Verfahren zur Trajektorienplanung automatisierter Fahrzeuge mit systematischer Berücksichtigung von Systemunsicherheiten

Mobile automatisierte Fahrzeuge besitzen ein hohes Potenzial, zukünftig einen positiven Beitrag zur Effizienzsteigerung und Entlastung des Menschen in den Bereichen Personentransport, Logistik oder Industrie zu leisten. Um autonome Fahrzeuge in einem komplexen und dynamischen Umfeld sicher betreiben zu können, ist neben einer leistungsfähigen Umfeldwahrnehmung ebenfalls die Entscheidungsebene des Fahrzeugs zu betrachten. Innerhalb der Entscheidungsebene wird durch die Trajektorienplanung die kollisionsfreie Bewegung des Fahrzeugs durch das dynamische Umfeld sichergestellt. Basierend auf sich im Online-Betrieb stetig ändernde Umfelddaten wird im Nominalfall eine kollisionsfreie Trajektorie geplant.
Um zukünftige Anforderungen an die kollisionsfreie Bewegung automatisierter Fahrzeuge in einem komplexen und dynamischen Umfeld zu erfüllen, muss die Kollisionsfreiheit der Fahrzeugtrajektorie auch unter auftretenden Unsicherheiten gewährleistet werden. Bisherige
Ansätze für Trajektorienplanungen betrachten überwiegend Nominalmodelle während des Online-Betriebs und vernachlässigen Approximationsfehler beim Entwurf der Trajektorienplanung.
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Dieses Vorgehen hat zur Konsequenz, dass gesicherte Aussagen über die Kollisionsfreiheit der Trajektorie während des Betriebs lediglich im Nominalfall systematisch getroffen werden können. Treten wiederum Approximationsfehler oder Unsicherheiten auf, ist eine systematische Aussage über die Kollisionsfreiheit nicht mehr möglich.
Die geschilderte Herausforderung wird in dieser Arbeit durch zwei wesentliche Beiträge adressiert. Zum einen wird ein Trajektorienplanungsverfahren mittels konvexer adaptiver modellprädiktive Regelungs- (MPR) Methoden vorgestellt, welches Approximationsfehler des Fahrzeugmodells und Unsicherheiten in der Prädiktion von dynamischen Objekten systematisch im Entwurf berücksichtigt und damit weiterhin gesicherte Aussagen über die Kollisionsfreiheit ermöglicht. Zum anderen wird ein Trajektorienplanungsverfahren mittels mengenbasierter Bewegungsprimitive vorgestellt, welches Unsicherheiten impliziert durch die Fahrzeugzustandschätzung, sowie Modellungenauigkeiten des Fahrzeugmodells systematisch berücksichtigt. Die beiden Verfahren werden simulativ analysiert. Zusätzlich wird für das Trajektorienplanungsverfahren mittels konvexer adaptiver MPR-Methoden die Funktionsfähigkeit im Realbetrieb auf einem Fahrzeugdemonstrator gezeigt.