Titel:

Verfahren zum Bereitstellen einer Manövernachricht zum Koordinieren eines Manövers zwischen einem Verkehrsteilnehmer und mindestens einem weiteren

Verkehrsteilnehmer in einem Kommunikationsnetzwerk

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Auswerteeinheit, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium zum Bereitstellen einer Manövernachricht zum Koordinieren eines Manövers zwischen einem Verkehrsteilnehmer und mindestens einem weiteren Verkehrsteilnehmer in einem Kommunikationsnetzwerk.

Stand der Technik

Für eine automatisierte Steuerung miteinander vernetzter Fahrzeuge ist es erforderlich, dass die Fahrzeuge ihre Umgebung wahrnehmen und interpretieren, um Entscheidungen treffen zu können. Eine Reichweite oder ein Sichtfeld moderner Bordsensoren wie etwa Kameras, Radar- oder Lidarsensoren kann beispielsweise mit einer Kommunikation von Fahrzeug zu Fußgänger (V2P), von Fahrzeug zu Fahrzeug (V2V), von Fahrzeug zu Netz (V2G) oder von Fahrzeug zu Netzwerk erweitert werden, zusammenfassend auch als V2X- Kommunikation bezeichnet.

Dienste wie Cooperative Awareness oder Collective Perception ermöglichen es Stationen eines solchen intelligenten Transportsystems (ITS), Informationen über ihren eigenen Zustand und einen Zustand von durch Bordsensoren erkannten Objekten miteinander auszutauschen, wodurch die Stationen ihre Umgebung deutlich besser wahrnehmen können. Die genannten Dienste betreffen jedoch in erster Linie vergangene und aktuelle Zustände von Objekten. Ein Umgebungsmodell ist jedoch hochdynamisch und schätzt neben vergangenen und aktuellen Zuständen auch zukünftige Zustände der Objekte, um Manöver entsprechend planen zu können. Es wäre also vorteilhaft, wenn eine Station auf geplante Manöver benachbarter Stationen zugreifen könnte. Mit diesem Wissen könnte eine Genauigkeit beim Schätzen zukünftiger Zustände im Umgebungsmodell unter Umständen signifikant erhöht werden.

Derzeit wird am Europäischen Institut für Telekommunikation und Normung (ETSI) ein Manöverkoordinierungsdienst (Maneuver Coordination Service oder MCS) entwickelt, was unter anderem durch das öffentlich finanzierte Projekt IMAGinE vorangetrieben wird, siehe hierzu auch: Projekt “IMAGinE (Intelligent Maneuver Automation - cooperative hazard avoidance in realtime)”, https://imagine-online.de/en/; I. Llatser, T. Michalke, M. Dolgov, F. Wildschütte,

H. Fuchs, „Cooperative Automated Driving Use Cases for 5G V2X Communication“, submitted to IEEE 5G World Forum, 2019.

Der Manöverkoordinierungsdienst beruht auf einem Austausch möglicher Trajektorien zwischen Stationen eines intelligenten Transportsystems und soll es ermöglichen, geplante Trajektorien der Stationen miteinander zu koordinieren und zu harmonisieren. Dazu können den möglichen Trajektorien Kosten zugeordnet werden, die anzeigen, wie vorteilhaft eine Trajektorie für ein Fahrzeug ist, wie etwa in DE 102018 109 883 Al und DE 102018 109 885 Al beschrieben. Derart bewertete Trajektorien können periodisch in sogenannten Manöverkoordinierungsnachrichten (Maneuver Coordination Message oder MCM) übertragen werden.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Bereitstellen einer Manövernachricht zum Koordinieren eines Manövers zwischen einem Verkehrsteilnehmer und mindestens einem weiteren Verkehrsteilnehmer in einem Kommunikationsnetzwerk, eine entsprechende Auswerteeinheit, ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Medium gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Vorteile der Erfindung Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen es in vorteilhafter Weise, Manöverkoordinierungsnachrichten unter Beachtung bestimmter Regeln zu generieren, indem einzelnen Trajektorien und zugehörigen Beschreibungsdaten Prioritäten zugewiesen werden. Anhand der Prioritäten können dann zu übertragende Trajektorien ausgewählt werden, beispielsweise durch ein prioritätsbasiertes Übertragungsprotokoll, auch DCC genannt (Decentralized Congestion Control), das aus den mit Prioritäten versehenen Trajektorien zu übertragende Trajektorien in Abhängigkeit von einer V2X- Kanalbelastung auswählt. Mit anderen Worten ermöglichen es diese Regeln, eine Übertragungshäufigkeit der Manöverkoordinierungsnachrichten abhängig von einem zu übertragenden Nachrichteninhalt zu steuern. Dadurch kann eine Manöverkoordinierung zwischen mehreren miteinander vernetzten Verkehrsteilnehmern verbessert werden.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Manövernachricht zum Koordinieren eines Manövers zwischen einem Verkehrsteilnehmer und mindestens einem weiteren Verkehrsteilnehmer in einem Kommunikationsnetzwerk. Der Verkehrsteilnehmer und der mindestens eine weitere Verkehrsteilnehmer sind über das Kommunikationsnetzwerk miteinander vernetzt. Der Verkehrsteilnehmer umfasst eine Auswerteeinheit zum Auswerten von über das Kommunikationsnetzwerk empfangenen Kommunikationsdaten und/oder von durch eine Sensorik zum Erfassen einer Umgebung des Verkehrsteilnehmers erzeugten Sensordaten und zum Übertragen von Manövernachrichten über das Kommunikationsnetzwerk. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Empfangen der Kommunikationsdaten und/oder der Sensordaten in der Auswerteeinheit; Bestimmen mindestens einer möglichen Trajektorie des Verkehrsteilnehmers basierend auf den Kommunikationsdaten und/oder den Sensordaten, wobei mindestens ein eine Eigenschaft der mindestens einen möglichen Trajektorie beschreibender Trajektorien parameter ermittelt wird; Berechnen einer Trajektorienübertragungspriorität aus dem Trajektorienparameter, wobei die Trajektorienübertragungspriorität eine Relevanz der mindestens einen möglichen Trajektorie für den Verkehrsteilnehmer und/oder den weiteren Verkehrsteilnehmer repräsentiert; Bestimmen anhand der Trajektorienübertragungspriorität, ob die mindestens eine mögliche Trajektorie in eine Manövernachricht aufgenommen werden soll; wenn ja: Generieren der Manövernachricht mit der mindestens einen möglichen Trajektorie und Versenden der Manövernachricht über das Kommunikationsnetzwerk.

Unter einem Verkehrsteilnehmer kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug, etwa ein Pkw, Lkw, Bus oder ein Motorrad, ein Element einer Verkehrsinfrastruktur, auch Roadside Unit genannt, ein Fahrrad, ein Tretroller oder ein Fußgänger verstanden werden.

Die Auswerteeinheit kann beispielsweise eine Komponente eines Bordcomputers des Verkehrsteilnehmers, etwa eines Fahrzeugs, sein. Ferner kann die Auswerteeinheit ausgeführt sein, um den Verkehrsteilnehmer basierend auf den Kommunikationsdaten und/oder den Sensordaten zu steuern, etwa zu lenken, zu bremsen und/oder zu beschleunigen. Hierzu kann der Verkehrsteilnehmer eine Aktorik aufweisen, die durch die Auswerteeinheit ansteuerbar ist. Die Aktorik kann beispielsweise einen Lenk- oder Bremsaktor oder ein Motorsteuergerät umfassen. Auch kann die Auswerteeinheit ausgeführt sein, um den Verkehrsteilnehmer basierend auf von anderen Verkehrsteilnehmern bereitgestellten und über das Kommunikationsnetzwerk empfangenen Manövernachrichten zu steuern.

Die Sensorik kann beispielsweise eine Kamera, einen Radar- oder Lidarsensor umfassen.

Unter einem Kommunikationsnetzwerk kann ein Netzwerk zur Verkehrsvernetzung, beispielsweise von Fahrzeug zu Fahrzeug (V2V oder Car2Car), von Fahrzeug zu Straße (V2R), von Fahrzeug zu Infrastruktur (V2I), von Fahrzeug zu Netzwerk (V2N) oder von Fahrzeug zu Personen (V2P), verstanden werden. Beispielsweise können die Manövernachrichten über eine drahtlose Kommunikationsverbindung wie etwa eine WLAN-, Bluetooth- oder Mobilfunkverbindung zwischen Teilnehmern des Kommunikationsnetzwerkes übertragen werden.

Die Manövernachricht kann beispielsweise Angaben zu dem Verkehrsteilnehmer, etwa zu Lenkwinkel, Position, Richtung, Geschwindigkeit oder Automatisierungsgrad des Verkehrsteilnehmers, sowie eine Liste möglicher Trajektorien enthalten. Unter einer möglichen Trajektorie kann ein voraussichtlicher Fahrzeugverlauf, etwa ein Verlauf einer Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder Richtung über die Zeit, verstanden werden, der basierend auf vergangenen, aktuellen und/oder geschätzten zukünftigen Zuständen des Verkehrsteilnehmers und/oder von erkannten Objekten in der Umgebung des Verkehrsteilnehmers berechnet wurde. Die Berechnung kann etwa durch ein Umgebungsmodell erfolgen.

Anhand der Trajektorienübertragungspriorität kann beispielsweise bestimmt werden, ob die mögliche Trajektorie in eine Liste zu übertragender Trajektorien übernommen werden soll oder nicht. Dabei kann die Manövernachricht mit der Liste der zu übertragenden Trajektorien generiert werden.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Auswerteeinheit, die ausgeführt ist, um das Verfahren, wie es im Vorangehenden und im Folgenden beschrieben ist, durchzuführen. Merkmale des Verfahrens, wie es im Vorangehenden und im Folgenden beschrieben ist, können auch Merkmale der Auswerteeinheit sein.

Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Computerprogramm, das, wenn es auf einem Prozessor ausgeführt wird, das Verfahren, wie es im Vorangehenden und im Folgenden beschrieben ist, durchführt, sowie ein computerlesbares Medium, auf dem ein derartiges Computerprogramm gespeichert ist.

Bei dem computerlesbaren Medium kann es sich beispielsweise um eine Festplatte, ein USB-Speichergerät, einen RAM, ROM, EPROM oder Flash- Speicher handeln. Das computerlesbare Medium kann auch ein einen Download eines Programmcodes ermöglichendes Datenkommunikationsnetzwerk wie etwa das Internet sein. Das computerlesbare Medium kann transitorisch oder nicht transitorisch sein.

Merkmale des Verfahrens, wie es im Vorangehenden und im Folgenden beschrieben ist, können auch Merkmale des Computerprogramms und/oder des computerlesbaren Mediums sein.

Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden. Gemäß einer Ausführungsform können Kosten, die einen Nutzen der möglichen Trajektorie für den Verkehrsteilnehmer anzeigen, bestimmt werden. Dabei kann die Trajektorienübertragungspriorität aus den Kosten berechnet werden. Durch die Kosten kann ein funktionaler Nutzen der möglichen Trajektorie für den Verkehrsteilnehmer quantifiziert werden. Beispielsweise kann die Trajektorienübertragungspriorität umso höher sein, je geringer die Kosten sind.

Zusätzlich oder alternativ kann eine der möglichen Trajektorie zugeordnete Datenmenge bestimmt werden und die Trajektorienübertragungspriorität aus der Datenmenge berechnet werden. Die Datenmenge, die zur Beschreibung der möglichen Trajektorie erforderlich ist, ermöglicht einen Rückschluss auf einen Detailgrad der möglichen Trajektorie, beispielsweise auf eine Trajektorien länge oder eine Komplexität eines Trajektorienverlaufs, der beispielsweise durch eine Polynomfunktion beschrieben sein kann. Beispielsweise kann die Trajektorienübertragungspriorität umso höher sein, je kleiner die der möglichen Trajektorie zugeordnete Datenmenge ist.

Zusätzlich oder alternativ kann eine Wartezeit seit einem letzten Senden einer Manövernachricht bezüglich der möglichen Trajektorie bestimmt werden und die Trajektorienübertragungspriorität aus der Wartezeit berechnet werden. Beispielsweise kann die Trajektorienübertragungspriorität umso höher sein, je länger die Wartezeit ist.

Zusätzlich oder alternativ kann die mögliche Trajektorie einer Manöverklasse aus mehreren unterschiedlichen Manöverklassen mit unterschiedlichen Manöverprioritäten zugeordnet werden und die Trajektorienübertragungspriorität aus der Manöverpriorität der der möglichen Trajektorie zugeordneten Manöverklasse berechnet werden. Beispielsweise kann die Trajektorienübertragungspriorität umso höher sein, je höher die Manöverpriorität der der möglichen Trajektorie zugeordneten Manöverklasse ist.

Gemäß einer Ausführungsform können Objekte in der Umgebung des Verkehrsteilnehmers basierend auf den Kommunikationsdaten und/oder den Sensordaten erkannt werden. Dabei kann die mindestens eine mögliche Trajektorie in Abhängigkeit von den erkannten Objekten bestimmt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann für mindestens ein erkanntes Objekt mindestens eine Objekttrajektorie bestimmt werden. Basierend auf den Objekttrajektorien kann bestimmt werden, ob die mögliche Trajektorie kollisionsfrei mit allen Objekttrajektorien ist. Wenn die mögliche Trajektorie kollisionsfrei ist, kann ein minimaler Trajektorienabstand zwischen der möglichen Trajektorie und allen Objekttrajektorien bestimmt werden und die Trajektorienübertragungspriorität aus dem minimalen Trajektorienabstand berechnet werden. Beispielsweise kann die Trajektorienübertragungspriorität umso niedriger sein, je größer der minimale Trajektorienabstand ist. Wenn die mögliche Trajektorie nicht kollisionsfrei ist, kann zusätzlich oder alternativ eine kürzeste Zeitspanne bis zu einer möglichen Kollision des Verkehrsteilnehmers, auch time to collision (TTC) genannt, basierend auf der möglichen Trajektorie und mindestens einer Trajektorie, mit der die mögliche Trajektorie kollidiert, bestimmt werden und die Trajektorienübertragungspriorität aus der kürzesten Zeitspanne bis zu einer möglichen Kollision des Verkehrsteilnehmers berechnet werden. Beispielsweise kann die Trajektorienübertragungspriorität umso niedriger sein, je länger die minimale TTC ist.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine Relativgeschwindigkeit und/oder eine Relativbeschleunigung, d. h. ein Unterschied zwischen den absoluten Geschwindigkeiten bzw. Beschleunigungen zu einem bestimmten Zeitpunkt, zwischen der möglichen Trajektorie und den Objekttrajektorien berechnet werden. Die Trajektorienübertragungspriorität kann dann aus der Relativgeschwindigkeit und/oder der Relativbeschleunigung berechnet werden. Beispielsweise kann die Trajektorienübertragungspriorität umso höher sein, je höher die Relativgeschwindigkeit und/oder die Relativbeschleunigung ist.

Gemäß einer Ausführungsform können mehrere mögliche Trajektorien des Verkehrsteilnehmers in Abhängigkeit von den erkannten Objekten bestimmt werden. Für jede mögliche Trajektorie können Kosten, die einen Nutzen der möglichen Trajektorie für den Verkehrsteilnehmer anzeigen, bestimmt werden. Ferner kann für jedes erkannte Objekt mindestens eine Objekttrajektorie bestimmt werden. Basierend auf den Objekttrajektorien kann bestimmt werden, ob die möglichen Trajektorien mit den Objekttrajektorien kollisionsfrei sind. Die möglichen Trajektorien können basierend auf den Kosten und darauf, ob die möglichen Trajektorien kollisionsfrei sind, in Referenztrajektorien, Bedarfstrajektorien und/oder Alternativtrajektorien eingeteilt werden, wobei die Referenztrajektorien untereinander kollisionsfrei sind, die Bedarfstrajektorien nicht kollisionsfrei mit mindestens einer Referenztrajektorie sind und niedrigere Kosten als die Referenztrajektorien haben und die Alternativtrajektorien nicht kollisionsfrei mit mindestens einer Referenztrajektorie sind und höhere Kosten als die Referenztrajektorien haben. Für die Referenztrajektorien können höhere Trajektorienübertragungsprioritäten berechnet werden als für die Bedarfstrajektorien und die Alternativtrajektorien.

Unter einer Referenztrajektorie kann eine Trajektorie mit Kosten CRT verstanden werden, der der Verkehrsteilnehmer aktuell folgt. Die Referenztrajektorie kann als kollisionsfrei betrachtet werden, sofern mögliche Kollisionen basierend auf Verkehrsregeln gelöst werden können.

Unter einer Bedarfstrajektorie kann eine Trajektorie mit Kosten CR < CRT verstanden werden. Eine Bedarfstrajektorie kann Trajektorien anderer Verkehrsteilnehmer unter Umständen beeinträchtigen, was eine entsprechende Koordination zwischen den Verkehrsteilnehmern erforderlich machen kann. Eine Bedarfstrajektorie kann somit als Kooperationswunsch aufgefasst werden. Kollidiert eine Bedarfstrajektorie mit Referenztrajektorien anderer Verkehrsteilnehmer, an die die Bedarfstrajektorie gesendet wurde, so können beispielsweise die betroffenen Referenztrajektorien im Rahmen einer Manöverkoordinierung so geändert werden, dass die Bedarfstrajektorie nicht mehr damit kollidiert. In diesem Fall kann die Bedarfstrajektorie für denjenigen Verkehrsteilnehmer, der die Bedarfstrajektorie gesendet hat, zu einer Referenztrajektorie werden.

Unter einer Alternativtrajektorie kann eine Trajektorie mit Kosten CA > CRT verstanden werden. Eine Alternativtrajektorie kann als Kooperationsangebot für andere Verkehrsteilnehmer betrachtet werden.

Gemäß dem weiter oben erwähnten IMAGinE- Ansatz übertragen beispielswiese alle Verkehrsteilnehmer ihre jeweilige Referenztrajektorie und mindestens eine Alternativ- oder Bedarfstrajektorie. Die Anzahl der übertragenen Alternativ- und Bedarfstrajektorien kann in Abhängigkeit von einer Kooperationsbereitschaft eines Fahrers oder von externen Faktoren wie etwa Automobilherstellern oder Vorschriften variieren.

Ein derartiger Manöverkoordinierungsdienst bietet zum einen den Vorteil, dass Umgebungsmodelle beteiligter Verkehrsteilnehmer basierend auf den bereitgestellten Referenztrajektorien erheblich verbessert werden können. Zum anderen können Manöver aufeinander abgestimmt werden und so die Verkehrseffizienz und -Sicherheit gesteigert werden. Eine Auslastung eines V2X- Kanals, über den die Verkehrsteilnehmer miteinander kommunizieren, kann insbesondere abhängig von einer jeweiligen Anzahl, einem jeweiligen Detailgrad und einer jeweiligen Übertragungshäufigkeit der Trajektorien variieren. Eine zunehmende Kanalbelastung kann unter Umständen zu einer Leistungsverschlechterung der V2X- Kommunikation führen, was wiederum dazu führen kann, dass der Manöverkoordinierungsdienst und möglicherweise auch andere V2X-Dienste nur eingeschränkt nutzbar sind. Insbesondere kann eine erhöhte Kanalbelastung zu größeren Latenzen, einer verringerten Reichweite und einer verringerten Zuverlässigkeit führen. Durch eine gezielte Auswahl zu übertragender Referenz-, Bedarfs- oder Alternativtrajektorien kann diese Problematik weitestgehend vermieden werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine Verhältniszahl aus einer Anzahl der Bedarfstrajektorien und einer Anzahl der Alternativtrajektorien berechnet werden. Die Verhältniszahl kann mit einem Vergleichswert verglichen werden. Wenn die Verhältniszahl größer als der Vergleichswert ist, können höhere Trajektorienübertragungsprioritäten für die Alternativtrajektorien als für die Bedarfstrajektorien berechnet werden. Wenn die Verhältniszahl kleiner als der Vergleichswert ist, können zusätzlich oder alternativ höhere Trajektorienübertragungsprioritäten für die Bedarfstrajektorien als für die Alternativtrajektorien berechnet werden. Bei dem Vergleichswert kann es sich etwa um eine Gleichgewichtskonstante handeln, die ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Bedarfs- und Alternativtrajektorien repräsentiert. Anders ausgedrückt kann der Vergleichswert ein Verhältnis ausdrücken, bei dem Bedarfs- und Alternativtrajektorien gleich gewichtet sind.

Gemäß einer Ausführungsform können mehrere von dem weiteren Verkehrsteilnehmer über das Kommunikationsnetzwerk gesendete weitere Trajektorien in der Auswerteeinheit empfangen werden. Basierend auf den weiteren Trajektorien kann eine Art und/oder Anzahl von mit der möglichen Trajektorie kollidierenden Trajektorien bestimmt werden. Die Trajektorienübertragungspriorität kann dann aus der Art und/oder Anzahl der mit der möglichen Trajektorie kollidierenden Trajektorien berechnet werden. Dadurch kann die Trajektorienübertragungspriorität abhängig von Trajektorien weiterer Verkehrsteilnehmer, etwa benachbarter Fahrzeuge, berechnet werden. Somit können Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Verfahrens gesteigert werden. Gemäß einer Ausführungsform können die weiteren Trajektorien Referenztrajektorien, Bedarfstrajektorien und/oder Alternativtrajektorien umfassen, wie sie weiter oben näher beschrieben sind. Dabei kann die Trajektorienübertragungspriorität aus einer Anzahl der Referenztrajektorien, einer Anzahl der Bedarfstrajektorien und/oder einer Anzahl der Alternativtrajektorien berechnet werden. Mit anderen Worten kann gezählt werden, wie viele Referenztrajektorien, Bedarfstrajektorien und/oder Alternativtrajektorien empfangen wurden, beispielsweise von benachbarten Fahrzeugen in der Umgebung des Verkehrsteilnehmers. Aus der jeweiligen Anzahl bzw. aus der Kombination der jeweiligen Anzahlen können dann Rückschlüsse auf die Relevanz der möglichen Trajektorie gezogen werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann mindestens eine zusätzliche mögliche Trajektorie des Verkehrsteilnehmers basierend auf den Kommunikationsdaten und/oder den Sensordaten bestimmt werden. Dabei kann mindestens ein eine Eigenschaft der zusätzlichen möglichen Trajektorie beschreibender zusätzlicher Trajektorienparameter ermittelt werden. Aus dem zusätzlichen Trajektorienparameter kann dann eine zusätzliche

Trajektorienübertragungspriorität berechnet werden, die eine Relevanz der zusätzlichen möglichen Trajektorie für den Verkehrsteilnehmer und/oder den weiteren Verkehrsteilnehmer repräsentiert. Ferner können die Trajektorienübertragungspriorität und die zusätzliche Trajektorienübertragungspriorität miteinander verglichen werden. Wenn die zusätzliche Trajektorienübertragungspriorität größer als die Trajektorienübertragungspriorität ist, kann eine minimale Abweichung zwischen der möglichen Trajektorie und der zusätzlichen möglichen Trajektorie, etwa ein minimaler Unterschied zwischen Position, Geschwindigkeit oder Beschleunigung in beiden Trajektorien, bestimmt werden. Anschließend kann die Trajektorienübertragungspriorität basierend auf der minimalen Abweichung neuberechnet werden. Beispielsweise kann die Trajektorienübertragungspriorität umso höher sein, je größer die minimale Abweichung ist. Somit kann unter anderem erreicht werden, dass deutlich voneinander unterschiedene Trajektorien vorrangig übertragen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einer Auswerteeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Manöverkoordination basierend auf dem Verfahren aus Fig. 2.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 100 mit einer Auswerteeinheit 102, die mit einer Sensorik 104 des Fahrzeugs 100 verbunden ist, um von der Sensorik 104 erzeugte Sensordaten 106 zu verarbeiten. Die Sensorik 104 ist ausgeführt, um eine Umgebung des Fahrzeugs 100 zu überwachen. Beispielhaft ist die Sensorik 104 hier als Kamera realisiert. Die Sensorik 104 kann jedoch auch mehrere, verschiedenartige Sensoreinheiten umfassen. So kann die Sensorik 104 zusätzlich oder alternativ zu einer Kamera beispielsweise mindestens einen Radar-, Lidar- oder Ultraschallsensor oder ein V2X- Kommunikationssystem aufweisen.

Des Weiteren ist die Auswerteeinheit 102 mit einer Aktorik 108 des Fahrzeugs 100 verbunden. Die Aktorik 108 kann beispielsweise einen Lenk- oder Bremsaktor oder einen Aktor zur Motorsteuerung umfassen. Die Auswerteeinheit 102 kann ausgeführt sein, um basierend auf den Sensordaten 106 ein Steuersignal 110 zur Ansteuerung der Aktorik 108 zu erzeugen, um das Fahrzeug 100 automatisiert zu steuern, d. h. zu lenken, zu bremsen, zu beschleunigen oder entsprechend einer vorgegebenen Route in einer digitalen Karte zu navigieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Auswerteeinheit 102 ausgeführt sein, um basierend auf den Sensordaten 106 ein Signal zur Fahrerinformation zu erzeugen.

Die Auswerteeinheit 102 umfasst ein Auswertemodul 112 und ein mit dem Auswertemodul verbundenes Kommunikationsmodul 114, das konfiguriert ist, um Daten über ein Kommunikationsnetzwerk zu übertragen. Das Kommunikationsnetzwerk vernetzt das Fahrzeug 100 mit weiteren Fahrzeugen 116, 118, etwa über eine drahtlose Kommunikationsverbindung. Die Module 112, 114 können in Hard- und/oder Software implementiert sein.

Das Auswertemodul 112 ist konfiguriert, um die Sensordaten 106 von der Sensorik 104 zu empfangen und diese zur Erkennung von Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs 100 zu verarbeiten und auszuwerten. In diesem Beispiel erkennt das Auswertemodul 112 basierend auf den Sensordaten 106 die weiteren Fahrzeuge 116, 118. Beispielsweise erkennt das Auswertemodul 112 eine jeweilige Position, Geschwindigkeit und Objektklasse der weiteren Fahrzeuge 116, 118. Unter Berücksichtigung dieser Positionen, Geschwindigkeiten und Objektklassen berechnet das Auswertemodul 112 ferner mindestens eine mögliche Trajektorie des Fahrzeugs 100, wobei mindestens ein Trajektorien parameter, der eine Eigenschaft der möglichen Trajektorie näher beschreibt, bestimmt wird. Basierend auf dem Trajektorienparameter berechnet das Auswertemodul 112 eine Trajektorienübertragungspriorität p _t , die anzeigt, wie relevant, beispielsweise wie nützlich, die mögliche Trajektorie für das Fahrzeug 100 oder auch für die weiteren Fahrzeuge 116, 118 ist. Je nach Höhe der Trajektorienübertragungspriorität p _t bestimmt das Auswertemodul 112, ob die mögliche Trajektorie in eine Liste zu übertragender Trajektorien aufgenommen werden soll oder nicht. Alternativ wird die Liste von Trajektorien mit Prioritätswerten zum Kommunikationsmodul 114 gesendet und das Kommunikationsmodul 114 entscheidet, beispielsweise basierend auf der Kanallast, wie viele und welche Trajektorien tatsächlich gesendet werden. Aus der fertiggestellten Liste erstellt das Kommunikationsmodul 114 schließlich eine Manövernachricht 120 und versendet diese über das Kommunikationsnetzwerk an die weiteren Fahrzeuge 116, 118. Diese können ähnlich wie das Fahrzeug 100 konfiguriert sein, um ihre jeweilige Umgebung sensorisch zu erkennen und ihrerseits entsprechende Manövernachrichten 120 über das Kommunikationsnetzwerk zu versenden. Mithilfe der Manövernachrichten 120 kann beispielsweise ein Manöver zwischen den Fahrzeugen 100, 116, 118 koordiniert werden, wie es in Fig. 3 anhand der Fahrzeuge 100, 116 beispielhaft veranschaulicht ist.

Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200, das beispielsweise von der Auswerteeinheit 102 aus Fig. 1 durchgeführt werden kann.

Dabei werden in einem ersten Schritt 210 die Sensordaten 106 empfangen.

In einem zweiten Schritt 220 wird basierend auf den Sensordaten 106 eine Objekterkennung durchgeführt.

In einem dritten Schritt 230 wird basierend auf den erkannten Objekten mindestens eine mögliche Trajektorie des Fahrzeugs 100 berechnet. Dabei wird mindestens einer der folgenden Trajektorien parameter bezüglich der berechneten Trajektorie bestimmt: Kosten C _t der möglichen Trajektorie, Datenmenge D _t , die zur Beschreibung der möglichen Trajektorie erforderlich ist, Wartezeit At seit einem letzten Senden einer Manövernachricht bezüglich der möglichen Trajektorie, Manöverpriorität p _m einer der möglichen Trajektorie zugeordneten Manöverklasse, kürzeste Zeitspanne TTC bis zu einer möglichen Kollision der möglichen Trajektorie mit anderen Trajektorien, minimaler Trajektorienabstand d _min zwischen der möglichen Trajektorie und anderen Trajektorien und/oder maximaler Abstand mindestens einer davon abgeleiteten Größe d _max , d _max , Art und/oder Anzahl n der möglichen Trajektorien, Art und/oder Anzahl x empfangener Trajektorien, minimale Abweichung A _min der möglichen Trajektorie zu anderen möglichen Trajektorien mit höherer Trajektorienübertragungspriorität p _t .

In einem vierten Schritt 240 wird basierend auf dem mindestens einen Trajektorienparameter die Trajektorienübertragungspriorität p _t bezüglich der möglichen Trajektorie bestimmt.

In einem fünften Schritt 250 wird anhand der Trajektorienübertragungspriorität p _t bestimmt, ob die mögliche Trajektorie Gegenstand einer Manövernachricht sein soll oder nicht.

Wenn ja, wird die mögliche Trajektorie in einem Schritt 260a in eine Liste zu übertragender Trajektorien übernommen. Aus dieser Liste wird dann die Manövernachricht 120 generiert. Wenn nein, wird die mögliche Trajektorie in einem Schritt 260b von der Liste zu übertragender Trajektorien ausgeschlossen. Die Manövernachricht 120 wird dann beispielsweise ohne die Trajektorie generiert.

Beispielsweise ist es möglich, dass ein Trajektorienplaner des Fahrzeugs 100 verschiedene mögliche Trajektorien mit ihren jeweiligen Kosten C _t bereitstellt. Für jede Trajektorie wird eine Trajektorienübertragungspriorität p _t berechnet, die unter anderem von folgenden Kriterien bzw. Parametern abhängt.

1. Wie hoch sind die Kosten C _t der Trajektorie?

Die Kosten C _t für jede Trajektorie werden beispielsweise von einem Manöverplaner geschätzt. Je niedriger die Kosten , desto größer ein Nutzen der Trajektorie und desto größer deren Trajektorienübertragungspriorität p _t :

Anders ausgedrückt wird die Trajektorienübertragungspriorität p _t so gewählt, dass sie bei sonst gleich bleibenden Bedingungen mit zunehmenden Kosten C _t der Trajektorie abnimmt bzw. nicht weiter zunimmt.

2. Um welche Trajektorienart handelt es sich?

Die Trajektorien können basierend auf ihren jeweiligen Kosten C _t und darauf, ob die möglichen Trajektorien kollisionsfrei sind, in Referenztrajektorien, Bedarfstrajektorien und Alternativtrajektorien eingeteilt werden, wie weiter oben bereits beschrieben.

Referenztrajektorien (ref) sollten immer übertragen werden. Daher erhalten Referenztrajektorien die höchste Trajektorienübertragungspriorität p _t . Die Trajektorienübertragungspriorität p _t von Alternativtrajektorien (alt) und Bedarfstrajektorien (req) werden entsprechend ihrem Verhältnis zueinander gewählt: P _t (alt) > p _t (req) - > Gleichgewichtskonstante p _t | p _t (ref) > ^ ^• alt

P _t (req) > p _t (alt) - < Gleichgewichtskonstante

^ ^• alt

Anders ausgedrückt wird die Trajektorienübertragungspriorität p _t so gewählt, dass bei sonst gleich bleibenden Bedingungen Referenztrajektorien eine höhere Trajektorienübertragungspriorität p _t als Alternativ- und Bedarfstrajektorien haben. Dabei haben Alternativtrajektorien eine mindestens so hohe Übertragungspriorität wie Bedarfstrajektorien, wenn ein Verhältnis zwischen einer Anzahl n _req der Bedarfstrajektorien und einer Anzahl n _alt der Alternativtrajektorien größer oder gleich einer bestimmten Gleichgewichtskonstante ist. Ist das Verhältnis kleiner als die Gleichgewichtskonstante, so haben umgekehrt die Bedarfstrajektorien eine höhere Übertragungspriorität als die Alternativtrajektorien.

3. Welche Datenmenge ist zur Beschreibung der Trajektorie erforderlich?

Je höher der Detailgrad ist, mit dem eine Trajektorie beschrieben wird, desto höher ist in der Regel eine dadurch verursachte Kanalbelastung. Beispielsweise ist es möglich, dass bei niedriger Kanalbelastung alle Trajektorien unabhängig von ihrer jeweiligen Trajektorienübertragungspriorität p _t übertragen werden. Bei hoher Kanalbelastung kann die Trajektorienübertragungspriorität p _t datenlastiger Trajektorien reduziert werden, um die Kanalbelastung zu reduzieren. Mit anderen Worten kann eine umso geringere Trajektorienübertragungspriorität p _t gewählt werden, je höher eine zur Beschreibung einer Trajektorie erforderliche Daten menge D _t ist:

Anders ausgedrückt nimmt die Trajektorienübertragungspriorität p _t mit zunehmender Datenmenge und bei sonst gleich bleibenden Bedingungen ab bzw. nicht weiter zu.

4. Wie viel Zeit ist seit der letzten Übertragung der Trajektorie vergangen? Je länger die benachbarten Fahrzeuge 116, 118 nicht über eine relevante Trajektorie informiert werden, desto höher sollte die diesbezügliche Trajektorienübertragungspriorität p _t sein:

Anders ausgedrückt steigt die Trajektorienübertragungspriorität p _t bei sonst gleich bleibenden Bedingungen mit zunehmendem zeitlichem Abstand At zur letzten Übertragung.

5. Wie relevant ist die Trajektorie für andere Fahrzeuge, wenn die Trajektorie kollisionsfrei ist?

Die Trajektorienübertragungspriorität p _t kann in Abhängigkeit von Zuständen der anderen Fahrzeuge 116, 118 relativ zur Trajektorie berechnet werden. Dabei erhalten Trajektorien, die in einer geringeren Entfernung d _min (t) zu den anderen Fahrzeugen 116, 118 verlaufen, eine entsprechend höhere Trajektorienübertragungspriorität p _t . Die Entfernung d _min (t) kann als minimaler Abstand zwischen zukünftigen Positionen von Objekten im Umgebungsmodell des Fahrzeugs 100 und der betrachteten Trajektorie für jeden Zeitschritt einer relevanten Zeitspanne in der Zukunft definiert sein. Ableitungen erster und höherer Ordnungen von d _min (t), die das Risiko einer Kollision des Fahrzeugs mit anderen Objekten beeinflussen, werden ebenfalls berücksichtigt, wie beispielsweise eine Relativgeschwindigkeit d _min oder eine Relativbeschleunigung

^min·

Anders ausgedrückt ist die Trajektorienübertragungspriorität p _t bei sonst gleich bleibenden Bedingungen umso höher, je kleiner ein (erwarteter) minimaler Abstand zwischen dem der Trajektorie folgenden Ego- Fahrzeug 100 und allen anderen Verkehrsteilnehmern ist. Ferner wird die Trajektorienübertragungspriorität p _t bei sonst gleich bleibenden Trajektorieneigenschaften so gewählt, dass sie mit zunehmender maximaler Relativgeschwindigkeit und/oder zunehmenden davon abgeleiteten Größen zunimmt bzw. nicht abnimmt. 6. Wie viel Zeit steht für eine Manöverkoordinierung zur Verfügung, wenn die Trajektorie mit mindestens einer Trajektorie eines anderen Fahrzeugs kollidiert?

Hierzu wird die kürzeste Zeit bis zu einer Kollision, auch time to collision oder TTC genannt, zwischen der Trajektorie und allen anderen kollidierenden Trajektorien ermittelt. Je kürzer die Zeit bis zur Kollision, desto höher die Trajektorienübertragungspriorität p _t :

Anders ausgedrückt nimmt die Trajektorienübertragungspriorität p _t bei sonst gleich bleibenden Bedingungen mit zunehmender Zeit bis zur Kollision ab bzw. nicht zu.

7. Wie viele Trajektorien welcher Trajektorienart kollidieren mit der Trajektorie?

Die Trajektorienübertragungspriorität p _t der betrachteten Trajektorie ist nicht nur von ihrer eigenen Trajektorienart, sondern auch von einer Anzahl und Art damit kollidierender Trajektorien abhängig. Kollidiert die Trajektorie beispielsweise mit einer Referenztrajektorie (x _ref = 1), zwei Bedarfstrajektorien (x _req = 2) und einer

Alternativtrajektorie (x _alt = 1), die von den anderen Fahrzeugen 116, 118 an das Fahrzeug 100 übertragen werden, so erhält die Trajektorie eine höhere Trajektorienübertragungspriorität p _t , als wenn sie mit nur einer Alternativtrajektorie (x _alt = 1) kollidieren würde. Generell wirken sich Kollisionen mit Referenztrajektorien stärker, oder zumindest genauso stark, auf die Trajektorienübertragungspriorität p _t aus als Kollisionen mit Alternativ- und Bedarfstrajektorien. Des Weiteren ist die Trajektorienübertragungspriorität p _t umso höher, je größer die Anzahl an Kollisionen mit Trajektorien einer bestimmten Trajektorienart ist: alt

Anders ausgedrückt steigt die Trajektorienübertragungspriorität p _t mit zunehmender Anzahl an Kollisionen mit Alternativ- oder Bedarfstrajektorien. Ebenso steigt die Trajektorienübertragungspriorität p _t mit zunehmender Anzahl an Kollisionen mit Referenztrajektorien, wobei der Einfluss der Referenztrajektorien auf die Trajektorienübertragungspriorität p _t mindestens so groß ist wie der Einfluss der Alternativ- oder Bedarfstrajektorien.

8. Welche Manöverklasse wird durch die Trajektorie beschrieben?

Ein auf der Trajektorie basierendes Manöver kann einer bestimmten Manöverklasse mit einer Manöverpriorität p _m zugeordnet werden. Bei sonst gleich bleibenden Bedingungen steigt die Trajektorienübertragungspriorität p _t mit zunehmender Manöverpriorität p _m :

9. Wie unterscheidet sich die Trajektorie von Trajektorien mit höheren Trajektorienübertragungsprioritäten p _t ?

Im Allgemeinen ist es im Kontext einer Kooperation zwischen mehreren Fahrzeugen wenig sinnvoll, wenn eine Trajektorie übertragen wird, die annähernd die gleichen zukünftigen Zustände beschreibt wie andere Trajektorien mit höherer Trajektorienübertragungspriorität p _t , als wenn eine eindeutige Trajektorie übertragen wird. Wenn mehrere Trajektorien ähnlich sind, wird unter diesen die Trajektorie mit der größten Trajektorienübertragungspriorität T _max identifiziert. Dann wird die Trajektorienübertragungspriorität p _t für alle ähnlichen Trajektorien außer T _max verringert. Die Trajektorienübertragungspriorität p _t ist umso niedriger, je kleiner der Unterschied A _min der Trajektorie zu T _max ist. dp _t (A min) _{> 0} t I dA _min

Anders ausgedrückt steigt die Trajektorienübertragungspriorität p _t bei sonst gleich bleibenden Bedingungen mit zunehmender Abweichung von allen anderen zu übertragenden Trajektorien.

Die Liste der Trajektorien mit ihren jeweiligen

Trajektorienübertragungsprioritäten p _t wird beispielsweise periodisch an ein prioritätsbasiertes DCC-Protokoll im Kommunikationsmodul 114 übergeben, das abhängig von den Trajektorienübertragungsprioritäten p _t und einer aktuellen Kanalauslastung auswählt, welche Trajektorien in der Manövernachricht 120 übertragen werden sollen.

Sollte wegen hoher Kanalauslastung beispielsweise nur eine Referenztrajektorie übertragen werden können, so können die anderen Fahrzeuge 116, 118 darüber informiert werden. Beispielsweise können die anderen Fahrzeuge 116, 118 dann eine Information darüber erhalten, dass das Fahrzeug 100 ein Manöver plant und zwar Bedarfstrajektorien verfügbar sind, diese aber wegen hoher Kanalauslastung nicht übertragen werden können.

Fig. 3 zeigt beispielhaft eine Manöverkoordination zwischen den zwei Fahrzeugen 100, 116 aus Fig. 1. Jedes der Fahrzeuge ist mit der Sensorik 104 und der Auswerteeinheit 102 ausgestattet. Mögliche Trajektorien der Fahrzeuge sind mit durchgehenden Linien gekennzeichnet. Die jeweiligen Kosten der möglichen Trajektorien sind als positive oder negative Dezimalzahl dargestellt.

Zu einem Zeitpunkt A sendet das Fahrzeug 100 eine Referenztrajektorie 300 und zwei Alternativtrajektorien 301, 302. Das weitere Fahrzeug 116 ist im Begriff, auf eine Autobahn aufzufahren, auf der sich das Fahrzeug 100 befindet. Das auffahrende Fahrzeug 116 sendet eine Referenztrajektorie 303.

Zu einem Zeitpunkt B erkennt das auffahrende Fahrzeug 116 einen Kooperationsbedarf und berechnet und sendet dementsprechend zwei Bedarfstrajektorien 304, 305, die bezüglich der vom Fahrzeug 100 gesendeten Alternativtrajektorien 301, 302 kollisionsfrei sind.

Zu einem Zeitpunkt C akzeptiert das Fahrzeug 100 die Bedarfstrajektorie 305 mit den geringsten Kosten und passt seine Referenztrajektorie 300 entsprechend an. Das auffahrende Fahrzeug 116 wählt die Bedarfstrajektorie 305 als seine neue Referenztrajektorie aus.

Die genannten Trajektorien werden beispielsweise in Manövernachrichten 120 übertragen, wie sie mit dem Verfahren aus Fig. 2 generiert werden können.

Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.