DE102019135646A1

DE102019135646A1 - Bestimmen einer Fahrzeugtrajektorie

Info

Publication number: DE102019135646A1
Application number: DE102019135646.6A
Authority: DE
Inventors: David Pannen; Martin Liebner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Ein Verfahren umfasst Schritte des Bestimmens einer Trajektorie eines Fahrzeugs auf einer Fahrstraße; des Erfassens von Landmarken in einer Umgebung des Fahrzeugs; des Zuordnen der Landmarken zu Klassen, wobei jede Klasse gleichartige Landmarken umfasst und eine jede Klasse eine andere Eindeutigkeit aufweist, wobei die Eindeutigkeit der Klasse angibt, mit welcher Eindeutigkeit eine Landmarke der Klasse üblicherweise zu einer bekannten Landmarke korrespondiert; und des Wählens einer der Klassen. Dann wird (i) eine bekannte Landmarke bestimmt, die zu einer beobachteten Landmarke der gewählten Klasse korrespondiert, und (ii) eine Lage der Trajektorie in einem vorbestimmten geographischen System auf der Basis von Positionen bestimmter beobachteter Landmarken relativ zum Fahrzeug sowie Positionen jeweils korrespondierender Landmarken im geographischen System bestimmt. Dann werden die Schritte (i) und (ii) mit einer Klasse einer geringeren Eindeutigkeit wiederholt.

Description

Die Erfindung betrifft die Bestimmung einer Fahrzeugtrajektorie. Insbesondere betrifft die Erfindung die hochgenaue Bestimmung der Trajektorie.
Ein Fahrzeug kann auf einer Fahrstraße automatisch gesteuert werden. Dazu ist eine geographische Karte erforderlich, welche die Fahrstraße ausreichend genau abbildet. Um eine solche Karte anzulegen, können Beobachtungen von Fahrzeugen, die auf der Fahrstraße fahren, herangezogen werden.
DE 10 2013 208 521 A1 schlägt vor, ein hochgenaues Fahrstraßenmodell auf der Basis von Fahrinformationen einer Flotte von Fahrzeugen zu bestimmen.
Zur Bestimmung der Karte können Landmarken betrachtet werden, wobei eine Landmarke beispielsweise ein Verkehrsschild, eine Fahrbahnmarkierung oder ein Fahrstraßenschild umfassen kann. Das Hinzufügen von Landmarken in eine digitale Karte hat sich als schwierig erwiesen, da hierfür eine Trajektorie des Fahrzeugs, von dem aus die Landmarken beobachtet wurden, bekannt sein muss. Gleichzeitig soll die Trajektorie des beobachtenden Fahrzeugs ja gerade auf der Basis von Landmarken bestimmt werden.
Ein bekanntes Verfahren verwendet einen vorbestimmten Abstand zwischen einer beobachteten und einer bekannten Landmarke, der unterschritten werden muss, um eine Zuordnung zu erlauben. Die Wahl dieses Abstands ist durchaus kritisch: wird er auf einen geringen Wert gesetzt, so werden wenige beobachtete Landmarken unter den bekannten gefunden; wird er hingegen auf einen hohen Wert gesetzt, so drohen Fehlbestimmungen. Für ein Fahrzeug, das nach einer Karte navigiert oder gesteuert wird, die auf der Basis solcher Landmarken bestimmt ist, kann eine solche Fehlbestimmung folgenschwer sein.
Eine der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht daher in der Angabe einer verbesserten Technik zur Bestimmung von Landmarken, insbesondere zum Zweck der Erstellung einer hochgenauen geographischen Karte. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren Schritte des Bestimmens einer Trajektorie eines Fahrzeugs auf einer Fahrstraße; des Erfassens von Landmarken in einer Umgebung des Fahrzeugs; des Zuordnen der Landmarken zu Klassen, wobei jede Klasse gleichartige Landmarken umfasst und eine jede Klasse eine andere Eindeutigkeit aufweist, wobei die Eindeutigkeit der Klasse angibt, mit welcher Eindeutigkeit eine Landmarke der Klasse üblicherweise zu einer bekannten Landmarke korrespondiert; und des Wählens einer der Klassen. Dann wird (i) eine bekannte Landmarke bestimmt, die zu einer beobachteten Landmarke der gewählten Klasse korrespondiert, und (ii) eine Lage der Trajektorie in einem vorbestimmten geographischen System auf der Basis von Positionen bestimmter beobachteter Landmarken relativ zum Fahrzeug sowie Positionen jeweils korrespondierender Landmarken im geographischen System bestimmt. Dann werden die Schritte (i) und (ii) mit einer Klasse einer geringeren Eindeutigkeit wiederholt. Dabei weist eine erste Klasse, der eine rechte Straßenbegrenzung als Landmarke zugeordnet ist, eine andere Eindeutigkeit als eine zweite Klasse auf, der eine linke Straßenbegrenzung als Landmarke zugeordnet ist.
Das Zuordnen einer Landmarke zu einer Klasse erfolgt auf der Basis von erfassten Merkmalen der Landmarke. Das Erfassen kann mittels eines berührungslosen Sensors erfolgen, etwa einer Kamera, einem Radar- oder Lidar-Sensor. Eine Landmarke kann beispielsweise aufgrund ihrer geometrischen Dimensionen, ihrer Lage zum Fahrzeug, ihrer Farbe oder ihrer Struktur einer Klasse zugeordnet werden. Beispielhafte Arten von Landmarken umfassen eine rechte Fahrspurbegrenzung, eine linke Fahrspurbegrenzung, ein Verkehrsschild, eine Fahrbahnmarkierung, einen Wegweiser, ein Gebäude oder eine Geländestruktur.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Eindeutigkeit der Zuordnung einer beobachteten Landmarke der ersten Klasse zu einer bekannten Landmarke anders ist als die Eindeutigkeit der Zuordnung einer Landmarke der zweiten Klasse zu einer bekannten Landmarke. Anders ausgedrückt sind Landmarken der einen Klasse üblicherweise sicherer oder mit einer größeren Trefferquote einer bekannten Landmarke zuzuordnen als Landmarken der anderen Klasse, sodass die Bestimmung der Lage der Trajektorie vorteilhaft zuerst auf der Basis einer Landmarke der Klasse mit der größeren Eindeutigkeit und dann auf der Basis einer Landmarke der Klasse mit der kleineren Eindeutigkeit bestimmt wird.
Die unterschiedlichen Eindeutigkeiten können von verschieden großen Separationen von Landmarken jeweils einer Klasse herrühren. Die Separation drückt aus, welchen geometrischen Abstand zwei bekannte Landmarken der gleichen Klasse minimal voneinander haben können. Beispielsweise können auf einer Autobahn mit Rechtsverkehr rechte Fahrspurbegrenzungen der beiden Fahrtrichtungen eine Separation von ca. 30m aufweisen, während linke Fahrspurbegrenzungen der beiden Fahrtrichtungen eine Separation von nur ca. 3m aufweisen können. Eine beobachtete Landmarke, die Teil einer linken Fahrspurbegrenzung ist, kann in diesem Fall leichter falsch der entgegenkommenden statt der eigenen Fahrtrichtung (oder umgekehrt) zugeordnet werden, als eine beobachtete Landmarke, die Teil einer rechten Fahrspurbegrenzung ist.
Insbesondere kann die erste Klasse eine höhere Eindeutigkeit als die zweite Klasse aufweisen, falls auf der Fahrstraße Rechtsverkehr herrscht. Umgekehrt kann die zweite Klasse eine höhere Eindeutigkeit als die erste Klasse aufweisen, falls auf der Fahrstraße Linksverkehr herrscht.
Auf einer Fahrstraße mit Rechtsverkehr liegen rechte Straßenbegrenzungen einer durch das Fahrzeug befahrenen Fahrspur und einer entgegenkommenden Fahrspur allgemein deutlich weiter auseinander als linke Straßenbegrenzungen. Wird beispielsweise die linke Straßenbegrenzung der entgegenkommenden Fahrspur fälschlich als linke Straßenbegrenzung der eigenen Fahrspur bestimmt, so kann ein signifikanter Fehler in die Bestimmung der Lage der Trajektorie eingetragen werden. Durch die Berücksichtigung rechter und linker Straßenbegrenzungen in absteigender Reihenfolge der Eindeutigkeiten, mit denen sie Klassen zugeordnet werden können, kann ein solcher Fehler vermieden werden.
Die Lage der Trajektorie kann bei jedem Durchlauf der Schritte (i) und (ii) verbessert bestimmt werden. Eine Position des Fahrzeugs kann dementsprechend ebenfalls immer genauer bestimmt werden. Das Verfahren eignet sich besonders für eine Situation, in der zunächst keine punktförmige Landmarke beobachtet werden konnte, die einer bekannten Landmarke zugeordnet werden kann. Beispielsweise kann das Verfahren vorteilhaft angewandt werden, wenn die Position des Fahrzeugs zunächst nur mittels eines Odometers, einer Positioniereinrichtung oder einer Kombination aus beiden bestimmt werden konnte, sodass ein absoluter Fehler -je nach Navigationssystem, Anzahl oder geometrischer Verteilung von Navigationssendern, Rauschen oder Multipath - in einem Bereich von mehreren Metern liegt.
Als Straßenbegrenzung kann eine linienförmige Landmarke bezeichnet werden, die sich im Wesentlichen entlang der Fahrstraße erstreckt und die einen befahrbaren Bereich einer Fahrstraße, auf der sich das Fahrzeug befindet, seitlich begrenzt. Die Straßenbegrenzung kann beispielsweise auf der Basis einer Leitplanke, eines Bordsteins oder einer Grasnarbe bestimmt werden. Eine Straßenmarkierung, üblicherweise in Form einer hellen oder reflektierenden Linie auf einem dunkleren Untergrund, gehört üblicherweise einer anderen Klasse von Landmarken als die Straßenbegrenzungen an.
Eine dritte Klasse, der eine Fahrspurmarkierung der Fahrstraße zugeordnet ist, kann eine geringere Eindeutigkeit als die erste und die zweite Klasse aufweisen. Unterschiedliche Fahrspurmarkierungen können relativ nahe aneinander liegen, sodass eine Verwechslung wahrscheinlicher ist als die rechter oder linker Fahrbahnbegrenzungen. Dementsprechend werden Fahrspurmarkierungen bevorzugt erst berücksichtigt, wenn Fahrbahnbegrenzungen bereits berücksichtigt worden sind. Eine falsche Anpassung der Lage der Trajektorie kann verbessert vermieden werden.
Eine Klasse, der eine punktförmige Landmarke im Umfeld des Fahrzeugs zugeordnet ist, kann eine höhere Eindeutigkeit als die erste und die zweite Klasse aufweisen. Zu Beginn des Verfahrens kann bestimmt werden, dass keine der beobachteten Landmarken dieser Klasse zugeordnet werden kann, beispielsweise weil keine solchen Landmarken beobachtet wurden oder weil die beobachteten Landmarken nicht in dieser Klasse liegen. Eine bestimmte Landmarke dieser Klasse kann jedoch auch durch das Verfahren berücksichtigt werden.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird die Landmarke vom Fahrzeug aus erfasst. Darüber hinaus bevorzugt wird auch die Position der Landmarke relativ zum Fahrzeug im Fahrzeug bestimmt. Informationen über die Landmarke, insbesondere Sensorsignale, können lokal rasch vorverarbeitet werden, sodass ein Zwischenergebnis bestimmt werden kann, das kompakt und einfach zu handhaben sein kann.
Weiter bevorzugt werden die bestimmte Trajektorie und ein Hinweis auf eine erfasste Landmarke und ihre bestimmte Position relativ zum Fahrzeug an eine externe Stelle übermittelt, und die Position der Landmarke und die Lage der Trajektorie im geographischen System werden seitens der externen Stelle bestimmt. Optional können zusätzlich Rohdaten an die externe Stelle übermittelt werden, beispielsweise eine mittels eines GNSS bestimmte Position, ein Sensorwert eines odometrischen Sensors oder eine beobachtete Landmarke. Seitens der externen Stelle kann eine Vielzahl Landmarken bekannt sein und die externe Stelle kann eine größere Verarbeitungsleistung aufweisen als die Vorrichtung an Bord des Fahrzeugs.
Ein Fahrzeug ist dazu eingerichtet, auf einer Fahrstraße zu fahren. Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung für das Fahrzeug eine Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Trajektorie des Fahrzeugs; eine Abtasteinrichtung zur Erfassung wenigstens einer Landmarke in einer Umgebung des Fahrzeugs; und eine Verarbeitungseinrichtung. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, die erfassten Landmarken Klassen zuzuordnen, wobei jede Klasse eine andere Eindeutigkeit aufweist, und die Eindeutigkeit einer Klasse angibt, mit welcher Eindeutigkeit eine Landmarke der Klasse zu einer bekannten Landmarke korrespondiert; eine vorbestimmte Klasse zu wählen; (i) eine bekannte Landmarke zu bestimmen, die zu einer beobachteten Landmarke der gewählten Klasse korrespondiert; (ii) eine Lage der Trajektorie in einem vorbestimmten geographischen System auf der Basis von Positionen bestimmter beobachteter Landmarken relativ zum Fahrzeug, sowie Positionen jeweils korrespondierender Landmarken im geographischen System zu bestimmen; und (iii) eine Klasse mit einer geringeren Eindeutigkeit zu wählen und die Schritte (i) und (ii) zu wiederholen. Dabei weist eine erste Klasse, der eine rechte Straßenbegrenzung der Fahrstraße zugeordnet ist, eine andere Eindeutigkeit auf als eine zweite Klasse, der eine linke Straßenbegrenzung der Fahrstraße zugeordnet ist.
Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden oder umgekehrt.
Die Bestimmungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Trajektorie auf der Basis einer bestimmten Position des Fahrzeugs im geographischen System und einer bestimmten Bewegung des Fahrzeugs zu bestimmen. Beide Bestimmungen können Fehlern unterworfen sein. Die Bestimmungseinrichtung kann insbesondere einen Empfänger eines radiobasierten Navigationssystems umfassen. Das Navigationssystem ist weiter bevorzugt satellitengestützt und weltumspannend. Die Bestimmungseinrichtung kann außerdem einen am Fahrzeug angebrachten Inertialsensor, ein visuelles Odometer und/oder einen Drehsensor für ein Rad des Fahrzeugs umfassen. Das Rad kann auf der Fahrstraße rollen, während das Fahrzeug auf der Fahrstraße fährt. Der Drehsensor kann als Odometer verwendet werden, der Informationen über eine gefahrene Strecke bereitstellt. Insbesondere eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs kann auf der Basis von Signalen eines Drehsensors bestimmt werden. Es können auch Drehsensoren an mehreren Rädern des Fahrzeugs verwendet werden, um zusätzlich eine Fahrtrichtungsänderung zu bestimmen. Für die Bestimmung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs kann auch ein Lenkwinkel des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Die Bestimmungseinrichtung kann auch eine Kamera zur visuellen Odometrie umfassen. Eine Ausrichtung oder Ausrichtungsänderung des Fahrzeugs gegenüber der Umgebung kann so genau und schnell bestimmt werden. Ein visuelles Odometer kann mit einer Kamera zur Abtastung der Umgebung integriert ausgebildet sein.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine hierin beschriebe Vorrichtung.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung umfasst ein System eine hierin beschriebene Vorrichtung, optional einschließlich eines Fahrzeugs, und eine zum Fahrzeug externe Stelle; wobei die Vorrichtung und die Stelle drahtlos kommunikativ miteinander verbunden sind. Dabei ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, die bestimmte Trajektorie und einen Hinweis auf eine erfasste Landmarke und deren bestimmte Position relativ zum Fahrzeug an die externe Stelle zu übermitteln; und die Stelle ist dazu eingerichtet, eine Position der Landmarke und die Lage der Trajektorie im geographischen System zu bestimmen.
Die unterschiedlichen Aspekte der Erfindung beschreiben bevorzugte Implementationsweisen. Merkmale oder Vorteile des Systems, des Fahrzeugs, der Vorrichtung oder des Verfahrens können untereinander übertragen werden.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:

1 ein System;
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens; und
3 beispielhafte Situationen eines Kraftfahrzeugs

In der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird von Straßenverkehr ausgegangen, in dem jeder Verkehrsteilnehmer auf der für ihn rechten Straßenseite fährt; diese Konstellation ist als Rechtsverkehr bekannt. Die Erfindung ist jedoch in entsprechender Weise auch im Linksverkehr einsetzbar.
1 zeigt ein System 100, das ein Fahrzeug 105 mit einer Vorrichtung 110 und eine außerhalb des Fahrzeugs 105 angebrachte externe Stelle 115 umfasst. Das Fahrzeug 105 umfasst bevorzugt ein Landfahrzeug, weiter bevorzugt ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen. Das Fahrzeug 105 ist dazu eingerichtet, auf einer Fahrstraße 120 zu fahren. In einem Umfeld des Fahrzeugs 105 können verschiedene Landmarken 125 beobachtet werden, die in unterschiedliche Klassen 130 eingeteilt werden können.
Stellvertretend für eine Landmarke 125 einer ersten Klasse 130.1 ist eine Punktlandmarke dargestellt, die hier beispielhaft als Verkehrsschild repräsentiert ist. Stellvertretend für eine Landmarke 125 einer zweiten Klasse 130.2 ist eine rechte Straßenbegrenzung dargestellt, die eine rechte Begrenzung eines befahrbaren Bereichs der Fahrstraße 120 repräsentieren kann. Stellvertretend für eine Landmarke 125 einer dritten Klasse 130.3 ist eine linke Straßenbegrenzung dargestellt, die eine linke Begrenzung eines befahrbaren Bereichs der Fahrstraße 120 repräsentieren kann. Die rechte und linke Straßenbegrenzung 130.2, 130.3 wird vorliegend beispielhaft jeweils durch eine Kante einer angedeuteten Grasnarbe gebildet. Stellvertretend für eine Landmarke 125 einer vierten Klasse 130.4 ist eine Straßenmarkierung dargestellt, die insbesondere eine durchgezogene oder unterbrochene Linie auf der Fahrstraße 120 umfassen kann. Es können auch andere Klassen 130.1 - 130.4 für die von Landmarken 125 gebildet sein. Üblicherweise sind Landmarken 125 unterschiedlicher Klassen 130.1 - 130.4 unterschiedliche Eindeutigkeiten zugeordnet, mit der eine Zuordnung einer beobachteten Landmarke 125 erfolgen kann, wie unten noch genauer beschrieben ist.
Die Vorrichtung 110 umfasst einen Sensor 135, eine Verarbeitungseinrichtung 140 und optional eine bevorzugt drahtlose Schnittstelle 145. Weiter optional kann ein Positionssensor 150 zur Bestimmung einer geographischen Position des Fahrzeugs 105 vorgesehen sein. Eine geographische Position kann in einem geographischen System angegeben werden, das bezüglich der Erde festgelegt ist. Ein übliches geographisches System, das häufig auch von satellitengestützten Navigationssystemen verwendet wird, ist WGS84. Der Positionssensor 150 kann absolut arbeiten, beispielsweise in Form eines Empfängers eines satellitengestützen Navigationssystems wie GALILEO, GPS oder GLONASS, oder relativ, insbesondere als Inertialsensor oder Drehsensor für ein Rad des Fahrzeugs 105. Sensorsignale verschiedener Sensoren 150 können miteinander verknüpft oder fusioniert werden, um einen Bewegungsparameter des Fahrzeugs 105 zu bestimmen. Beispielsweise kann eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 105 auf der Basis von absoluten Bestimmungen eines Positionssensors 150 und relativen Bestimmungen eines oder mehrerer Raddrehsensoren 150 bestimmt werden.
Der Sensor 135 ist dazu eingerichtet, einen Bereich um das Fahrzeug 105, insbesondere vor, hinter oder neben dem Fahrzeug 105, abzutasten und wenigstens eine Landmarke 135 zu erfassen. Der Sensor 135 arbeitet bevorzugt berührungslos, beispielsweise mittels Licht, Radar oder LiDAR. Eine Position 160 einer Landmarke 125 kann auf der Basis einer Abtastergebnisses des Sensors 135 und einer Position 160 oder Pose des Fahrzeugs 105 zum gleichen Zeitpunkt bestimmt werden. Eine Pose entspricht einer Kombination aus einer Position und einer Ausrichtung des Fahrzeugs 105. Die Position und die Ausrichtung können jeweils bezüglich drei Raumachsen angegeben sein, sodass eine Pose insgesamt sechs Angaben umfassen kann. So kann eine Position der Landmarke 125 beispielsweise als Richtung und Entfernung relativ zum Fahrzeug 105 bestimmt werden.
Eine mittels des Sensors 135 erfasste Landmarke 125 kann beispielsweise durch die Verarbeitungseinrichtung 140 und weiter beispielsweise mittels eines künstlichen neuronalen Netzwerks erkannt werden. Abgetastete Informationen können beispielsweise eine Farbe oder eine Form der Landmarke 125 umfassen. Die Landmarke 125 kann klassifiziert werden, im vorliegenden Beispiel zwischen den Klassen 130.1, 130.2 und 130.3. Andere oder weitere Klassen sind ebenfalls möglich. Ferner können abgetastete oder semantische Informationen der Landmarke 125 bestimmt werden. Semantische Informationen können insbesondere einen Bedeutungsgehalt umfassen, also beispielsweise eine juristische Implikation eines Verkehrsschilds oder ein auf einem Hinweisschild angegebener geographischer Ort.
Eine Trajektorie 155 des Fahrzeugs 105 kann auf der Basis einzelner Positionen 160 des Fahrzeugs 105 zu unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmt werden. Zur Bestimmung der Trajektorie 155 können eine oder mehrere absolute geographische Positionen und/oder eine relative Bewegung des Fahrzeugs 105 mittels der Positioniereinrichtung 150 bestimmt werden. Beide Bestimmungen können miteinander verarbeitet werden, etwa mittels eines SLAM-Algorithmus (Simultaneous Localisation And Mapping), insbesondere eines Graph-SLAM Algorithmus.
Die Verarbeitungseinrichtung 140 ist bevorzugt dazu eingerichtet, die Trajektorie 155 oder die Posen 160 zusammen mit einer beobachteten Landmarke 125 mittels der Schnittstelle 145 an die externe Stelle 115 zu übermitteln. In einer weiteren Ausführungsform kann eine Funktion der Stelle 115 aber im Wesentlichen auch durch die Verarbeitungseinrichtung 140 erbracht werden oder es können weitgehend oder vollständig unverarbeitete Sensordaten vom Fahrzeug 105 an die externe Stelle 115 übertragen werden. Die Stelle 115 umfasst eine insbesondere drahtlose Schnittstelle 170 zur Kommunikation mit dem Fahrzeug 105, eine Verarbeitungseinrichtung 165 und optional eine Speichervorrichtung 175.
Die Stelle 115 ist bevorzugt dazu eingerichtet, eine Lage der empfangenen Trajektorie 155 in der geographischen Umgebung des Fahrzeugs 105 zu bestimmen. Die empfangene Trajektorie 155 kann signifikante Fehler aufweisen, da beispielsweise eine seitens des Fahrzeugs 105 bestimmte absolute Position um mehrere Meter verschoben und eine bestimmte Bewegung in ihrer Orientierung oder Ausrichtung zum Umfeld um mehrere Grad verdreht sein kann. Die Lage der Trajektorie 155 kann bestimmt werden, indem als weitere Informationsquelle eine vom Fahrzeug 105 aus beobachtete Landmarke 125 berücksichtigt wird. Ist die geographische Position der Landmarke 125 bekannt, so kann ein Fehler in der bestimmten Trajektorie 155 kompensiert werden.
Ist die Trajektorie 155 ausreichend genau bestimmt, so können Informationen des Fahrzeugs 105 dazu verwendet werden, eine bestehende Datenbasis zu verbessern. Insbesondere kann eine Karte 180 auf Aktualität überprüft, erstellt oder mit Informationen angereichert werden, die beispielsweise einen genauen Verlauf der Fahrstraße 120 oder einer Fahrspur, die Position einer bekannten Landmarke 125 oder die Position einer neuen Landmarke 125 betreffen. Auch eine bestimmte Klassifikation oder eine semantische Information einer vom Fahrzeug 105 aus beobachteten Landmarke 125 können in der Karte 180 abgelegt werden.
Die Karte 180 kann zur Navigation der Steuerung eines weiteren Fahrzeugs 105 verwendet werden, das sich vom dargestellten Fahrzeug 105 unterscheiden und zum automatisierten oder autonomen Fahren eingerichtet sein kann. Dazu kann die Karte 180 oder eine die Karte 180 betreffende Aktualisierungsinformation an das zu navigierende oder zu steuernde Fahrzeug 105 übertragen werden.
Die Bestimmung der Lage der Trajektorie 155 im geographischen System funktioniert allgemein gut, sobald ausreichend viele Informationen miteinander in Einklang gebracht werden können. Eine inkorrekte oder ungenaue Information kann dann leicht erkannt und isoliert werden, sodass sie die Genauigkeit der bestimmten Trajektorie 155 nur noch wenig oder gar nicht mehr verschlechtert. Diese Informationen betreffen insbesondere vom Fahrzeug 105 aus beobachtbare Landmarken 125.
In einer unvorteilhaften Situation, beispielsweise zu Beginn der Bestimmung der Trajektorie 155 des Fahrzeugs 105, können noch keine belastbaren Informationen aus dem Umfeld des Fahrzeugs 105 bekannt sein. Werden alle dann beobachtbaren Landmarken 125 gleichzeitig zur Bestimmung der tatsächlichen Lage der Trajektorie 155 verwendet, so kann eine falsch erkannte oder falsch zugeordnete Landmarke 125 die Bestimmung stark verschlechtern.
Es wird vorgeschlagen, Landmarken 125 unterschiedlicher Klassen in einer vorbestimmten Reihenfolge absteigender Eindeutigkeit für die Bestimmung der Lage der Trajektorie 155 zu berücksichtigen, sodass zunächst nur eine mit hoher Sicherheit bestimmte Landmarke einer ersten Klasse 130.1, später eine mit weniger hoher Sicherheit bestimmte Landmarke einer zweiten Klasse 130.2 berücksichtigt wird und so weiter. Von einer Klasse zur nächsten kann jeweils übergegangen werden, wenn eine Genauigkeit oder Bestimmungssicherheit der bestimmten Lage der Trajektorie 155 einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Insbesondere wird vorgeschlagen, eine linke und eine rechte Straßenbegrenzung unterschiedlich zu behandeln. Beobachtete Landmarken 125 einer Klasse 130, für die keine Landmarken 125 bekannt sind, können verworfen werden. Sind keine Landmarken 125 der ersten Klasse 130.1 bekannt, so kann mit der Behandlung von beobachteten Landmarken 125 der zweiten Klasse 130.2 begonnen werden.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Bestimmen von Landmarken 125. Das Verfahren 200 kann insbesondere mittels eines Systems 100 ausgeführt werden. Beispielsweise kann ein Teil des Verfahrens 200, der oberhalb einer horizontalen, unterbrochenen Linie dargestellt ist, an Bord des Fahrzeugs 105 und insbesondere durch die Vorrichtung 110 ausgeführt werden, und ein Teil, der unterhalb der Linie dargestellt ist, durch die externe Stelle 115. Andere Aufteilungen als die dargestellte sind auch möglich. In einer Ausführungsform werden alle Schritte des Verfahrens 200 mittels derselben Vorrichtung 110, 115 ausgeführt.
In einem Schritt 205 kann eine Relativbewegung des Fahrzeugs 105 zwischen vorbestimmten Zeitpunkten bestimmt werden. Dazu können insbesondere ein odometrischer Sensor 150 wie ein Raddrehzahlsensor, ein visuelles Odometer oder ein Inertialsensor verwendet werden. In einem Schritt 210 kann eine absolute Position des Fahrzeugs 105 bestimmt werden, beispielsweise mittels eines Empfängers 180 eines radiobasierten, insbesondere satellitenbasierten Navigationssystems. In einem Schritt 215 können die bestimmten Informationen beziehungsweise Messwerte miteinander fusioniert werden, um eine Abfolge von Positionen oder Posen 160 zu den Zeitpunkten zu ergeben. Diese Abfolge kann einer Trajektorie 155 des Fahrzeugs 105 entsprechen.
In einem Schritt 220 kann eine Landmarke 125 im Umfeld des Fahrzeugs 105 beobachtet werden. Die Landmarke 125 kann erkannt und ihre Position bezüglich des Fahrzeugs 105 kann bestimmt werden. Zur Bestimmung kann eine zuvor bestimmte Position oder Trajektorie 155 des Fahrzeugs 105 verwendet werden, wie durch die unterbrochene Linie in 2 angedeutet ist.
In einem Schritt 225, der alternativ an Bord des Fahrzeugs 105 oder seitens der externen Stelle ausgeführt wird, kann eine beobachtete Landmarke 125 einer von mehreren Klassen 130.1 - 130.4 zugeordnet werden. Einer Klasse 130 sind üblicherweise gleichartige Landmarken 125 zugeordnet, also Landmarken 125, die eine vorbestimmte strukturelle oder semantische Ähnlichkeit zueinander aufweisen. Eine strukturelle Information kann etwa eine geometrische Beschaffenheit betreffen, eine semantische Information einen Sinngehalt der Landmarke 125, beispielsweise die Höhe eines Geschwindigkeitslimits, falls es sich bei der Landmarke 125 um ein Verkehrsschild zur Beschränkung der Geschwindigkeit handelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform können Klassen 130.1 mit Punktlandmarken, 130.2 mit rechten Straßenbegrenzungen, 130.3 mit linken Straßenbegrenzungen und 130.4 und mit Fahrbahnmarkierungen vorgesehen sein. Die genannten Klassen 130 haben in der genannten Reihenfolge absteigende Eindeutigkeiten. Die Eindeutigkeit einer Klasse 130 gibt an, welche Eindeutigkeit eine von ihr umfasste Landmarke 125 üblicherweise hat. Eine Landmarke 125 mit einer hohen Eindeutigkeit kann gut erkannt, beziehungsweise mit einer hohen Wahrscheinlichkeit korrekt einer bekannten Landmarke 125 zugeordnet werden. Beispielsweise finden sich in der Klasse 130.2 üblicherweise Landmarken 125, die jeweils mit einer höheren Wahrscheinlichkeit korrekt einer bekannten Landmarke 125 zugeordnet werden können als Landmarken 125 der Klasse 130.3.
In einem Schritt 230 kann eine Klasse mit einer vorbestimmten Eindeutigkeit 130 gewählt werden. Sind keine Landmarken 125 der gewählten Klasse 130 in der Karte 180 vermerkt, so kann die Klasse 130 mit der nächst geringeren Eindeutigkeit gewählt werden. Umfasst die Karte 180 beispielsweise keine Landmarken 125 der ersten Klasse 130.1 der punktförmigen Landmarken 125, so kann die Eindeutigkeit der zweiten Klasse 130.2 gewählt werden, die rechte Fahrbahnbegrenzungen umfasst, falls sich das Fahrzeug auf einer Fahrstraße 120 mit Rechtsverkehr befindet.
In einem Schritt 235 kann eine beobachtete Landmarke 125, der gewählten Klasse 130 einer bekannten Landmarke 125 zugeordnet werden. Die bekannte Landmarke 125 kann beispielsweise in der Karte 180 vermerkt sein und eine Position der Landmarke 125 in einem vorbestimmten geographischen System umfassen. Bevorzugt werden mehreren, möglichst allen beobachteten Ladmarken 125 dieser Klasse bekannte Landmarken 125 der Karte 180 zugeordnet.
In einem Schritt 240 kann eine Lage der Trajektorie 155 im geographischen System bestimmt oder eine bereits bestimmte Lage verbessert werden. Anschließend kann in einem Schritt 245 eine Klasse 130 mit einer geringeren Eindeutigkeit gewählt werden. Liegen keine beobachtete Landmarken 125 vor, die einer Klasse 130 der neu gewählten Eindeutigkeit zugeordnet sind, so kann eine Klasse 130 mit der nächst niedrigeren Eindeutigkeit gewählt werden. Ist diese nicht definiert, so kann das Verfahren 200 beendet werden. Andernfalls kann zum Schritt 235 zurück verzweigt werden.
3 zeigt eine beispielhafte Situation eines Kraftfahrzeugs 105, das auf einer Fahrstraße 120 fährt. Die Fahrstraße 120 umfasst zwei Fahrspuren 302, die in einer ersten Fahrtrichtung 305 verlaufen (in der Darstellung von links nach rechts), und zwei weitere Fahrspuren 304, die in einer zweiten Fahrtrichtung 310 verlaufen (in der Darstellung von rechts nach links). Die Fahrtrichtungen 305, 310 sind einander entgegengesetzt. Beispielhaft wird von Rechtsverkehr ausgegangen. In der ersten Fahrtrichtung 305 fährt das Fahrzeug 105 auf einer der Fahrspuren 302 in der Darstellung von links nach rechts. Der Übersichtlichkeit halber ist das Fahrzeug 105 nur in 3a dargestellt. Die Fahrspuren 302 der ersten Fahrtrichtung 305 sind links mit einer Straßenbegrenzung L1 und rechts mit einer Straßenbegrenzung R1 begrenzt; in entsprechender Weise sind die Fahrspuren 304 der zweiten Fahrtrichtung 310 links mit einer Straßenbegrenzung L2 und rechts mit einer Straßenbegrenzung R2 begrenzt. Linke und rechte Straßenbegrenzungen L, R sind dabei jeweils mit Bezug auf die Fahrtrichtungen 305, 310 angegeben. Die Fahrspurbegrenzungen L1, L2, R1, R2 ergeben sich üblicherweise als Begrenzungen eines befahrbaren Bereichs der Fahrstraße 120 und können beispielsweise jeweils am Rand einer Grasnarbe gebildet sein (vgl. 1). Fahrspuren 302 und 304 in den Fahrtrichtungen 305 und 310 sind jeweils mittels Fahrspurmarkierungen M auf einem Untergrund markiert. Weitere Fahrspurmarkierungen M sind ebenfalls möglich.
Eine Trajektorie 315 des Fahrzeugs 105 ist mittels eines bordeigenen Sensors 135 bestimmt worden. Eine tatsächliche Trajektorie 320, die auch wahre Trajektorie oder „ground truth“ genannt werden kann, ist zu Orientierungszwecken eingezeichnet. Die tatsächliche Trajektorie 320 ist üblicherweise an sich nicht messbar, jedoch kann versucht werden, die bestimmte Trajektorie 315 so weit wie möglich an die tatsächliche Trajektorie 320 anzunähern. Dazu wird ein iterativer Ansatz vorgeschlagen, bei dem nacheinander Landmarken 125 sinkender Eindeutigkeiten berücksichtigt werden. Dazu soll die Lage der Trajektorie 320 nacheinander bezüglich Landmarken 125 verschiedener Klassen 130 bestimmt werden, wobei sich Klassen 130 gleichartige Landmarken 125 umfassen, und übliche Eindeutigkeiten der Landmarken 125 zwischen den Klassen 130 unterschiedlich sind.
In 3b sind als Landmarken 125 Abschnitte der rechten Straßenbegrenzung R1 erfasst worden. Zu jedem Abschnitt ist eine Position relativ zum Fahrzeug 105 bestimmt. Jedem Abschnitt wurde ein korrespondierender Abschnitt zugeordnet, dessen absolute Position bekannt ist. Die Lage der bestimmten Trajektorie 315 ist auf der Basis der relativen und der absoluten Positionen der Abschnitte der rechten Straßenbegrenzung R1 bestimmt und die bestimmte Trajektorie 315 wurde angepasst. Es ist zu sehen, dass die Lage der angepassten Trajektorie 315 bereits wesentliche näher an der tatsächlichen Trajektorie 320 liegt als zuvor in 3a.
In 3c sind als Landmarken 125 Abschnitte der linken Straßenbegrenzung L1 erfasst worden. Den Abschnitten wurden relative Positionen zugeordnet; absolute Positionen von dazu korrespondierenden, bekannten Abschnitten wurden bestimmt. Dann wurde die bestimmte Trajektorie 315 zusätzlich auf der Basis der relativen und absoluten Positionen der Abschnitte der linken Straßenbegrenzung L1 angepasst. Durch diese Anpassung konnte die bestimmte Trajektorie 315 weiter an die tatsächliche Trajektorie 320 angenähert werden.
In 3d sind als Landmarken 125 Abschnitte der Straßenmarkierung M erfasst worden. Nach entsprechender Bestimmung von relativen und absoluten Positionen der Abschnitte wurde die bestimmte Trajektorie 315 weiter zusätzlich auf der Basis der relativen und absoluten Positionen der Abschnitte der Straßenmarkierung M angepasst. Es ist zu sehen, dass eine Abweichung der bestimmten Trajektorie 315 von der tatsächlichen Trajektorie 320 sehr gering ist. Diese Abweichung kann in der Praxis in einem Bereich von einigen Zentimetern bis wenigen Dezimetern liegen.
Bezugszeichenliste

100: System
105: Kraftfahrzeug
110: Vorrichtung
115: externe Stelle
120: Fahrstraße
125: Landmarke
130: Klasse
130.1: erste Klasse
130.2: zweite Klasse
130.3: dritte Klasse
130.4: vierte Klasse
135: Sensor
140: Verarbeitungseinrichtung
145: Schnittstelle
150: Positioniereinrichtung
155: Trajektorie
160: Position oder Pose
165: Schnittstelle
170: Verarbeitungseinrichtung
175: Speichervorrichtung
180: Karte
200: Verfahren
205: Bestimmen relative Position
210: Bestimmen absolute Position
215: Bestimmen Trajektorie
220: Bestimmen Sichtung
225: Landmarke klassifizieren
230: Ausschlusskriterium prüfen, Landmarke zuordnen
235: Bestimmen korrespondierender Landmarke
240: Lage Trajektorie bestimmen / verbessern
245: vorbestimmte Eindeutigkeit verringern
L1: linke Straßenbegrenzung der ersten Fahrspur
R1: rechte Straßenbegrenzung der ersten Fahrspur
L2: linke Straßenbegrenzung der zweiten Fahrspur
R2: rechte Straßenbegrenzung der zweiten Fahrspur
M: Fahrspurmarkierung
302: erste Fahrspur
304: zweite Fahrspur
305: erste Fahrtrichtung
310: zweite Fahrtrichtung
315: bestimmte Trajektorie
320: tatsächliche Trajektorie
325: erste bestimmte Landmarke (R1)
330: zweite bestimmte Landmarke (L1)
335: dritte bestimmte Landmarke (M)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013208521 A1 [0003]

Claims

Verfahren (200), folgende Schritte umfassend: - Bestimmen (215) einer Trajektorie (115) eines Fahrzeugs (105), das auf einer Fahrstraße (120) fährt; - Erfassen (220) von Landmarken (125) in einer Umgebung des Fahrzeugs (105); - Zuordnen (225) der Landmarken (125) an Klassen (130), wobei jede Klasse (130) gleichartige Landmarken (125) umfasst; - wobei die Klassen (130) verschiedene Eindeutigkeiten aufweisen, und die Eindeutigkeit einer Klasse (130) angibt, mit welcher Eindeutigkeit eine Landmarke (125) der Klasse (130) üblicherweise zu einer bekannten Landmarke (125) korrespondiert; - Wählen (230) einer der Klassen (130); - (i) Bestimmen (235) einer bekannten Landmarke (125), die zu einer beobachteten Landmarke (125) der gewählten Klasse (130) korrespondiert; - (ii) Bestimmen (240) einer Lage der Trajektorie (115) in einem vorbestimmten geographischen System auf der Basis von Positionen bestimmter beobachteter Landmarken (125) relativ zum Fahrzeug (105), sowie Positionen jeweils korrespondierender Landmarken (125) im geographischen System; und - (iii) Wählen (245) einer Klasse (130) mit einer geringeren Eindeutigkeit und Wiederholen der Schritte (i) und (ii); - dadurch gekennzeichnet, dass - eine erste Klasse (130), der eine rechte Straßenbegrenzung (R1) der Fahrstraße (120) zugeordnet ist, eine andere Eindeutigkeit aufweist als eine zweite Klasse (130), der eine linke Straßenbegrenzung (L1) der Fahrstraße (120) zugeordnet ist.
Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei die erste Klasse (130) eine höhere Eindeutigkeit als die zweite Klasse (130) aufweist, falls auf der Fahrstraße (120) Rechtsverkehr herrscht.
Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine dritte Klasse (130), der eine Fahrspurmarkierung der Fahrstraße (120) zugeordnet ist, eine geringere Eindeutigkeit als die erste und die zweite Klasse (130) aufweist.
Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Klasse (130), der eine punktförmige Landmarke (125) im Umfeld des Fahrzeugs (105) zugeordnet ist, eine höhere Eindeutigkeit als die erste und die zweite Klasse (130) aufweist.
Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Landmarke (125) vom Fahrzeug (105) aus erfasst wird.
Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die bestimmte Trajektorie (115) und ein Hinweis auf eine erfasste Landmarke (125) und ihre bestimmte Position relativ zum Fahrzeug (105) an eine externe Stelle übermittelt werden, und die Position der Landmarke (125) und die Lage der Trajektorie (115) im geographischen System seitens der externen Stelle bestimmt werden.
Vorrichtung (110) für ein Fahrzeug (105), das dazu eingerichtet ist, auf einer Fahrstraße (120) zu fahren, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: - eine Bestimmungseinrichtung (150) zur Bestimmung einer Trajektorie (115) des Fahrzeugs (105); - eine Abtasteinrichtung (135) zur Erfassung wenigstens einer Landmarke (125) in einer Umgebung des Fahrzeugs (105); und - eine Verarbeitungseinrichtung (140), die dazu eingerichtet ist: - die erfassten Landmarken (125) Klassen (130) zuzuordnen, wobei jede Klasse (130) eine andere Eindeutigkeit aufweist, und die Eindeutigkeit einer Klasse (130) angibt, mit welcher Eindeutigkeit eine Landmarke (125) der Klasse (130) üblicherweise zu einer bekannten Landmarke (125) korrespondiert;; - eine vorbestimmte Klasse (130) zu wählen; - (i) eine bekannte Landmarke (125) zu bestimmen, die zu einer beobachteten Landmarke (125) der gewählten Klasse (130) korrespondiert; - (ii) eine Lage der Trajektorie (115) in einem vorbestimmten geographischen System auf der Basis von Positionen bestimmter beobachteter Landmarken (125) relativ zum Fahrzeug (105), sowie Positionen jeweils korrespondierender Landmarken (125) im geographischen System zu bestimmen; und - (iii) eine Klasse (130) mit einer geringeren Eindeutigkeit zu wählen und die Schritte (i) und (ii) zu wiederholen; - wobei eine erste Klasse (130), der eine rechte Straßenbegrenzung (R1) der Fahrstraße (120) zugeordnet ist, eine andere Eindeutigkeit aufweist als eine zweite Klasse (130), der eine linke Straßenbegrenzung (L1) der Fahrstraße (120) zugeordnet ist.
Vorrichtung (110) nach Anspruch 7, wobei die Bestimmungseinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, die Trajektorie (115) auf der Basis einer bestimmten Position des Fahrzeugs (105) im geographischen System und einer bestimmten Bewegung des Fahrzeugs (105) zu bestimmen.
Vorrichtung (110) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Bestimmungseinrichtung (150) einen Empfänger eines radiobasierten Navigationssystems umfasst.
Vorrichtung (110) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Bestimmungseinrichtung (150) einen am Fahrzeug (105) angebrachten Inertialsensor, ein visuelles Odometer und/oder einen Drehsensor für ein Rad des Fahrzeugs (105) umfasst.
Fahrzeug (105), umfassend eine Vorrichtung (110) nach einem der Ansprüche 7 bis 10.
System (100), umfassend eine Vorrichtung (110) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 und eine zum Fahrzeug (105) externe Stelle; wobei die Vorrichtung (110) und die Stelle (115) drahtlos kommunikativ miteinander verbunden sind; wobei die Vorrichtung (110) dazu eingerichtet ist, die bestimmte Trajektorie (155) und einen Hinweis auf eine erfasste Landmarke (125) und deren bestimmte Position relativ zum Fahrzeug (105) an die externe Stelle zu übermitteln; und wobei die Stelle dazu eingerichtet ist, eine Position der Landmarke (125) und die Lage der Trajektorie (115) im geographischen System zu bestimmen.