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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Fahrzeugsystem zur Zuordnung der Position eines beweglichen Objekts zu einem ersten virtuell festgelegten geographischen Bereich oder einem an den ersten Bereich wenigstens abschnittsweise angrenzenden zweiten virtuell festgelegten geographischen Bereich.
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Aus dem Stand der Technik ist die virtuelle Begrenzung geographischer Bereiche, sogenannter Geozaun oder Geofencing, bekannt. Dabei werden Gebiete auf der Erdoberfläche festgelegt und mittels Lokalisierungstechniken, z.B. GPS, überprüft, ob sich beispielsweise ein bestimmtes Objekt oder eine bestimmte Person innerhalb oder außerhalb des solchermaßen festgelegten Bereichs befindet. In Abhängigkeit vom Ergebnis der Prüfung können weitere Aktionen ausgelöst werden, wie z.B. das automatisierte Auslösen einer Benachrichtigung, wenn ein Verlassen des Gebiets erfolgt. Häufig handelt es sich bei einem Geozaun um einen geschlossenen lokal abgegrenzten Bereich, sodass zumindest per Definition klar ist, welches Gebiet innerhalb des festgelegten Bereichs ist und welches außerhalb bzw. nicht innerhalb, wobei insbesondere im Falle einer Vielzahl angrenzender abgegrenzter Bereiche ein außerhalb eines Gebiets ein innerhalb eines angrenzenden Bereichs bedeuten kann. Auch ein als solches nicht eigenständig abgegrenzter Bereich kann durch Einschluss eines oder mehrerer abgegrenzter Bereiche somit als abgegrenzter Bereich angesehen werden.
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Im Falle des automatisierten Fahrens können Geozäune angewandt werden, um festzustellen, ob auf einem soeben befahrenen Fahrweg der automatisierte Betrieb aktiviert werden darf, weil hierfür entsprechende Freigaben erteilt wurden, welche beispielsweise von der Leistungsfähigkeit des autonomen Betriebs des Fahrzeugs in Abhängigkeit zu erwartender Verkehrssituationen des Fahrwegs abhängig sein kann. Zum Beispiel ist zu erwarten, dass ein autonomer Fahrbetrieb auf Autobahnen früher realisierbar und zugelassen wird als in urbanen Gebieten. In diesem Fall würde der Autobahn als abgegrenzter Bereich die Zulässigkeit autonomer Fahrfunktionen zugewiesen und urbanen Gebieten nicht.
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Geozäune dieser Art setzt eine vergleichsweise hohe absolute Lokalisierungsgenauigkeit voraus, damit präzise differenziert werden kann, ob ein Aufenthalt innerhalb oder außerhalb eines definierten Bereichs vorliegt. Für einen zweckmäßigen Einsatz von Geozäunen sollte beispielsweise eine Unterscheidung für aneinander angrenzende Fahrwege realisierbar sein. Insbesondere im Zusammenhang mit entsprechenden Anforderungen an die funktionale Sicherheit stellt dies eine besondere Herausforderung dar, da aus aktueller Sicht davon ausgegangen werden kann, dass eine ASIL D (Automotive Safety Inegrity Level) Einstufung bei GNSS lediglich für eine Genauigkeit von ±10m möglich ist. Jedoch ist diese Genauigkeit nicht ausreichend, um beispielsweise parallel verlaufende Fahrbahnen zu unterscheiden. Übliche Verfahren zum Kartenabgleich würden beispielsweise in einem solchen Fall paralleler Straßen eine Korrektur auf die der Fahrtrichtung des betreffenden Fahrzeugs entsprechende Fahrbahn vornehmen. Falschfahrer ließen sich somit also nicht erkennen.
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Aufgabe der Erfindung ist es die Genauigkeit einer lokalisierten Position eines beweglichen Objekts bezogen auf eine Zuordnung zu einem virtuell festgelegten geographischen Bereich zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Zuordnung der Position eines beweglichen Objekts zu einem virtuell festgelegten geographischen Bereich, aufweisend die Schritte:
- - Lokalisieren, mittels einer Empfangseinrichtung eines globalen Satellitennavigationssystems des beweglichen Objekts, die Position des beweglichen Objekts,
- - Ermitteln einer Bewegungsrichtung des beweglichen Objekts unter Heranziehung einer Bewegungshistorie des beweglichen Objekts,
- - Erkennen, anhand der Bewegungsrichtung, ob eine Bewegung aus dem Bereich hinaus oder in den Bereich hinein erfolgt ist und
- - Zuordnen der Position des beweglichen Objekts zu dem Bereich, wenn eine Bewegung des beweglichen Objekts in den Bereich hinein erfolgt ist oder
- - Zuordnen der Position des beweglichen Objekts nicht zu dem Bereich, wenn eine Bewegung des beweglichen Objekts aus dem Bereich hinaus erfolgt ist.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Differenzierung, ob der Aufenthalt innerhalb oder nicht innerhalb eines definierten Bereichs liegt, anstatt mit vereinzelten einer für diese Zwecke nicht vernachlässigbaren Messunsicherheit unterliegenden Standortprüfung mittels eines globalen Satellitennavigationssystems vorzunehmen, zusätzlich eine Bewegungshistorie und Bewegungsrichtung eines beweglichen Objekts Bezogen auf einen abgegrenzten Bereich oder voneinander abgegrenzte Bereiche in der Weise heranzuziehen, dass eine Aussage darüber getroffen werden kann, ob sich das Objekt in einem betreffenden Bereich befindet oder nicht bzw. in welchem Bereich angrenzender Bereiche sich das bewegliche Objekt befindet. In vorteilhafter Weise kann somit bei vergleichsweise geringer absoluter Genauigkeit einer Lokalisierung eine Verbesserung hinsichtlich der Zuordnung zu einem der abgegrenzten Bereiche realisiert werden.
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Zweckmäßigerweise beschreibt die herangezogene Bewegungshistorie zumindest einen Teil eines vergangen Bewegungsverlaufs des beweglichen Objekts. Hierfür ist eine zumindest temporäre Speicherung der Bewegungshistorie des beweglichen Objekts in einem Datenspeicher vorgesehen. Der Datenspeicher zum Speichern der Bewegungshistorie ist bevorzugt durch das bewegliche Objekt als solches umfasst. Alternativ oder in Ergänzung kann es vorgesehen sein, dass die Bewegungshistorie in einem nicht durch das bewegliche Objekt umfassten Datenspeicher gespeichert wird. Die Zeitdauer, für welche die Bewegungshistorie in dem Datenspeicher vorgehalten werden, kann dabei von einer Vielzahl an Faktoren abhängig gemacht werden, beispielsweise des zur Verfügung stehenden Speicherplatzes, der anfallenden Datenmenge pro Zeiteinheit, der Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Objekts, der vorhandenen Energieressourcen, des zurückgelegten Weges und/oder der Änderungsvielfalt der Bewegung des beweglichen Objekts.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens erfolgt eine Zuordnung der Position eines beweglichen Objekts zu einem ersten virtuell festgelegten geographischen Bereich oder einem an den ersten Bereich wenigstens abschnittsweise angrenzenden zweiten virtuell festgelegten geographischen Bereich, aufweisend die Schritte:
- - Lokalisieren, mittels einer Empfangseinrichtung eines globalen Satellitennavigationssystems des beweglichen Objekts, die Position des beweglichen Objekts,
- - Ermitteln einer Bewegungsrichtung des beweglichen Objekts unter Heranziehung einer Bewegungshistorie des beweglichen Obj ekts,
- - Erkennen, anhand der Bewegungsrichtung, ob eine Bewegung aus dem ersten Bereich hinaus in den zweiten Bereich hinein oder aus dem zweiten Bereich hinaus in den ersten Bereich hinein erfolgt ist und
- - Zuordnen der Position des beweglichen Objekts zu dem ersten Bereich, wenn eine Bewegung des beweglichen Objekts aus dem zweiten Bereich hinaus in den ersten Bereich hinein erfolgt ist oder
- - Zuordnen der Position des beweglichen Objekts zu dem zweiten Bereich, wenn eine Bewegung des beweglichen Objekts aus dem ersten Bereich hinaus in den zweiten Bereich hinein erfolgt ist.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bewegungshistorie unter Ausschluss einer Hinzuziehung der mittels des globalen Satellitennavigationssystems gewonnenen Position ermittelt. Insbesondere wird die Bewegungshistorie auf Basis von mittels Fahrdynamiksensoren gewonnenen Informationen bestimmt. Die mittels der Fahrdynamiksensoren gewonnenen Informationen können zudem vorzugsweise einem Zustandsschätzer, insbesondere eine Ausführungsform eines Kalman-Filters, zugeführt worden sein, wobei die durch diesen ausgegebenen Informationen für die Bewegungshistorie herangezogen werden. Dadurch ist in vorteilhafter Weise eine Verbesserung der Genauigkeit der Bewegungshistorie erzielbar. Zur Ermittlung der Bewegungshistorie kann es jedoch vorgesehen sein Korrekturen auf Basis von mittels des globalen Satellitennavigationssystems gewonnenen Informationen vorzunehmen. Insbesondere können die Informationen der Fahrdynamiksensoren beispielsweise um Offsets und Steigungsfehler korrigiert werden. Zweckmäßigerweise erfolgt eine derartige Korrektur jedoch nur, wenn dadurch das ASIL Level nicht beeinträchtig wird.
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Die mittels des globalen Satellitennavigationssystems ermittelte Position und die Bewegungshistorie werden entsprechend einer Weiterbildung mit separaten ASIL-Level ermittelt, besonders bevorzugt jeweils mit ASIL D. Somit können Geozäune für automatisiertes Fahren nutzbar realisiert werden, welches eine Absicherung nach ASIL D bei einer gegebenen absoluten Genauigkeit von ±10m ermöglicht.
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Vorzugsweise wird das Heranziehen der Bewegungshistorie für eine Zuordnung der Position zu dem virtuell festgelegten geographischen Bereich vorgenommen, wenn eine durch die Genauigkeit des globalen Satellitennavigationssystems bestimmte fehlerhafte Zuordnung einen Grenzwert zur Beschreibung der Wahrscheinlichkeit überschreitet. Mit anderen Worten erfolgt ein Heranziehen der Bewegungshistorie, wenn der Aufenthaltsort unter Berücksichtigung der Genauigkeit der GNSS Lokalisierung in relativer Nähe zum abgegrenzten Bereich ist.
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Neben der Verwendung zur Umsetzung automatisierten Fahrens in Abhängigkeit des festgelegten Bereichs kann die Erfindung beispielsweise weiterhin zur Umsetzung von Maut- bzw. Abrechnungssystemen, zur Grenzsicherung und/oder für Landmaschinenüberwachung herangezogen werden.
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Fahrzeugsystem zur Zuordnung der Position eines beweglichen Objekts zu einem virtuell festgelegten geographischen Bereich, umfassend:
- - eine Empfangseinrichtung eines globalen Satellitennavigationssystems zum Lokalisieren der Position des beweglichen Objekts,
- - einen Bewegungssensor zum Erfassen einer Bewegung des beweglichen Objekts,
- - einen Datenspeicher zum Speichern einer Bewegungshistorie des beweglichen Objekts auf Basis der mittels des Bewegungssensors erfassten Bewegung des beweglichen Objekts
- - einen Prozessor, ausgestaltet zum Bestimmen einer Bewegungsrichtung des beweglichen Objekts unter Heranziehung einer Bewegungshistorie des beweglichen Objekts und
- - Erkennen, anhand der Bewegungsrichtung, ob eine Bewegung aus dem ersten Bereich hinaus oder in den ersten Bereich hinein erfolgt ist und
- - Zuordnen der Position des beweglichen Objekts zu dem ersten Bereich, wenn eine Bewegung des beweglichen Objekts in den ersten Bereich hinein erfolgt ist oder
- - Zuordnen der Position des beweglichen Objekts nicht zu dem ersten Bereich, wenn eine Bewegung des beweglichen Objekts aus dem ersten Bereich hinaus erfolgt ist.
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Das Fahrzeugsystem ist vorzugsweise eingerichtet, ein Verfahren gemäß wenigstens einer der vorstehenden Ausführungsformen durchzuführen. Alternativ oder in Ergänzung kann vorgesehen sein, dass das Verfahren zumindest teilweise von einer nicht durch das bewegliche Objekt umfassten Recheneinrichtung ausgeführt wird. Vorteilhafterweise wird somit eine externe Überwachung bzw. Kontrolle des beweglichen Objekts ermöglicht.
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Das angegebene Verfahren ist bevorzugt in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte des angegebenen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem durch das angegebene Fahrzeugsystem ausgeführt wird.
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Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist für die Informationen des oder der virtuell festgelegten geographischen Bereiche eine separate Karte vorgesehen. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die funktionale Sicherheit nicht für eine gesamte Karte, insbesondere zur Verwendung für die Navigation, sichergestellt werden kann. Alternativ oder in Ergänzung kann vorgesehen sein, dass die Informationen des oder der virtuell festgelegten geographischen Bereiche durch eine für weitere Funktionalitäten genutzte Karte, bspw. Navigation, umfasst sind. Damit besteht ein geringerer Ressourcenbedarf der Karten.
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Alternativ oder in Ergänzung können zur Beschreibung eines Verlaufs zumindest einer Fahrbahn Koordinaten eines Koordinatensystems eines globalen Navigationssystems in gespeicherter Form vorgesehen sein. Diesen Koordinaten können zweckmäßigerweise Informationen zur Beschreibung mit diesen in Verbindung stehender Fahrfunktionen, beispielsweise automatisierte Fahrfunktionen, zugeordnet sein. Bei der Verwendung einer Karte dieser Art ist vorzugsweise vorgesehen mittels einer unter Verwendung von GNSS Informationen erfassten absoluten Position zunächst eine Erkennung eines relevanten Kartenausschnitts und anschließend mittels Kartenabgleich (Map Matching) eine präzisere Bestimmung der befahrenen Fahrbahn vorzunehmen.
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Einige besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von 1.
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Die 1 zeigt einen Ausschnitt einer Karte, in welcher ein Bereich 1 von einem Bereich 2 beispielsgemäß unter Verwendung eines Polygonzugs mittels eines Geozauns abgegrenzt ist. Das Innere von Bereich 1 ist zu Veranschaulichung durch Schraffur gekennzeichnet. Grundlegend für das korrekte Funktionieren von Geozäunen ist eine möglichst präzise Aussage darüber, ob sich entsprechend des vorliegenden Beispiels das Fahrzeug 3 innerhalb oder außerhalb von Bereich 1 befindet. Eine absolute Lokalisierung von Fahrzeug 3 erfolgt mittels eines GNSS-Systems 3.1 des Fahrzeugs. Die Messunsicherheit der absoluten Lokalisierung von Fahrzeug 3 ist durch Kreis 4 angezeigt, wobei aufgrund dessen, dass Teile von Bereich 1 und Bereich 2 im Gebiet der Lokalisierungsunsicherheit liegen deutlich wird, dass eine Zuordnung, ob Fahrzeug 3 sich innerhalb oder außerhalb von Bereich 1 befindet in Abhängigkeit von der Genauigkeit der GNSS Lokalisierung in Verbindung mit der tatsächlichen Position von Fahrzeug 3 allein auf dieser Grundlage problematisch sein kann.
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Erfindungsgemäß wird in Ergänzung zur GNSS Lokalisierung die Bewegungshistorie 5 auf Basis von mittels Bewegungssensoren 3.2, z.B. Inertialsensoren, erfassten Bewegungen von Fahrzeug 3 zur Bewertung der Position in Bezug auf mittels Geozäunen abgegrenzte Bereiche herangezogen. Die Bewegungsrichtung von Fahrzeug 3 ist durch Pfeil angezeigt. Die mittels GNSS erfasste absolute Position in Verbindung mit der Bewegungshistorie weist hierbei darauf hin, dass Fahrzeug 3 aus Bereich 1 heraus in Bereich 2 hinein bewegt wurde. Daraus kann geschlossen werden, dass die tatsächliche Position von Fahrzeug 3 somit in Bereich 2 ist. Unter Heranziehung der Bewegungshistorie ist es somit möglich präziser zuordnen zu können, in welchem Bereich Fahrzeug 3 sich zu einem aktuellen Zeitpunkt befindet und welche Vorgaben für den entsprechenden Bereich Anwendung finden.
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Auf Basis der Bewegungshistorie von Fahrzeug 3 kann entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ein Abgleich dieser Bewegungshistorie mit einer durch die Karte umfassten Informationen über den Verlauf von Straße 6 erfolgen, sog. Kartenabgleich bzw. Map Matching. Damit kann eine Straße innerhalb der Karte identifiziert werden, auf welcher sich das Fahrzeug wahrscheinlich fortbewegt. Eine Suche einer zuzuordnenden Straße erfolgt dabei vorzugsweise im durch die Messgenauigkeit des GNSS festgelegten Bereich um die erfasste Position des Fahrzeugs, z.B. ±10m. Da eine betreffende Straße eine eindeutige Zuordnung bezüglich des definierten Bereichs hat, kann damit eine weitere Verbesserung der Beurteilung hinsichtlich des Aufenthaltsortes im Hinblick auf Geozäune erfolgen. Auch die Erkennung der Bewegungsrichtung kann durch den Abgleich der Bewegungshistorie mit Straßenverläufen verbessert werden.
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Nachfolgend werden weitere beispielhafte Anwendungsfälle vorgestellt.
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Befindet sich eine Straße parallel zu einer Autobahn, für welche unterschiedliche Freigabevorgaben hinsichtlich automatisierter Fahrfunktionen vorliegen, so ist mit einer Genauigkeit der mittels GNSS ermittelten absoluten Position von ±10m nicht erkennbar, welche Fahrbahn das Fahrzeug befährt. Die Straße und die Autobahn würden hierbei jeweils als separate und zum Teil angrenzende Bereiche markiert. Üblicherweise gibt es jedoch nur wenige Punkte, wo zwischen Autobahn und Straße gewechselt werden kann. Des Weiteren folgt der Verlauf eines Wechsels dieser Art einem charakteristischen Muster. Diese Auf- bzw. Abfahrten sind vorzugsweise in der Karte gespeichert, sodass unter Heranziehung der Bewegungshistorie und unter Anwendung eines Kartenabgleichs erkennbar ist, auf welcher Straße das Fahrzeug bewegt wird. Somit können bei Erkennen der Bewegung des Fahrzeugs auf der Autobahn für diese freigegebene automatisierte Fahrfunktionen aktiviert werden.
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Beispielsweise in den USA existieren häufig zwischen zwei aneinander angrenzenden Fahrbahnen entgegengesetzter Fahrtrichtungen eines Highways Auf- und Abfahrten oder Tankstellen, welche versehentlich oder bewusst in die entgegengesetzte Fahrtrichtung befahren werden können. Die Fahrbahnen unterliegen unterschiedlichen Vorgaben zumindest hinsichtlich der erlaubten Bewegungsrichtung. Entsprechend dieses Beispiels sind die Fahrbahnen unterschiedlicher Richtung des Highways als separate Bereiche definiert, welche zumindest abgesehen von der erlaubten Bewegungsrichtung im Wesentlichen übereinstimmenden Vorgaben insbesondere in Bezug auf automatisierte Fahrfunktionen unterliegen. Mittels GNSS bei einer Genauigkeit von ca. ±10m ist nicht sicher erkennbar, auf welcher Fahrbahn sich das Fahrzeug nach dem Verlassen befindet. Durch Heranziehung der Bewegungshistorie, gegebenenfalls in Verbindung mit einem Kartenabgleich, kann beispielsweise durch Betrachtung des charakteristischen Bewegungsverlaufs auf der Abfahrt/Auffahrt in vorteilhafter Weise erkannt werden, auf welcher der Fahrbahnen sich das Fahrzeug befindet, da die Abfahrten bzw. Auffahrten in Abhängigkeit der Fahrtrichtung unterschiedliche Krümmungsrichtungen bzw. unterschiedliche Verläufe aufweisen. Vorzugsweise wird in bevorzugt vorgesehenen separaten Geozaun-Karten eine erlaubte Fahrtrichtung einer Fahrbahn gespeichert, um die Erkennung zu beschleunigen.
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In vergleichbarer Weise können auch Fahrzeuge erkannt werden, welche mit den Vorgaben nicht vereinbare Bewegungsmuster aufweisen, beispielsweise Falschfahrer, welche über eine Autobahnabfahrt aufgefahren sind oder auf der Autobahn selbst gewendet haben. Insbesondere bei Befahren der an die entgegengesetzt zu befahrende Fahrbahn angrenzenden Fahrbahn, ist eine Unterscheidung ausschließlich mittels GNSS Lokalisierung kaum möglich.
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Sofern sich im Laufe des Erteilungsverfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in der 1 gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
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Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
