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Die
Erfindung betrifft ein Umfelderfassungssystem eines Kraftfahrzeugs
mit einer Sensorik zum Erfassen von Messsignalen, die Informationen über Objekte
im Umfeld des Kraftfahrzeugs liefern, eine Auswerteeinheit, die
die Informationen der Messsignale anhand eines Wahrscheinlichkeitsverfahrens
in eine Zellen umfassende Umfeldkarte fusioniert, wobei jeder Zelle
mindestens ein Wahrscheinlichkeitswert zugeordnet ist, der ein Maß für
eine Anwesenheit eines Objekts in dem mit der Zelle korrespondierenden
Raumbereich des Umfelds des Kraftfahrzeugs angibt, sowie ein entsprechendes
Umfelderfassungsverfahren.
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Eine
Kenntnis über die Umgebung, insbesondere über
Freiflächen und Hindernissen, in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs,
ist beispielsweise beim Einparken des Kraftfahrzeugs in eine Parklücke von
besonderer Bedeutung. Oft ist es für einen Fahrer schwierig
abzuschätzen, ob eine Parklücke am Straßenrand
ausreichend groß ist, um das eigene Fahrzeug einzuparken.
Während eines Einparkvorgangs in eine enge Parklücke
ist es weiter vorteilhaft, wenn dem Fahrer zusätzlich Hilfen
bereitgestellt werden, die mitteilen, wie weit er vom Rand der Freifläche
entfernt ist, d. h. wie groß sein Abstand zu einem Hindernis
ist. Ferner ist es vorteilhaft, durch einen aktiven Eingriff in
Fahrzeugsysteme den Fahrer beispielsweise beim Einparken zu unterstützen.
Moderne Kraftfahrzeuge umfassen neben Einparkassistenzfunktionen
und -systemen heute eine Vielzahl von Systemen, die den Fahrer auch
im Fahrbetrieb unterstützen. Hierzu gehören beispielsweise
Spurwechselassistenten, adaptive Geschwindigkeitsregelanlagen, Kollisionsvermeidungssysteme
usw. Viele von diesen Fahrassistenzsystemen sind u. a. auf Informationen über
das Umfeld des Kraftfahrzeugs angewiesen. Zu den benötigten
Kenntnissen über das Umfeld gehört in entscheidender
Weise die Kenntnis darüber, welche Raumbereiche frei von Hindernissen
sind und in welchen Raumbereichen Hindernisse vorhanden sind.
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Aus
dem Stand der Technik sind unterschiedliche Messverfahren bekannt,
anhand derer Freiflächen und Hindernisse in einer Umgebung
eines Kraftfahrzeugs bestimmbar sind.
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Die
meisten Verfahren basieren auf einer Signallaufzeitmessung, mit
denen anhand der Signallaufzeit ein Abstand zu einem Hindernis ermittelt wird.
Weit verbreitet sind auf Ultraschallsignalen basierende Messverfahren.
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Ferner
sind Verfahren bekannt, mit denen eine Umgebungskarte eines Fahrzeugs
erstellt wird. Aus den Druckschriften
DE 44 08 328 A1 und
DE 44 08 329 A1 sind Verfahren
und eine Anordnung zum Aufbau einer zellular strukturierten Umgebungskarte einer
selbstbeweglichen mobilen Einheit bekannt, welche sich mit Hilfe
von auf Wellenreflexion basierenden Sensoren orientiert. Hierbei
wird eine Signallaufzeitmessung zum Ermitteln eines Abstands von einem
Hindernis in der Umgebung der mobilen Einheit verwendet. Der ermittelte
Abstand wird verwendet, um jeweils einen Belegungswert in Zellen,
in einer zellulären Umgebungskarte des Fahrzeugs zu erhöhen,
die sich in dem vermessenden Umgebungsbereich in dem ermittelten
Abstand von dem Fahrzeug befinden. Belegungswerte von Zellen in
dem vermessenen Umgebungsbereich, deren Abstand von dem Fahrzeug
geringer als der ermittelte Hindernisabstand ist, werden verringert.
Der Belegungswert einer Zelle ist somit ein Maß für
die Wahrscheinlichkeit, dass sich in dem mit der Zelle korrespondierenden
Raumbereich ein Hindernis befindet.
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Aus
der Druckschrift
US 5,006,988 ist
ein System zum Führen eines autonomen oder halbautonomen
Fahrzeugs durch ein Arbeitsgebiet mit Hindernissen bekannt, denen
auszuweichen ist. Einzelnen Bereichen des Arbeitsgebietes sind Zellen
einer Karte zugeordnet. Die Zellen umfassen jeweils einen Wert,
der eine Wahrscheinlichkeit angibt, dass sich in dem entsprechenden
Bereich ein Hindernis befindet. Die einzelnen Zellenwerte werden
verwendet, Abstoßungsvektoren zu berechnen, die von der
entsprechenden Wahrscheinlichkeit für ein Hindernis abhängig
sind. Die Summe der Abstoßungsvektoren und eines Anziehungsvektors,
der durch ein Ziel beeinflusst ist, ergibt einen resultierenden
Vektor, der eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs festlegt.
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Aus
der Druckschrift
DE
103 10 214 A1 ist ein Verfahren zum Erfassen von Umgebungsinformationen
und ein Verfahren zum Bestimmen der Lage einer Parklücke
bekannt. Das Verfahren verwendet pulsierende Signale bestimmter
Frequenz, die ausgesandt werden. Die von einem Gegenstand reflektierten
Signale werden in einem Empfänger empfangen. In einer Steuereinheit
wird aufgrund der Laufzeit der reflektierten Signale der Abstand
des Gegenstands zum Sensor ermittelt. Aufgrund der Überlagerung
einer Vielzahl von Messungen wird ein Diagramm erstellt, das einer Überlagerung
der Vielzahl von Messungen entspricht und aufgrund dessen auf die
Position der die Strahlen reflektierenden Gegenstände bezüglich
der Position des Sensors geschlossen wird. Gemäß der
Erfindung bilden eine Quelle und ein Empfänger einen Sensor.
Dabei führt der wenigstens eine Sensor bezüglich
eines Beobachtungsbereichs eine Bewegung bekannter Geschwindigkeiten
aus. Hierbei wird die Frequenz des reflektierten Signals erfasst.
Aus der Frequenzverschiebung zwischen der ausgesandten und den empfangenen
reflektierten Signalen wird ein Richtungswinkel für den reflektierenden
Gegenstand bezüglich der Bewegungsrichtung des Sensors
ermittelt. Aus Abstand und Richtung des reflektierten Gegenstandes
wird dann auf dessen Position geschlossen.
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Die
bekannten Systeme sind in der Lage, zumindest rudimentär
das Umfeld des Fahrzeugs zu erfassen. Mit einer steigenden Anforderung
an eine Ausdehnung des zu überwachenden Bereichs, insbesondere
um Informationen für Fahrassistenzsysteme zu liefern, die
bei hohen Fahrgeschwindigkeiten verwendet werden, beispielsweise
adaptiven Geschwindigkeitsregelanlagen und/oder Spurwechselassistenten
usw., ist es häufig nicht möglich, die gesamte
Umgebung des Fahrzeugs vollständig mit einer beliebig hohen
Auflösung zu erfassen. Insbesondere stellt sich das Problem,
dass die zur Messung verwendeten Sensoren häufig entweder
nur einen bestimmten Ausschnitt der Fahrzeugumgebung erfassen können
bzw. so angesteuert werden müssen, dass sie nur einen bestimmten
Ausschnitt erfassen oder andere Sensoren nicht zeitgleich mit dem
einen Sensor verwendet werden können, da die zur Messung
verwendeten Signale miteinander interferieren können. Dies
ist beispielsweise bei vielen Ultraschallsensoren der Fall, die
jeweils im gleichen Frequenzbereich arbeiten bzw. die Frequenzinformation
nicht zur Diskriminierung von Signalen anderer Sensoreinheiten verwenden
können. Dies wäre zwar grundsätzlich
möglich, würde jedoch die Kosten für
die einzelnen Sensoren drastisch erhöhen. Daher ist es
bei vielen Kraftfahrzeugen üblich, dass diese über
mehrere an verschiedenen Stellen des Kraftfahrzeugs angeordnete
Ultraschallsensoren verfügen, die jedoch nicht zeitgleich
betrieben werden können, da hierdurch uneindeutige oder
unplausible Messergebnisse zu befürchten wären.
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Der
Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, die Umfelderfassung
eines Kraftfahrzeugs so zu optimieren, dass eine für die
entsprechende Fahrassistenzfunktion, für die die Umfelddaten
erfasst werden, eine optimale und verbesserte Umfelderfassung ausgeführt
werden kann.
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Die
technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
eine Umfelderfassungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie ein Umfelderfassungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Hierfür
ist bei einer eingangs genannten Vorrichtung vorgesehen, dass das
Umfelderfassungssystem eine Auswahleinheit umfasst, die einen ausgewählten
Raumbereich des Umfelds ermitteln kann, über den bevorzugt
Informationen benötigt werden, und eine Steuereinheit vorgesehen
ist, die in der Lage ist, die Sensorik so anzusteuern, dass mittels der
Sensorik mindestens ein Messsignal ermittelbar ist, das eine Information über
den ausgewählten Raumbereich umfasst. Es wird somit ein
ausgewählter Raumbereich des Umfelds ausgewählt, über
den bevorzugt Informationen benötigt werden, und mittels einer
Steuereinheit die Sensorik so angesteuert, dass mittels der Sensorik
mindestens ein Messsignal ermittelt wird, das eine Information über
den ausgewählten Raumbereich umfasst. Es wird somit eine
an die jeweiligen Informationsbedürfnisse angepasste Informationserfassung
durchgeführt. Hierdurch kann erreicht werden, dass auch
bei beschränkt zur Verfügung stehenden Messressourcen,
die durch eine Begrenzung des Erfassungsbereichs eines ausrichtbaren
Sensors, eine Ressourcenknappheit aufgrund von Interferenz bei der
Messung von mehreren Sensoren oder eine Begrenzung bei den Auswertemöglichkeiten
von erfassten Messinformationen, beispielsweise bei der Auswertung
von aufeinander folgend aufgenommenen Kamerabildern und/oder Stereokamerabildern,
hervorgerufen sein kann, Informationen über den Raumbereich
erfasst werden, über den ein entsprechendes Fahrassistenzsystem.
Informationen benötigt. Hierdurch wird insgesamt die Sicherheit
des Fahrzeugs erhöht, da sichergestellt wird, dass für
die Fahrassistenzfunktionen jeweils die benötigten Informationen
bevorzugt zur Verfügung gestellt werden. Hierdurch werden
für die Bereiche, über die ein Fahrassistenzsystem
bevorzugt Informationen benötigt, sichergestellt, dass
diese auch tatsächlich zur Verfügung stehen. Nachrangig
benötigte Informationen werden so auch nachrangig erfasst. Hierdurch
ist eine genauere und präzisere Aussage über Hindernisse
und Freiflächen in den Raumbereichen möglich, über
die Fahrassistenzsysteme Informationen benötigen, um ihrerseits
Funktionen mit einer hohen Zuverlässigkeit, Genauigkeit
und Präzision bereitzustellen. Ebenso kann eine Fehleranfälligkeit
reduziert werden, die daher rührt, dass über einen
bestimmten Raumbereich nicht ausreichend gute Informationen zur
Verfügung stehen, um eine zuverlässige Aussage über
das Vorliegen eines Hindernisses treffen zu können. Insbesondere
sicherheitsrelevante Funktionen, wie beispielsweise eine adaptive
Geschwindigkeitsregelung, kann nur verwendet werden, wenn ausrechende
Informationen über das Umfeld bekannt sind. Ansonsten stellt
die Assistenzfunktion ihren Dienst ein.
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Da
insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten der Raumbereich, über
den Informationen benötigt werden, stark ansteigt und bei
hohen Geschwindigkeiten somit in größeren Entfernungen
des Kraftfahrzeugs Informationen benötigt werden, ist bei
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen,
dass eine Prädiktionseinheit zum Voraussagen eines Fahrschlauchs
vorgesehen ist und der ausgewählte Raumbereich in Abhängigkeit
von dem vorausgesagten Fahrschlauch auswählbar ist. Die Auswahleinheit
ist somit mit der Prädiktionseinheit in der Weise gekoppelt,
dass es den vorausgesagten Fahrschlauch berücksichtigen
kann, um festzustellen, über welchen Bereich bevorzugt
Informationen über Hindernisse und Freiflächen
benötigt werden. Hierdurch kann sichergestellt werden,
dass bei einer Ressourcenknappheit zunächst die Flächen
im Fahrschlauch hinsichtlich einer Präsenz von Objekten überwacht
wird und nicht ein Umgebungsbereich, der beispielsweise lediglich
für ein Einparken benötigt wird, welches jedoch
bei einer Bewegung des Fahrzeugs mit einer hohen Geschwindigkeit
an den im unmittelbaren Umfeld des Fahrzeugs liegenden Bereich eher
unwahrscheinlich ist. Somit werden Informationen für ein
Fahrassistenzsystem, welches nur mit einer geringen Wahrscheinlichkeit
ausgeführt werden wird bzw. dessen Funktionen nur mit einer
nachrangigen Wahrscheinlichkeit ausgeführt werden, auch nachrangig
erfasst. Beispielsweise ist es bei einer schnellen Autobahnfahrt
nicht notwendig, die seitlich der Fahrspur befindlichen Gegenstände
mit einer hohen Auflösung zu erfassen, um hierdurch mögliche Parklücken
zu erfassen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass
die Sensorik mindestens einen über ein Aktorelement ausrichtbaren
Sensor umfasst, der mittels der Steuereinheit so ausrichtbar ist, dass
ein mittels des Sensors erfasstes Messsignal Informationen über
den ausgewählten Bereich liefert. Eine solche Ausführungsform
umfasst somit mindestens einen Sensor, dessen Messbereich relativ
zu dem Fahrzeug über das Aktorelement einstellbar ist. Bei
dem Aktorelement kann es sich um einen mechanischen Aktor handeln,
der einen Messsensor bzw. einen Teil des Messsensors ausrichtet.
Ebenso ist es möglich, dass es sich bei dem Aktorelement
um ein aktives optisches und/oder elektromagnetisches und/oder akustisches
Element handelt, das entsprechend ein optisches Signal, ein elektromagnetisches Signal
im weiteren Sinne und/oder ein akustisches Signal hinsichtlich einer
Aussenderichtung und/oder einer Empfangsrichtung selektiv beeinflusst.
Bei einem optisch wirkenden Sensor, beispielsweise einen im Infrarotbereich,
im sichtbaren Bereich und/oder im ultravioletten Bereich emittierenden
Laser, kann beispielsweise über einen ansteuerbaren Spiegel
eine Abtastrichtung vorgegeben und eingestellt werden. Ebenso sind
andere optische Elemente bekannt, die eine Aussende- und/oder Empfangsrichtung
der Sensorik einstellbar machen. Ebensolche Elemente sind auch für
akustische Sensoren und/oder für elektromagnetische, beispielsweise
im Radarbereich arbeitende, Sensoren bekannt. Beispielsweise können zueinander
beabstandet angeordnete Empfänger gemeinschaftlich so betrieben
werden, dass sie reflektierte Signale aus einer vorbestimmten Richtung
bevorzugt empfangen. Durch eine solche Ansteuerung kann eine gezielte
Datenerfassung über den ausgewählten Bereich einfach
realisiert werden.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform der
Erfindung erwiesen, bei der die Umfeldkarte in einen Speicher abspeicherbar
und aus diesem abrufbar ist, wobei die Umfeldkarte Informationen über
einen Raumbereich umfasst, der eine größere Ausdehnung
als der mittels der Sensorik erfassbare Raumbereich aufweist. Hierdurch
wird es möglich, für Fahrassistenzsysteme Umfeldinformationen über
Raumbereiche zu nutzen, die aktuell nicht unmittelbar von der Sensorik
des Fahrzeugs erfassbar sind.
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Ist
den einzelnen Zellen in der Umfeldkarte eine absolute Position zuordenbar,
so können diese erfassten Informationen auch zu einem späteren Zeitpunkt,
an dem der gleiche Raumbereich erneut in das Umfeld des Fahrzeugs
gerät, verwendet werden. Daher ist bevorzugt vorgesehen,
dass der Umfeldkarte Daten zugefügt sind, über
die eine absolute Position der den Zellen in der Umfeldkarte zugeordneten
Raumbereiche in einem Weltkoordinatensystem bestimmbar ist.
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Um
sich auf Umfeldinformationen verlassen zu können, die bereits
zu einem früheren Zeitpunkt erfasst worden sind, ist es
vorteilhaft, wenn die Umfeldkarte so ausgestaltet ist, dass den
Zellen mindestens ein Konfidenzwert zugeordnet ist, der ein Maß dafür
angibt, dass der der Zelle zugeordnete, eine Anwesenheit eines Objekts
in dem korrespondierenden Raumbereich angebende Wahrscheinlichkeitswert
korrekt ist. So können beispielsweise Zellen, die in einem
größeren zeitlichen Abstand mehrmals und/oder
beispielsweise mit unterschiedlichen Sensoren als von einem Objekt
belegt erkannt worden sind, mit einem hohen Konfidenzwert versehen
werden. So können beispielsweise Informationen in einem
häufig angefahrenen Umfeld, beispielsweise in einem Wohnumfeld
eines Kraftfahrzeugnutzers, welche die stationären Objekte
kennzeichnen, jeweils beim Anfahren eines Parkplatzes in dem Wohnumfeld
verwendet werden. Beispielsweise kann ein zusammenhängendes
Objekt, beispielsweise eine Mauer, deren zugeordnete Zellen in der
Umfeldkarte einen hohen Wahrscheinlichkeitswert und einen hohen
Konfidenzwert aufweisen, da sie bei jedem Anfahren des Wohnumfeldes
als belegt erkannt werden, als zuverlässige Informationen
verwendet werden. Ebenso ist es möglich, um auch auf Änderungen
im Wohnumfeld eingehen zu können, zusätzlich einen oder
mehrere ausgewählte Messsignale zu erfassen, die Informationen über
einzelne oder mehrere Zellen eines solchen Objekts erfassen. Wird
für einzelne oder mehrere dieser Zellen erneut eine hohe Belegungswahrscheinlichkeit
mit einem Objekt festgestellt, so kann darauf zurückgeschlossen
werden, dass auch die den übrigen Zellen zugeordneten Raumbereiche
nach wie vor belegt sind und beispielsweise die Mauer nicht abgerissen
ist bzw. Zellen, die mit einem Raumbereich korrespondieren, in dem
ein Baum wächst, ein solcher nicht gefällt worden
ist. Hierdurch wird erreicht, dass die zur Verfügung stehenden
Messressourcen sinnvoll auf die Bereiche in dem bereits zuvor einmal
erfassten Umfeld verwendet werden können, in dem regelmäßig Änderungen
auftreten. Dieser Teil des Umfelds kann somit mit einer höheren
Auflösung oder mit einer höheren Redundanz untersucht
werden, um die Konfidenz für die ermittelten Wahrscheinlichkeitswerte
zu steigern. Durch eine Verbesserung der Auflösung in diesen ausgewählten
Bereichen wird beispielsweise ein Fahrassistenzsystem hinsichtlich
seiner Fähigkeiten gesteigert. Ein Einparkassistenzsystem
kann beispielsweise zum Einparken und aktiven Unterstützen des
Einparkens auch bei kleineren Parklücken verwendet werden.
Können die Abmessungen der Parklücke bzw. eines
Freiraums in der Umgebung des Fahrzeugs nur ungenau bestimmt werden,
so sind von diesen ungenau bestimmten, die Parklücke begrenzenden
Objekten größere Sicherheitsabstände einzuhalten
als von einer Parklücke umrandenden und deren Abmessungen
mit einer höheren Auflösung, Präzision
und Konfidenz vermessen sind. Somit wird es beispielsweise möglich,
ein aktives Fahrassistenzsystem auch für kleine Parklücken
zu verwenden, die mit demselben Fahrassistenzsystem nicht für
einen automatischen Einparkvorgang verwendet werden können,
wenn die Konturen der die Parklücke begrenzenden Objekte
nur mit einer groben Auflösung bestimmt werden konnten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
das Steuern der Sensorik ein Auswählen eines von mehreren
Sensoren umfasst. Ein Umfeld von Fahrzeugen, die beispielsweise
mehrere um eine äußere Kontur des Kraftfahrzeugs
verteilte Messsensoren gleichen Typs aufweisen, deren Messungen
einander stören, kann so planmäßig sinnvoll an
den Informationserfordernissen Orientiert erfolgen.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform der
Erfindung erwiesen, die eine Warneinheit umfasst, welche ein Warn-
und/oder Steuersignal erzeugt, wenn eine Annäherung des
Fahrzeugs oder eines Fahrzeugteils an einen Raumbereich, dessen
korrespondierende Zelle der Umfeldkarte einen Wahrscheinlichkeitswert
für eine Anwesenheit eines Objekts oberhalb eines Schwellenwertes
aufweist, ermittelt ist und/oder eine solche Annäherung
an einen solchen Raumbereich möglich ist. Hierdurch wird
es möglich, beispielsweise ermittelte Prädiktionswerte
bereits in dem Umfelderfassungssystem soweit vorauszuwerten, dass
eine Warnung für den Fahrzeugführer und/oder Steuersignale
für einzelne Fahrzeugsysteme bereitgestellt werden, um eine
Kollision mit einem Objekt im Umfeld zu vermeiden.
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Beispielsweise
kann ein Öffnen von Türen und/oder Abdeckungen
durch ein solches Steuersignal eingeschränkt und/oder unterbunden
werden. Dies ist beispielsweise bei einem automatischen Cabrioletverdeck
von Vorteil, dessen Stauraumabdeckung beim Öffnen über
eine Kontur des Fahrzeugs im geschlossenen Zustand herausragt. Ebenso
kann bei einer drohenden Kollision ein An- oder Einklappen eines
Außenspiegels vorgesehen sein.
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Allgemein
bietet der Aufbau einer Umfeldkarte den Vorteil, dass Umfeldsensoren
eingespart werden können. Beispielsweise können
Sensoren, die das Umfeld seitlich des Fahrzeugs erfassen können, eingespart
werden, wenn diese Bereiche vor oder bei einer Vorbeifahrt von Sensoren
erfasst werden, die das seitlich vorausliegende Umfeld erfassen.
So kann vor einer Kollision mit einer Seite des Kraftfahrzeugs beim
Abbiegen oder vor einem Öffnen einer Seitentür
gewarnt werden, wenn sich seitlich des Fahrzeugs ein Hindernis befindet,
auf dessen Existenz die Umfeldkarte hindeutet. Um insbesondere Unfälle
beim Abbiegen vermeiden zu können, können auch
Informationen über einen Anhänger mit einbezogen
werden. Diese Informationen können in die Prädiktion
des Fahrschlauchs mit einbezogen werden und so einen Einfluss auf
die Auswahl der Auswahleinheit für die zu untersuchenden
Raumbereiche haben. Die von der Warneinheit erzeugten Signale bei
einer erkannten oder drohenden Annäherung an ein Hindernis
können verwendet werden, um einen Lenkeingriff oder einen
Bremseingriff vorzuschlagen oder zu bewirken und hierdurch eine
Kollision beim Abbiegen vermeiden.
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Die
Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen
dieselben Vorteile wie die entsprechenden Merkmale des erfindungsgemäßen
Umfelderfassungssystems auf.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung der Ermittlung
einer Umfeldkarte;
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2 eine
schematische Darstellung einer einem Sensor zugeordneten Wahrscheinlichkeitsverteilung;
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3 eine
weitere schematische Darstellung einer Wahrscheinlichkeitsverteilung,
die einem weiteren, gerichteten Sensor zugeordnet ist; und
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4 eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Umfelderfassungssystem.
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In 1 ist
ein Ausschnitt eines Kraftfahrzeugs 1 mittels einer Kontur 2 in
seinem Umfeld 3 dargestellt. Das Umfeld 3 ist
in einzelne quadratische Raumbereiche 4 unterteilt. Den
einzelnen Raumbereichen 4 ist jeweils eine Zelle einer
Umfeldkarte zugeordnet (nicht dargestellt). In dem Umfeld 3 des Kraftfahrzeugs 1 befindet
sich ein Objekt 5. Um im dem Umfeld jene Raumbereiche 4 zu
ermitteln, die Freiflächen darstellen, und jene Raumbereiche 4 zu ermitteln,
in denen sich ein Hindernis, beispielsweise das Objekt 5,
befindet, wird das Umfeld 2 vermessen. Das Kraftfahrzeug 2 umfasst
hierfür eine Sensorik, die einen oder mehrere Sensoren
umfassen kann. Bei dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel umfasst das Kraftfahrzeug 1 einen
Sensor 6. Dieser Sensor 6 sendet in einen Raumsektor
ein ungerichtetes Schallsignal aus. Ein Teil der Schallsignale wird an
dem Objekt 5 reflektiert und gelangt so zurück
zu dem Sensor 6. Die Zeit, die zwischen dem Aussenden des
Signals und dem Empfangen des reflektierten Signals vergeht, ist
ein Maß für eine Entfernung des Sensors 6 von
dem Objekt 5.
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Dem
Sensor 6 ist eine Wahrscheinlichkeitsverteilung zugeordnet,
die in 2 schematisch dargestellt ist. Eine X-Achse der
grafischen Darstellung in 2 ist parallel
zu einem Abschnitt 9 der Kontur des Kraftfahrzeugs 1 ausgerichtet.
Hierzu senkrecht in den Raum erstreckt sich eine Y-Achse 10.
Eine Z-Achse 11 gibt Wahrscheinlichkeitswerte an. Der Sensor 6 ist
in einem Ursprung an der Position X, Y = 0, 0 angeordnet.
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Die
genaue Ausgestaltung der Wahrscheinlichkeitsverteilung 7 ist
jeweils von der gemessenen Laufzeit (und dem Sensor) abhängig.
Dies bedeutet, dass einem jeden Sensor 6 in Abhängigkeit
von der gemessenen Laufzeit eine vorgegebene Wahrscheinlichkeitsverteilung
zugeordnet ist. Diese wird bezüglich der XY-Ebene ebenfalls
in beispielsweise quadratische Unterabschnitte 12 unterteilt.
Den Unterabschnitten in einem Gebiet 15, die einen Abstand von
dem Ursprung 13 aufweisen, der etwa der ermittelten Entfernung
r 14 entspricht, ist in der Wahrscheinlichkeitsverteilung 7 jeweils
ein Wahrscheinlichkeitswert größer ½ zugeordnet.
Den Unterabschnitten in einem andern Gebiet 16, dessen
Unterabschnitte einen Abstand von dem Ursprung 13 aufweisen,
der kleiner als die ermittelte Entfernung r 14 ist, ist
ein Wahrscheinlichkeitswert kleiner ½ zugeordnet. Jenen
Unterabschnitten in einem weiteren Gebiet 17, die jeweils
einen größeren Abstand von dem Ursprung 13 als
die ermittelte Entfernung r 14 aufweisen, ist jeweils ein
Wahrscheinlichkeitswert von ½ zugeordnet.
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Beim
Aufstellen der Umfeldkarte werden die Wahrscheinlichkeitswerte der
einzelnen Zellen, die ursprünglich einen vorgegebenen Wert,
beispielsweise 0,5, aufweisen, inkrementiert oder dekrementiert bzw.
unverändert gelassen, wenn der entsprechend mit der Zelle
korrespondierende Unterabschnitt 12 der Wahrscheinlichkeitsverteilung 7 einen
Wahrscheinlichkeitswert größer als 0,5 oder kleiner
0,5 bzw. 0,5 aufweist. Die hierbei gewählten absoluten Wahrscheinlichkeitswerte
können jeweils beliebig festgelegt werden. Entscheidend
ist, dass für einen Teil der Zellen der Wahrscheinlichkeitswert
inkrementiert wird und für einen anderen Teil der Zellen der
Wahrscheinlichkeitswert dekrementiert wird, sofern bei der zugehörigen
Laufzeitmessung eine endliche Laufzeit ermittelt wurde, die auf
ein Objekt in dem Erfassungsbereich des Sensors hinweist. Das Inkrementieren
und Dekrementieren kann durch eine einfache Addition oder Subtraktion
erfolgen. Vorzugsweise werden jedoch komplizierte Fusionierungsverfahren
für die aus der Messung ermittelte Wahrscheinlichkeitsverteilung
und die durch die Wahrscheinlichkeitswerte in der Umfeldkarte repräsentierte
Hinderniswahrscheinlichkeitsverteilung gewählt. Hierbei
ist auch zu berücksichtigen, dass in der Regel die Unterabschnitte
der Wahrscheinlichkeitsverteilung 7 räumlich nicht
deckungsgleich mit den Zellen der Umfeldkarte sein werden. Die Festlegung für
die Unterabschnitte 12 der Wahrscheinlichkeitsverteilung 7 ist
hier gewählt worden, um das Vorgehen allgemein zu beschreiben.
Offensichtlich ist es auch möglich, die durch die Umfeldkarte
vorgegebene Zellenstrukturierung zu verwenden, um die Wahrscheinlichkeitsverteilung 7 zu
unterteilen. Dem Fachmann sind hier verschiedene Wahrscheinlichkeitstheoretische
Verfahren zum Fusionieren der durch das Messsignal festgelegten
Wahrscheinlichkeitsverteilung und der zellenbasierten Hinderniswahrscheinlichkeitsverteilung
der Umfeldkarte bekannt. Eine Anwendung des Satzes von Bayes hat
sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
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In 3 ist
eine weitere Wahrscheinlichkeitsverteilung für einen stark
gerichteten Messsensor dargestellt. Ein solcher Messsensor liefert
nur in einem sehr kleinen Raumbereich Informationen. Eine solche
Wahrscheinlichkeitsverteilung korrespondiert beispielsweise mit
einem im Infrarotbereich messenden Lasersensor. Nur die auf einer
Laserstrahlachse liegenden Unterabschnitte der Wahrscheinlichkeitsverteilung
liefern Informationen über Freiflächen und Objekte
im Umfeld des Kraftfahrzeugs. Im Gegensatz zu den meisten Ultraschallsensoren,
können jedoch in der Regel Informationen über
Objekte in einer größeren Entfernung von dem Kraftfahrzeug
ermittelt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform
ist das Koordinatensystem der Wahrscheinlichkeitsverteilung fahrzeugfest
gewählt.
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Der
Lasersensor ist bezüglich der x-Achse 8 entlang
des Fahrzeugs verschiebbar, d. h. über eine Aktorelement
ausrichtbar. Ansonsten sind in 3 technisch
gleiche Merkmale mit identischen Bezugszeichen wie in 2 versehen.
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In 4 ist
schematisch ein Kraftfahrzeug 30 mit einem Umfelderfassungssystem 31 dargestellt.
Das Umfelderfassungssystem 31 umfasst eine Sensorik 32,
die unterschiedliche Sensoren 33–35 umfasst.
Bei den Sensoren 33–35 kann es sich um unterschiedliche
oder gleichartig ausgestaltete Sensoren, beispielsweise Ultraschallsensoren,
Kamerasysteme, Radarsysteme und/oder laserbasierte Systeme usw.
handeln. Die Sensorik 32 ist mit einer Auswerteeinheit 36 verbunden.
Diese wertet Messsignale aus. Hierbei werden den einzelnen Sensoren 33–35 zugeordnete
Wahrscheinlichkeitsverteilungen verwendet, um eine zelluläre
Umfeldkarte zu erstellen, wie dieses oben bereits erläutert
ist. Die Umfeldkarte wird vorzugsweise in einem Speicher 37 abgelegt.
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Das
Umfelderfassungssystem 31 umfasst ferner eine Auswahleinheit 38,
die ausgestaltet ist, Raumbereiche 39' im Umfeld 40 auszuwählen, über die
bevorzugt Umfeldinformationen benötigt werden. Die Auswahleinheit 38 kann
hierzu Informationen verwenden, die von Fahrassistenzsystemen 41 der Auswahleinheit 38 zur
Verfügung gestellt werden. Hierfür ist die Auswahleinheit 38 bevorzugt über
ein Fahrzeugbussystem 42 mit den Fahrassistenzsystemen 41 verknüpft.
Ferner ist die Auswahleinheit 38 mit einer Prädiktionseinheit 43 verknüpft, über
die ein Fahrschlauch des Kraftfahrzeugs 30 vorausgesagt wird.
Die Prädiktionseinheit 43 verwendet ebenfalls über
das Fahrzeugdatenbussystem 42 zur Verfügung gestellte
Daten von anderen Fahrzeugsystemen 44. Ferner kann die
Auswahleinheit 38 auf die Umfeldkarte selbst Bezug nehmen,
um zu überprüfen, über welche Raumbereiche 39 des
Umfelds 40 nicht ausreichend Informationen vorhanden sind.
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Eine
Auswahl der Raumbereiche 39' kann wie folgt erfolgen. Für
jeden Sensor 33–35 der Sensorik 32 wird
bestimmt, über welche Gebiete (welche Bereiche 39)
des Umfelds 40 eine Messung dieser Sensoren 33–35 Informationen
liefern könnte. Hierbei können mit einem Sensor 33–35 unterschiedliche Messungen
ausführbar sein, die getrennt zu betrachten sind, wenn
diese unterschiedliche Raumgebiete, eine unterschiedliche Auflösung
usw. betreffen. Für jede der mögliche Messungen
bzw. Gebiete wird ein Wert anhand der Umfeldkarte festegestellt,
wie gut die Informationen über dieses Gebiet (bzw. die
hiervon umfassten Bereiche 39) bereits aus führen
Messungen sind, wie wahrscheinlich eine Nutzung der Informationen
durch ein Fahrassistenzsystem ist usw.. Ferner wird für
jedes Gebiet der zu erwartende Informationsgewinn ermittelt. Aus
dem erwarteten Informationsgewinn und dem Wert über die
bereits existierenden Informationen wird eine Bewertung über
einen zu erwartenden Informationsgewinn für jede mögliche
Messung ermittelt. Jene Messung, die die höchste Bewertung
erhält wird ausgeführt. Das heißt, der/die
von dieser Messung erfasste/n Raumbereich/e 39 wird/werden
der/die ausgewählte/n Raumbereich/e 39'.
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Die
so ausgewählten Raumbereiche 39' werden einer
Steuereinheit 45 zur Verfügung gestellt, die wiederum
die Sensorik 32 bzw. die einzelnen Sensoren 33–35 der
Sensorik 32 ansteuert. Hierbei folgt das Ansteuern so,
dass ein Messsignal von der Sensorik geliefert wird, dass Umfeldinformationen über den
ausgewählten Raumbereich bzw. die ausgewählten
Raumbereiche 39' zur Verfügung stellt. Das Ansteuern
kann beispielsweise ein Auswählen eines von mehreren Sensoren 33–35 umfassen,
die unterschiedliche Raumbereiche im Umfeld 40 des Kraftfahrzeug 30 erfassen
können, jedoch nicht zeitgleich verwendet werden können,
da sie sich in ihrer Messung behindern, beispielsweise weil sie
gleiche oder ähnliche Messsignale aussenden. Das Ansteuern kann
aber auch so erfolgen, dass einer der Sensoren, beispielsweise der
Sensor 35, der als Lasersensor ausgebildet ist und ein
Aktorelement umfasst, hinsichtlich des ausgewählten Raumbereichs
ausgerichtet wird. Bei dem Aktorelement kann es sich beispielsweise
um ein beliebiges steuerbares optisches Element handeln, welches
in der Lage ist, die Laserstrahlung in ihrer Richtung zu beeinflussen.
Bei Sensorsystemen, die nach anderen Prinzipien arbeiten, kann das
Aktorelement entsprechend anders ausgebildet sein. Bei einem Lasersystem
kann das Aktorelement auch als mechanisches Element ausgebildet sein,
welches den gesamten Lasersensor ausrichtet. Um eine Verwendbarkeit
der erfassten Umfeldinformationen auch zu einem späteren
Zeitpunkt zu ermöglichen, ist bei der dargestellten Ausführungsform eine
Positionsermittlungseinheit 47 vorgesehen, die beispielsweise
als Satellitennavigationssystem ausgebildet ist. Ebenso ist es möglich,
dass lediglich die Informationen eines Satellitennavigationssystems, das
ansonsten getrennt von dem Umfelderfassungssystem 31 ausgebildet
ist, verwendet werden. Diese Informationen werden der Umfeldkarte
so zugefügt, dass den einzelnen Zellen der Umfeldkarte
eine absolute Position in einem Weltkoordinatensystem bzw. einem
raumfesten Koordinatensystem zuordenbar ist. Zusätzlich
kann es vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit 38 beim
Fusionieren der Wahrscheinlichkeitswerte der Messsignale in die
in der Umfeldkarte abgebildete Hinderniswahrscheinlichkeit Informationen
integriert, die eine Ermittlung eines Konfidenzwertes, d. h. einer
Zuverlässigkeit, für die einzelnen Wahrscheinlichkeitswerte
in den einzelnen Zellen ermöglicht. Beispielsweise können
ein oder mehrere Zeitinformationen den einzelnen Zellen zugeordnet
sein, die einen Inkrement- oder Dekrementzeitpunkt des Wahrscheinlichkeitswertes
der Zelle anzeigen. Ebenso ist es möglich, für
die Zellen Zähler vorzusehen, der eine Häufigkeit
des Inkrementierens und Dekrementierens anzeigen. Eine große
Differenz hinsichtlich der Anzahl der Inkrementierungen gegenüber
den Dekrementierungen oder umgekehrt ist ein Maß für
eine hohe Konfidenz des entsprechenden Wahrscheinlichkeitswertes.
Hierbei sind viele unterschiedliche Ausgestaltungen möglich,
um den einzelnen Wahrscheinlichkeitswerten in der Umfeldkarte einen
Konfidenzwert zuzuordnen. Die Konfidenzwerte können von
der Auswerteeinheit 38 verwendet werden, um beim Auswählen
der Raumbereiche berücksichtigt zu werden.
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Eine
Warneinheit 48 ist vorgesehen, Informationen der Umfeldkarte
und über das Kraftfahrzeug auszuwerten. Die Warneinheit 48 erzeugt
ein Warn- und/oder Steuersignal, wenn eine Annährung zumindest
eines Teils der Kraftfahrzeugs oder eines hiermit verbundenen Gegenstands,
beispielsweise eines Anhängers, an ein Hindernis festgestellt
wird oder möglich ist. Eine mögliche Annäherung
liegt beispielsweise vor, wenn dass Kraftfahrzeug dicht neben einem
Hindernis zum Stillstand kommt und beim Öffnen einer Tür
eine Kollision mit dem Hindernis auftreten könnte. In einem
solchen Fall kann über das Warnsignal eine Warnung erzeugt
werden oder über ein Steuersignal eine Öffnen
der Tür unterbunden werden. Ebenso ist es möglich,
nur einen Öffnungsbereich (Schwenkbereich) der Tür
einzugrenzen, um eine Kollision zu unterbinden.
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Die
in dem Speicher 37 in Form einer Umfeldkarte abgelegten
Informationen über das Umfeld 40 werden den Fahrassistenzsystemen 41 und
oder anderen Fahrzeugssystemen 44 zugänglich gemacht.
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Die
einzelnen beschriebenen Einheiten, insbesondere die Auswerteeinheit,
die Auswahleinheit, die Prädiktionseinheit, die Warneinheit
und die Steuereinheit können sowohl in Hardware als auch
in Software ganz oder teilweise ausgeführt sein. Diese ausgeführten
Einheiten können insbesondere in einem gemeinsamen Steuergerät
mit einer zentralen Recheneinheit ausgebildet sein. Ebenso ist es
möglich, die einzelnen Einheiten in einem vernetzten System
in unterschiedlichen Steuergeräten des Kraftfahrzeugs zu
implementieren.
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Die
beschriebene Ausführungsform beschreibt lediglich ein Beispiel
einer Ausführungsform eines bevorzugten Umfelderfassungssystems.
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Kontur
- 3
- Umfeld
- 4
- Raumbereich
- 5
- Objekt
- 6
- Sensor
- 7
- Wahrscheinlichkeitsverteilung
- 8
- X-Achse
- 9
- Abschnitt
der Kontur des Kraftfahrzeugs
- 10
- Y-Achse
- 11
- Z-Achse
- 12
- Unterabschnitte
- 13
- Ursprung
- 14
- Entfernung
r
- 15
- Gebiet
- 16
- anderes
Gebiet
- 17
- weiteres
Gebiet
- 30
- Kraftfahrzeug
- 31
- Umfelderfassungssystem
- 32
- Sensorik
- 33–35
- Sensoren
- 36
- Auswerteeinheit
- 37
- Speicher
- 38
- Auswahleinheit
- 39
- Raumbereiche
- 39'
- ausgewählte
Raumbereiche
- 40
- Umfeld
- 41
- Fahrassistenzsysteme
- 42
- Fahrzeugbus
- 43
- Prädiktionseinheit
- 44
- Fahrzeugsysteme
- 45
- Steuereinheit
- 46
- Aktorelement
- 47
- Positionsermittlungseinheit
- 48
- Warneinheit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4408328
A1 [0005]
- - DE 4408329 A1 [0005]
- - US 5006988 [0006]
- - DE 10310214 A1 [0007]