DE10036042A1

DE10036042A1 - Multisensorielle Fahrspurzuordnung

Info

Publication number: DE10036042A1
Application number: DE10036042A
Authority: DE
Inventors: Nils Appenrodt; Joerg Berner; Klaus Mezger; Gerd Wanielik
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2002-02-21
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: JP2002098758A; US6597984B2; US20020067292A1; DE10036042B4; GB2370706B; FR2812438B1; GB2370706A; GB0117758D0; FR2812438A1; JP5622993B2

Abstract

Zur Steigerung von Komfort und Sicherheit in Fahrzeugen spielen Sensorsysteme zur Umgebungserfassung mit einer intelligenten Szeneninterpretation eine immer größere Rolle. Zur Ermittlung der Lage eines Kraftfahrzeuges in Bezug auf die Fahrspur wird die Information aus einer mit einem Navigationssystem gekoppelten, digitalen Straßenkarte mit der Information, welche ein entfernungsauflösender Sensor liefert, fusioniert. Dabei wird zur Bestimmung der Entfernung zum Straßenrand die Signatur und der entfernungsbezogene Verlauf des Empfangssignals des entfernungsauflösenden Sensors ausgewertet. Der Vorteil der Erfindung ergibt sich durch die Möglichkeit, daß ein Fahrzeug autonom, ohne Rückgriff auf eine stationäre Verkaufsinfrastruktur (Markierungslinien, Reflektoren), seine aktuelle Lage in Bezug auf die Fahrspur bestimmen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die Verwendung eines solchen nach den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 14, sowie eine zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 17.

Zur Steigerung von Komfort und Sicherheit in Fahrzeugen spielen Sensorsysteme zur Umgebungserfassumg mit einer intelligenten Szeneninterpretation eine immer größere Rolle.

Die Schrift DE 197 49 086 C1 beschreibt ein System zur Ermittlung von für den Verlauf einer Fahrspur indikativen Daten, welche eine Fahrspurerkennungssensorik in Form einer Videokamera und eine Objektpositionssensorik enthält. Dabei besteht die Fahrspurerkennungssensorik aus einer Videokamera und die Objektpositionssensorik aus einem Radarsensor, welcher zumindest die den Abstand eines vor dem Fahrzeug befindlichen Objektes und dessen Richtungswinkel bezüglich der Fahrzeugbewegungsrichtung erfaßt. Innerhalb eines Fahrzeugbewegungsmodells werden diese Sensorinformationen fusioniert, um hieraus eine Lageschätzung des Fahrzeugs abzuleiten.

Wichtige Zusatzinformationen über das Fahrzeugumfeld lassen sich mit Hilfe von Navigationssystemen gewinnen. Hierbei ist die Ortsauflösung im allgemeinen genau genug um eine Zuordnung des Fahrzeuges zu der vorhandenen digitalen Straßenkarte vorzunehmen. Tritt das Fahrzeug aber in einen Übergangs- oder Verzweigungsbereich ein, in welchem beispielsweise eine Nebenstraße von einer Hauptstraße abzweigt, dann ist es schwierig festzustellen, ob das Fahrzeug sich weiterhin auf der Hauptstraße vorwärts bewegt, oder sich zur abzweigenden oder Nebenstraße hin bewegt. Für eine verbesserte Szeneninterpretation ist es deshalb notwendig die Navigationsinformation um zusätzliche Sensorinformation sinnvoll zu ergänzen.

Das in der Schrift DE 199 06 614 A1 beschriebene Verfahren vergleicht deshalb die Daten einer videobasierten Fahrspurerkennungssensorik, mittels welcher die Markierungslinien am Fahrbahnrand erkannt werden, mit der Information einer digitalen Straßenkarte, welche mit einem Navigationsgerät in Verbindung steht. Hierdurch wird es möglich die Position des Fahrzeugs in Bezug auf die Markierungslinien zu bestimmen.

Dahingegen stellt die Veröffentlichung JP 10325869 ein System vor, bei welchen die mit einer digitalen Straßenkarte verbundenen Fahrspurerkennungssensorik aus einem Radarsensor besteht. Dies macht das System zum einen allwetter-tauglich (keine signifikante Behinderung durch Nebel) und zum anderen unabhängig von der Existenz von Begrenzungslinien am Fahrbahnrand. Nachteilig wirkt sich bei diesem Verfahren jedoch aus, daß am Fahrbahnrand gleichabständig Radar-Reflexionskörper angebracht sein müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Ermittlung der Lage eines Kraftfahrzeuges in Bezug auf die Fahrspur zu finden, bei welchem die Information aus einer mit einem Navigationssystem gekoppelten, digitalen Straßenkarte mit der Information welche ein entfernungsauflösender Sensors liefert fusioniert wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Dabei wird zur Bestimmung der Entfernung zum Straßenrand die Signatur des entfernungsauflösenden Sensors ausgewertet.

Der Vorteil der Erfindung ergibt sich durch die Möglichkeit, daß ein Fahrzeug autonom, ohne Rückgriff auf eine stationäre Verkehrsinfrastruktur (Markierungslinien, Reflektoren), seine aktuelle Lage in Bezug auf die Fahrspur bestimmen kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein entfernungsauflösender Sensor, vorzugsweise ein Radarsensor (denkbar ist aber auch ein Lidar), zur Ermittlung des Fahrzeugabstandes zum Straßenrand mit einer mit einem Navigationssystem gekoppelten digitalen Straßenkarte zur Ortsbestimmung kombiniert. Als Navigationssystem eignet sich insbesondere ein DGPS-System, wie es in modernen Kraftfahrzeugen bereits häufig Verwendung findet. In vorteilhafterweise beseitigt das erfindungsgemäße Verfahren diese Unklarheit, indem es die Karteninformation mit der Entfernungsschätzung eines entfernungsauflösenden Sensors korreliert. Auf diese Weise sind die lateralen Fahrzeugkoordinaten und die Fahrzeugausrichtung eindeutig zu ermittelbar. Dies ist insbesondere auch dann wichtig, wenn erkannt werden soll, ob ein voranfahrendes Fahrzeug auf der eigenen oder der benachbarten Spur fährt oder sich ob stehende Hindernisse auf der eigenen Fahrspur befinden.

In Vorteilhafterweise nutzt das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich auch die Information eines im Fahrzeug integrierten Kreiselsystems aus, um die Ausrichtung des Fahrzeugs auf der Straße besser bestimmen zu können.

In erfinderischer Weise dient als Schätzwert für die Entfernung des Kraftfahrzeuges vom Straßenrand, die Entfernung desjenigen Entfernungstores innerhalb des Empfangssignals des entfernungsauflösenden Sensors, bei welchem sich die Signatur des Empfangssignals signifikant zu ändern beginnt. Dabei ist es denkbar, daß hierbei auf eine signifikante Änderung dann entschieden wird, wenn die Intensität des Empfangssignals monoton ansteigt. Dies ist ein zulässiges Vorgehen, da eine Straßenoberfläche für die vom Radarsensor ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen glatt erscheint und deshalb relativ wenig Energie zum Sensor zurückreflektiert, während die Reflexionen am im allgemeinen inhomogenen Straßenrand (Kies, Gras, Übergang Straßenbelag/Bordsteinkante) signifikant stärker sind. Um Fehler bei der Interpretation der Empfangssignale, welche beispielsweise von Signalstörungen herrühren, zu verhindern, ist es auch denkbar, einen monotonen Signalanstieg nur dann als signifikant zu bewerten, wenn der Anstieg der Signalenergie über mindestens zwei Entfernungstore erfolgt. Eine sinnvolle Auswahl der Anzahl der Entfernungstore ergibt sich in Zusammenhang mit der aktuellen Entfernungsauflösung des Sensorsystems. Entsprechend ist es in vorteilhafter Weise aber auch denkbar, durch geeignete, aus der Bildverarbeitung bekannte Schätzverfahren bezüglich des monotonen Übergangs des Straßenbelags auf den Straßenrand eine Entfernungsschätzung zu errechnen, welche sodann in ihrer Entfernungsauflösung wesentlich genauer als die Auflösung des entfernungsauflösenden Sensors ist. Mittels einer solchen Kantenschätzung, deren Auflösung im Subpixel-Bereich liegt, kann eine Steigerung der Auflösung um einen Faktor 5 bis 10 erreicht werden.

In besonderer Weise läßt sich das Empfangssignal des entfernungsauflösenden Sensors aber auch bezüglich des Vorkommens von für einen Fahrbahnrand typischen Signaturen hin untersuchen. Dabei ist es besonders vorteilhaft den Sensor polarisations-sensitiv auszugestalten, so daß im Rahmen der Signaturanalyse die Polarisation des Empfangssignals untersucht werden kann. Untersuchungen haben gezeigt, daß sich die Polarisationssignaturen von Straßenoberflächen und sich typischerweise am Straßenrand befindliche Texturen (Gras, Schotter) signifikant unterscheiden.

In vorteilhafter Weise kann aus der zeitlichen Abfolge der Entfernungsinformation der Straßenverlauf ermittelt wird. Dabei ist es denkbar den Straßenverlauf mit Hilfe der Methode der Kleinsten Fehlerquadrate zu ermittelt oder aber ein für diese Aufgabe optimiertes Kalman-Filter zu benutzen. Dabei ist es besonders gewinnbringend, wenn das Kalman-Filter auf aus der digitalen Straßenkarte gewonnene Informationen, wie beispielsweise Kurvenparametern, adaptiert wird. Für den Fall, daß der zeitweise nicht in der Lage ist einen Fahrbahnrand zu erkennen, beispielsweise im Bereich von Straßeneinmündungen, ist es in vorteilhafter Weise auch denkbar, den Straßenverlauf mittels der vorhergegangenen Entfernungsmessungen vorübergehend zu extrapolieren.

Besonders gewinnbringend läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren einsetzen, indem die Kenntnis der Lage des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrspur technischen Systemen als Steuerparameter zur Verfügung gestellt werden. Denkbar wären hierbei Systeme, welche den Erfassungsraum von strahlgebundenen Sensoren (z. B.: Radar, Lidar oder aktive Infrarot-Sensorik) maskieren. Auf diese Weise wird es möglich, alle relevanten Objekte auf der Straße von solchen außerhalb der Straße zu selektieren, was zu einer wesentlich sichereren Erkennungsleistung eines Gesamtsystems führt. Ein solches Vorgehen erlaubt es eine Strahlausrichtung bezüglich des Fahrbahnverlaufes genau zu bestimmen und die daraus resultierenden Vorteile, z. B. bei der Objektzuordnung genau durchzuführen. Neben diesem Vorteil ist ein solches kartengestütztes Sensorsystem in gewinnbringender Weise in der Lage die Fähigkeiten einer sensoriellen Szeneninterpretation zu steigern. Beispielsweise kann ein System eine Falscherkennung, beispielsweise ein irrtümlicher Weise als 'stehendes Hindernis' klassifiziertes Objekt verhindern, wenn aus der Karteninformation beispielsweise ein Objekt 'Brücke' mit der Lage der Sensorerkennung übereinstimmt. In entspechend vorteilhafter Weise, lassen sich durch auf Karteninformation basierende Kenntnisse von Kurvenradien des Fahrweges oder besondere, infrastrukturelle Gegebenheiten des Fahrzeugumfeldes die Signale des entfernungsauflösenden Sensors besser interpretieren, so daß die Wahrscheinlichkeit der Fehlinterpretation minimiert werden kann.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in seiner Fähigkeit der gewinnbringenden Kombination von Teilinformationen einzelner Sensoren begründet. Hierdurch wird es möglich bereits im Fahrzeug vorhandene Sensorik (beispielsweise ART, Distronic, Navigationssystem) mittels nur geringer Modifikationen zu verwenden. So ist es beispielsweise denkbar die Strahlungscharakteristik eines Radars zur Abstandsregelung so zu erweitern, daß eine zusätzliche, individuell auswertbare Strahlungskeule in Richtung des Straßenrandes ausgerichtet wird.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung der Lage eines Kraftfahrzeuges in Bezug auf eine Fahrspur,
wobei mittels einer mit einem Navigationssystem gekoppelten, digitalen Straßenkarte eine erste Zuordnung des Kraftfahrzeugs zu einer Straße vorgenommen wird,
und wobei diese erste Zuordnung durch eine nachfolgende Bestimmung der Entfernung des Kraftfahrzeugs zum Straßenrandes mittels eines entferungsauflösenden Sensors präzisiert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bestimmung der Entfernung zum Straßenrand die Signatur des Empfangssignals des entfernungsauflösenden Sensors ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Signatur des Empfangssignals auch noch dessen auf die Entfernung bezogener Intensitätsverlauf ausgewertet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Lage des Kraftfahrzeugs zusätzlich die Information eines Kreiselsystems ausgenutzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Schätzwert für die Entfernung des Kraftfahrzeuges vom Straßenrand, die Entfernung desjenigen Entfernungstores innerhalb des Empfangssignals des entfernungsauflösenden Sensors dient, bei welchem sich die Signatur des Empfangssignals signifikant zu ändern beginnt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine signifikante Änderung dann entschieden wird, wenn die Intensität des Empfangssignals monoton ansteigt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der monotone Anstieg über mindestens 2 Entfernungstore erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete, aus der Bildverarbeitung bekannte Schätzverfahren, bezüglich des monotonen Übergangs des Straßenbelags auf den Straßenrand eine Entfernungsschätzung errechnet wird, welche ihrer Entfernungsauflösung wesentlich genauer als die Auflösung des entfernungsauflösenden Sensors ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine signifikante Änderung dann entschieden wird, wenn das Empfangssignal eine für einen Fahrbahnrand typische Signatur aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der Signaturanalyse die Polarisation des Empfangssignals betrachtet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus der zeitlichen Abfolge der Entfernungsinformation der Straßenverlauf ermittelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Straßenverlauf mittels der Methode der Kleinsten Fehlerquadrate ermittelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Straßenverlauf mittels eines Kalman-Filters ermittelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalman-Filter auf aus der digitalen Straßenkarte gewonnene Informationen, wie beispielsweise Kurvenparametern, adaptiert wird.

14. Verwendung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenntnis der Lage des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrspur technischen Systemen als Steuerparameter zur Verfügung gestellt werden.

15. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein System angesteuert wird, welches den Erfassungsraum von strahlgebundenen Sensoren maskiert.

16. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein System angesteuert wird, welches die Verkehrsszene interpretiert.

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
wobei bereits im Fahrzeug vorhandene Sensoren, welche dort beispielsweise für Aufgaben der Navigation und Abstandsregelung vorhanden sind, zusammengeschaltet werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer der Sensoren geeignet ist, die Signatur die den Übergang zwischen Straßenoberfläche und Straßenrand repräsentiert zu erfassen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Signalverarbeitungseinheit umfaßt, welche die Signatur, die der Sensor vom Übergang zwischen Straßenoberfläche und Straßenrand erfaßt, individuell ausgewertet werden kann.