DE102017011982A1 - Verfahren zur Streckenvorausschau - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Streckenvorausschau, wobei anhand von Fahrzeugsensordaten und einer digitalen Karte ein vor dem Fahrzeug befindlicher Streckenverlauf (S1, S2) ermittelt wird. Erfindungsgemäß wird anhand der Fahrzeugsensordaten eine Trajektorie einer vom Fahrzeug (1) bereits zurückgelegten Wegstrecke bezogen auf ein fahrzeugfestes oder erdfestes Koordinatensystem aufgezeichnet. Die aufgezeichnete Trajektorie wird unter Verwendung zumindest eines statistischen Verfahrens derart in der digitalen Karte abgebildet, dass Karteninformationen im fahrzeugfesten oder erdfesten Koordinatensystem vorliegen. Anhand dieser Abbildung wird der vor dem Fahrzeug (1) befindliche Streckenverlauf (S1, S2) ermittelt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Streckenvorausschau gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Aus der DE 10 2006 040 334 A1 ist ein Verfahren für eine Spurerfassung mit einem ein Sensorsystem zur Spurerkennung umfassenden Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs bekannt. Mit dem Sensorsystem zur Spurerkennung werden in einem vor dem Fahrzeug liegenden Bereich eines Verkehrsraums Fahrspurmarkierungen erfasst, wobei Fahrspurmarkierungen Stützstellen mit Koordinaten eines ersten Koordinatensystems zugeordnet werden. Die Koordinaten der Stützstellen werden in ein zweites Koordinatensystem umgewandelt, wobei aus der Lage der Stützstellen in dem zweiten Koordinatensystem der Verlauf von Fahrspurmarkierungen und Fahrspuren rekonstruiert wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Streckenvorausschau anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
• In dem Verfahren zur Streckenvorausschau wird anhand von Fahrzeugsensordaten und einer digitalen Karte ein vor dem Fahrzeug befindlicher Streckenverlauf, beispielsweise Straßen- und/oder Spurverlauf, ermittelt.
• Erfindungsgemäß wird anhand der Fahrzeugsensordaten eine Trajektorie einer vom Fahrzeug bereits zurückgelegten Wegstrecke bezogen auf ein fahrzeugfestes oder erdfestes Koordinatensystem aufgezeichnet. Die aufgezeichnete Trajektorie wird unter Verwendung zumindest eines statistischen Verfahrens derart in der digitalen Karte abgebildet, dass Karteninformationen im fahrzeugfesten oder erdfesten Koordinatensystem vorliegen. Anhand dieser Abbildung der Trajektorie in der digitalen Karte wird der vor dem Fahrzeug befindliche Streckenverlauf ermittelt.
• Das Verfahren ermöglicht ein hochgenaues Einpassen einer hochgenauen digitalen Karte in Onboard-Informationen, d. h. in das fahrzeugfeste oder erdfeste Koordinatensystem, durch ein In-Relation-Bringen der Fahrzeugsensordaten mit der digitalen Karte. Die digitale Karte kann somit einen Spurerkennungs-Sensor ersetzen und zeichnet sich durch sehr große Detektionsreichweiten bei gleichzeitig hoher Genauigkeit aus. Objekte in großer Entfernung können einer entsprechenden Fahrspur zugeordnet werden. Somit ist es beispielsweise möglich, bei Spurverengungen, d. h. bei einer Spurüberlappung eines Objekts, eine Brems- oder Ausweichentscheidung zu treffen.
• Somit ermöglicht das Verfahren insbesondere bei einem hochautomatisierten Fahrbetrieb eines Fahrzeugs eine Streckenvorausschau mit großer Reichweite und hoher Genauigkeit und daraus folgend einen verbesserten hochautomatisierten Fahrbetrieb.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 schematisch einen Streckenverlauf einer digitalen Karte und einen mittels Fahrzeugsensordaten ermittelten Streckenverlauf in einer Ausgangssituation,
• 2 schematisch die Streckenverläufe gemäß 1 nach der Durchführung eines ersten und eines zweiten Verfahrensschritts,
• 3 schematisch die Streckenverläufe gemäß 2 nach der Durchführung eines dritten Verfahrensschritts,
• 4 schematisch Diagramme einer Plausibilitätsprüfung und einer Ausrichtung eines Streckenverlaufs einer digitalen Karte sowie eines mittels Fahrzeugsensordaten ermittelten Streckenverlaufs,
• 5 schematisch die Streckenverläufe gemäß 3 nach der Durchführung eines vierten Verfahrensschritts,
• 6 schematisch einen Betrag eines maximalen lateralen Fehlers einer digitalen Karte und
• 7 schematisch einen weiteren Streckenverlauf einer digitalen Karte und einen mittels Fahrzeugsensordaten ermittelten weiteren Streckenverlauf nach der Durchführung eines ersten und zweiten Verfahrensschritts.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• In 1 sind ein mittels Fahrzeugsensordaten ermittelter Streckenverlauf S1 und ein Streckenverlauf S2 einer digitalen Karte in einer Ausgangssituation dargestellt.
• Während eines so genannten hochautomatisierten Fahrbetriebs eines Fahrzeugs 1 werden Daten von hochgenauen digitalen Karten verwendet. Diese digitalen Karten sollen eine Streckenvorausschau bezüglich des Spurverlaufs mit möglichst großer Reichweite bereitstellen. Weiterhin werden mittels einer fahrzeugeigenen Onboard-Umfeldsensorik eines Fahrzeugs 1 Objekte und eine Fahrspur in einem fahrzeugfesten oder erdfesten Koordinatensystem als Fahrzeugsensordaten erfasst. Hierbei wird auch ein bereits zurückgelegter Weg ermittelt, wobei hierzu beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit und eine Gierrate des Fahrzeugs 1 integriert werden. Damit der Streckenverlauf S2 der digitalen Karte im Fahrzeug 1 genutzt werden kann, wird die digitale Karte in das fahrzeugfeste oder erdfeste Koordinatensystem überführt.
• Eine Verwendung erdfester Koordinatensysteme zum Tracken einer Fahrzeugposition erfolgt dabei beispielsweise wie in „Petrovskaya, Anna und Thrun, Sebastian: Model based vehicle detection and tracking for autonomous urban driving; In: Autonomous Robots Volume 26 Ausg. 2-3, April 2009, S. 123 - 139, Kluwer Academic Publishers Hingham, MA, USA ISSN: 0929-5593“ beschrieben und ermöglicht eine Vorausschau in einem erdfesten Koordinatensystem.
• In der dargestellten Ausgangssituation sind der Streckenverlauf S2 der digitalen Karte und der mittels der Fahrzeugsensordaten ermittelte Streckenverlauf S1 zueinander verschoben. Um den Streckenverlauf S2 der digitalen Karte mit dem mittels der Fahrzeugsensordaten ermittelten Streckenverlauf S1 derart zu kombinieren, dass bei großer Reichweite der Streckenvorausschau und gleichzeitig eine hohe Genauigkeit, d. h. eine hohe Übereinstimmung eines realen Streckenverlaufs S2 der digitalen Karte mit dem ermittelten Streckenverlauf S1, erzielt wird, wird anhand der Fahrzeugsensordaten eine Trajektorie einer vom Fahrzeug 1 bereits zurückgelegten Wegstrecke bezogen auf das fahrzeugfeste oder erdfeste Koordinatensystem aufgezeichnet. Anschließend wird die aufgezeichnete Trajektorie unter Verwendung zumindest eines statistischen Verfahrens derart in der digitalen Karte abgebildet, dass Karteninformationen im fahrzeugfesten oder erdfesten Koordinatensystem vorliegen. Anhand dieser Abbildung wird der vor dem Fahrzeug 1 befindliche Straßen- und/oder Spurverlauf ermittelt.
• Hierzu werden die beiden Streckenverläufe S1, S2 gemäß 2 in einem ersten Verfahrensschritt derart zueinander verschoben, dass diese an einer aktuellen Fahrzeugposition P deckungsgleich übereinander liegen. Diese Angleichung der Streckenverläufe S1, S2 erfolgt insbesondere um eine Position einer am weitesten rechts angeordneten Fahrbahnmarkierung einer ersten Fahrspur. Fehlerberechnungen erfolgen beispielweise für jeden Punkt im Datensatz, beispielsweise im Abstand von jeweils einem Meter. Dabei ergibt sich eine Genauigkeit der Angleichung und somit der Streckenvorausschau aus einer Genauigkeit einer Lokalisierung des Fahrzeugs 1, einer Genauigkeit der Angleichung der Streckenverläufe S1, S2 und einer Genauigkeit der digitalen Karte.
• Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt auf jedem Streckenverlauf S1, S2 jeweils ein Punkt Q1, Q2 ermittelt, indem ausgehend von der Fahrzeugposition P eine vorgegebene Distanz auf dem jeweiligen Streckenverlauf S1, S2 zurückgerechnet wird. Die Distanz beträgt in einer möglichen Ausgestaltung 200 Meter.
• Die beiden Punkte Q1, Q2 werden jeweils mit einer Geraden mit der Fahrzeugposition P verbunden, so dass sich zwei Sekanten SK1, SK2 bilden. Weiterhin wird zwischen den Sekanten SK1, SK2 ein Winkel β ermittelt.
• Wie in 3 dargestellt, werden anschließend die Streckenverläufe S1, S2 derart um die Fahrzeugposition P gedreht, dass der Winkel β Null wird. Dabei entsteht in einer Distanz L ausgehend von der Fahrzeugposition P eine Abweichung Δw.
• 4 zeigt Diagramme D1 bis D3 einer Plausibilitätsprüfung eines Streckenverlaufs S2 einer digitalen Karte sowie eines mittels Fahrzeugsensordaten ermittelten Streckenverlaufs S1, wobei gleiche angeglichene Datensätze, d. h. Streckenverläufe S1, S2, gemäß den Beschreibungen zu 2 und 3 verschoben und um die Fahrzeugposition P um den Winkel β gedreht wurden.
• Weiterhin zeigt 4 ein Diagramm D4 eines Ergebnisses einer Vorangleichung der Streckenverläufe S1, S2, ein Diagramm D5 eines Ergebnisses einer translatorischen Angleichung der Streckenverläufe S1, S2 und ein Diagramm D6 eines Ergebnisses einer Angleichung der Sekanten SK1, SK2. Hierbei erfolgt eine Angleichung der Position der am weitesten rechts angeordneten Fahrbahnmarkierung der ersten Fahrspur mittels derselben Methode, wobei ein finaler Fehler in einer vorgegebenen Entfernung als euklidischer Abstand ermittelt wird.
• In 5 sind die Streckenverläufe S1, S2 gemäß 3 nach der Durchführung eines vierten Verfahrensschritts dargestellt, wobei angenommen wird, das ein absoluter lateraler Fehler des Streckenverlaufs S2 der digitalen Karte begrenzt ist. Dies führt dazu, dass ein relativer lateraler Fehler des Streckenverlaufs S2 der digitalen Karte ebenfalls begrenzt ist und kleiner als oder gleich dem absoluten lateralen Fehler ist. Eine Angleichung der Streckenverläufe S1, S2 gemäß 5 erfolgt dabei anhand der Methode der kleinsten Quadrate.
• Ein Betrag A des maximalen lateralen Fehlers des Streckenverlaufs S2 der digitalen Karte ist in 6 näher dargestellt.
• Zur optimierten Angleichung beider Streckenverläufe S1, S2 nach der Methode der kleinsten Quadrate wird angenommen, dass gemäß $$\left|\mathrm{\Delta }w\prime \right|\le A$$

  

  eine Genauigkeit bzw. Exaktheit an jedem Punkt des Streckenverlaufs S2 kleiner als der Betrag A des maximalen lateralen Fehlers des Streckenverlaufs S2 der digitalen Karte oder gleich diesem Betrag A ist.
• Daraus folgt, dass die Angleichung der Streckenverläufe S1, S2 an der Fahrzeugposition P einen Fehler mit dem Betrag A einführt. Dies gilt ebenso für die Punkte Q1, Q2. Daraus ergibt sich, dass eine laterale Angleichung der Streckenverläufe S1, S2 einen Fehler mit dem zweifachen Betrag A aufweist.
• Für die Sekanten SK1, SK2 gilt: $$\text{tan}\beta =\frac{2A}{D},$$

  

  so dass $$\left|\mathrm{\Delta }w\prime \right|=\text{tan}\beta =L\cdot \frac{2A}{D}$$

  

  ist.
• Daraus folgt $$\left|\mathrm{\Delta }w\right|\le A+A+L\cdot \frac{2A}{D}\text{.}$$

  
• Hierbei stellt das erste A in Gleichung (4) die relative Genauigkeit, das heißt den Betrag A des relativen Fehlers, und dass zweite A den Betrag A des Fehlers bei der Angleichung an der beiden Streckenverläufe S1, S2 an der Fahrzeugposition P dar. Der dritte Term der Gleichung (4) beschreibt die Rotation um die Fahrzeugposition P, d. h. den Winkel β.
• Hieraus ergibt sich $$\left|\mathrm{\Delta }w\right|\le 2A\left(1+\frac{L}{D}\right)\text{.}$$

  
• In 7 sind ein weiterer Streckenverlauf S2 einer digitalen Karte und ein weiterer mittels Fahrzeugsensordaten ermittelter weiterer Streckenverlauf S1 nach der Durchführung des ersten und zweiten Verfahrensschritts, d. h. nach der Verschiebung bis zur Deckungsgleichheit an der aktuellen Fahrzeugposition P und der Ermittlung der Sekanten SK1, SK2, dargestellt. Dabei ist der Winkel β zwischen den Sekanten SK1, SK2 gleich Null.
• Hieraus ergibt sich, dass keine Drehung der Streckenverläufe S1, S2 zueinander erfolgt, so dass sich der Betrag der Abweichung Δw gemäß $$\left|\mathrm{\Delta }w\right|\le A+L\cdot \text{tan}\gamma$$

  

  ergibt.
• Dabei ist y ein Orientierungsfehler zwischen einer gemäß Daten der digitalen ermittelten Fahrtrichtung und einer aus Bodendaten ermittelten Fahrtrichtung ist.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

A

Betrag

D1 bis D6

Diagramm

L

Distanz

P

Fahrzeugposition

Q1

Punkt

Q2

Punkt

S1

Streckenverlauf

S2

Streckenverlauf

SK1

Sekante

SK2

Sekante

β

Winkel

Δw

Abweichung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102006040334 A1 [0002]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• Petrovskaya, Anna und Thrun, Sebastian: Model based vehicle detection and tracking for autonomous urban driving; In: Autonomous Robots Volume 26 Ausg. 2-3, April 2009, S. 123 - 139, Kluwer Academic Publishers Hingham, MA, USA ISSN: 0929-5593 [0014]

Claims (1)

1. Verfahren zur Streckenvorausschau, wobei anhand von Fahrzeugsensordaten und einer digitalen Karte ein vor dem Fahrzeug (1) befindlicher Streckenverlauf (S1, S2) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - anhand der Fahrzeugsensordaten eine Trajektorie einer vom Fahrzeug (1) bereits zurückgelegten Wegstrecke bezogen auf ein fahrzeugfestes oder erdfestes Koordinatensystem aufgezeichnet wird, - die aufgezeichnete Trajektorie unter Verwendung zumindest eines statistischen Verfahrens derart in der digitalen Karte abgebildet wird, dass Karteninformationen im fahrzeugfesten oder erdfesten Koordinatensystem vorliegen, und - anhand der Abbildung der vor dem Fahrzeug (1) befindliche Streckenverlauf (S1, S2) ermittelt wird.

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