DE102004028404A1 - Verfahren zur Schätzung des Verlaufs einer Fahrspur eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzung des Verlaufs einer Fahrspur eines Kraftfahrzeugs, wobei der Verlauf der Fahrspur durch eine Erkennung der Trajektorie eines in der Fahrspur vorausfahrenden Fahrzeugs erkannt wird, wobei der erkannte Verlauf der Trajektorie einer Filterung unterzogen wird, um den tatsächlichen Verlauf der Trajektorie zu erhalten, wobei der Verlauf der Trajektorie mittels wenigstens zweier unterschiedlicher Filter bewertet wird, wobei auf Grund des Ausgangs eines Filters Bewegungen des Fahrzeugs in lateraler Richtung in der Fahrspur gefiltert werden und wobei auf Grund des Ausgangs eines weiteren Filters Bewegungen des Fahrzeugs erkannt werden, die einem Spurwechsel entsprechen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzung des Verlaufs einer Fahrspur eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Aus der DE 197 49 086 C1 ist es bekannt, mittels eines Kalman-Filters als Schätzeinrichtung die Sensordaten einer optischen Fahrspurerkennung für den Nahbereich und einer Objekterkennungssensorik für weiter entfernt liegende Messobjekte zusammen zu führen, um daraus mittels eines Fahrzeugmodells abzuleiten, ob sich voraus befindliche Objekte in der Fahrspur befinden oder nicht.
• Es ist weiterhin aus dem Beitrag von Niehsen und Müller zum Fahrerassistenz-Workshop 2003 mit dem Titel "IMM-Tracking-Filter für Fahrerassistenzsysteme" bekannt, Mehrfiltersysteme einzusetzen zur Schätzung der lateralen Ablage eines Fahrzeuges. Damit können Querbeschleunigungen voraus fahrender Fahrzeuge in unterschiedlichen Größenordnungen erkannt werden.
• Aus der US-PS 6,643,588 B1 ist es bekannt, die Krümmung einer Kurve sowie die von voraus fahrenden Fahrzeugen benutzte Fahrspur zu erkennen, indem zu einer bestimmten Krümmung der Straße ausgewertet wird, ob sich der Winkel zwischen der Geradeausrichtung des Fahrzeugs und einem oder mehreren Zielfahrzeugen geändert hat. Es wird dabei ein Beispiel mit drei Zielfahrzeugen beschrieben. Wird dabei erkannt, dass sich der Winkel zu allen Zielfahrzeugen in gleicher Weise geändert hat, wird daraus abgeleitet, dass das eigene Fahrzeug die Fahrspur gewechselt hat. Wird erkannt, dass lediglich zu einem der Zielfahrzeuge eine Winkeländerung eingetreten ist, wird daraus abgeleitet, dass das jeweilige Zielfahrzeug die Fahrspur gewechselt hat. Weiterhin sind noch die geometrischen Verhältnisse beschrieben, dass sich von dem eigenen Fahrzeug zu einem Zielfahrzeug beim Spurwechsel des eigenen Fahrzeugs ein anderer Verlauf der Änderung des Winkels zwischen den Fahrzeugen ergibt als bei einem Spurwechsel des Zielfahrzeugs. Dies liegt darin begründet, dass sich im ersten Fall die Orientierung des eigenen Fahrzeugs zur Richtung der Fahrspur während des Spurwechselvorganges ändert und zwar in einer bestimmten Richtung beim Einleiten des Spurwechsels und in der entgegen gesetzten Richtung am Ende des Spurwechselvorganges. Das Auftreten dieser geometrischen Verhältnisse ist erläutert worden, ohne dass diese Charakteristik für die Erkennung und Unterscheidung des Spurwechsels des eigenen Fahrzeugs zu einem Spurwechsel des Zielfahrzeugs konkret beschrieben wäre. Das in der genannten Entgegenhaltung beschriebene Verfahren beruht darauf, dass die Kurve eine konstante Krümmung aufweist und dass sich zwischen zwei Messpunkten der Kurvenradius sowohl der von dem eigenen Fahrzeug befahrenen Strecke wie auch der von den Zielfahrzeugen befahrenen Strecke nicht ändert.
• Aus der DE 101 59 658 A1 ist es bekannt, einen Spurwechsel eines voraus fahrenden Fahrzeugs zu erkennen, wenn von dem voraus fahrenden Fahrzeug ein Fahrtrichtungsanzeigersignal erkannt wird.
• Aus der US-PS 6,675,094 B2 ist es bekannt, für ein Fahrzeug den Spurverlauf durch Auswertung der Wege voraus fahrender Fahrzeuge zu ermitteln. Zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition, dem Wegverlauf (Krümmungsradius) und für eine Vorhersage des weiteren Verlaufes ist bekannt, ein Kalman-Filter einzusetzen. Für den Wegverlauf des eigenen Fahrzeugs werden Sensorsignale ausgewertet. Es wird die Gierrate gemessen sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit. Aus diesen Größen wird der aktuelle Kurvenradius bestimmt. Das Kalman-Filter wird eingesetzt, um das Rauschsignal der Sensoren zu eliminieren sowie Peaks im Sensorsignal, die nicht mit dem Verlauf der Straße im Sinne der Anwendung von automatischen Fahrsystemen zu tun haben. Solche Peaks können beispielsweise bei Schlaglöchern, Bodenwellen oder ähnlichem auftreten. Im übrigen sollen auch bei der US-PS 6,675,094 B2 der Verlauf mehrerer voraus fahrender Fahrzeuge ausgewertet werden, um zum einen eine statistische Auswertung vornehmen zu können und zum anderen durch eine gleichsinnige Änderung der Position des eigenen Fahrzeugs zu einer Mehrzahl der anderen Fahrzeuge auf einen Spurwechsel schließen zu können.
• Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die Schätzung des Verlaufs einer Fahrspur zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst, indem der Verlauf der Trajektorie von wenigstens einem vorausfahrenden Fahrzeug mittels wenigstens zweier unterschiedlicher Filter bewertet wird, wobei auf Grund des Ausgangs eines Filters Bewegungen des Fahrzeugs in lateraler Richtung in der Fahrspur gefiltert werden und wobei auf Grund des Ausgangs eines weiteren Filters Bewegungen des Fahrzeugs erkannt werden, die einem Spurwechsel entsprechen.
• Es wird also mit dem Ausgang des einen Filters ein Signal gewonnen, das im weiteren verwendet wird, wenn kein Spurwechsel vorliegt. Dieses Signal, das mit einer größeren Zeitkonstanten gefiltert wurde, eliminiert Querbewegungen des Fahrzeugs in der Fahrspur durch die Filterung mit einer entsprechenden Zeitkonstanten.
• Mittels des Ausgangs des weiteren Filters wird erkannt, ob ein Spurwechsel vorliegt. Dazu weist dieses Filter eine kleinere Zeitkonstante auf, um die Dynamik, die bei einem Spurwechsel vorliegt mit zu erfassen. Vorteilhaft wird mit dem weiteren Filter auch unterschieden, ob es sich um eine Dynamik handelt, die letztlich doch dazu führt, dass das Fahrzeug in der Fahrspur bleibt, oder um dynamische Änderungen, die auf einen Wechsel der Fahrspur schließen lassen.
• Dies kann beispielsweise erfolgen, indem weiterhin neben dem Betrag der Quergeschwindigkeit ausgewertet wird, ob sich eine eindeutige Richtung erkennen lässt, die auf einen Spurwechsel schließen lässt. Somit kann eine Dynamik, die auf einen Spurwechsel zurückzuführen ist, von einer Dynamik unterschieden werden, die auf eine Hin- und Herbewegung in der Fahrspur zurückzuführen ist.
• Vorteilhaft zeigt sich also, dass mit der Einbeziehung des Verfahrens zur Auswertung der lateralen Ablage mittels eines Mehrfiltersystems in das Verfahren zur Schätzung des Spurverlaufs Fahrzeugmanöver wie beispielsweise Spurwechsel schnell und sicher erkannt werden können. Gegenüber der reinen Verwendung der Mehrfiltersysteme zeigt sich, dass vorteilhaft eine Anbindung an eine Spurerkennung gegeben ist, so dass die Auswertung der lateralen Ablage nicht für sich allein steht. Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, dass bei der Einbeziehung der Mehrfiltersysteme in das Verfahren zur Schätzung des Spurverlaufs Ungenauigkeiten bei den beschriebenen Mehrfiltersystemen vermieden werden können, die darauf beruhen, dass bei der reinen Auswertung der lateralen Ablage mittels der Mehrfiltersysteme die Eigenbewegung des Fahrzeugs vergleichsweise genau bekannt sein muss. Gerade bei größeren Distanzen zu anderen Fahrzeugen wirken sich hier entsprechende Ungenauigkeiten deutlich aus.
• Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 wird bei einem erkannten Spurwechsel auf Grund des Ausgangs des weiteren Filters dieser Spurwechsel bei der Erkennung der Fahrspur aus der Trajektorie dieses Fahrzeugs berücksichtigt.
• Bei einem erkannten Spurwechsel kann bei mehrspurigen Fahrbahnen die Trajektorie eines Fahrzeugs auch dann weiter für die Schätzung des Verlaufs der eigenen Fahrspur heran gezogen werden. Dies erweist sich immer dann als vorteilhaft, wenn nur eine begrenzte Zahl von Objekten zur entsprechenden Schätzung zur Verfügung steht. Dies ist beispielsweise bei einer geringen Verkehrsdichte der Fall oder auch bei ungünstigen Sicht- und Witterungsbedingungen, bei denen nur ein Teil der vorhanden Objekte erkannt werden kann.
• Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 3 werden die Positionsdaten mehrerer aufeinander folgender Messvorgänge gespeichert, wobei bei einem erkannten Spurwechsel für die Vergangenheit gespeicherte Positionsdaten mit geänderten Filterparametern neu bewertet werden, um den Verlauf der Fahrspur zu bestimmen.
• Dabei erweist es sich als vorteilhaft, dass bei der gesicherten Auswertung, dass ein Spurwechsel vorliegt, die bereits gewonnen Messdaten nochmals neu bewertet werden können, so dass die Messdaten, die durch den Spurwechsel beeinflusst worden sind, entsprechende Berücksichtigung finden bei der Schätzung des Verlaufs der Fahrspur.
• Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 4 werden auf Grund zurückliegend gemessener Daten Wahrscheinlichkeiten für einen Spurwechsel bzw. für ein Halten der Fahrspur mittels statistischer Methoden bestimmt.
• Dabei erweist es sich als vorteilhaft, dass aus den Ausgängen der Filter nicht exakt und abhängig vom Überschreiten bestimmter Grenzwerte auf einen Spurwechsel geschlossen werden muss. Es kann vielmehr auf Grund des typischen Verlaufs der lateralen Ablage sowie der Änderung der lateralen Ablage bei einem Spurwechsel in der Vergangenheit ein entsprechendes Muster gebildet werden. Sofern ein solches Muster wieder erkannt wird, kann mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit darauf geschlossen werden, dass ein Spurwechsel vorliegt. Vorteilhaft ist damit eine frühzeitige Erkennung eines Spurwechsels mit einer verbesserten Sicherheit möglich.
• In gewinnbringender Weise werden zur Bewertung des Verlaufs der Trajektorie anhand unterschiedlicher Filter zusätzlich Karteninformationen ausgewertet. Hierbei kann es sich um Karteninformationen handeln, welche bei modernen Kraftfahrzeugen von Navigationssystemen zur Verfügung gestellt werden. Gleichsam kann es sich bei den Karteninformationen um Informationen handeln, welche mittels einer fahrzeugexternen Kommunikationsverbindung abrufbar sind. Die Karteninformationen liefern hierbei Geometriedaten über den Fahrspurverlauf sowie die relative Position des Fahrzeugs zur Fahrspur.
• Weiterhin können in den Karteninformationen auch Objekte die zur Verkehrsinfrastruktur gehören, wie z.B. Verkehrsschilder, Ampeln, Fahrspurbegrenzungen usw. hinterlegt sein und im Rahmen der Bewertung des Verlaus der Trajektorie eines vorausfahrenden Fahrzeugs genutzt werden.
• Auch besteht die Möglichkeit, dass zur Bewertung des Verlaufs der Trajektorie von vorausfahrenden Fahrzeugen mehrere in der Umgebung des Fahrzeugs befindliche Objekte erkannt und ausgewertet werden. Hierzu zählen neben anderen Verkehrsteilnehmern beispielsweise Fahrspurmarkierungen, Fahrspurbegrenzungen, Verkehrsschilder. Falls keine Karteninformationen Vorhanden sind oder keine Informationen zu o.g. Objekten darin hinterlegt sind, ist es von großem Vorteil eine Sensorik mitzuführen, welche eine dreidimensionale Umgebungserfassung erlaubt, um den Abstand zu diesen Objekten zu ermitteln.
• Indem zur Bewertung des Verlaufs der Trajektorie Informationen mehrerer Sensoren fusioniert werden, kann die Genauigkeit der Schätzung erhöht werden. Zur Umgebungserfassung bei Fahrzeugen sind bereits eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren bekannt, z.B. Kameras, Radar-, Lidarsysteme und Laserscanner. In besonders gewinnbringender Weise können die damit gewonnen Umgebungsinformationen fusioniert werden und gemeinsam oder einzeln mit den Filtersystemen zur Bewertung des Verlaufs der Trajektorie herangezogen werden.
• Insgesamt wird durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung das Zeitverhalten sogenannter "ACC-Systeme" (Adaptive Cruise Control) verbessert, weil eine sicherere Erkennung des Verhaltens anderer Objekte ermöglicht wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Schätzung des Verlaufs einer Fahrspur eines Kraftfahrzeugs, wobei der Verlauf der Fahrspur durch eine Erkennung der Trajektorie wenigstens eines in der Fahrspur voraus fahrenden Fahrzeugs erkannt wird, wobei der erkannte Verlauf der Trajektorie einer Filterung unterzogen wird, um den tatsächlichen Verlauf der Trajektorie zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Trajektorie mittels wenigstens zweier unterschiedlicher Filter bewertet wird, wobei auf Grund des Ausgangs eines Filters Bewegungen des wenigstens einen Fahrzeugs in lateraler Richtung in der Fahrspur gefiltert werden und wobei auf Grund des Ausgangs eines weiteren Filters Bewegungen des wenigstens einen Fahrzeugs erkannt werden, die einem Spurwechsel entsprechen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem erkannten Spurwechsel auf Grund des Ausgangs des weiteren Filters dieser Spurwechsel bei der Erkennung der Fahrspur aus der Trajektorie dieses Fahrzeugs berücksichtigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsdaten mehrerer aufeinander folgender Messvorgänge gespeichert werden, wobei bei einem erkannten Spurwechsel für die Vergangenheit gespeicherte Positionsdaten mit geänderten Filterparametern neu bewertet werden, um den Verlauf der Fahrspur zu bestimmen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grund zurückliegend gemessener Daten Wahrscheinlichkeiten für einen Spurwechsel bzw. für ein Halten der Fahrspur mittels statistischer Methoden bestimmt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewertung des Verlaufs der Trajektorie zusätzlich Karteninformationen ausgewertet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewertung des Verlaufs der Trajektorie zusätzlich mehrere in der Umgebung des Fahrzeugs befindliche Objekte erkannt und ausgewertet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewertung des Verlaufs der Trajektorie Informationen mehrerer Sensoren fusioniert werden.