Entwicklung einer Methode zur Erkennung von instabiler Trajektorienplanung beim automatisierten Fahren

In der Systemarchitektur eines automatisierten Fahrzeugs existieren in der Regel die beiden Module Trajektorienplaner und Trajektorienfolgeregler, die den Fahrweg des Fahrzeugs planen und dessen Ausführung kontrollieren. Die Sicherheit des Fahrzeugs ist maßgeblich von der korrekten Funktionsweise aller Systemkomponenten abhängig. Eine der wichtigen Systemkomponenten des automatisierten Fahrzeugs ist der Trajektorienplaner. Deshalb sollten die vom Trajektorienplaner geplanten Trajektorien auf sichere Durchführbarkeit hin untersucht werden, bevor sie zum Regler und damit auch an die Aktorik des Fahrzeugs weitergegeben werden. Dieses Ziel wird durch die Entwicklung eines Safety-Check-Moduls verfolgt, das verschiedene Aufgaben hat. Eine dieser Aufgaben ist die Methode zur Erkennung von instabilem Verhalten des Trajektorienplaners, die in dieser Arbeit entwickelt wird und die geplanten Trajektorien auf ihre Stabilität hin untersucht. Um dieses Ziel zu erreichen, werden zunächst Anforderungen an eine solche Methodik definiert sowie Gründe für auftretende Instabilitäten gesucht, die bei der Entwicklung der Methodik helfen. Instabiles Trajektorienplanerverhalten drückt sich in großen Abweichungen aufeinanderfolgend geplanter Trajektorien aus. Der Ansatz dieser Methodik basiert dafür auf der Auswertung der geplanten Trajektorien, bzw. der Trajektorienpunkte. Es werden dafür jeweils zeitlich aufeinanderfolgend geplante Trajektorien anhand ihrer Trajektorienpunkte miteinander verglichen. Dabei werden die Abweichungen der Punkte hinsichtlich der Größen longitudinale Abweichung, laterale Abweichung und Änderung des Kurswinkels ermittelt. Diese Abweichungen werden statistisch ausgewertet und mit Schwellenwerten verglichen. Dabei werden zunächst Einzelabweichungen für jeden Punkt des betrachteten Trajektorienvergleichs berechnet, bevor diese dann über die gesamte Trajektorie sowie eine Grundgesamtheit gemittelt betrachtet werden. Es werden zwei Konzepte entwickelt, die auf den gleichen Einzelabweichungen basieren, aber unterschiedliche Auswertungen durchführen. Beide Konzepte entscheiden, ob ein instabiler Planungsschritt vorliegt und passen daraufhin einen zeitkontinuierlichen Stabilitätswert an. Der Verlauf dieses Wertes und dessen Über- oder Unterschreitung von Schwellenwerten entscheidet über die Stabilität der gesamten Planung. Nach der Entwicklung werden beide Konzepte mit realen sowie Offset-Trajektorienplanerdaten ausführlich getestet. Dabei werden die zuvor definierten Schwellenwerte festgelegt und die korrekte Funktionsweise der Methodik bestätigt. In Abhängigkeit des Stabilitätswertverlaufs besteht die Möglichkeit, zwei verschiedene Reaktionen einzuleiten. Die erste, weichere dieser Reaktionen hat die Aufgabe, die Planung während der Fahrt wieder zu stabilisieren, die zweite hingegen unterbricht die Fahrt so schnell wie möglich. Insgesamt haben die Reaktionsmaßnahmen den Zweck, die Sicherheit des automatisierten Fahrzeugs zu gewährleisten. Im Anschluss an die Entwicklung werden beide Konzepte mithilfe realer Trajektorienplanerdaten und manipulierter Daten getestet und das Trajektorienvergleichskonzept (Konzept 1) als favorisiertes ausgewählt. Entworfen wird eine Methodik, die universell einsetzbar zwischen Trajektorienplaner und -folgeregler geschaltet werden und so die Sicherheit jedes automatisierten Fahrsystems erhöhen kann. Voraussetzung für die Nutzung der Methodik ist, dass der Trajektorienplaner sein Ergebnis in Form von Trajektorienpunkten ausgibt. Andernfalls ist eine Anpassung der Methodik notwendig.