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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwicklung und/oder zum Testen
wenigstens eines Sicherheits- und/oder Fahrerassistenzsystems für ein Kraftfahrzeug
sowie eine Simulationsumgebung.
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Sicherheits-
und Fahrerassistenzsysteme für Kraftfahrzeuge,
wobei hier insbesondere vorausschauende Sicherheits- und Fahrerassistenzsysteme
im Fokus stehen, werden bisher in der Regel dadurch weiterentwickelt,
dass die relevanten Signaldaten, beispielsweise Radarsignale bzw.
andere Sensorsdaten, in realen Testfahrten aufgenommen und nachträglich im
Labor verwendet bzw. ausgewertet werden. Um die in Abhängigkeit
von diesen Daten weiterentwickelten Systeme wiederum zu testen, muss
die den Systemen zu Grunde liegende Algorithmik, die anhand der
Labordaten entwickelt wurde, wieder auf reale Fahrzeuge übertragen
und erneut eine Durchführung
realer Testfahrten vorgenommen werden.
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Probleme
ergeben sich, wenn die zu entwickelnden bzw. zu testenden Systeme
sicherheitskritisch sind bzw. auf Grund der Art der Systeme die Entwicklung
bzw. das Testen mit realen Testfahrten einen erheblichen Aufwand
an Zeit bzw. Geld erfordern würde,
so dass das beschriebene Verfahren nicht mehr vertretbar durchführbar ist.
Ein Beispiel sind Sicherheitsfunktionen, die in Sekundenbruchteilen
vor einer möglichen
Kollision reagieren sollen. Sollen diese in realen Testfahrten getestet
werden, so ist dies nur mit einem erheblichen Risiko und einem hohen
Aufwand an Geld möglich.
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Der
Erfindung liegt damit die Aufgabe zu Grunde, ein diesbezüglich verbessertes
Verfahren zur Entwicklung und/oder zum Testen wenigstens eines Sicherheits-
und/oder Fahrerassistenzsystems für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist ein derartiges Verfahren vorgesehen, das sich
dadurch auszeichnet, dass das Sicherheits- und/oder Fahrerassistenzsystem
in Abhängigkeit
wenigstens einer seitens wenigstens einer modellbasierten Simulationsumgebung
unter, zumindest im Wesentlichen bedienerinteraktionsfreier, Erstellung
und Simulation wenigstens einer Verkehrssituation ermittelten Information entwickelt
und/oder getestet wird.
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Das
eine bzw. die mehreren Sicherheits- und/oder Fahrerassistenzsysteme,
bei denen es sich insbesondere um vorausschauende Sicherheits- und/oder
Fahrerassistenzsysteme handelt, die also vorrangig unter dem Stichwort
der „aktiven
Sicherheit" zu fassen
sind, werden erfindungsgemäß unter Verwendung
einer Simulationsumgebung entwickelt und gegebenenfalls getestet.
Dabei wird durch die Simulationsumgebung eine Verkehrssituation
als virtuelle, einer realen Verkehrssituation gegebenenfalls nahekommende
Verkehrssituation, erstellt und anschließend eine entsprechende Simulation
auf Basis dieser Verkehrssituation durchgeführt.
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Dies
bedeutet, dass die Verkehrssituation bzw. ein Verkehrsszenario,
das der Simulation zu Grunde liegt, nicht von einem Bediener bzw.
Benutzer erstellt wird, indem dieser die Daten eines realen Unfalls
eingibt oder dergleichen, sondern ein Verkehrsszenario ist, das
erst durch die Simulationsumgebung selbst entwickelt wird. Dies
bedeutet, dass über
eine entsprechende Recheneinrichtung, auf der die Programmmittel
bzw. ein Programmpacket für
die Simulation abgelegt ist bzw. die auf die entsprechenden Programmmittel
Zugriff hat, die Verkehrssituation möglichst realitätsnah erstellt
wird. Gegebenenfalls werden zwar Anfangswerte, Grenzen oder Hintergrunddaten
für realistische
Verkehrssituationen an das System übermittelt bzw. dieses greift
auf Realdaten in Datenbanken usw. zu, diese Daten werden aber selbsttätig durch
die Simulationsumgebung zur Erschaffung einer neuen Verkehrssituation
bzw. mehrerer Verkehrssituationen weiterverarbeitet.
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Vor
allem die Simulation der Verkehrssituation oder der mehreren Verkehrssituationen
erfolgt vorzugsweise zumindest im Wesentlichen bedienerinteraktionsfrei
oder völlig
bedienerinteraktionsfrei. Dies bedeutet, dass beispielsweise im
Unterschied zu einem herkömmlichen
Fahrsimulator erfindungsgemäß keine
Fahrerinteraktion erforderlich ist, so dass die Simulation nach
der Erstellung oder Festlegung einer Verkehrssituation vollständig oder
zumindest im Wesentlichen automatisch ablaufen kann, ohne dass ein
Bediener zugegen sein müsste.
Gegebenenfalls können
zwar ergänzende
Bedienereingaben vorgesehen sein, beispielsweise um einen Satz erstellter
Verkehrssituationen vor dem Start der Simulationsläufe zu bestätigen oder
auf gegebenenfalls während
einer Simulation auftretende Fehler und dergleichen zu reagieren,
jedoch ist nicht zwangsläufig
erforderlich, dass ein Bediener, beispielsweise als Fahrer wie bei
einem Fahrsimulator, ständig
vor Ort anwesend bzw. zumindest während der gesamten Zeit der
Simulation aktiv ist, sondern die Simulationsumgebung führt selbst
die Simulation durch. Dies ermöglicht
eine im Unterschied zum herkömmlichen
Vorgehen deutlich vereinfachte Entwicklungs- und Testphase, insbesondere
für aufwendige und
kritische Fahrerassistenz- bzw. Sicherheitssysteme.
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Durch
die Simulationen, die mittels der (oder im Ausnahmefall auch mehrerer)
Simulationsumgebung durchgeführt
werden, wird mindestens eine für die
Entwicklung bzw. das Testen relevante Information, in der Regel
mehrere solche Informationen oder Daten, gewonnen, die dann, gegebenenfalls
nach Sammlung der Daten mehrerer Simulationsläufe, für die Entwicklung bzw. das
Testen verwendet wird. Hierzu können
in der Simulationsumgebung entsprechend ausgebildete Programmmittel
bzw. Auswertetools oder -routinen mit gegebenenfalls direktem Zugriff
auf die Algorithmik der zu entwickelnden Systeme vorgesehen sein
bzw. die Informationen aus der Simulation können an spezifische Programmmittel zur
weiteren Entwicklung bzw. zum Testen weitergeleitet werden, die
beispielsweise auf externen Recheneinrichtungen ablaufen.
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Die
Verwendung einer Simulationsumgebung zur Entwicklung bzw. zum Testen
vorausschauender Sicherheits- und/oder Fahrerassistenzsysteme ent spricht
einer Auswertung von Messdaten virtuell erstellter realitätsnaher
Experimente. Es werden also im Rahmen der Simulation physikalische
Daten, wie beispielsweise Sensordaten der Sensoren der Sicherheits-
bzw. Fahrerassistenzsysteme in der Simulation, einer Auswertung
unterzogen. Dabei sind diese Daten als Daten, die in die Erstellung
eines (weiteren) Verkehrsszenarios bzw. eine (weitere) Simulation
einfließen
bzw. in einem aktuellen Simulationslauf weiterverarbeitet werden,
nicht zwangsläufig (identisch
mit) Realdaten, aber in jedem Fall Realdaten nachgebildet.
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Erfindungsgemäß kann eine
auf wenigstens einem Modell für
wenigstens eine im Rahmen einer realen Testfahrt relevante fahrzeug-
und/oder umgebungsbezogene Einheit, insbesondere eine auf wenigstens
einem Modell für
alle relevanten fahrzeug- und/oder umgebungsbezogenen Einheiten,
basierende Simulationsumgebung verwendet werden.
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Die
vorzugsweise eine bzw. gegebenenfalls die mehreren Simulationsumgebungen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
basieren auf der Grundlage der Komponenten, die bei einer realen
Testfahrt eine Rolle spielen, bzw. bilden diese ab. Dies sind die unterschiedlichen
Komponenten bzw. Einheiten, die für eine Fahrt in einem Fahrzeug
mit einem zu testenden bzw. zu entwickelnden Sicherheits- bzw. Fahrerassistenzsystem
wichtig sind, also beispielsweise als eine Komponente das Fahrzeug
selbst, die unterschiedlichen Sensoren der Systeme im Fahrzeug, die
Person des Fahrers und das Umfeld, in dem sich das Fahrzeug bewegt,
also beispielsweise eine bestimmte Straßenszene, weitere Verkehrsteilnehmer und
Objekte usw. Diese verschiedenen Realkomponenten bilden fahrzeug-
bzw. umgebungsbezogene relevante Einheiten, die in der Simulationsumgebung in
Modellform abgebildet werden. Die Aufgliederung in entsprechende
Einheiten ermöglicht
eine Modellierung der einzelnen Einheiten für sich, die dann im Rahmen
der Simulation in ihrer Wechselwirkung getestet werden können. Insbesondere
sollten zumindest alle wesentlichen Komponenten bzw. Einheiten, die
bei einer realen Testfahrt eine Rolle spielen, in Form von Modellen
abgebildet werden.
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Die
umgebungsbezogenen relevanten Einheiten betreffen folglich bewegliche
bzw. unbewegliche Objekte des Verkehrsszenarios, wobei beliebig viele
Eigenschaften der abzubildenden realen Objekte bei der Modellierung
der umgebungsbezogenen relevanten Einheiten verwendet werden können. Insbesondere
können
Eigenschaften modelliert werden, die von realen Sensoren erfasst
werden können.
Dabei kann es sich um geometrische Eigenschaften des Objekts, also
beispielsweise seine Form, handeln und/oder um Eigenschaften der
Oberfläche
wenigstens eines Objekts, also beispielsweise um Eigenschaften des
Materials, aus dem das Objekt besteht, wie z. B. die Farbe, Emissionswerte,
Strukturen und/oder Temperaturen bzw. komplexere physikalische Eigenschaften
wie beispielsweise den Radarrückstreuquerschnitt.
Diese Eigenschaften können gegebenenfalls
nicht für
die relevante Einheit insgesamt (gleich) bzw. als Ganze definiert
werden, sondern bei Bedarf für
einen (beliebig großen)
Unterbereich der Einheit, also eine Untereinheit, insbesondere für mehrere
Untereinheiten unterschiedlich.
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Über die
Laufzeit des Verkehrsszenarios hinweg können sich einige bewegliche
Objekte, z. B. Fahrzeuge und Fußgänger, automatisch
und/oder autonom in der virtuellen Welt bewegen. Die Art der Bewegung,
beispielsweise die Wahrscheinlichkeiten bestimmter Abfolgen von
Richtungs- und/oder Geschwindigkeitsänderungen über die Zeit, kann in Modellform
mit den einzelnen beweglichen Objekten bzw. für diese gespeichert werden.
Auf dieser Basis können
beliebige Verkehrsszenarien automatisch generiert werden.
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Des
Weiteren besteht die Möglichkeit,
beliebige Umwelteinflüsse
virtuell abzubilden. Beispielhaft zu nennen sind Einflüsse, die
die physikalische Reaktion der Sensorik beeinflussen. Als ein solcher
Einfluss kann der Sonnenstand gewählt werden bzw. die Intensität einer
entsprechenden Einstrahlung oder aber auch Wetterzustände, beispielweise
Regen, Schnee, Nebel bzw. die Temperatur.
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In
die Simulationsumgebung können
verschiedene Sensormodelle beliebiger Detaillierung eingebunden
werden. Die Sensormodelle simulieren reale Sensoren, d. h., sie
generieren Sensorausgaben auf Basis der Einheiten der vir tuellen
Welt und (aller) ihrer Eigenschaften. Das Sensormodell errechnet
durch physikalische Formeln, Approximationen und/oder stochastische
Variationen Sensorausgaben, die mit realen Sensorausgaben bei einem gleichen
Verkehrsszenario vergleichbar sind. Als Eingaben in das Sensormodell
dienen die Eigenschaften der Objekte, insbesondere die bereits erwähnten Eigenschaften,
bzw. Bewegungen der Objekte und/oder Umwelteinflüsse. Das Sensormodell generiert
Rohdaten, beispielsweise Kamerabilder und/oder Radarwolken und/oder
Objektlisten, die alle erkannten Objekte mit ihren erkannten Eigenschaften
wie z. B. Klasse, Geschwindigkeit und/oder Entfernung, enthalten.
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Beispielsweise
kann als wenigstens eine Simulationsumgebung eine auf wenigstens
einem Modell für
wenigstens eine Fahrumgebung und/oder für wenigstens eine Straße und/oder
für wenigstens
einen Sensor eines eigenen oder fremden Kraftfahrzeugs und/oder
für wenigstens
ein Aktuatorelement und/oder für
wenigstens einer Aktion wenigstens eines Sicherheits- und/oder Fahrerassistenzsystems und/oder
für wenigstens
ein Kraftfahrzeug, insbesondere das eigene Kraftfahrzeug und/oder
ein fremdes Kraftfahrzeug, und/oder für wenigstens einen Verkehrsteilnehmer,
insbesondere für
wenigstens einen Fahrer und/oder Fußgänger und/oder Fahrradfahrer, und/oder
für wenigstens
ein Umgebungsobjekt als relevante fahrzeug- und/oder umgebungsbezogene Einheit
basierende Simulationsumgebung verwendet werden.
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Die
Simulationsumgebung, die erfindungsgemäß zur Entwicklung bzw. zum
Testen des vorausschauenden Systems eingesetzt wird, basiert auf Modellen
für unterschiedliche
Komponenten einer realen Testfahrt, beispielsweise auf einem Umgebungsmodell
bzw. einem Straßenmodell,
wobei es sich um realistische bzw. realitätsnahe Landschaften bzw. Stadtsituationen
handeln kann. Des Weiteren werden Sensoren bzw. zumindest die auf
die zu entwickelnden Systeme bezogene Systemsensorik des Egofahrzeugs
und gegebenenfalls auch weiterer Fahrzeuge, die in die Simulation
aufgenommen werden sollen, beispielsweise als Gegenverkehr oder nachfolgendes
Fahrzeug, modelliert. Weitere Modelle beziehen sich auf die Aktuatorik
bzw. die unterschiedlichen Eingriffe und Aktionen, für die die
zu testenden und zu entwickelnden Systeme ausgebildet sind. Beispielhaft
zu nennen sind hier Bremsaktionen oder Eingriffe in die Lenkung
und dergleichen. Schließlich
wird auch das Kraftfahrzeug als solches, also beispielsweise in
seinen äußeren Abmessungen und
seiner Geschwindigkeit, in der Simulation modelliert. Gleiches gilt
für Fremdfahrzeuge
und Verkehrsteilnehmer wie Fußgänger, Fahrradfahrer
und dergleichen, wobei diesen Modellen das Realverhalten bzw. -aussehen
dieser Verkehrsteilnehmer zu Grunde liegt. Auch Objekte, beispielsweise
auf die Straße rollende
Bälle spielender
Kinder oder die Sicht versperrende Objekte, können in der Modellierung berücksichtigt
werden.
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Wenigstens
eine relevante fahrzeug- und/oder umgebungsbezogene Einheit kann
im Rahmen der Simulationsumgebung in Abhängigkeit wenigstens eines für wenigstens
eine reale Testfahrt relevanten Interaktionsvorgangs mit wenigstens
einer anderen relevanten fahrzeug- und/oder umgebungsbezogenen Einheit
interagieren.
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Die
Simulationsumgebung bildet damit die Kommunikation der unterschiedlichen
Komponenten bei einer realen Testfahrt untereinander ab. Dies bedeutet
beispielsweise, dass gegebenenfalls die Interaktion unterschiedlicher
Sicherheitssysteme berücksichtigt
wird. Des Weiteren werden Reaktionen, beispielsweise anderer Verkehrsteilnehmer,
die als Folge von Aktionen wie Fahrmanövern oder Eingriffen von Sicherheitssystemen
stattfinden, berücksichtigt. Dies
bedeutet beispielsweise, dass in der Simulation Berücksichtigung
findet, dass ein Ausweichvorgang, z. B. im Hinblick auf ein auf
der Straße
befindliches Objekt, dazu führen
kann, dass ein entgegenkommendes Fahrzeug abbremst und dergleichen.
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Die
Kommunikation bzw. die Interaktion betrifft also nicht nur das eigene
Fahrzeug mit seinen unterschiedlichsten Systemen und seiner Sensorik, sondern
bezieht sich auch auf die Interaktion mit anderen Fahrzeugen oder
anderen Verkehrsteilnehmern sowie Objekten und der Umgebung.
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Mit
besonderem Vorteil kann im Rahmen der Erfindung wenigstens ein wenigstens
einem Modell zu Grunde liegender Modellparameter im Rahmen der Entwicklung
und/oder des Testens stochastisch variiert werden und/oder es kann
im Rahmen der Entwicklung und/oder des Testens wenigstens eine virtuelle
Testfahrt, insbesondere eine Vielzahl virtueller Testfahrten, durchgeführt werden,
insbesondere automatisch seitens der Simulationsumgebung.
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Dadurch,
dass die Simulation vollständig oder
zumindest weitestgehend ohne eine Benutzerinteraktion, zumindest
ohne eine Fahrerinteraktion, stattfindet, wird es möglich, eine
Vielzahl von Simulationsdurchläufen
vorzunehmen, so dass die Vorteile einer stochastischen Änderung
einzelner Modellparameter, die beispielsweise die Modelle für die Umgebung
oder das Fahrzeugverhalten bestimmen, für eine verbesserte Informationsgewinnung
genutzt werden können.
Es ist also möglich,
z. B. um besonders aussagekräftige
Daten oder eine statistisch verwertbare Informationsmenge zu erhalten,
mit (leicht) variierten Parametern eine Vielzahl von Simulationen,
beispielsweise einige 100 oder gar 1000 und mehr Testfahrten, durchzuführen. Diese
Simulationsläufe
können
völlig
autark durch die Simulationsumgebung bzw. die zugehörige Recheneinrichtung,
auf der diese installiert ist, vorgenommen werden. Dabei kann die
Parametervariation, gegebenenfalls in Abhängigkeit von seitens eines
Bedieners gemachten Vorgaben, ebenfalls automatisch durchgeführt werden,
so dass es nicht nötig
ist, dass zur Eingabe von Parametern für einen einzelnen Simulationslauf
ein Bediener vor Ort anwesend ist bzw. tätig wird.
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Insbesondere
kann wenigstens ein Modellparameter in Abhängigkeit wenigstens einer mittels Realdaten
ermittelten stochastischen Verteilung stochastisch variiert werden.
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In
diesem Fall bildet eine stochastische Verteilung, die aus Realdaten,
beispielsweise öffentlich zugänglicher
Datenbanken bzw. empirischer Studien gewonnen wurde, die Basis für die stochastische
Variation der Modellparameter. Die vorhandenen Realdaten können also
zur Ermittlung einer Verteilungskurve bzw. -funktion ausgewertet
werden, mit der es dann möglich wird,
insbesondere in einer Kombination mit einer Variation anderer Modellparameter,
aus einem prototypischen Verkehrsszenario eine Anzahl vieler exemplarischer
Verkehrsszenarien zu generieren, die die Streuung der Parameter
im realen Straßenverkehr
berücksichtigen.
Die stochastische Verteilung kann dabei je nach Art des Parameters
unterschiedliche Formen aufweisen, wobei als typische Verteilung
die (Gaußsche)
Normalverteilung zu nennen ist.
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Wenigstens
eine, insbesondere eine beliebige, Verkehrssituation kann bedienerinteraktionsfrei oder
zumindest im Wesentlichen bedienerinteraktionsfrei mittels wenigstens
eines Preprocessing-Programmmittels und/oder eines Programmmittels
zur Generierung einer virtuellen Welt der Simulationsumgebung erstellt
werden, und/oder es kann wenigstens ein Ergebnis wenigstens einer
Simulation seitens wenigstens eines Postprocessing-Programmmittels der
Simulationsumgebung ausgewertet werden.
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Die
Simulationsumgebung verfügt
also über Preprocessing-Bestandteile,
beispielsweise einen Batch-Editor, einen Manöver-Editor und einen Szenario-Designer,
mit deren Hilfe eine Fahrumgebung bzw. ein bestimmtes Manöver, beispielsweise
ein Abbiege- oder ein Überholvorgang,
erstellt werden können.
Im Rahmen dieses Preprocessings und gegebenenfalls mittels eines
Moduls zur Generierung einer virtuellen Welt wird also ein Verkehrsszenario,
insbesondere mit Möglichkeiten
zur stochastischen Variation, kreiert. Des Weiteren kann ein Simulationsergebnis,
also ein Satz von Informationen, die durch einen Simulationsdurchlauf
bzw. eine Vielzahl von Simulationsdurchlaufen gewonnen wurden, im
Rahmen eines Postprocessing ausgewertet werden. Dies bedeutet beispielsweise,
dass mit Hilfe der Simulationsumgebung bzw. deren Nachverarbeitungsbestandteilen
ein Bericht bzw. Report erstellt wird, wozu unterschiedliche Reporting-Tools
vorhanden sein können.
Des Weiteren wird im Rahmen der Nachverarbeitung eine Abspeicherung
der Informationen bzw. Ergebnisse der Simulationsdurchläufe in einer Simulationsdatenbank
vorgenommen, wobei diese Datenbank alle Informationen oder nur einen
Teil der Informationen, gegebenenfalls nach einem vorgeschalteten
ersten Auswertevorgang, enthalten kann. Dabei ist unter Simulati on
insbesondere ein Simulationsdurchlauf zu verstehen, also beispielsweise
ein Durchfahren eines bestimmten Manövers in einer kreierten Umgebung.
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Weiterhin
kann wenigstens eine Verkehrssituation in Abhängigkeit wenigstens einer Mastersituation
und/oder mehrerer Untersituationen und/oder mit verschiedenen, insbesondere
bedienerseitig wählbaren,
Perspektiven erstellt werden. Es kann also eine bestimmte übergeordnete
Situation vorgegeben werden, beispielsweise das Durchführen eines Überholvorgangs,
zu der dann unterschiedliche Untersituationen bzw. Unterszenarien
erzeugt werden, die beispielsweise im Rahmen mehrerer Simulationsdurchläufe nach
und nach durchlaufen werden. Beispiele für derartige Unterszenarien
sind bei einem Überholvorgang
beispielsweise ein unerwartet auf die Straße laufendes Kind oder ein
von einem Parkplatz auf die Straße auffahrendes Auto und dergleichen.
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Des
Weiteren kann die Simulation aus unterschiedlichen Perspektiven,
beispielsweise aus der Sicht des Autofahrers bzw. aus der Sicht
eines Sensors, um z. B. dessen Erfassungsbereich zu prüfen, oder
aus der Sicht anderer Verkehrsteilnehmer, durchlaufen werden. Dabei
können
die Perspektiven ebenso wie die Mastersituation und gegebenenfalls mehrere
Untersituationen in der Simulationsumgebung vorgegeben sein bzw.
vorab oder während
der Simulation durch einen Bediener ausgewählt werden, beispielsweise
aus einer Liste vorgegebener Untersituationen bzw. durch eine entsprechende
Eingabe an eine Interaktionsoberfläche für die Simulationsumgebung.
Zu durchlaufende Situationen bzw. geeignete Perspektiven können auch
aus der Recheneinrichtung vorliegenden Dateien automatisch durch
die Recheneinrichtung eingelesen und entsprechend in einer vorgegebenen
Reihenfolge durchlaufen oder stochastisch aus der Menge der Möglichkeiten
gewählt
werden.
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Mit
besonderem Vorteil wird wenigstens eine modular aufgebaute Simulationsumgebung
verwendet. Der modulare Aufbau der Simulationsumgebung ermöglicht es,
einzelne Bestandteile bei Bedarf hinzuzufügen und auch wieder zu entfernen.
Dazu werden die unterschiedlichen Komponenten bzw. Module vorteilhafterweise
an einen (zeit- und datengesteuerten) Simulationskern angebunden,
wobei diese Anbindung direkt oder über übergeordnete Module für eine Mehrzahl
einzelner Komponenten erfolgen kann. Beispielsweise können unterschiedliche
Sensormodelle an einen Simulationskern angebunden werden, so dass
es ohne größere Probleme
möglich ist,
neuere Sensoren, die beispielsweise erst in Zukunft in einem entsprechenden
Sicherheitssystem verwendet werden sollen, als weiteres Sensormodul in
die Simulation einzubinden. Darüber
hinaus kann ein Sensormodul definiert werden, in das die einzelnen
Komponentenmodelle (als Untermodule) integriert werden und das als
einziges, übergeordnetes Modul
mit dem Simulationskern interagiert. Daneben sind zweckmäßigerweise
weitere Module beispielsweise für
die virtuelle Welt und das eigene Fahrzeug bzw. weitere Verkehrsteilnehmer
vorhanden. Der modulare Aufbau, der nicht nur im Hinblick auf organisatorische
Einheiten, sondern auch bezüglich
technischer Gesichtspunkte erfolgen kann, ermöglicht es, die Simulationsumgebung
ständig
aktuell zu halten und bei Bedarf zu ergänzen bzw. nicht mehr benötigte oder
nicht mehr zeitgemäße Komponenten
zu entfernen. Dabei kann der modulare Aufbau insbesondere auch auf
verschiedene Techniken beispielsweise der Visualisierung bzw. bei
Schnittstellen für
die Einbeziehung externer Daten und dergleichen bezogen sein.
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Schließlich betrifft
die Erfindung auch eine Simulationsumgebung zur Durchführung eines
Verfahrens zur Entwicklung und/oder zum Testen wenigstens eines
Sicherheits- und/oder Fahrerassistenzsystems für ein Kraftfahrzeug, wie es
im Vorstehenden geschildert wurde. Diese Simulationsumgebung bietet
also die Möglichkeit,
im Rahmen von Computerexperimenten reale Testfahrten modellbasiert
nachzubilden, also Informationen zu gewinnen, bei denen es sich
um physikalische bzw. technische Daten handelt, die für die Entwicklung
von Fahrerassistenz- bzw. Sicherheitssystemen von Bedeutung sind
und eine Aussage darüber
erlauben, wie gut geplante bzw. bereits im Einsatz befindliche Systeme unter
unterschiedlichsten Bedingungen arbeiten bzw. in welche Richtung
eine Weiterentwicklung z. B. von Algorithmen vorgenommen werden
sollte. Gegebenenfalls kann die Algorithmik auch direkt anhand der Simulationsergebnisse
angepasst werden. Die Simulationsum gebung ist insbesondere modular
aufgebaut, vorzugsweise mit Modulen für die virtuelle Welt, das Eigenfahrzeug,
zur externen Anbindung an Datenbanken und dergleichen sowie mit
Modellen für die
Sensorik und Algorithmik der zu entwickelnden bzw. zu testenden
Systeme, wobei gegebenenfalls eine separate Vor- bzw. Nachverarbeitung
als eigenes Modul oder auch als in die einzelnen Module integrierte
Komponenten vorgesehen sein kann.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand
der folgenden Ausführungsbeispiele
sowie aus den Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Darstellung zum Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine
Darstellung zum modularen Aufbau einer erfindungsgemäßen Simulationsumgebung
und
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3 eine
Bildschirmoberfläche
für ein
erfindungsgemäßes Verfahren.
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Die 1 zeigt
eine Darstellung 1 zum Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dabei ist zunächst
in einer Simulationsumgebung, die sowohl eine Signalgenerierung
als auch einen Algorithmiktest ermöglicht, eine Preprocessing-Einheit 2 vorgesehen,
die aus einem Szenario-Designer 3, einem Manöver-Editor 4 sowie
einem Batch-Editor 5 besteht. Diese Preprocessing-Einheit 2 tritt
unter anderem in Wechselwirkung mit der virtuellen Welt 6,
indem ein Umgebungsmodell des Szenario-Designers 3 gemäß dem Pfeil 7 für ein 3D-Modell 8 der
virtuellen Welt 6 Verwendung findet. Vom 3D-Modell 8 der virtuellen
Welt 6 führt
ein Pfeil 9 für
ein graphisches 3D-Modell zu einem 3D-Szenegraphen 10 als
weiterem Bestandteil der Simulationsstrukturkomponente virtuelle
Welt 6. Weiterhin erhält
der 3D-Szenegraph 10 gemäß dem Pfeil 11 Daten
zu Objekt-Bewegungen 12. Vom 3D-Szenegraphen 10 führen Pfeile 13 und 14 zu
einem Kästchen,
das für
Ob jekt-Eigenschaften 15 steht, bzw. zum 3D-Renderer 16.
Mit Hilfe des 3D-Renderers 16 wird
gemäß dem Pfeil 17 ein Sicht-Rendering 18 durchgeführt.
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Daneben
erhält
die Simulationskomponente für
die virtuelle Welt 6, genauer der Bestandteil Objekt-Bewegungen 12,
gemäß dem Pfeil 19 Fahrzeugdynamikdaten
des Fahrzeugsmodells 20, das Bestandteil des Ego-Modells 21 ist,
dem des Weiteren das Fahrermodell 22 zuzurechnen ist. Das
Ego-Modell 21 umfasst die Systemkomponenten der Simulationsumgebung,
die auf den Fahrer des mit den zu entwickelnden bzw. zu testenden
Systemen ausgestatteten Fahrzeugs und dieses Fahrzeug selbst bezogen
sind.
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Des
Weiteren finden für
die Objekt-Bewegungen 12 gemäß dem Pfeil 23 Fußgängerbewegungsdaten
aus einem Fußgänger-Modell 24 Berücksichtigung.
Darüber
hinaus sind Modelle 25 anderer Verkehrsteilnehmer vorgesehen.
Das Fahrzeugmodell 20, das Fußgängermodell 24 sowie
die Modelle 25 anderer Verkehrsteilnehmer stehen gemäß dem Pfeil 26 in
Interaktion mit Straßenmodelldaten
des Szenario-Designers 3 bzw. verwenden diese. Der Szenario-Designer 3 ist
wiederum über
eine Pfeilverbindung 27 mit dem Manöver-Editor 4 verbunden,
der gemäß dem Pfeil 28 an
den Batch-Editor 5 ein entsprechendes Verkehrsszenario
mit einem zugehörigen
Manöver
weiterleitet. Darüber
hinaus führt
vom Manöver-Editor 4 eine
Pfeilverbindung 29a zum Fußgänger-Modell 24 bzw.
zu den Modellen 25 anderer Verkehrsteilnehmer und zum Fahrzeugmodell 20.
Ein Manöver
kann z. B. darin bestehen, dass ein gemäß dem Fußgänger-Modell 24 erstellter
Fußgänger direkt
vor einem Fahrzeug gemäß dem Ego-Modell 21 auf
die Straße
läuft.
Die im Rahmen der Simulation vorgesehene stochastische Streuung ausgewählter Modell-
bzw. Komponentenparameter von Simulationsdurchlauf zu Simulationsdurchlauf wird
durch den vom Batch-Editor 5 ausgehenden Pfeil 29b angedeutet.
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Mit
dem Fahrermodell 22 können
gemäß dem Pfeil 30 Bewegungsabsichten
für das
Ego-Modell 21 des eigenen Fahrzeugs, die entsprechend im Fahrzeugmodell 20 verarbeitet
werden, angegeben werden. Vom Fahrzeugmodell 20 besteht
eine Verbindung zu den Bestandteilen 31 für die voraus schauende
Sicherheit bzw. zur Fahrerassistenz im Ego-Fahrzeug. Diese Verbindung
ist durch den Pfeil 32 wiedergegeben. Die Bestandteile 31 für die eigenen
vorausschauenden Sicherheits bzw. Fahrerassistenzsysteme (die Systeme
des Eigenfahrzeugs) sind durch ein Sensormodell 33, eine
Einheit zur Sensorfusion 34 sowie eine Algorithmik 36 und
die zugehörige
Aktuatorik 37 für
die Fahrerassistenz- bzw. Sicherheitssysteme gegeben. Das Sensormodell 33,
bei dem es sich um ein Modell für
mehrere Sensoren handeln kann, dient zur Datenermittlung, die dann
im Rahmen der Sensorfusion 34 bzw. der Algorithmik 36 gemäß den Pfeilen 35 und 38 verarbeitet
werden. Dabei werden vom Fahrzeugmodell 20 nach dem Pfeil 32 Fahrwerksensorikdaten
wie die Geschwindigkeit, Gierraten oder weitere Daten geliefert,
die mit den Daten des Sensormodells 33 für die Sensordaten
der zu entwickelnden bzw. zu testenden Systeme im Rahmen der Sensorfusion 34 verbunden werden.
Die Daten aus der Sensorfusion 34 fließen gemäß dem Pfeil 39 in
die Algorithmik 36 ein, wobei als Ergebnis der hiermit
durchgeführten
Berechnungen gemäß dem Pfeil 40 Aktuatorbefehle
für die
Aktuatorik 37, also beispielsweise eine Notbremsung oder
dergleichen, erzeugt werden. Die Möglichkeit zur Fahrerwarnung,
die seitens der Aktuatorik 37 gegeben ist, wird durch den
Pfeil 41 angedeutet. Entsprechend kann eine Umgebungswarnung
gemäß dem Pfeil 42 erfolgen.
Eine weitere Pfeilverbindung 43 besteht von der Aktuatorik 37 zum
Fahrzeugmodell 20, hier gegeben durch den Pfeil 43.
Die Struktur der Simulationsumgebung ist folglich durch die Kommunikation
der einzelnen Bestandteile und die zahlreichen Rückkopplungselemente gekennzeichnet. Es
handelt sich um eine sogenannte „Closed-Loop"-Struktur.
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Das
Sicht-Rendering 18 in der virtuellen Welt 6 wird über den
Pfeil 44 vom Sensormodell 33 bzw. dessen Daten
beeinflusst, wobei wiederum Sicht-Rendering-Informationen gemäß dem Pfeil 45 in
das Sensormodell 33 zurückfließen. Diese
Daten betreffen beispielsweise Lichtquellen, Sichttypen und dergleichen.
Eine weitere Pfeilverbindung gemäß dem Pfeil 46 besteht
von den Objekt-Eigenschaften 15 zum Sensormodell 33,
wobei hier Daten zu Materialien, Positionen und Geschwindigkeiten
kommuniziert werden.
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Schließlich erfolgt,
wie hier durch den Pfeil 47 angedeutet wird, zumindest
für ausgewählte Zustandsgrößen in jedem
Simulationsschritt bzw. in jedem Simulationsdurchlauf eine Protokollierung,
d. h., dass Daten in eine Simulations-Datenbank 48 aufgenommen
werden, die dann gemäß dem Pfeil 49 beispielsweise
unter Erstellung von Plots mit Hilfe eines Reporting-Tools 50 einer
Nachverarbeitungs-Einheit 51 nachverarbeitet bzw. ausgewertet
werden.
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Die
erfindungsgemäße Entwicklung
bzw. der erfindungsgemäße Test
von vorausschauenden Sicherheits- und/oder Fahrerassistenzsystemen
beruht also im Wesentlichen auf einer Closed-Loop-Simulationsumgebung
mit zahlreichen Komponenten, die eine reale Testfahrt in Modellform
wiedergeben und miteinander kommunizieren. Eine Bedienerinteraktion,
beispielsweise als Fahrerinteraktion, ist nicht mehr erforderlich.
So wird es möglich,
die durch die Simulationsumgebung erzeugten Verkehrsszenarien, die
reale Testfahrten nachbilden, mit gegebenenfalls nur leicht variierten
Parametern vielfach ablaufen zu lassen, um so verlässliche
Daten für
die Entwicklung bzw. den Test von Fahrzeugsystemen zu gewinnen.
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Die 2 zeigt
eine Darstellung 52 zum modularen Aufbau einer erfindungsgemäßen Simulationsumgebung.
Dabei besteht die Darstellung 52 aus Modulen für eine virtuelle
Welt 53, das Ego-Fahrzeug 54 sowie für externe
Komponenten 55. Ein weiterer Bestandteil wird durch zukünftige Komponenten 56 gebildet.
Die virtuelle Welt 53 ist aufgeteilt in eine Umfeldsimulation 57,
die wiederum mehrere Komponenten in Form einer Verkehrssimulation 58,
einer Visualisierung 59 sowie einer Physiksimulation 60 aufweist.
Der Umfeldsimulation 57 liegen statische Eigenschaften 61 hier
in Form von Straßendaten 62 sowie
Daten zu ortsfesten Objekten 63 zu Grunde. Der modulare
Aufbau ermöglicht
bei Bedarf eine problemlose Ergänzung
der einzelnen Module, beispielsweise der Umfeldsimulation 57,
um weitere Komponenten bzw. ein Hinzufügen von Modulen.
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Das
Modul für
das Ego-Fahrzeug 24 besteht aus den Untermodulen für die Fahrdynamik 64 sowie dem
Fahrermodell 65. Des Weiteren sind Sensormodelle 66 und
die Algorithmik 67, also die Algorithmen der zu entwickelnden bzw.
zu testenden Sicherheits- und/oder Fahrerassistenzsysteme, Bestandteil
der Simulationsumgebung.
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Die
Fahrdynamik 68 erhält
Daten der Ego-Fahrzeug-Aktuatorik 69 und erzeugt Ego-Fahrzeug-Daten 70,
die, wie auch die Daten der weiteren Module, an einen Simulationskern 71 weitergeleitet werden.
Der Simulationskern 71 steht des Weiteren in Verbindung
mit den einzelnen Modellen der Einheit Sensormodelle 66,
hier einem Radarsensor 72 sowie einem Kamerasensor 73.
Selbstverständlich
können bei
anderen Ausführungsbeispielen
weitere Sensoren modelliert werden. Für die Algorithmik 67 ist
hier beispielhaft eine Crashwarnungsfunktion 74 neben einer
weiteren Sicherheitsfunktion 75 angedeutet.
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Die
Fahrermodellrealisierung 76 des Moduls für das Fahrermodell 65 erhält Daten
der Bestandteile Manöveraufnahme 77 sowie
Warnaktuatorik 78 und erzeugt für die Fahrzeugsteuerung 79 Daten
zur Weiterleitung an den Simulationskern 71.
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Des
Weiteren ist das Modul für
externe Komponenten 55 mit verschiedenen Untermodulen 80, 81 und 82 für Datendateien,
eine Simulationsdatenbank sowie für eine Menschmodell-Simulation
vorgesehen. Diesem Modul werden vom Simulationskern 71 Daten
zum Export zugeleitet.
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Weitere
zukünftige
Komponenten 56 der Simulationsumgebung sind in einem weiteren
Block angedeutet. Dabei handelt es sich hier um eine Ray-Tracing-Visualisierung 83,
ein Ray-Tracing-Sensormodell 84, eine Fußgängererkennung 85 sowie eine
Schnittstelle 86 bzw. 87 für bereits eingesetzte bzw.
sich in der Entwicklung befindende Bussysteme im Kraftfahrzeug.
Diese zukünftigen
Komponenten 83–87 können auf
Grund des modularen Aufbaus der Simulationsumgebung bei Bedarf mit
vertretbarem Aufwand in die Entwicklung bzw. das Testen der Fahrerassistenz-
und Sicherheitssysteme einbezogen werden. Zudem ist die Simulationsumgebung
so aufgebaut, dass die verschiedenen Module miteinander kommunizieren
und interagieren und eine ständige Rückkopplung
von Daten gegeben ist.
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Die 3 zeigt
schließlich
eine möglicher Bildschirmoberfläche zur
Verwendung bei einem erfindungsgemäßen Verfahren. Dabei zeigt
die Darstellung 88 zunächst
das Design einer Teststrecke, das vollständig automatisch durch die
Simulationsumgebung oder unterstützt
durch Bedienereingaben erfolgt, wobei derartige Bedienereingaben
beispielsweise über
die Menüfelder 89 und 90 möglich sind.
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Anschließend erfolgt
eine Manöverdefinition 91 unter
Anzeige eines Manövers 93 in
grafischer Form und unter Ermöglichung
von Bedienereingaben gemäß dem Eingabefeld 92.
Weitere Eingabefelder 94a und 94b ermöglichen
einem Bediener weitere Auswahlmöglichkeiten
bzw. Parametervorgaben, die die virtuelle Testfahrt bzw. die virtuelle
Welt mit dem Manöver,
das durchgeführt
werden soll, weiter spezifizieren.
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Auf
Grund dieser Anfangsdaten wird dann gemäß dem Pfeil 95 eine
Testreihe durchgeführt,
die eine Vielzahl von Simulationsläufen 96, die aus unterschiedlichen
Perspektiven 97, 98 und 99 dargestellt
werden, beinhaltet. Dabei erfolgen diese Simulationsläufe 96 im
Wesentlichen ohne eine Bediener- bzw.
Fahrerinteraktion. Es werden also z. B. lediglich wie hier beschrieben
bestimmte Vorgaben gemacht, woraufhin die Simulationsumgebung selbsttätig ein Verkehrsszenario
generiert, das demgemäß keine bloße Abbildung
eines Realszenarios darstellt, sondern als rechnergeneriertes Szenario
eine stochastische Streuung der zu Grunde liegenden Parameter usw.
ermöglicht,
woraufhin ohne Bedieneraktion eine Simulation, mit gegebenenfalls
einer Vielzahl von Durchlaufen, durchgeführt wird. Danach kann eine Auswertung 100 angeschlossen
werden, in deren Rahmen Berichte erstellt bzw. aus den Daten der Vielzahl
von Simulationsdurchlaufen 96 Kurven 101 und 102 usw.
ermittelt werden, die beispielsweise wiedergeben, inwieweit ein
zu entwickelndes Sicherheitssystem unter bestimmten Bedingungen,
beispielsweise einer bestimmten Geschwindigkeit, in der Lage ist,
einen Unfall zu verhindern und dergleichen, und/oder die Signal-
und Datenverläufe
zeigen.