Prädiktive Trajektorienführung für (semi-)autonome Fahrzeuge im öffentlichen Verkehr

Der sichere und zuverlässige Betrieb von autonomen und semi-autonomen Fahrzeugen im öffentlichen Verkehr erfordert die enge Integration von Umweltsensing und Fahrzeugdynamiksteuerung. In diesem Papier wird ein prädiktives Steuerungsrahmenwerk umreißt, das beide Bereiche miteinander verbindet. Insbesondere wird ein Trajektorienführungsmodul als nichtlinearer modellprädiktiver Regler formuliert, der die optimale zukünftige Fahrzeugtrajektorie ermittelt, indem er Informationen aus dem Umweltsensing für andere Objekte sowie die Einhaltung öffentlicher Verkehrsregeln nutzt. Es wird auch angestrebt, die Anzahl der fahrzeugspezifischen Parameter, die für die Führung benötigt werden, zu minimieren, indem eine bestimmte Partikelbewegungsbeschreibung für das Fahrzeug angenommen wird. Das berechnete Steuerungseingangssatz für die Trajektorienführung wird als Referenz für niedrigere Fahrzeugdynamiksteuerungssysteme übergeben. Die Definitionen der Zielfunktionen und Einschränkungen sowie das angenommene Fahrzeugbewegungsmodell ermöglichen ein einheitliches prädiktives Trajektorienführungsschema für vollständig autonome und semi-autonome Fahrzeuge im öffentlichen Verkehr mit mehreren dynamischen Objekten. Die Leistung des vorgeschlagenen Schemas wird durch Simulationen eines autonomen und eines semi-autonomen Fahrzeugs in verschiedenen Verkehrsszenarien wie Kreuzungen und Kollisionsvermeidung veranschaulicht. Auch die Ausführungszeitüberlegungen werden analysiert.