrers beim teilautomatischen oder teilautonomen Fahren implementiert sein. Insbesondere kann das elektronische Fahrzeugführungssystem einen teilautomatischen oder teilautonomen Fahrmodus nach den Stufen 1 bis 4 gemäß der SAE J3016-Klassifizierung implementieren. Hier und im Folgenden bezieht sich „SAE J3016“ auf die jeweilige Norm in der Version von Juni 2018.An electronic vehicle guidance system can be understood to mean an electronic system which is set up to guide a vehicle fully automatically or fully autonomously and in particular without the need for manual intervention or control by a driver or user of the vehicle. The vehicle automatically carries out all necessary functions, such as steering manoeuvres, braking manoeuvres, and/or acceleration manoeuvres, as well as monitoring and registering road traffic and responding accordingly. In particular, the electronic vehicle guidance system can implement a fully automated or fully autonomous driving mode according to
Weitere Ausführungen des elektronischen Fahrzeugführungssystems ergeben sich unmittelbar aus den verschiedenen Ausführungen des erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahrens zum Planen eines Wegs und aus den verschiedenen Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum zumindest teilweise automatischen Führen eines Fahrzeugs und umgekehrt. Insbesondere ist das elektronische Fahrzeugführungssystem dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes computerimplementiertes Verfahren oder ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, oder das erfindungsgemäße elektronische Fahrzeugführungssystem führt ein derartiges Verfahren oder computerimplementiertes Verfahren aus.Further versions of the electronic vehicle guidance system result directly from the different versions of the computer-implemented method according to the invention for planning a route and from the different versions of the method according to the invention for at least partially automatically guiding a vehicle and vice versa. In particular, the electronic vehicle guidance system is set up to execute a computer-implemented method according to the invention or a method according to the invention, or the electronic vehicle guidance system according to the invention executes such a method or computer-implemented method.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein erstes Computerprogramm, welches erste Befehle beinhaltet, bereitgestellt. Wenn die ersten Befehle beziehungsweise das erste Computerprogramm von einem Computersystem, insbesondere von einem erfindungsgemäßen elektronischen Fahrzeugführungssystem, zum Beispiel von der Recheneinheit des elektronischen Fahrzeugführungssystems ausgeführt werden, veranlassen die ersten Befehle das Computersystem dazu, ein erfindungsgemäßes computerimplementiertes Verfahren zum Planen eines Wegs für ein Fahrzeug auszuführen.According to a further aspect of the invention, a first computer program containing first instructions is provided. If the first commands or the first computer program are executed by a computer system, in particular by an electronic vehicle guidance system according to the invention, for example by the processing unit of the electronic vehicle guidance system, the first commands cause the computer system to execute a computer-implemented method according to the invention for planning a route for a vehicle .
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein zweites Computerprogramm, welches zweite Befehle beinhaltet, bereitgestellt. Wenn das zweite Computerprogramm beziehungsweise die zweiten Befehle von einem erfindungsgemäßen elektronischen Fahrzeugführungssystem, insbesondere von der Recheneinheit des elektronischen Fahrzeugführungssystems, ausgeführt werden, veranlassen die zweiten Befehle das elektronische Fahrzeugführungssystem dazu, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum zumindest teilweise automatischen Führen eines Fahrzeugs auszuführen.According to a further aspect of the invention, a second computer program containing second instructions is provided. If the second computer program or the second commands are executed by an electronic vehicle guidance system according to the invention, in particular by the computing unit of the electronic vehicle guidance system, the second commands cause the electronic vehicle guidance system to execute a method according to the invention for at least partially automatically driving a vehicle.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein computerlesbares Speichermedium bereitgestellt. Das computerlesbare Speichermedium speichert ein erstes Computerprogramm und/oder ein zweites Computerprogramm gemäß der Erfindung.According to another aspect of the invention, a computer-readable storage medium is provided. The computer-readable storage medium stores a first computer program and/or a second computer program according to the invention.
Das erste Computerprogramm, das zweite Computerprogramm und das computerlesbare Speichermedium können als jeweilige Computerprogrammprodukte, die erste Befehle beziehungsweise zweite Befehle beinhalten, betrachtet werden.The first computer program, the second computer program and the computer-readable storage medium can be viewed as respective computer program products that contain first instructions and second instructions, respectively.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die oben in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die unten in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen können von der Erfindung nicht nur in der jeweiligen genannten Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen umfasst sein. Insbesondere sind auch Ausgestaltungen und Merkmalskombinationen von der Erfindung umfasst, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten Anspruchs aufweisen. Des Weiteren sind Ausgestaltungen und Merkmalskombinationen von der Erfindung umfasst, die über die in den aufgeführten Ansprüchen dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.Further features of the invention result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown in the figures can be included in the invention not only in the respective combination mentioned, but also in other combinations. In particular, the invention also encompasses configurations and combinations of features that do not have all the features of an originally formulated claim. The invention also encompasses configurations and combinations of features that go beyond or deviate from the combinations of features set out in the listed claims.
In den Figuren zeigen
-
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen elektronischen Fahrzeugführungssystems; -
2 ein Beispiel einer Bezier-Kurve; -
3 ein Beispiel von Grenzpunkten und Kontrollpunkten einer Bezier-Kurve in globalen Koordinaten; -
4 ein Beispiel von Grenzpunkten und Kontrollpunkten einer Bezier-Kurve in lokalen Koordinaten; -
5 ein Beispiel einer S-förmigen Bezier-Kurve in lokalen Koordinaten; -
6 einen gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung geplanten Weg für ein Fahrzeug; und -
7 einen gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung der Erfindung geplanten Weg für ein Fahrzeug.
-
1 a schematic representation of a vehicle with an exemplary embodiment of an electronic vehicle guidance system according to the invention; -
2 an example of a Bezier curve; -
3 an example of boundary points and control points of a Bezier curve in global coordinates; -
4 an example of boundary points and control points of a Bezier curve in local coordinates; -
5 an example of an S-shaped Bezier curve in local coordinates; -
6 a planned path for a vehicle according to an exemplary embodiment of the invention; and -
7 a planned path for a vehicle according to another exemplary embodiment of the invention.
Das elektronische Fahrzeugführungssystem 2 weist eine Recheneinheit 3 auf, die einen Weg 7 für das Fahrzeug 1 planen kann, der eine Ausgangsposition 10 des Fahrzeugs 1 mit einer Zielposition 11 (siehe
Zum Beispiel kann das elektronische Fahrzeugführungssystem 2 ein Umgebungssensorsystem 5 aufweisen. Das Umgebungssensorsystem 5 kann zum Beispiel eine Kamera und/oder ein Radarsystem und/oder ein Lidarsystem und/oder ein Ultraschallsensorsystem aufweisen. Die Recheneinheit 3 empfängt Eingangsdaten, die Umgebungssensordaten enthalten, die von dem Umgebungssensorsystem 5 erzeugt werden, und kann den Weg 7 abhängig von den Eingangsdaten planen.For example, the electronic
Wahlweise kann das elektronische Fahrzeugführungssystem 2 ein Zustandssensorsystem 4 und/oder ein Eingabegerät 6 aufweisen. Das Zustandssensorsystem 4 kann zum Beispiel einen Geschwindigkeitssensor, einen Lenkwinkelsensor und/oder einen Gierratensensor aufweisen. Das Eingabegerät 6 kann zum Beispiel Fahrtrichtungsanzeiger des Fahrzeugs 1 aufweisen, die von einem Fahrer des Fahrzeugs 1 zu betätigen sind. Das Zustandssensorsystem 4 kann jeweilige Zustandssensordaten erzeugen, die einen gegenwärtigen Zustand des Fahrzeugs betreffen, und/oder ein Eingabegerät 6 kann ein entsprechendes Benutzereingabesignal erzeugen. Das Benutzereingabesignal und/oder die Zustandssensordaten können auch Teil der Eingangsdaten sein und die Recheneinheit 3 kann sie für die Planung des Wegs 7 in einigen Ausführungen berücksichtigen.The electronic
Die Funktionalität des elektronischen Fahrzeugführungssystems 2 sowie jeweilige Ausführungen von erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahren zum Planen des Wegs 7 und erfindungsgemäße Verfahren zum zumindest teilweise automatischen Führen des Fahrzeugs 1 werden im Folgenden anhand von
Im Folgenden wird erläutert wie ein asymptotischer optimaler Weg 7, der die Ausgangsposition 10 mit der Zielposition 11 mittels einer Bezier-Kurve verbindet, erhalten werden kann.In the following it is explained how an asymptotic
Die Ausgangsposition 10 wird durch (x0,y0,θ0) bezeichnet und die Zielposition 11 durch (xF,yF,θF) wie in
Die kubischen Bezier-Gleichungen sind für die Darstellung des Wegs 7 besonders geeignet, da sie alle der relevantesten Wegtypen, angefangen von einer Geraden bis hin zu sinusartigen Manövern, beschreiben können. Neue Koordinaten (xP,yP) können zur Vereinfachung der Funktionalgleichungen anstatt von nichtfunktionalen in (x,y) Koordinaten verwendet werden. Zum Erzeugen der asymptotischen optimalen Bezier-Kurve in den neuen Koordinaten ist anzumerken, dass Eingabewinkel im Bereich von [0°, 360°[ auf den Bereich von [-180°,180°[ normiert werden.The cubic Bezier equations are particularly appropriate for representing
Mit Bezug auf
Unter Berücksichtigung der Orientierung 14, 14' des Fahrzeugs 1, die durch t0 beziehungsweise tF gegeben ist, kann die Fahrtrichtung geschätzt werden, siehe auch
Die Bezier-Gleichung dritten Grades kann in ihrer generischen Form lauten wie folgt:
Dabei ist t eine unabhängige Variable im Bereich von [0, 1]. R0 und R3 sind die Werte von r(t = 0) beziehungsweise r(t = 1). R1 und R2 sind die Kontrollpunkte und die Werte von
Die Annahme symmetrischer Kontrollpunkte für xP(t) bei {bM, (1 - b)M} führt zu Kontrollpunkten bei
Durch Einsetzen in [2] und [3] erhält man
Es ergeben sich Formeln für die polynomiale Bezier-Kurve dritter Ordnung mit Kontrollpunkten bei bM und (1 - b)M wie folgt:
Die Wahl der Kontrollpunkte an diesen Positionen führt zu einer Vereinfachung in den Gleichungen und der daraus folgenden Zulässigkeitsprüfungen. Außerdem kann es als ein asymptotischer optimaler Weg betrachtet werden. Die Gleichung des erzeugten Bezier-Wegs kann in den globalen Koordinaten wie folgt dargestellt werden
Die Fahrzeugorientierung (θ) und der Vorderradwinkel (φ) des Fahrzeugs 1, der auch als Winkel lenkender Räder oder Lenkwinkel bezeichnet werden kann, können durch die folgende Beziehung dargestellt werden
Eine Zulässigkeitsprüfung für den Winkel vorderer lenkender Räder (φ) kann wie folgt ausgeführt werden, wobei φmax und φmax der zu erreichende spezifizierte Maximalwert beziehungsweise die zu erreichende spezifizierte Maximalrate des Vorderradwinkels sind,
Um einen Ausdruck für den minimalen Abstand zwischen zwei Punkten zu erhalten, bei dem sich eine zulässige S-förmige Bezier-Kurve dritter Ordnung ergibt, die die Punkte verbindet, wird die Bezier-Gleichung für diesen gegenläufigen S-förmigen Weg analysiert. Die Bezier-Gleichung [5] dritter Ordnung in lokalen Koordinaten kann wie folgt analysiert werden, um einen Ausdruck für den minimalen Abstand zwischen Ausgangs- und Zielrahmen zu erreichen, siehe auch
Bei Bezeichnen des Verhältnisses zwischen den Tangens initialer und finaler Winkel mit (K),
Gemäß der Gleichung [9] folgt
Ein kurzer Beweis der Gleichung [9] kann wie folgt sein
Da die Darstellung von tan(φ), θ̇̇̇, und v in lokalen und globalen Koordinaten gleich ist, kann man die folgende Gleichung für die Lenkung erhalten
Um den optimalen Wert t zu erhalten, bei dem die absolute Lenkung maximal ist, kann die folgende Gleichung gelöst werden
Der Einfachheit halber wird der absolute Wert so angenähert, dass er das Maximum mit etwas Toleranz erreicht, wenn die lokale Querposition (yp) ihr lokales Maximum erreicht. Somit wird maximale Lenkung minus Toleranz bei ẏp = 0 angenähert. Aus den obigen Gleichungen ist klar ersichtlich, dass die Lenkung zunimmt, wenn tan(φ) zunimmt, was einem Verringern von ẏp (ẏp ≈ 0) entspricht. Im Ergebnis kann die entsprechende Lenkungsgleichung wie folgt vereinfacht werden
Durch Auflösen nach t, wobei ẏp = 0, ergibt sich Folgendes:
Unter Annahme des Terms T als Tangens des maximalen Lenkwinkels minus einer vordefinierten Toleranz (φtol) ergibt sich die folgende Formel für den minimalen Abstand zwischen Start- und Endrahmen zum Erzeugen eines zulässigen Bezier-Wegs dritter Ordnung
Da die Toleranz (φtol) relativ große Werte erreichen könnte, zum Beispiel 10° bis 15°, insbesondere für beengte Situationen, in denen die maximale Lenkung viel schneller erreicht wird als der Spitzenpunk (ẏp = 0) und mit b = 1/3, wird ein Faktor 2 eingeführt, um die Ungenauigkeit in der Annahme der maximalen Lenkung bei (ẏp = 0) zu kompensieren und begrenzte Toleranzen (φtol ≈ 2°) zu erreichen. Es ist zu beachten, dass die Lenkung bei b = 1/3 an den beiden Spitzen gleich ist, mit anderen Worten Term1 = Term2 und
Zur Formulierung einer generischen Vorgehensweise zur Erzeugung eines lenkbaren S-förmigen Bezier-Wegs, der zwei parallele Rahmen (x1, y1, θ) und (x2, y2, θ) verbindet, wird die Gleichung [11] verwendet, um den Weg mit dem kleinsten Euklidischen Abstand zwischen den beiden parallelen Rahmen zu erhalten. Somit ergibt sich ein Weg mit minimaler Fahrtstrecke.To formulate a generic approach to generate a steerable S-shaped Bezier path connecting two parallel frames (x 1 ,y 1 ,θ) and (x 2 ,y 2 ,θ), Equation [11] is used to obtain to get the path with the smallest Euclidean distance between the two parallel frames. This results in a path with a minimal travel distance.
Gleichung [13] liefert einen generischen Ausdruck, der Δx und Δy zueinander in Beziehung setzt. Für einen gegebenen Ausgangsrahmen (x1,y1, θ) und ein spezifiziertes Δy zu einem zweiten parallelen Zielrahmen mit derselben Orientierung, lässt sich Δx derart berechnen, dass man einen lenkbaren S-förmigen Weg 7 erhält, der die Rahmen verbindet. Der erzeugte Bezier-Weg 7 ist lenkbar hinsichtlich des Lenkwinkels und dessen Änderungsrate. Außerdem hat der erzeugte Weg 7 einen gleichmäßigen Verlauf und ist, zum Beispiel im Vergleich zu einer Kombination von kreisförmigen und geraden Wegen, einfach zu berechnen. Das führt zu einer robusten und günstigen Lösung für die Planung komplexer Wege 7, bei denen es eine Kombination von S-förmigen Manövern geben könnte. Für b=0.4, das für S-Formen besonders geeignet ist, erhält man folgende Gleichung
Ein beispielhafter Anwendungsfall, in dem sich die Erfindung als besonders vorteilhaft erweist, ist beim Planen eines S-förmigen Wegs zum Ausweichen vor einem Hindernis 8a, 8b, 8c in der Umgebung des Fahrzeugs 1 oder zum Planen eines Wegs zu einem Parkplatz 9, wie in
Claims (15)
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DE102005008874A1 (en) | 2005-02-24 | 2006-09-07 | Daimlerchrysler Ag | Image-based, motor vehicle e.g. heavy goods vehicle, navigation method, involves achieving target position of vehicle upon confirmation of target trajectory leading to selected target object/region, by user |
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2021
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