DE102018215448B3 - Method of estimating the geometry of a path of movement - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Schätzung der Geometrie eines Bewegungsweges eines Fortbewegungsmittels, bei dem Sensordaten mittels eines Sensors gesammelt werden und die Schätzung der Geometrie des Bewegungsweges anhand der Sensordaten erfolgt, wobei statische Ziele entlang des Bewegungsweges anhand der Sensordaten ermittelt werden, Ortspunkte für die jeweilige Position der Ziele und des Sensors festgelegt werden, ein Polygon anhand der Ortspunkte bestimmt wird und das Polygon zur Schätzung der Geometrie des Bewegungsweges herangezogen wird. Method for estimating the geometry of a movement path of a means of locating sensor data by means of a sensor and estimating the geometry of the path of movement based on the sensor data, determining static targets along the path of movement based on the sensor data, location points for the respective position of the targets and be determined by the sensor, a polygon is determined by the location points and the polygon is used to estimate the geometry of the movement path.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzung der Geometrie eines Bewegungsweges eines Fortbewegungsmittels, insbesondere eines Fahrzeugs, sowie ein System zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for estimating the geometry of a movement path of a means of locomotion, in particular of a vehicle, as well as a system for carrying out the method.
Technologischer HintergrundTechnological background
Das Erkennen und Abschätzung von Straßenkanten bzw. Straßengrenzen ist eine elementare Funktion in modernen Fahrerassistenzsystemen und wird z. B. bei einer automatischen Distanzregelung (ADR) bzw. Adaptive Cruise Control (ACC) oder einem Notbremsassistenten (EBA) eingesetzt, um die Trajektorie bzw. den Bewegungsweg des jeweiligen Fortbewegungsmittels bzw. Fahrzeugs zu schätzen.The recognition and estimation of road edges or road borders is an elementary function in modern driver assistance systems and z. B. in an automatic distance control (ADR) or Adaptive Cruise Control (ACC) or an emergency brake assist (EBA) used to estimate the trajectory or the path of movement of the respective means of transport or vehicle.
Der Straßengrenzverlauf wird dabei in der Regel in Form einer Klothoide ausgedrückt. Als Klothoide wird im modernen Straßenbau z. B. der Übergangsbogen zwischen einer Geraden und einer Krümmung bezeichnet. Der jeweilige Verlauf der Klothoide kann z. B. anhand von statischen Zielen bzw. Objekten geschätzt werden, die sich im Bereich der Straßengrenze befinden und mittels Radarmessungen detektiert wurden. Beispielsweise erfolgt eine derartige Schätzung der Straßengrenze anhand eines Kalman-Filters, der z. B. dazu dient, Fehler in realen Messwerten zu reduzieren und Schätzungen für nicht messbare Systemgrößen zu liefern.The road boundary is usually expressed in the form of a clothoid. As a clothoid in modern road construction z. B. the transition arc between a straight line and a curvature. The respective course of the clothoid can z. B. estimated using static targets or objects that are located in the area of the road boundary and were detected by radar measurements. For example, such an estimate of the road boundary is based on a Kalman filter, the z. For example, to reduce errors in real metrics and to provide estimates of non-measurable system sizes.
Der Filter zeichnet dabei für jeden Zyklus die Koeffizienten der Klothoide für die linke und rechte Straßenseite auf. Anschließend werden Suchbereiche durch die Vorhersage und der Einführung der Kovarianz des Kalman Filters gebildet, um die Region zu definieren, die für das bevorstehende Messungs-Update eines Zyklus interessant ist. Hierbei wird als Suchbereich die Region verstanden, in welchem der nachfolgende Zyklus nach Detektionen sucht in den beim nachfolgenden Zyklus bzw. Radarscan eine Detektion fällt, sodass dieser akzeptiert wird, um die Klothoidenparameter zu berechnen. Einzig statische Straßenziele, die zwischen diese Suchbereiche fallen, gelten als Straßengrenzziele für das bevorstehende Messungs-Update des Kalman-Filterprozesses. Diese Methode funktioniert sehr gut bei Szenarien mit relativ glatten Grenzkanten und Übergängen, wie sie z. B. auf Autobahnen vorhanden sind. Jedoch ist diese Methode sehr ungenau für hochdynamische Szenarien, wie z. B. eine Autobahnauffahrt oder Autobahnabfahrt, eine Fahrbahnverbreiterung oder Fahrbahnverengung und urbane Szenarien. Insbesondere weil es zu einer Überlappung der Suchbereiche kommen kann, zum Beispiel wenn das Fahrzeug in eine Kurve einfährt. Hierbei kann die Unsicherheit der Suchbereiche so groß werden, dass diese miteinander überlappen. Bei überlappenden Suchbereichen ist es in der Regel schwierig zu unterscheiden, ob die Ziele bzw. Objekte zu der linken oder rechten Fahrspur zugeordnet werden müssen. Daher wird der Straßenrand bzw. die Straßengrenze auf die überlappte Region geschätzt. Dies führt zu einer nur sehr kurzen Länge der Straßengrenzschätzung, die in der Regel nicht gewünscht ist.The filter records the coefficients of the clothoids for the left and right side of the road for each cycle. Subsequently, search ranges are formed by the prediction and introduction of the covariance of the Kalman filter to define the region that is interesting for the upcoming measurement update of a cycle. Here, the search range is understood as the region in which the subsequent cycle searches for detections in which a detection occurs during the subsequent cycle or radar scan, so that it is accepted in order to calculate the clothoid parameters. Only static road targets that fall between these search areas are considered road boundary targets for the upcoming measurement update of the Kalman filtering process. This method works very well in scenarios with relatively smooth boundary edges and transitions, such as those found in B. on highways are available. However, this method is very inaccurate for highly dynamic scenarios, such. As a motorway entrance or highway exit, a roadway widening or road constriction and urban scenarios. Especially because it can lead to an overlap of the search areas, for example, when the vehicle enters a curve. Here, the uncertainty of the search areas can become so large that they overlap each other. With overlapping search areas, it is usually difficult to distinguish whether the destinations or objects must be assigned to the left or right lane. Therefore, the roadside is estimated to be the overlapped region. This leads to a very short length of the road boundary estimation, which is usually not desired.
Ferner kann es zu einer größeren Latenz bei der Anpassung an veränderte Umgebungen kommen, indem es mehrere Zyklen benötigt, bis der Kalman-Filter eine Klothoide für die Straßengrenze berechnet hat. Dadurch kann es zu einer falschen Ausrichtung der Suchbereiche und somit einer Falschausrichtung der gesamten Klothoide kommen. Dadurch können Straßenbiegungen falsch abgeschätzt werden oder es können nicht vorhandene Straßenbiegungen als Straßenbiegungen ermittelt werden. Zudem können auch zu schmale Suchbereiche gebildet werden, sodass reale Ziele auf der Straßenseite fälschlicherweise als Ausreißer eingestuft werden. Dies führt zu einer ungenauen Abschätzung der Klothoide bzw. zu einer ungenauen Straßenbreitenschätzung. Im Rahmen von Straßenbauarbeiten bei denen Fahrspurseparatoren zum Einsatz kommen, kann es vorkommen, dass die Dichte der Zielreflexionen, die von Fahrspurseparatoren stammen, viel niedriger ist als die Dichte einer Leitplanke. Durch den Kalman-Filter kann dabei der falsche Eindruck entstehen, dass solche Ziele als Ausreißer einzustufen sind und somit nur gering gewichtet werden müssen, um den Straßengrenze zu bestimmen. Es kann sogar vorkommen, dass der Algorithmus die Leitplanke als Straßengrenze identifiziert anstatt als verengte Fahrbahnbreite durch Straßenarbeiten. Die Methode der Straßengrenzschätzung mittels Kalman-Filter besitzt somit ein gewisses Fehlerpotential, insbesondere in dynamischen Szenarien.Furthermore, there may be greater latency in adapting to changing environments, taking several cycles for the Kalman filter to calculate a roadside clothoid. This can lead to a wrong alignment of the search areas and thus a misalignment of the entire clothoid. As a result, road bends can be misjudged or non-existent road bends can be determined as road bends. In addition, too narrow search areas can be formed, so that real targets on the street side are wrongly classified as outliers. This leads to an inaccurate estimation of the clothoid or to an inaccurate road width estimation. In road construction work using lane separators, the density of target reflections from lane separators may be much lower than the density of a guardrail. The Kalman filter can give the wrong impression that such targets are to be classified as outliers and therefore only need to be weighted slightly to determine the road boundary. It may even happen that the algorithm identifies the guardrail as a road boundary rather than a narrowed lane width due to roadworks. The method of road boundary estimation using the Kalman filter thus has a certain potential for error, especially in dynamic scenarios.
Druckschriftlicher Stand der TechnikPrinted prior art
Aus der
Die
Aus der
Aufgabe der vorliegenden ErfindungObject of the present invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ausgehend vom Stand der Technik ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem die Schätzung der Geometrie des Bewegungsweges in einfacher und kostengünstiger Weise verbessert wird.The object of the present invention is to provide, starting from the prior art, a method in which the estimation of the geometry of the movement path is improved in a simple and cost-effective manner.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Die vorstehende Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Anspruchs 1 sowie des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.The above object is achieved by the entire teaching of
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Schätzung der Geometrie des Bewegungsweges eines Fortbewegungsmittels, insbesondere eines Fahrzeuges, werden Sensordaten mittels eines Sensors gesammelt, wobei die Schätzung der Geometrie des Bewegungsweges anhand der Sensordaten erfolgt. Dies erfolgt, indem insbesondere statische Ziele bzw. Objekte entlang des Bewegungsweges anhand der Sensordaten ermittelt und Ortspunkte für die jeweilige Position der Ziele und des Sensors festgelegt werden. Ferner wird ein Polygon anhand der Ortspunkte bestimmt, z. B. indem eine festlegbare Anzahl an Ortpunkten als Eckpunkte des Polygons dienen. Insbesondere kann das Polygon dabei Ortspunkte jeder Straßenseite umfassen. Anschließend wird das Polygon zur Schätzung der Geometrie des Bewegungsweges herangezogen, d. h. die inneren Straßengrenzpunkte können z. B. für beide Straßengrenzen bestimmt werden. Diese Bestimmung kann z. B. in Form eines Algorithmus implementiert werden, d. h. anhand der Erfindung kann die innere Straßengrenze der Straße basierend auf den Sensormessungen ermittelt bzw. berechnet werden. Daraus resultiert der Vorteil, dass der Algorithmus eine geringe Rechenkomplexität aufweist und leicht zu implementieren oder nachzurüsten ist. Ferner besteht bei dem Verfahren keine Abhängigkeit von der Seitenklassifizierung oder von der Berechnung früherer Radarzyklen. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren auch für die Klassifizierung bzw. Schätzung der Trajektorie bzw. Bewegungsweggeometrie in dynamischen Szenarien eingesetzt werden, wie z. B. bei Straßengrenzausbau oder -verengung, Straßenbauarbeiten, fehlende Leitplanken oder dergleichen.In the method according to the invention for estimating the geometry of the movement path of a means of locomotion, in particular of a vehicle, sensor data are collected by means of a sensor, wherein the estimation of the geometry of the movement path is based on the sensor data. This takes place in particular by determining static targets or objects along the path of movement on the basis of the sensor data, and locating points for the respective position of the targets and the sensor. Furthermore, a polygon is determined based on the location points, z. For example, by using a definable number of location points as vertices of the polygon. In particular, the polygon may include location points of each street side. Subsequently, the polygon is used to estimate the geometry of the path of movement, i. H. the inner road boundary points can be z. B. be determined for both road boundaries. This provision may, for. In the form of an algorithm, i. E. H. By means of the invention, the inner road boundary of the road can be determined or calculated on the basis of the sensor measurements. This results in the advantage that the algorithm has low computational complexity and is easy to implement or retrofit. Further, the method has no dependency on page classification or calculation of previous radar cycles. Thus, the inventive method can also be used for the classification or estimation of the trajectory or movement path geometry in dynamic scenarios, such. As in road boundary development or narrowing, roadworks, missing crash barriers or the like.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist als Sensor ein Radarsensor vorgesehen. Jedoch können auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Sensoren vorgesehen sein, wie z. B. Kamera- oder Lidarsensoren.According to a preferred embodiment, a radar sensor is provided as the sensor. However, other known from the prior art sensors may be provided, such. B. camera or Lidarsensoren.
Erfindungsgemäß werden mehrere Polygone, insbesondere fortlaufend, bestimmt, sodass ein ganzes Polygonnetz bestimmt wird. Dieses Polygonnetz kann dann zur Schätzung der Geometrie des Bewegungsweges herangezogen werden. Die Schätzung der Geometrie kann dadurch noch sicherer gestaltet werden, sodass das Verfahren auch in hochdynamischen Fahrszenarien verlässlich einsetzbar ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn es sich bei dem Polygon um ein Dreieck handelt, da dieses äußert einfach mit wenig Rechenaufwand berechnet werden kann. In gleicher vorteilhafter Weise kann ein gesamtes Polygonnetz anhand von Dreiecksbildungen erstellt werden. In einfacher Weise kann dies anhand einer Delaunay-Triangulierung bzw. Delaunay-Dreiecksbildung erfolgen.According to the invention, a plurality of polygons, in particular continuously, are determined so that an entire polygon mesh is determined. This mesh can then be used to estimate the geometry of the path of motion. The estimation of the geometry can be made even safer, so that the method can be used reliably even in highly dynamic driving scenarios. It has proved to be particularly advantageous if the polygon is a triangle, since this can be easily calculated with little computational effort. In the same advantageous manner, an entire polygon mesh can be created on the basis of triangular formations. In a simple way this can be done by means of a Delaunay triangulation or Delaunay triangulation.
Vorzugsweise werden Ortspunkte nur für statische Ziele festgelegt, da in der Regel nur statische Ziele eine Straßengrenze markieren. Bewegliche bzw. mobile Ziele oder Objekte eignen sich hingegen nicht zur Bestimmung der Straßengrenze. Folglich werden für diese Ziele keine Ortspunkte festgelegt, um z. B. die Rechenkapazität zu schonen. Die Fehleranfälligkeit wird dadurch noch weiter verringert.Preferably, location points are set only for static targets, since usually only static targets mark a road boundary. Movable or mobile targets or objects, on the other hand, are not suitable for determining the road boundary. As a result, no location points are set for these destinations, e.g. B. to spare the computing capacity. The error rate is thereby further reduced.
Zweckmäßigerweise ist zwischen zwei Ortspunkten jeweils ein Segment angeordnet, welches somit Teil des Polygons bzw. des (Delaunay-) Dreiecks ist.Expediently, a segment is arranged in each case between two loci, which is thus part of the polygon or of the (Delaunay) triangle.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ortspunkte und/oder Segmente als zur Straße bzw. zum Straßenbelag oder zur Straßengrenze zugehörig klassifiziert werden. Die Klassifikation kann anschließend in praktischer Weise zur Schätzung der Geometrie des Bewegungsweges herangezogen werden.It is particularly advantageous if the location points and / or segments are classified as belonging to the road or to the road surface or to the road boundary. The classification can then be used in a practical way to estimate the geometry of the path of movement.
Vorzugsweise ist eine Testlinie vorgesehen, welche durch die Mitte oder zumindest den mittleren Bereich eines dem Straßenbelag zugeordneten Segments verläuft und deren Neigung anhand der Neigung eines der Straßengrenze zugeordneten Segments festgelegt wird. Die Testlinie kann dabei für das jeweilige Segment (neu) berechnet und eingefügt werden.Preferably, a test line is provided which runs through the middle or at least the middle region of a segment associated with the road surface and whose inclination is determined on the basis of the inclination of a segment associated with the road boundary. The test line can be (new) calculated and inserted for the respective segment.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung können mindestens zwei Testlinien vorgesehen sein, wobei jede der Testlinien jeweils einer der Straßengrenzen zugeordnet wird, d. h. in der Nähe bzw. benachbart zu dieser Straßenseite angeordnet wird. Beispielsweise kann die Testlinie das Segment jeweils vom Ortspunkt aus im ersten Drittel, bevorzugt im ersten Viertel und besonders bevorzugt im ersten Fünftel des Segments schneiden. According to a particular embodiment of the invention, at least two test lines can be provided, wherein each of the test lines is assigned to one of the road boundaries, ie, is arranged in the vicinity or adjacent to this road side. For example, the test line can intersect the segment from the location point in the first third, preferably in the first quarter, and more preferably in the first fifth of the segment.
Ferner können durch die beiden Testlinien die jeweils innersten Straßengrenzpunkte der beiden Straßengrenzen ermittelt werden. Die Straßengrenzpunkte werden anschließend miteinander verglichen, wobei durch den Vergleich der Straßengrenzpunkte auf voneinander abweichende Straßenverläufe geschlossen werden kann, indem ein festlegbarer Wert für die Abweichung über- oder unterschritten wird. Durch ein Abweichen der Straßengrenzpunkte kann somit in einfacher Weise auf voneinander abweichende Straßenverläufe geschlossen werden kann. Dadurch können Kreuzungen oder Straßengabelungen, wie sie z. B. bei Autobahnausfahrten oder Baustellen vorkommen, detektiert werden. Ferner kann die Schätzung der Geometrie des Bewegungsweges weiter verbessert werden. Zudem wird durch diese Ausgestaltung eine zusätzliche Funktion zum Erkennen von Straßenbahnverläufen implementiert.Furthermore, the respective innermost road boundary points of the two road boundaries can be determined by the two test lines. The road boundary points are then compared with each other, which can be concluded by comparing the road boundary points on divergent road courses by a set value for the deviation is exceeded or fallen below. By deviating the road boundary points can thus be concluded in a simple manner on divergent road courses. As a result, intersections or road bifurcation, as z. B. occur at motorway exits or construction sites, are detected. Furthermore, the estimation of the geometry of the movement path can be further improved. In addition, this embodiment implements an additional function for detecting tram paths.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein System zur Schätzung der Geometrie des Bewegungsweges eines Fortbewegungsmittels. Das System weist hierzu einen Sensor zum Erzeugen von Sensordaten auf, wobei anhand der Sensordaten die Schätzung der Geometrie des Bewegungsweges erfolgt und statische Ziele entlang des Bewegungsweges ermittelbar sind. Das System ist ferner dazu hergerichtet, die Schätzung der Geometrie des Bewegungsweges anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wobei Ortspunkte für die jeweilige Position der Ziele und des Sensors festgelegt werden, ein Polygon anhand der Ortspunkte bestimmt wird und das Polygon zur Schätzung der Geometrie des Bewegungsweges verwendet wird.Further, the present invention includes a system for estimating the geometry of the travel path of a vehicle. For this purpose, the system has a sensor for generating sensor data, wherein the estimate of the geometry of the movement path takes place on the basis of the sensor data and static targets along the movement path can be determined. The system is further adapted to perform the estimation of the geometry of the path of travel using the method of the invention, locating points for the respective position of the targets and the sensor, determining a polygon from the locus points, and using the polygon to estimate the geometry of the path of travel becomes.
Zusammenfassend kann durch die vorliegende Erfindung neben der Allokation die Unsicherheit im Zusammenhang mit Überlappung von Suchbereichen verringert werden. Ferner kann das Filtern nützlicher Detektionen für die Straßengrenzschätzung durch zu schmale Suchbereiche verbessert werden. Zudem lässt sich die Latenz bei der Anpassung an veränderte Umgebungen und die Straßengrenzbestimmung bei Verengungen durch Straßenarbeiten verbessern.In summary, the uncertainty associated with overlap of search ranges can be reduced by the present invention in addition to the allocation. Furthermore, filtering of useful detections for road boundary estimation can be enhanced by narrow search ranges. In addition, latency can be improved by adapting to changing environments and by determining road boundaries when working in traffic constrictions.
Figurenlistelist of figures
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zweckmäßigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Verfahrens zur Schätzung der Geometrie eines Vorwärtsweges eines Fortbewegungsmittels gemäß dem Stand der Technik, -
2 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
3 eine vereinfachte schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
4 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines Ablaufplanes des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
5 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Verfahrensschritts des Ausführungsbeispiels aus4 ; -
6 eine vereinfachte schematische Darstellung eines weiteren Verfahrensschritts des Ausführungsbeispiels aus4 ; -
7 eine vereinfachte schematische Darstellung eines weiteren Verfahrensschritts des Ausführungsbeispiels aus4 , sowie -
8 eine vereinfachte schematische Darstellung eines weiteren Verfahrensschritts des Ausführungsbeispiels aus4 .
-
1 a simplified schematic representation of a method for estimating the geometry of a forward path of a means of transportation according to the prior art, -
2 a simplified schematic representation of an embodiment of the method according to the invention; -
3 a simplified schematic representation of another embodiment of the method according to the invention; -
4 a simplified schematic representation of an embodiment of a flowchart of the method according to the invention; -
5 a simplified schematic representation of a method step of the embodiment of4 ; -
6 a simplified schematic representation of a further method step of the embodiment of4 ; -
7 a simplified schematic representation of a further method step of the embodiment of4 , such as -
8th a simplified schematic representation of a further method step of the embodiment of4 ,
In
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Geometrie des Bewegungsweges geschätzt, indem die innere Straßengrenze auf der Basis von Sensormessungen bestimmt bzw. berechnet wird. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen als Sensor ein Radarsensor verwendet wird. Ausdrücklich umfasst sind jedoch auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Sensoren, wie z. B. Lidar- oder Kamerasensoren. Wie in
Die Abschätzung erfolgt, indem eine Delaunay-Triangulation (Delaunay-Dreiecksbildung oder Delaunay-Triangulierung) auf der Grundlage der Position der statischen Ziele bzw. deren Ortspunkte und der des Ego-Fahrzeugs berechnet bzw. eingefügt wird. Anschließend werden die ersten linken und rechten Punkte im Triangulations-Diagramm ermittelt bzw. gesucht.The estimation is performed by calculating a Delaunay triangulation (Delaunay triangulation or Delaunay triangulation) based on the position of the static targets and their location points and that of the ego vehicle, respectively. Then the first left and right points in the triangulation diagram are searched or searched.
Wie in
Zweckmäßigerweise kann anschließend mit dem nächsten Dreieck fortgefahren werden, das an den ersten linken und rechten Punkten angesetzt wird. Im Ausführungsbeispiel gemäß
Der Algorithmus wiederholt sich für jedes neu bestimmte Segment solange, bis eines als zum Straßenbelag zugehörig erkannt wird. Demzufolge wird solange nach dem nächsten angrenzenden Dreieck auf dem Segment (
Die Testlinie
Zweckmäßigerweise kann der Algorithmus auch, gemäß
Im Folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß dem Ablaufplan in
Zunächst wird gemäß
Im zweiten Schritt, gemäß
Im dritten Schritt werden die Punkte des zweiten Schritts wiederholt, mit dem Ergebnis, dass das Segment (
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