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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Validieren einer Spurführungsinformation einer digitalen Karte, eine Vorrichtung zum Validieren einer Spurführungsinformation einer digitalen Karte sowie ein Fahrzeug mit einer ebensolchen Vorrichtung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die in einer digitalen Karte gespeicherte Spurführung einer Straße auf einem von einem Fahrzeug aktuell befahrenen Straßenabschnitt in Echtzeit zu validieren.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Validieren einer Spurführungsinformation einer digitalen Karte, aufweisend die Schritte:
- - Ermitteln einer Position eines Fahrzeugs beim Befahren eines Straßenabschnitts,
- - Zuordnen der Position des Fahrzeugs zu einer Koordinate in der digitalen Karte,
- - Ermitteln einer ersten Spurführung aus der digitalen Karte in einem Bereich um die Koordinate,
- - Erfassen einer zweiten Spurführung des Straßenabschnitts durch eine Sensoreinheit des Fahrzeugs,
- - Vergleichen der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung mittels einer Metrik und Detektieren einer Abweichung zwischen der ersten Spurführung und der zweiten Spurführung auf Grund der Metrik, wobei die Metrik zumindest eines aus den folgenden umfasst:
- • Eine Ortsdifferenz aus der ersten Spurführung und der zweiten Spurführung;
- • Eine Differenz aus von der Sensoreinheit erfassten kinematischen Daten beim Folgen der zweiten Spurführung durch das Fahrzeug und erwarteten kinematischen Daten beim Folgen der ersten Spurführung durch das Fahrzeug;
- • Eine Faltung der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung;
- • Eine Multiplikation der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung.
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Die digitale Karte weist Spurführungsinformationen auf, das heißt, für eine Vielzahl von Gebieten auf der Karte stellt die Karte jeweilige Spurführungsinformationen bereit, so dass für dasjenige Gebiet aus der digitalen Karte, welches von Interesse ist, eine erste Spurführung extrahiert werden kann. So wird im ersten Schritt des Verfahrens eine Position des Fahrzeugs beim Befahren eines Straßenabschnitts bevorzugt durch Satellitenortung erfasst und im zweiten Schritt diese Position einer Koordinate der digitalen Karte zugeordnet. Nach diesen Schritten ist also die einer Koordinate der Karte zuordenbare Position des Fahrzeugs erfasst, und aus der Koordinate kann die zur Position des Fahrzeugs zugehörige erste Spurinformation aus der digitalen Karte ausgelesen werden.
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Unter dem Begriff der „Spurführung“ ist insbesondere eine Information über die Anzahl und den Ort der Spuren auf dem aktuell vom Fahrzeug befahrenen Straßenabschnitt zu verstehen, wobei der Ort der Spuren naturgemäß eine Ausdehnung in zumindest einer Dimension hat, und daher der Ort der Spuren bevorzugt als Punktemenge, als parametrierte Kurve, als Polynom modelliert oder in anderer Datenform vorliegt. Wird die Spurführung mittels der bekannten Position des Fahrzeugs aus der digitalen Karte ermittelt, so wird diese Information kurz als die erste Spurführung bezeichnet. Wird dagegen die Spurführung mittels der Sensoreinheit des Fahrzeugs Karte ermittelt, so wird diese Information über die Anzahl und den Ort der Spuren auf dem aktuell vom Fahrzeug befahrenen Straßenabschnitt kurz als „zweite Spurführung“ bezeichnet. Sowohl die erste Spurführung als auch die zweite Spurführung sind insbesondere dazu geeignet und bevorzugt ausreichend genau erfasst und ermittelt, dass mittels dieser jeweiligen Informationen ein Fahrerassistenzsystem zum Ausführen von automatisch durchgeführten Fahrmanövern wie Spurhalten oder Spurwechseln in der Lage ist.
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Eine mögliche Metrik ist eine Differenz aus von der Sensoreinheit erfassten kinematischen Daten beim Folgen der zweiten Spurführung durch das Fahrzeug und den erwarteten kinematischen Daten beim Folgen der ersten Spurführung durch das Fahrzeug; als kinematische Daten werden bevorzugt eine Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs oder auch eine Fahrzeuggeschwindigkeit zusammen mit einem Lenkwinkel des Fahrzeugs, ein Gierwinkel des Fahrzeugs oder auch eine Giergeschwindigkeit oder auch eine Gierbeschleunigung verwendet.
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Eine Ortsdifferenz zwischen der ersten Spurführung gegenüber der zweiten Spurführung ist insbesondere die Summe aus diskreten Abständen zwischen einem Ort der ersten Spurführung und einem Ort der zweiten Spurführung. Wie oben ausgeführt, weist der jeweilige Ort in zumindest einer Dimension eine gewisse Ausdehnung auf, und ist bevorzugt als Kurve im mathematischen Sinn zu verstehen. Alternativ dazu kann als Ortsdifferenz zwischen der ersten Spurführung gegenüber der zweiten Spurführung ein maximaler Abstand zwischen der ersten Spurführung gegenüber der zweiten Spurführung definiert werden.
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Eine Faltung der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung ist als Faltung im mathematischen Sinne zu verstehen, wobei hierbei der Ort der ersten Spurführung die erste Funktion angibt und der Ort der zweiten Spurführung die zweite Funktion angibt, wobei durch beide Funktionen eine dritte Funktion als Ergebnis der Faltung ermittelt wird. So kann durch Faltung, auch Konvolution genannt, das heißt durch die resultierende Überlagerung der ersten Funktion mit einer gespiegelten und verschobenen Version der zweiten Funktion, insbesondere ein gleitender Durchschnitt zwischen den Funktionen ermittelt werden.
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Eine Multiplikation der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung ist in diesem Sinne als eine Multiplikation der o.g. ersten Funktion mit der zweiten Funktion zu verstehen.
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Das Fahrzeug kann insbesondere ein PKW, LKW, Bus, oder ein Arbeitsfahrzeug sein.
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Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass das Fahrzeug noch während des Befahrens eines Straßenabschnitts Daten über die Validität der in der digitalen Karte für diesen Straßenabschnitt gespeicherten Spurführung erhält. Weitere Fahrzeuge sind hierfür nicht erforderlich. Ferner ist das Ergebnis des Detektierens einer Abweichung zwischen der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung in nahezu Echtzeit einsetzbar, um ein Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs entsprechend zu informieren, insbesondere wenn das Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs Informationen über die Spurführung des aktuell befahrenen Straßenabschnitts nutzt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Sensoreinheit eines der folgenden Elemente: Kamera, Lidar, Odometrieeinheit, Lenkwinkelsensor, Winkelbeschleunigungssensor, translatorischer Beschleunigungssensor, Lagewinkelsensor.
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Die Odometrieeinheit ist insbesondere dazu ausgeführt, durch Zählen des abgerollten Radumfangs einen zurückgelegten Weg zu ermitteln. Durch zeitliche Ableitung dessen wird ferner eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs in einer jeweiligen Radumfangsrichtung erreicht, und durch nochmaliges Ableiten eine dazugehörige Beschleunigung.
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Der Lagewinkelsensor ist insbesondere dazu ausgeführt, einen Gierwinkel des Fahrzeugs zu erfassen. Der Gierwinkel des Fahrzeugs ist insbesondere ein Winkel des Fahrzeugs um eine Hochachse des Fahrzeugs, bevorzugt gegenüber Norden.
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Im Allgemeinen unterscheiden sich die erste Spurführung und die zweite Spurführung immer zumindest etwas voneinander, da diese unterschiedliche Quellen aufweisen. Beim Detektieren einer Abweichung zwischen der ersten Spurführung und der zweiten Spurführung auf Grund der Metrik werden daher bevorzugt kleine Abweichungen ignoriert, und nur größere Tendenzen in den Differenzen aus der Metrik als eine echte Abweichung detektiert. Mögliche Lösungen sind die Anwendung eines Tiefpassfilters oder auch die Anwendung eines Grenzwertes auf die Metrik bzw. bevorzugt auf die jeweilige Spurführung, wie in den folgenden Ausführungsformen dargestellt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die erste Spurführung und/oder die zweite Spurführung vor dem Vergleichen der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung tiefpassgefiltert.
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Vorteilhaft werden somit Sensorfehler und andere Unsicherheiten durch die Kombination der Metriken leichter ausgeglichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Detektieren der Abweichung zwischen der ersten Spurführung und der zweiten Spurführung dann, wenn die Metrik einen vordefinierten Grenzwert überschreitet.
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Die beiden vorhergehenden Ausführungsformen verhindern vorteilhaft, dass wie oben erklärt kleinere Messungenauigkeiten wie Sensorrauschen bzw. Kartenungenauigkeiten zu einer Detektion einer Abweichung der ersten Spurführung von der zweiten Spurführung führen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden mehrere der möglichen Metriken zu einer kombinierten Metrik addiert und anhand der kombinierten Metrik erfolgt das Detektieren der Abweichung zwischen der ersten Spurführung und der zweiten Spurführung.
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Bevorzugt werden hierbei die einzelnen Metriken mit einer jeweiligen Gewichtung multipliziert und die gewichteten Metriken zu einer kombinierten Metrik addiert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Detektieren der Abweichung zwischen der ersten Spurführung und der zweiten Spurführung dann, wenn die Metrik einen über die Befahrung des Straßenabschnitts monoton steigenden Wert für einen vordefinierten Zeitraum aufweist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin den Schritt auf: Aktualisieren der digitalen Karte, wenn beim Vergleichen der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung eine Abweichung festgestellt wird.
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Vorteilhaft wird dadurch die durch die digitale Karte bereitgestellte zweite Spurführung nahezu in Echtzeit aktualisiert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin den Schritt auf: Konfigurieren eines Fahrerassistenzsystems des Fahrzeugs abhängig vom Ergebnis des Vergleichens der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung.
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Vorteilhaft wird durch diese Ausführungsform ermöglicht, dass ein Fahrerassistenzsystem zusätzlich zur ersten Spurführung aus der digitalen Karte eine durch die Messung der Sensoreinheit ermittelte zweite Spurführung erhält, und dadurch wegen Fehler in der ersten Spurführung aus der digitalen Karte keine fehlerhaften Fahrmanöver ausführt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Validieren einer Spurführungsinformation einer digitalen Karte, aufweisend eine Ortungseinheit, die zum Ermitteln einer Position eines Fahrzeugs beim Befahren eines Straßenabschnitts ausgeführt ist, und aufweisend eine Recheneinheit, die zum Zuordnen der Position des Fahrzeugs zu einer Koordinate in der digitalen Karte, zum Ermitteln einer ersten Spurführung aus der digitalen Karte in einem Bereich um die Koordinate, zum Erfassen einer zweiten Spurführung des Straßenabschnitts durch eine Sensoreinheit des Fahrzeugs, zum Vergleichen der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung mittels einer Metrik und zum Detektieren einer Abweichung zwischen der ersten Spurführung und der zweiten Spurführung auf Grund der Metrik ausgeführt ist, wobei die Metrik zumindest eines aus den folgenden umfasst:
- · Eine Ortsdifferenz aus der ersten Spurführung und der zweiten Spurführung;
- · Eine Differenz aus von der Sensoreinheit erfassten kinematischen Daten beim Folgen der zweiten Spurführung durch das Fahrzeug und erwarteten kinematischen Daten beim Folgen der ersten Spurführung durch das Fahrzeug;
- · Eine Faltung der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung;
- · Eine Multiplikation der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen der vorgeschlagenen Vorrichtung ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung des im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren vorstehend gemachten Ausführungen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung wie oben und im Folgenden beschrieben.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 ein Verfahren zum Validieren einer Spurführungsinformation einer digitalen Karte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 einen Vergleich der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 einen Vergleich der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 4 einen Vergleich der ersten Spurführung mit der zweiten Spurführung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 5 ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zum Validieren einer Spurführungsinformation einer digitalen Karte gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt ein Verfahren zum Validieren einer Spurführungsinformation einer digitalen Karte. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Ermitteln S1 einer Position eines Fahrzeugs 1 mittels einer Ortungseinheit 5, nämlich einer Satellitenortungseinheit, beim Befahren eines Straßenabschnitts einer Autobahn,
- - Zuordnen S2 der Position des Fahrzeugs 1 zu einer Koordinate in der digitalen Karte,
- - Ermitteln S3 einer ersten Spurführung 10 aus der digitalen Karte in einem Bereich von fünfhundert Metern in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 ausgehend von der Koordinate,
- - Erfassen S4 einer zweiten Spurführung 20 des Straßenabschnitts durch eine Sensoreinheit 3 des Fahrzeugs 1, wobei die Sensoreinheit 3 zumindest eine Kameraeinheit und einen Seitenbeschleunigungsmesser umfasst,
- - Vergleichen S5 der ersten Spurführung 10 mit der zweiten Spurführung 20 mittels einer kombinierten Metrik und Detektieren einer Abweichung zwischen der ersten Spurführung 10 und der zweiten Spurführung 20 auf Grund der kombinierten Metrik, wobei zur Ermittlung der kombinierten Metrik die folgenden Metriken addiert werden:
- • Eine Ortsdifferenz aus der ersten Spurführung 10 und der zweiten Spurführung 20;
- • Eine Differenz aus von der Sensoreinheit 3 erfassten kinematischen Daten beim Folgen der zweiten Spurführung 20 durch das Fahrzeug 1 und erwarteten kinematischen Daten beim Folgen der ersten Spurführung 10 durch das Fahrzeug 1;
- • Eine Faltung der ersten Spurführung 10 mit der zweiten Spurführung 20;
Hierbei wird die zweite Spurführung 20 vor dem Vergleichen der ersten Spurführung 10 mit der zweiten Spurführung 20 tiefpassgefiltert. Eine Abweichung zwischen der ersten Spurführung 10 und der zweiten Spurführung 20 wird dann detektiert, wenn die Metrik einen vordefinierten Grenzwert überschreitet. Anschließend erfolgen die Schritte:
- - Aktualisieren S6 der digitalen Karte, wenn beim Vergleichen der ersten Spurführung 10 mit der zweiten Spurführung 20 eine Abweichung festgestellt wird, und
- - Konfigurieren S7 eines Fahrerassistenzsystems des Fahrzeugs 1 abhängig vom Ergebnis des Vergleichens der ersten Spurführung 10 mit der zweiten Spurführung 20.
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2 zeigt eine aus einer digitalen Karte ermittelte erste Spurführung 10 und eine durch eine Sensoreinheit 3 des Fahrzeugs 1 erfasste zweite Spurführung 20 des aktuell befahrenen Straßenabschnitts. Ferner geben die Kurve A und die Kurve B jeweils ein Maß für eine Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs 1, korrelierend mit einem Lenkwinkeleinschlag des Fahrzeugs 1, an, wobei die Kurve A auf die zweite Spurführung 20 bezogen ist und die Kurve B auf die erste Spurführung 10 bezogen ist. Das Vergleichen S5 der ersten Spurführung 10 mit der zweiten Spurführung 20 erfolgt mittels einer Metrik aus der Faltung der Seitenbeschleunigung aus den von der Sensoreinheit 3 ermittelten aktuellen kinematischen Daten beim Folgen der zweiten Spurführung 20 durch das Fahrzeug 1 und der durch Berechnung erwarteten kinematischen Daten beim theoretischen Folgen der ersten Spurführung 10 durch das Fahrzeug 1. Eine Abweichung zwischen der ersten Spurführung 10 und der zweiten Spurführung 20 wird dann detektiert, wenn die Metrik einen vordefinierten Grenzwert überschreitet.
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3 zeigt eine aus einer digitalen Karte ermittelte erste Spurführung 10 und eine durch eine Sensoreinheit 3 des Fahrzeugs 1 erfasste zweite Spurführung 20 des aktuell befahrenen Straßenabschnitts. Ferner gibt die Kurve C ein Maß für eine Differenz aus der ersten Spurführung 10 und der zweiten Spurführung 20 an. Das Vergleichen S5 der ersten Spurführung 10 mit der zweiten Spurführung 20 erfolgt mittels einer Metrik basierend auf der Ortsdifferenz aus der ersten Spurführung 10 und der zweiten Spurführung 20; hierbei wird wiederum die zweite Spurführung 20 vor dem Vergleichen der ersten Spurführung 10 mit der zweiten Spurführung 20 tiefpassgefiltert. Eine Abweichung zwischen der ersten Spurführung 10 und der zweiten Spurführung 20 wird detektiert, da die Metrik einen über die Befahrung des Straßenabschnitts monoton steigenden Wert für einen vordefinierten Zeitraum aufweist.
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4 zeigt eine aus einer digitalen Karte ermittelte erste Spurführung 10 und eine durch eine Sensoreinheit 3 des Fahrzeugs 1 erfasste zweite Spurführung 20 des aktuell befahrenen Straßenabschnitts. Ferner geben die Kurve D ein Maß für eine Krümmung d10 der ersten Spurführung 10 und ein Maß für eine Krümmung d20 der zweiten Spurführung 20 und die Kurve E ein Maß für eine Differenz der Krümmung d10 und der Krümmung d20 an. Das Vergleichen S5 der ersten Spurführung 10 mit der zweiten Spurführung 20 erfolgt mittels einer Metrik aus der Differenz der Krümmung d10 und der Krümmung d20, wobei die jeweilige Krümmung der zweiten Spurführung 20 aus der Sensoreinheit 3 ermittelt wird. Eine Abweichung zwischen der ersten Spurführung 10 und der zweiten Spurführung 20 wird detektiert, da die Metrik einen vordefinierten Grenzwert überschreitet.
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5 zeigt ein Fahrzeug 1 mit einer Vorrichtung 100 zum Validieren einer Spurführungsinformation einer digitalen Karte, aufweisend eine Ortungseinheit 5, die zum Ermitteln einer Position eines Fahrzeugs 1 beim Befahren eines Straßenabschnitts ausgeführt ist, und aufweisend eine Recheneinheit, die zum Zuordnen der Position des Fahrzeugs 1 zu einer Koordinate in der digitalen Karte, zum Ermitteln einer ersten Spurführung 10 aus der digitalen Karte in einem Bereich um die Koordinate, zum Erfassen einer zweiten Spurführung 20 des Straßenabschnitts durch eine Sensoreinheit 3 des Fahrzeugs 1, zum Vergleichen der ersten Spurführung 10 mit der zweiten Spurführung 20 mittels einer Metrik und zum Detektieren einer Abweichung zwischen der ersten Spurführung 10 und der zweiten Spurführung 20 auf Grund der Metrik ausgeführt ist, wobei die Metrik zumindest eines aus den folgenden umfasst:
- · Eine Ortsdifferenz aus der ersten Spurführung 10 und der zweiten Spurführung 20;
- · Eine Differenz aus von der Sensoreinheit 3 erfassten kinematischen Daten beim Folgen der zweiten Spurführung 20 durch das Fahrzeug 1 und erwarteten kinematischen Daten beim Folgen der ersten Spurführung 10 durch das Fahrzeug 1;
- · Eine Faltung der ersten Spurführung 10 mit der zweiten Spurführung 20;
- · Eine Multiplikation der ersten Spurführung 10 mit der zweiten Spurführung 20.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 3
- Sensoreinheit
- 5
- Ortungseinheit
- 10
- erste Spurführung
- 20
- zweite Spurführung
- 100
- Vorrichtung
- S1
- Ermitteln
- S2
- Zuordnen
- S3
- Ermitteln
- S4
- Erfassen
- S5
- Vergleichen und Detektieren
- S6
- Aktualisieren
- S7
- Konfigurieren
