DE102013201941A1

DE102013201941A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Fahrbahnverlaufs

Info

Publication number: DE102013201941A1
Application number: DE201310201941
Authority: DE
Inventors: Georg Tanzmeister
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2014-08-07

Abstract

Der Fahrbahnverlauf für ein Fahrzeug wird abhängig von zumindest einem vorgegebenen kollisionsfreien resultierenden Pfad (24) in einer vorgegebenen Umgebung des Fahrzeugs ermittelt. Hierbei wird abhängig von einer vorgegebenen Belegungskarte (18), die zumindest teilweise die vorgegebene Umgebung des Fahrzeugs repräsentiert, und dem jeweiligen resultierenden Pfad (24) eine Fahrbahnbegrenzung ermittelt. Ferner wird abhängig von der ermittelten Fahrbahnbegrenzung der Fahrbahnverlauf ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Fahrbahnverlaufs sowie ein Fahrzeugsystem.
Moderne Fahrzeuge werden zunehmend autonomer, das heißt, die Fahrzeuge sind in der Lage, eine Fahrkontrolle mit weniger Intervention eines Fahrzeugführers bereitzustellen. Ein wesentliches Element des autonomen Fahrens ist die Wegeplanung. Meist werden zur Ermittlung der möglichen Wegstrecke gespeicherte digitale Kartendaten genutzt. Allerdings können hierbei Fälle auftreten, bei denen keine ausreichend genaue Lokalisierung des Fahrzeugs in der Karte möglich ist, zum Beispiel in sehr dicht besiedelten Gebieten, und/oder die digitalen Kartendaten spiegeln kurzzeitige Änderungen in den Streckenverläufen nicht oder nicht zuverlässig wider. Solche kurzzeitigen Änderungen können zum Beispiel durch Straßenbaustellen bedingt sein.
Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Fahrbahnverlaufs sowie ein Fahrzeugsystem zu schaffen, die ein zuverlässiges Ermitteln des Fahrbahnverlaufs ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem ersten und zweiten Aspekt aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Ermitteln eines Fahrbahnverlaufes für ein Fahrzeug. Der Fahrbahnverlauf wird abhängig von zumindest einem vorgegebenen kollisionsfreien resultierenden Pfad in einer vorgegebenen Umgebung des Fahrzeugs ermittelt. Hierbei wird abhängig von einer vorgegebenen Belegungskarte, die zumindest teilweise die vorgegebene Umgebung des Fahrzeugs repräsentiert, und dem jeweiligen resultierenden Pfad eine Fahrbahnbegrenzung ermittelt. Ferner wird abhängig von der ermittelten Fahrbahnbegrenzung der Fahrbahnverlauf ermittelt.
Dies ermöglicht, dass der Fahrbahnverlauf unabhängig von digitalen Kartendaten, die ein vorgegebenes Weg- oder Streckennetz repräsentieren, ermittelt werden kann. Ferner kann der Fahrbahnverlauf unabhängig von einer Objekterkennung und/oder Objektklassifizierung ermittelt werden. Insbesondere können beispielsweise Lidarsensoren und/oder Radarsensoren und/oder ein Kamerasystem genutzt werden, mittels derer sehr effizient und zuverlässig Hindernisse detektiert und ermittelt werden können, ohne dass die Hindernisse klassifiziert werden müssen.
Der gebräuchliche englische Fachausdruck für Belegungskarte ist Occupancy Grid. Die Belegungskarte weist eine vorgegebene Anzahl von Gitterzellen auf. Den jeweiligen Gitterzellen sind Belegungswerte zugeordnet, die eine Belegungswahrscheinlichkeit repräsentieren, wobei ein Hindernis durch eine hohe Belegungswahrscheinlichkeit charakterisiert ist. Zur Ermittlung des Fahrbahnverlaufs wird vorzugsweise die Belegungskarte genutzt. Die Belegungskarte ist eine spezielle Merkmalskarte. Der gebräuchliche englische Fachausdruck für Merkmalskarte ist Feature Grid. Die Merkmalskarte weist eine vorgegebene Anzahl von Gitterzellen auf. Der jeweiligen Gitterzelle können ein oder mehrer Merkmale zugeordnet sein, beispielsweise das Merkmal einer Überfahrbarkeit, d. h. ob es erlaubt ist, die Zelle zu überfahren oder nicht, und das Merkmal der Belegungswahrscheinlichkeit. Eine Bereitstellung solch einer Merkmalskarte ist jedoch aufwendiger als das Bereitstellen einer Belegungskarte.
Mit Hilfe der Belegungskarte kann der Fahrbahnverlauf ermittelt werden. Der Fahrbahnverlauf ist zu unterscheiden von einem Fahrspurverlauf. Die Fahrbahn kann mehrere Fahrspuren umfassen, wobei das Befahren von der einen Fahrspur oder anderen Fahrspur erlaubt sein kann oder nicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und zweiten Aspekts sind eine Vielzahl von kollisionsfreien Pfaden vorgegeben. Die kollisionsfreie Pfade werden in verschiedene Gruppen zusammengefasst abhängig von vorgegebenen Ähnlichkeitsmerkmalen und für die Gruppen wird jeweils ein resultierender Pfad ermittelt abhängig von den kollisionsfreien Pfaden der jeweiligen Gruppe. Dies hat den Vorteil, dass die Zahl der zu betrachtenden Pfade geringer ist und die Topologie der Umgebung des Fahrzeugs sehr gut approximiert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und zweiten Aspekts sind den kollisionsfreien Pfaden jeweils Gesamtkosten zugeordnet und der jeweilige resultierende Pfad wird ermittelt abhängig von den Gesamtkosten der jeweiligen kollisionsfreien Pfade der Gruppe. Vorteilhafterweise kann so der resultierende Pfad einfach ermittelt werden und der resultierende Pfad ist ein kostenoptimaler Pfad.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und zweiten Aspekts wird jeweils abhängig von dem jeweiligen resultierenden Pfad und der Belegungskarte eine erste Fahrbahnbegrenzung und eine zweite Fahrbahnbegrenzung ermittelt, wobei die erste Fahrbahnbegrenzung in Fahrtrichtung des Fahrzeugs auf der Fahrbahn linkseitig und die zweite Fahrbahnbegrenzung rechtsseitig von dem Fahrzeug angeordnet ist. Vorteilhafterweise separiert der resultierende Pfad so die erste und zweite Fahrbahnbegrenzung. Der Verlauf der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung in Bezug zueinander und/oder jeweils in Bezug zu dem resultierenden Pfad kann für eine Auswertung genutzt werden, ob der resultierende Pfad als gültige Fahrbahn klassifiziert wird oder nicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und zweiten Aspekts weisen die erste und zweite Fahrbahnbegrenzung jeweils eine Vielzahl von Fahrbahnbegrenzungsknoten auf und der Fahrbahnverlauf wird ermittelt abhängig von einem jeweiligen Abstand zwischen vorgegebenen korrespondierenden Fahrbahnbegrenzungsknoten der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung. Vorteilhafterweise ermöglicht eine Analyse des Abstandes der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung eine einfache Verifikation, ob es sich bei dem jeweiligen resultierenden Pfad um eine gültige Fahrbahn handelt oder nicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und zweiten Aspekts wird der Fahrbahnverlauf ermittelt abhängig von einem maximalen Abstand und einem minimalen Abstand, den die erste und zweite Fahrbahnbegrenzung aufweisen. Eine Fahrbahn weist meistens eine näherungsweise gleichbleibende Breite auf. Vorteilhafterweise ermöglicht eine Analyse einer Abstandsänderung zwischen der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung eine einfache Verifikation, ob es sich bei dem jeweiligen resultierenden Pfad um eine gültige Fahrbahn handelt oder nicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und zweiten Aspekts weisen die erste und zweite Fahrbahnbegrenzung jeweils eine Vielzahl von Fahrbahnbegrenzungsknoten auf und der Fahrbahnverlauf wird ermittelt abhängig von einem Tangenten- und/oder Krümmungsverlauf der ersten Fahrbahnbegrenzung und der zweiten Fahrbahnbegrenzung in vorgegebenen korrespondierenden Fahrbahnbegrenzungsknoten der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung. Vorteilhafterweise ermöglicht ein Vergleich des Tangenten- und/oder Krümmungsverlaufs der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung in den jeweils korrespondierenden Fahrbahnbegrenzungsknoten eine einfache Verifikation, ob es sich bei dem jeweiligen resultierenden Pfad um eine gültige Fahrbahn handelt oder nicht.
Gemäß einem dritten und vierten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Ermitteln eines Fahrspurverlaufes für ein Fahrzeug abhängig von zumindest einem vorgegebenen kollisionsfreien resultierenden Pfad in einer vorgegebenen Umgebung des Fahrzeugs. Hierbei wird abhängig von einer vorgegebenen Merkmalskarte, die zumindest teilweise die vorgegebene Umgebung des Fahrzeugs repräsentiert, und dem jeweiligen resultierenden Pfad eine Fahrspurbegrenzung ermittelt. Die Merkmalskarte charakterisiert hierbei zumindest Bereiche, die nicht überfahren werden dürfen. Abhängig von der ermittelten Fahrspurbegrenzung wird der Fahrspurverlauf ermittelt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Aspekts gelten hierbei analog für den dritten und vierten Aspekt. Anstatt oder zusätzlich zu der Belegungskarte kann eine Merkmalskarte genutzt werden die Fahrspur zu ermitteln. Die Merkmalskarte weist eine vorgegebene Anzahl von Gitterzellen auf. Der jeweiligen Gitterzelle können ein oder mehrere Merkmale zugeordnet sein, beispielsweise das Merkmal einer Überfahrbarkeit, d. h. ob es erlaubt ist, die Zelle zu überfahren oder nicht. In diesem Falle charakterisiert die Merkmalskarte Bereiche, die nicht überfahren werden können und/oder dürfen. Unter Verwendung solch einer Merkmalskarte, alternativ oder zusätzlich zu der Belegungskarte, ist es möglich die Fahrspur zu ermitteln.
Gemäß einem fünften Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Fahrzeugsystem, das eine Pfadermittlungseinheit umfasst, die ausgebildet ist, abhängig von einer Belegungskarte, die eine vorgegebene Umgebung des Fahrzeugs repräsentiert, zumindest einen resultierenden Pfad zu ermitteln. Ferner weist das Fahrzeugsystem eine Vorrichtung gemäß dem zweiten oder vierten Aspekt auf, die mit der Pfadermittlungseinheit datentechnisch gekoppelt ist zum Empfang von Daten, die repräsentativ sind für den zumindest einen resultierenden Pfad.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Aspekts gelten auch für den dritten Aspekt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
1 ein vorgegebene Umgebung eines Fahrzeugs,
2 ein beispielhaftes Blockschaltbild für ein Fahrzeugsystem,
3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein Programm zum Ermitteln eines Fahrbahnverlaufs für ein Fahrzeug,
4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Ermittlung einer ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung,
5a bis 5e schematische Darstellungen zur Erläuterung der Ermittlung von Fahrbahnverläufen,
6 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein weiteres Programm zum Ermitteln von kollisionsfreien Pfaden für ein Fahrzeug und
7a bis 7c schematische Darstellungen zur Erläuterung der Ermittlung von ersten, zweiten und den resultierenden Pfaden.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Bildausschnitt 2 für eine vorgegebene Umgebung eines Fahrzeugs. 1 zeigt eine Straße 4, auf der Pylonen als reale Fahrbahnbegrenzung 6 aufgestellt sind und somit einen Fahrbahnverlauf kennzeichnen. Solche Situationen treten häufig bei Straßenbaustellen auf. Der Fahrbahnverlauf kann sich hierbei in sehr kurzen Zeitabständen verändern. Meist werden zur Ermittlung der möglichen Wegstrecke gespeicherte digitale Kartendaten genutzt, die jedoch in solchen Fällen kurzzeitige Änderungen in den Streckenverläufen nicht oder nicht zuverlässig widerspiegeln, so dass eine korrekte Bereitstellung des Fahrbahnverlaufs mittels solcher digitaler Kartendaten nicht möglich ist.
2 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrzeugsystems 10 für ein Fahrzeug. Das Fahrzeugsystem 10 weist eine Fahrbahnermittlungseinheit 12 zum Ermitteln des Fahrbahnverlaufs auf. Ferner weist das Fahrzeugsystem 10 eine Pfadermittlungseinheit 14 auf. Dem Fahrzeugsystem 10 sind beispielsweise eine oder mehrere Umfeldsensoreinheiten 16 zugeordnet. Alternativ kann das Fahrzeugsystem 10 eine oder mehrere Umfeldsensoreinheiten 16 umfassen. Die jeweilige Umfeldsensoreinheit 16 umfasst beispielsweise einen Radarsensor und/oder einen Lidarsensor.
Die vorgegebene Umgebung des Fahrzeugs wird beispielsweise mittels der Umfeldsensoreinheit 16 erfasst und abhängig von den erfassten Sensordaten wird eine Belegungskarte 18 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich ist möglich, dass die Umfeldsensoreinheit 16 eine optische Erfassungseinrichtung aufweist, zum Beispiel eine Videokamera, und abhängig von den erfassten Bilddaten wird die Belegungskarte 18 ermittelt.
Die Belegungskarte 18 weist eine vorgegebene Anzahl von Gitterzellen 20 auf. Den jeweiligen Gitterzellen 20 sind Belegungswerte zugeordnet, die eine Belegungswahrscheinlichkeit repräsentieren, wobei ein Hindernis durch eine hohe Belegungswahrscheinlichkeit charakterisiert ist.
Die Pfadermittlungseinheit 14 ist datentechnisch gekoppelt mit der Fahrbahnermittlungseinheit 12 zum Austausch von Daten. Die Fahrbahnermittlungseinheit 12 und die Pfadermittlungseinheit 14 weisen beispielsweise jeweils eine Recheneinheit und eine zugehörige Speichereinheit auf. Alternativ können die Fahrbahnermittlungseinheit 12 und die Pfadermittlungseinheit 14 eine gemeinsame Recheneinheit nutzen.
Die Pfadermittlungseinheit 14 ist beispielsweise ausgebildet, einen oder mehrere resultierende Pfade 24 zu ermitteln, beispielsweise abhängig von den erfassten Sensordaten für die vorgegebenen Umgebung des Fahrzeugs. Alternativ oder zusätzlich ist die Pfadermittlungseinheit 14 beispielsweise ausgebildet, eine Vielzahl von kollisionsfreien Pfaden 22 zu ermitteln und an die Fahrbahnermittlungseinheit 12 weiterzuleiten. Ein Beispiel für ein Ablaufdiagramm für ein Programm zur Ermittlung der kollisionsfreie Pfade 22 ist in 6 gezeigt.
Die Pfadermittlungseinheit 14 ist zum Beispiel ausgebildet, die Belegungskarte 18 zu ermitteln abhängig von den erfassten Sensordaten für die vorgegebenen Umgebung des Fahrzeugs und abhängig von der Belegungskarte 18 die kollisionsfreien Pfade 22 und/oder die resultierenden Pfade 24 zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann die Umfeldsensoreinheit 16 ausgebildet sein, die Belegungskarte 18 zu ermitteln und bereitzustellen.
Die Fahrbahnermittlungseinheit 12 ist ausgebildet, ein Programm zum Ermitteln des Fahrbahnverlaufs auszuführen. Die Fahrbahnermittlungseinheit 12 kann auch als Vorrichtung zum Ermitteln eines Fahrbahnverlaufes bezeichnet werden. Ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für das Programm zeigt 3. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden der Fahrbahnermittlungseinheit 12 eine Vielzahl von kollisionsfreien Pfaden 22 von der Pfadermittlungseinheit 14 vorgegeben.
Das in 3 gezeigte Programm wird in einem Schritt S10 gestartet.
In einem Schritt S12 wird ein Unterprogramm gestartet zum Ermitteln von resultierenden Pfaden 24 abhängig von den vorgegebenen kollisionsfreien Pfaden 22. Hierbei werden in einem Schritt S122 die kollisionsfreie Pfade 22 in verschiedene Gruppen zusammengefasst abhängig von vorgegebenen Ähnlichkeitsmerkmalen und in einem Schritt S124 wird für die Gruppen jeweils ein resultierender Pfad 24 ermittelt abhängig von den kollisionsfreien Pfaden 22 der jeweiligen Gruppe. Hierbei sind beispielsweise den kollisionsfreien Pfaden 22 jeweils Gesamtkosten zugeordnet und der jeweilige resultierende Pfad 24 wird ermittelt abhängig von den Gesamtkosten der jeweiligen kollisionsfreien Pfade 22 der Gruppe.
Insofern die Pfadermittlungseinheit 14 ausgebildet ist, einen oder mehrere resultierende Pfade 24 zu ermitteln und an die Fahrbahnermittlungseinheit 12 weiterzuleiten, entfällt der Programmschritt S12.
In einem Schritt S14 wird eine Fahrbahnbegrenzung ermittelt abhängig von der vorgegebenen Belegungskarte 18 und dem jeweiligen resultierenden Pfad 24. Die Belegungskarte wird beispielsweise von der Pfadermittlungseinheit 14 bereitgestellt. Hierbei wird beispielsweise jeweils abhängig von dem jeweiligen resultierenden Pfad 24 und der Belegungskarte 18 eine erste Fahrbahnbegrenzung 32 und eine zweite Fahrbahnbegrenzung 34 ermittelt, wobei die erste Fahrbahnbegrenzung 32 in Fahrtrichtung des Fahrzeugs auf der Fahrbahn linksseitig und die zweite Fahrbahnbegrenzung 34 rechtsseitig von dem Fahrzeug angeordnet ist. Die erste und zweite Fahrbahnbegrenzung 32, 34 werden vorzugsweise jeweils unabhängig voneinander ermittelt.
Die reale Fahrbahnbegrenzung kann ein kontinuierliches Fahrbahnbegrenzungselement, zum Beispiel eine Leitplanke, umfassen oder/und ein nicht-kontinuierliches Fahrbahnbegrenzungselement, zum Beispiel Leitpfosten und/oder Pylonen.
Für das Ermitteln der Fahrbahnbegrenzung wird beziehungsweise werden beispielsweise das Fahrbahnbegrenzungselement beziehungsweise die Fahrbahnbegrenzungselemente ermittelt durch Detektion von statischen Gitterzellen 20 in der Belegungskarte 18, die in einem vorgegebenen Nachbarbereich zu dem resultierenden Pfad 24 angeordnet sind und als belegt gelten und damit eine hohe Belegungswahrscheinlichkeit aufweisen.
Vorzugsweise beginnt der resultierende Pfad 24 an einem vorgegebenen Ausgangsknoten 26 und weist eine vorgegeben maximale Länge auf oder eine Länge, die in einem vorgegebene Toleranzbereich von der vorgegebenen maximalen Länge abweicht.
Das Ermitteln der ersten Fahrbahnbegrenzung 32 wird anhand des in 4 gezeigten Diagramms veranschaulicht. Das Ermitteln der zweiten Fahrbahnbegrenzung 34 erfolgt analog.
Zum Ermitteln der ersten Fahrbahnbegrenzung 32 werden beispielsweise beginnend von dem Ausgangsknoten 26 für die jeweiligen Pfadknoten des resultierenden Pfades 24 die Gitterzellen 20 in dem vorgegebenen Nachbarbereich des jeweiligen Pfadknotens untersucht.
Der jeweilige Pfadknoten ist in einer Gitterzelle 20 angeordnet. Ausgehend von der Gitterzelle 20 eines zu betrachtenden Pfadknotens werden entlang vorgegebener Richtungsvektoren R in dem vorgegebenen Nachbarbereich als belegt geltende Gitterzellen 20 gesucht, d. h. die eine ausreichend hohe Belegungswahrscheinlichkeit aufweisen und somit ein Hindernis charakterisieren. Hierbei repräsentieren die Richtungsvektoren R jeweils eine Verbindung ausgehend von einem Zentrum der Gitterzelle 20 des zu betrachtenden Pfadknotens bis zu einem Zentrum einer Nachbargitterzelle. Die Nachbargitterzelle kann hierbei unmittelbar oder mittelbar benachbart sein zu der Gitterzelle 20 des zu betrachtenden Pfadknotens. Beispielsweise können so ausgehend von der Gitterzelle 20 des zu betrachtenden Pfadknotens acht Richtungen vorgegeben werden für die Suche nach belegten Gitterzellen 20, die mögliche Fahrbahnbegrenzungszellen der ersten Fahrbahnbegrenzung 32 repräsentieren. Vorzugsweise werden zumindest drei von den vorgegebenen Richtungen ausgewählt für die Suche nach belegten Gitterzellen 20 abhängig von einem Verlauf des resultierenden Pfades 24.
Ausgehend von dem zu betrachtenden Pfadknoten des resultierenden Pfades 24 wird ein normierter Normalenvektor N zu dem resultierenden Pfad 24 in dem zu betrachtenden Pfadknoten ermittelt. Diejenige Nachbargitterzelle, zu der derjenige Richtungsvektor R zeigt, der mit dem Normalenvektor N einen kleinsten Winkel einschließt, und die den kleinsten Abstand zu der Gitterzelle 20 des zu betrachtenden Pfadknotens aufweist, wird zuerst untersucht. Die Untersuchung der jeweiligen Nachbarzellen wird in diese ermittelte Richtung fortgesetzt, bis eine erste belegte Gitterzelle 20 ermittelt wird oder eine vorgegebene Anzahl von Gitterzellen 20 in diese Richtung untersucht sind. Die jeweils so ermittelten Gitterzellen 20 werden einer Menge an möglichen Fahrbahnbegrenzungszellen zugeordnet.
Die Suche wird beispielsweise fortgesetzt ausgehend von der Gitterzelle 20 des zu betrachtenden Pfadknotens in eine zweite Richtung, die durch denjenigen Richtungsvektor R repräsentiert ist, der den zweitkleinsten Winkel mit dem Normalenvektor einschließt, und fortgesetzt in eine dritte Richtung, die durch denjenigen Richtungsvektor R repräsentiert ist, der den drittkleinsten Winkel mit dem Normalenvektor einschließt.
Die so ermittelte Menge an möglichen Fahrbahnbegrenzungszellen kann zum Beispiel aufgrund einer nicht-kontinuierlich ausgebildeten Fahrbahnbegrenzung entlang der Fahrbahn auch als belegt geltende Gitterzellen 20 aufweisen, die nicht zu der ersten Fahrbahnbegrenzung 32 gehören. Daher wird beispielsweise für jeden Pfadknoten des resultierenden Pfades 24 die Fahrbahnbegrenzungszelle ermittelt aus der Menge der möglichen Fahrbahnbegrenzungszellen, die die geringste Euklidische Distanz zu dem jeweiligen Pfadknoten aufweist.
Die so ermittelten Fahrbahnbegrenzungszellen bilden die Basis für die erste Fahrbahnbegrenzung 32. Mittels einer vorgegebenen Interpolation wird beispielsweise eine durchgängige erste Fahrbahnbegrenzung 32 ermittelt. Die erste Fahrbahnbegrenzung 32 wird beispielsweise abhängig von einer vorgegebenen Interpolationsregel ermittelt. Beispielsweise werden hierfür kubische Polynomzüge genutzt. Solche Polynomzüge werden auch Splines genannt.
In einem Schritt S16 des in 3 gezeigten Programms wird abhängig von der ermittelten Fahrbahnbegrenzung der Fahrbahnverlauf ermittelt. Insbesondere wird in dem Schritt S16 überprüft, ob der jeweilige resultierende Pfad 24 als gültige Fahrbahn zu klassifizieren ist oder nicht. Für eine Verifikation, ob der resultierende Pfad 24 als gültige Fahrbahn zu klassifizieren ist oder nicht, können verschieden Verifikationskriterien genutzt werden.
Eine Fahrbahn weist meistens eine näherungsweise gleichbleibende Breite auf. Diese charakteristische Eigenschaft kann beispielsweise für die Verifikation, ob der resultierende Pfad 24 als gültige Fahrbahn zu klassifizieren ist oder nicht, genutzt werden.
Beispielsweise kann abhängig von einer jeweiligen Änderung des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung 32, 34 ermittelt werden, ob der resultierende Pfad 24 als gültige Fahrbahn zu klassifizieren ist oder nicht.
Zum Ermitteln der Änderung des Abstandes wird beispielsweise ein maximaler Abstand der ersten und zweite Fahrbahnbegrenzung 32, 34 und ein minimaler Abstand der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung 32, 34 ermittelt. Abhängig von der Differenz des maximalen Abstands und des minimalen Abstands wird der resultierende Pfad 24 als gültige oder ungültige Fahrbahn klassifiziert.
Die erste und zweite Fahrbahnbegrenzung 32, 34 werden vorzugsweise unabhängig voneinander ermittelt. Die ermittelten Fahrbahnbegrenzungsknoten der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung 32, 34 weisen daher nicht immer eine direkte Korrespondenz auf. Aufgrund von Kurven und/oder einer nicht-symmetrisch Ausbildung der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung 32, 34 und/oder von Diskretisierungsungenauigkeiten können die ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung 32, 34 jeweils unterschiedlich lang sein.
Daher wird zum Ermitteln des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung 32, 34 der Abstand zwischen zwei korrespondierende Knoten der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung 32, 34 ermittelt, wobei zur Bestimmung der korrespondierenden Knoten jeweils ausgehend von einem aktuellen Knoten der längeren Fahrbahnbegrenzung derjenige Fahrbahnbegrenzungsknoten der kürzeren Fahrbahnbegrenzung als der korrespondierende Knoten bestimmt, der den geringsten Abstand zu dem aktuellen Knoten der längeren Fahrbahnbegrenzung aufweist.
Abhängig von einem Vergleich der Änderung des Abstandes mit einem vorgegebenen Maximalwert kann eine erste Wahrscheinlichkeit ermittelt werden dafür, dass es sich bei dem resultierenden Pfad 24 um eine gültige Fahrbahn handelt.
Ein weiteres Verifikationskriterium ist beispielsweise ein Verlauf der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung 32, 34 in einem vorgegebenen Bereich, zum Beispiel in einem Endbereich, der Fahrbahnbegrenzung. Beispielsweise wird der jeweilige resultierende Pfad 24 als gültige Fahrbahn klassifiziert abhängig davon, ob in dem Endbereich die erste und zweite Fahrbahnbegrenzung 32, 34 einen näherungsweise gleichen Tangenten- und/oder Krümmungsverlauf aufweisen.
Hierfür wird beispielsweise jeweils eine Tangente der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung 32, 34 in dem jeweiligen Endknoten der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung 32, 34 ermittelt.
Abhängig von einem Winkel, die die beiden ermittelten Tangenten einschließen, wird beispielsweise eine zweite Wahrscheinlichkeit ermittelt dafür, dass es sich bei dem resultierenden Pfad 24 um eine gültige Fahrbahn handelt.
Die erste und zweite Wahrscheinlichkeit können jeweils einzeln genutzt werden, für eine Entscheidung, ob es sich bei dem resultierenden Pfad 24 um eine gültige Fahrbahn handelt oder nicht. Alternativ kann abhängig von ersten und zweiten Wahrscheinlichkeit eine Gesamtwahrscheinlichkeit ermittelt werden und abhängig von der Gesamtwahrscheinlichkeit eine Entscheidung getroffen werden, ob es sich bei dem resultierenden Pfad 24 um eine gültige Fahrbahn handelt oder nicht.
In einem optionalen Schritt S18 erfolgt ein Ermitteln einer Mittellinie der Fahrbahn. Die Mittellinie wird beispielsweise ermittelt abhängig von dem resultierenden Pfad 24, der als gültige Fahrbahn klassifiziert wurde. Alternativ oder zusätzlich kann die Mittelinie abhängig von der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung 32, 34 ermittelt werden.
Die Mittellinie wird beispielsweise abhängig von einer vorgegebenen Optimierungsfunktion geglättet. Hierbei werden beispielsweise folgende Optimierungskriterien berücksichtigt: Die geglättete Mittelinie soll möglichst einen geringen Abstand aufweisen zu dem ursprünglichen resultierenden Pfad 24. Die Krümmung der geglätteten Mittellinien soll möglichst klein sein und sollte möglichst konstant sein, die geglättete Mittellinie sollte möglichst mittig in Bezug auf die erste und zweite Fahrbahnbegrenzung 32, 34 verlaufen. Die so ermittelte geglättete Mittellinie weist zunächst eine Vielzahl von Knoten auf. Verbindungen zwischen diese Knoten der Mittellinie werden abhängig von einer vorgegebenen Interpolationsfunktion ermittelt. Beispielsweise werden hierfür kubische Polynomzüge genutzt.
In einem Schritt S20 wird das Programm beendet.
Die 5a bis 5e zeigen die in 1 gezeigt Situation aus einer anderen Perspektive. Die Darstellung erfolgt hierbei in Form einer Belegungskarte 18. Die schraffierten Flächen repräsentieren hierbei Hindernisse, insbesondere die Pylonen.
5a zeigt ein Beispiel für die von der Pfadermittlungseinheit 14 vorgegebenen kollisionsfreien Pfade 22. In 5b sind die ermittelten Gruppen sowie die ermittelten resultierenden Pfade 24 zu erkennen. Es sind ein erster, zweiter und dritter resultierender Pfad 24_1, 24_2, 24_3 zu erkennen. Die 5c bis 5e veranschaulichen das Ermitteln der Fahrbahnbegrenzung. Es ist zu erkennen, dass für den ersten resultierend Pfad 24_1 im weiteren Verlauf ab einer bestimmten Stelle keine Fahrbahnbegrenzung vorhanden ist. Der zweite und dritte resultierende Pfad 24_2, 24_3 weisen bezogen auf eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs eine erste und zweite Fahrbahnbegrenzung auf. Der zweite und dritte resultierende Pfad 24_2, 24_3 verlaufen jeweils näherungsweise mittig in Bezug auf die jeweiligen ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzungen 32, 34.
6 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein weiteres Programm zum Ermitteln von kollisionsfreien Pfaden 22 in der vorgegebenen Umgebung des Fahrzeugs. Das Programm wird beispielsweise von der Pfadermittlungseinheit 14 ausgeführt.
Das weitere Programm wird, wie in 6 gezeigt, in einem Schritt S60 gestartet. In einem Schritt S62 werden ein oder mehrere erste Pfade 117 ermittelt, die jeweils beginnen an einem vorgegebenen Ausgangsknoten 26 und enden an jeweiligen ersten Kandidatenknoten 120, die während des Ermittelns der ersten Pfade 117 ermittelt werden. Der beziehungsweise die ersten Pfade 117 werden ermittelt abhängig von einer vorgegebenen Expansionsregel, mittels derer schrittweise Expansionsknoten ermittelt werden, die bei Erfüllung einer vorgegebenen Zielbedingung als die ersten Kandidatenknoten 120 klassifiziert werden und ansonsten als Pfadknoten 138 oder offener Knoten 136 oder geschlossener Knoten klassifiziert werden. Ferner werden der beziehungsweise die mehreren ersten Pfade 117 ermittelt abhängig von einer Position des Ausgangsknotens 26 in der Belegungskarte 18.
Zur Berechnung des beziehungsweise der ersten Pfade 117 wird ausgehend von dem Ausgangsknoten 26 für einen jeweiligen aktuellen Pfadknoten eine vorgegebene Anzahl an Expansionsknoten zu einem aktuellen Pfadknoten ermittelt abhängig von der Position des aktuellen Pfadknotens und einem vorgegebenen Bewegungsmodell für das bewegliche Objekt. Das Bewegungsmodell für das bewegliche Objekt kann beispielsweise eine Bewegungslänge umfassen, die von dem beweglichen Objekt in einem Expansionsschritt zurückgelegt wird. Ferner kann das Bewegungsmodell Lenkwinkel für das bewegliche Objekt und Abmessungen des beweglichen Objekts umfassen.
Für die jeweiligen Expansionsknoten werden die Gesamtkosten ermittelt abhängig von einer Summe von Verbindungskosten eines optimalen Pfads vom Ausgangsknoten 26 bis zu dem jeweiligen Expansionsknoten. Wenn keiner der Expansionsknoten die vorgegebene Zielbedingung erfüllt, wird derjenige Expansionsknoten als der aktuelle Pfadknoten bestimmt, der die geringsten Gesamtkosten aufweist und die jeweils anderen Expansionsknoten werden jeweils entweder als offener Knoten 136 oder als geschlossener Knoten klassifiziert abhängig von den jeweiligen Gesamtkosten dieser Expansionsknoten. Wenn der jeweilige Expansionsknoten, die vorgegebene Zielbedingung erfüllt, wird der jeweilige Expansionsknoten als erster Kandidatenknoten 120 klassifiziert.
Unter dem optimalen Pfad ist ein bezüglich der Verbindungskosten optimierter Pfad zu verstehen.
Die Zielbedingung ist beispielsweise abhängig von einer vorgegebenen maximalen Pfadlänge für die Pfade. Die Zielbedingung gilt für den jeweiligen Expansionsknoten beispielsweise als erfüllt, wenn die kostenoptimale Verbindung vom dem Ausgangsknoten 26 bis zu dem Expansionsknoten die maximale Pfadlänge aufweist oder in einem vorgegebenen Toleranzbereich überschreitet.
Die maximale Pfadlänge repräsentiert beispielsweise eine vorgegebene maximale Tiefe eines Suchbaumes ausgehend von dem Ausgangsknoten 26. Die Zielbedingung gilt in diesem Fall für den jeweiligen Expansionsknoten beispielsweise als erfüllt, wenn die kostenoptimale Verbindung vom dem Ausgangsknoten 26 bis zu dem Expansionsknoten die vorgegebene maximale Tiefe in dem Suchbaum ausgehend von dem Ausgangsknoten 26 aufweist.
7a zeigt ein Ergebnis eines ersten Suchabschnitts, bei dem zunächst die ersten Pfade 117 ermittelt wurden. Es sind drei erste Pfade 117 zu erkennen, die jeweils den Ausgangsknoten 26 mit dem jeweiligen ersten Kandidatenknoten 120 verbinden. Die drei ersten Pfade 117 sind bis zu einem Knoten, der unmittelbar vor dem jeweiligen ersten Kandidatenknoten 120 als aktueller Pfadknoten ermittelt wurde, identisch. Ferner sind die offenen Knoten 136 der ersten Pfade 117 zu erkennen. Das Bewegungsmodell umfasst hierbei beispielhaft eine Bewegungslänge von 6 m und drei Lenkwinkel, zum Beispiel –2°, 0° und 2°. Die Belegungskarte 18 weist beispielsweise 512 × 512 Gitterzellen 20 auf. Die Gitterzellen 20 weisen eine Fläche von 0,2 m × 0,2 m auf. Die Zielbedingung wurde mit einer Suchbaumtiefe von 10 vorgegeben.
Deutlich zu erkennen ist, dass sich die erste Pfade geradlinig zwischen den Hindernissen hindurch erstrecken. Die ersten Pfade weisen minimale Gesamtkosten auf, da sie den größtmöglichen Abstand zu den Hindernissen aufweisen und keinerlei Aktion, insbesondere keine Lenkaktion des beweglichen Objekts, erfordern.
Sobald ein oder mehrere erste Pfade 117 ermittelt sind, wird das in 6 gezeigte weitere Programm in einem Schritt S64 derart fortgesetzt, dass mehrere zweite Pfade 134 ermittelt werden, die jeweils beginnen an dem vorgegebenen Ausgangsknoten 26 und enden an jeweiligen zweiten Kandidatenknoten 130, die während des Ermittelns der zweiten Pfade 134 ermittelt werden. Die zweiten Pfade 134 werden analog zu den ersten Pfaden 117 ermittelt abhängig von einer Position des Ausgangsknotens 26 in der Belegungskarte 18 und abhängig von der vorgegebenen Expansionsregel, mittels derer schrittweise die Expansionsknoten ermittelt werden, die bei Erfüllung einer vorgegebenen Zielbedingung als die zweiten Kandidatenknoten 130 klassifiziert werden und ansonsten als Pfadknoten 138 oder offener Knoten 136 oder geschlossene Knoten klassifiziert werden.
Die Pfadknoten 138 der jeweiligen zweiten Pfade 134 werden ferner ermittelt abhängig von einer Position eines jeweiligen zufällig ausgewählten Zufallsknotens aus Bereichen der Belegungskarte 18, die kein Hindernis aufweisen, und offenen Knoten 136, die jeweils ermittelte, aber noch nicht weiter expandierte, Expansionsknoten repräsentieren.
Zum Ermitteln der zweiten Pfade 134 wird beispielsweise der Zufallsknoten zufällig ausgewählt aus den Bereichen der Belegungskarte 18, die kein Hindernis aufweisen. Ferner wird ein Fortsetzungsknoten für den jeweiligen zweiten Pfad 134 ermittelt aus einer Knotenmenge, die die offenen Knoten 136 umfasst, der einen kleinsten Abstand aufweist zu dem Zufallsknoten, und ausgehend von dem Fortsetzungsknoten wird abhängig von der vorgegebenen Expansionsregel der jeweilige zweite Pfad 134 expandiert.
7b zeigt ein Zwischenergebnis nach 100 Expansionsschritten. Die zweiten Pfade 134 erstrecken sich gleichmäßig in während des ersten Suchabschnitts noch nicht untersuchte Bereiche der Belegungskarte 18.
Das in 6 gezeigte weitere Programm wird in einem Schritt S66 beispielsweise nach Ausführung einer vorgegebenen Anzahl von Expansionsschritten für die ersten und zweiten Pfade 117, 134 beendet.
7c zeigt ein Beispiel, bei dem das weitere Programm nach Ausführung von 500 Expansionsschritten für die ersten und zweiten Pfade 117, 134 beendet wurde.
Bezugszeichenliste

2: Bildausschnitt
4: Straße
6: reale Fahrbahnbegrenzung
10: Fahrzeugsystem
12: Fahrbahnermittlungseinheit
14: Pfadermittlungseinheit
16: Umfeldsensoreinheit
18: Belegungskarte
20: Gitterzelle
22: kollisionsfreier Pfad
24: resultierender Pfad
24_1, 24_2, 24_3: erster, zweiter und dritter resultierender Pfad
26: Ausgangsknoten
32: erste Fahrbahnbegrenzung
34: zweite Fahrbahnbegrenzung
117: erster Pfad
120: erster Kandidatenknoten
130: zweiter Kandidatenknoten
134: zweiter Pfad
136: offener Knoten
137: Pfadknoten
N: Normalenvektor
R: Richtungsvektor
S10... S66: Programmschritte

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines Fahrbahnverlaufes für ein Fahrzeug abhängig von zumindest einem vorgegebenen kollisionsfreien resultierenden Pfad (24) in einer vorgegebenen Umgebung des Fahrzeugs, wobei – abhängig von einer vorgegebenen Belegungskarte (18), die zumindest teilweise die vorgegebene Umgebung des Fahrzeugs repräsentiert, und dem jeweiligen resultierenden Pfad (24) eine Fahrbahnbegrenzung ermittelt wird, und – abhängig von der ermittelten Fahrbahnbegrenzung der Fahrbahnverlauf ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – eine Vielzahl von kollisionsfreien Pfaden (22) vorgegeben sind, – die kollisionsfreie Pfade (22) in verschiedene Gruppen zusammengefasst werden abhängig von vorgegebenen Ähnlichkeitsmerkmalen und – für die Gruppen jeweils ein resultierender Pfad (24) ermittelt wird abhängig von den kollisionsfreien Pfaden (22) der jeweiligen Gruppe.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem den kollisionsfreien Pfaden (22) jeweils Gesamtkosten zugeordnet sind und der jeweilige resultierende Pfad (24) ermittelt wird abhängig von den Gesamtkosten der jeweiligen kollisionsfreien Pfade (22) der Gruppe.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem jeweils abhängig von dem jeweiligen resultierenden Pfad (24) und der Belegungskarte (18) eine erste Fahrbahnbegrenzung (32) und eine zweite Fahrbahnbegrenzung (34) ermittelt wird, wobei die erste Fahrbahnbegrenzung (32) in Fahrtrichtung des Fahrzeugs auf der Fahrbahn linksseitig und die zweite Fahrbahnbegrenzung (34) rechtsseitig von dem Fahrzeug angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die erste und zweite Fahrbahnbegrenzung (32, 34) jeweils eine Vielzahl von Fahrbahnbegrenzungsknoten aufweisen, und der Fahrbahnverlauf ermittelt wird abhängig von einem jeweiligen Abstand zwischen vorgegebenen korrespondierenden Fahrbahnbegrenzungsknoten der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung (32, 34).
Verfahren nach Anspruch 5, beim dem der Fahrbahnverlauf ermittelt wird abhängig von einem maximalen Abstand und einem minimalen Abstand, den die erste und zweite Fahrbahnbegrenzung (32, 34) aufweisen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 bis 6, beim dem die erste und zweite Fahrbahnbegrenzung (32, 34) jeweils eine Vielzahl von Fahrbahnbegrenzungsknoten aufweisen und der Fahrbahnverlauf ermittelt wird abhängig von einem Tangenten- und/oder Krümmungsverlauf der ersten Fahrbahnbegrenzung (32) und der zweiten Fahrbahnbegrenzung (34) in vorgegebenen korrespondierenden Fahrbahnbegrenzungsknoten der ersten und zweiten Fahrbahnbegrenzung (32, 34).
Vorrichtung zum Ermitteln eines Fahrbahnverlaufes für ein Fahrzeug, die ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
Verfahren zum Ermitteln eines Fahrspurverlaufes für ein Fahrzeug abhängig von zumindest einem vorgegebenen kollisionsfreien resultierenden Pfad (24) in einer vorgegebenen Umgebung des Fahrzeugs, wobei – abhängig von einer vorgegebenen Merkmalskarte, die zumindest teilweise die vorgegebene Umgebung des Fahrzeugs repräsentiert, und dem jeweiligen resultierenden Pfad (24) eine Fahrspurbegrenzung ermittelt wird, wobei die Merkmalskarte zumindest Bereiche, die nicht überfahren werden dürfen, charakterisiert, und – abhängig von der ermittelten Fahrspurbegrenzung der Fahrspurverlauf ermittelt wird.
Vorrichtung zum Ermitteln eines Fahrspurverlaufes für ein Fahrzeug, die ausgebildet ist, ein Verfahren nach Anspruch 9 auszuführen.
Fahrzeugsystem (10) aufweisend, – eine Pfadermittlungseinheit (14), die ausgebildet ist, abhängig von einer Belegungskarte (18), die eine vorgegebene Umgebung des Fahrzeugs repräsentiert, zumindest einen resultierenden Pfad (24) zu ermitteln, – eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 10, die mit der Pfadermittlungseinheit (14) datentechnisch gekoppelt ist zum Empfang von Daten, die repräsentativ sind für den zumindest einen resultierenden Pfad (24).