DE102013213361B4

DE102013213361B4 - Verfahren für eine Spurführung basierend auf der Bewegung anderer Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102013213361B4
Application number: DE102013213361.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias Strauss; Ulrich Stählin; Ralph Grewe
Original assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: DE102013213361A1

Abstract

Verfahren für eine Spurführung für ein Fahrzeug mit Mittel zur Erfassung der Position anderer Fahrzeuge,wobeidie Position anderer Fahrzeuge über eine vorgegebene Zeitdauer akkumuliert wird und Zonen mit einen hohen Präsenz von Fahrzeugen als eine Fahrspur erkannt werden, dadurch gekennzeichnet, dassnur wenn alle erkannte Fahrspuren in derselben Richtung verlaufen, eine Maßnahme zur Unterstützung eines Fahrers zur Spurhaltung oder Spurwechsel eingeleitet wird.

Description

Querführungsfunktionen für ein Fahrzeug setzen die Erkennung der aktuellen Fahrspur voraus. Die Fahrspur wird i.d.R. mit einem Umfelderfassungssensorsystem insbesondere einem Kamerasystem anhand von Spurmarkierungen, Leitwänden/Planken erkannt.
In Stausituationen kann es aber passieren, dass diese Informationen nicht vorhanden sind, oder die Position der Fahrzeuge neben dem eigenen nicht den Spurverlauf, der wie oben beschrieben erkannt wurde, wiederspiegelt. Besonders schwierig wird es im Stau, wenn die parallel fahrenden Fahrzeuge nicht im Erfassungsbereich der seitlichen Sensoren liegen. Dies kann bei Lücken, aber auch bei LKWs, bei denen das Fahrzeug sehr hoch über der Straße ist und seitliche Sensoren evtl. darunter hindurch schauen, der Fall sein.
Aus der DE 10 2005 039 103 A1 ist ein Verfahren für die Erfassung eines Verkehrsraums mit einem fahrzeuggebundenen Sensorsystem bekannt.
Die DE 10 2009 045 937 A1 beschreibt ein Verfahren zur Einhaltung einer Fahrspur für mindestens ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug Steuermittel umfasst, die über Fahrzeugsicherheitssysteme und/oder Fahrerassistenzsysteme angesprochen werden.
Die DE 10 2010 033 729 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn.
Die DE 10 2006 012 997 A1 zeigt ein Verfahren und ein Fahrerunterstützungssystem zur Unterstützung des Fahrers eines Fahrzeugs bei der Querführung des Fahrzeugs.
Es ist die Aufgabe der hier vorgestellten Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Fahrspurerkennung anzugeben. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren für eine Spurführung ist in einem Fahrzeug mit Mittel zur Erfassung der Position anderer Fahrzeuge anwendbar. Die Position anderer Fahrzeuge wird über eine vorgegebene Zeitdauer akkumuliert und es werden Bereiche mit einen hohen Präsenz von Fahrzeugen als eine Fahrspur erkannt. Insbesondere werden diese Informationen über die Zeit akkumuliert, so können auch kurzfristige Aussetzer in der Erkennung ausgeglichen werden. Zudem werden die PositionsInformationen mehrerer Fahrzeuge akkumuliert, so dass sich in den vielbefahrenen Mittenbereichen der Fahrstreifen höhere Präsenzwerte und damit eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für eine Fahrspur ergeben als in schwächer befahrenen Randbereichen. Insbesondere ist eine Erfassung nicht nur der eigenen Fahrspur vorgesehen, sondern auch eine Erfassung der Nachbarfahrspuren. Es ist zusätzlich zu der Bestimmung der der eigenen Fahrspur die Bestimmung des Verlaufs und ggf. der Abmessungen der Nachbarfahrspur oder die Bestimmung der Anzahl von Fahrspuren und ggf. deren Verlauf bzw. deren Abmessungen vorgesehen. Die Abmessungen (Breite) einer Fahrspur kann z.B. aus dem Abstand zwischen zwei Gebieten mit einer hohen Präsenz von Fahrzeugen bestimmt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zur Akkumulation ein -insbesondere modifiziertes- Verfahren basierend auf einem Bayes Filter oder einer Dempster-Shafer-Theorie verwendet. Ein Standard-Bayes-Filter bzw. die Kombinationsformel von Dempster weisen ein starkes Konvergenzverhalten gegen die maximale/minimale Wahrscheinlichkeit auf, so dass von der Höhe der Wahrscheinlichkeit nur schlecht auf die Präsenz von Fahrzeugen geschlossen werden kann. Insbesondere Insbesondere bei der Fusion mehrerer Sensoren bietet sich für die Rauschunterdrückung (zeitliche Akkumlation) daher ein auf Mittelung basierendes Verfahren (einfache Mittelung / gewichteter Mittelwert) oder ein Kalmanfilter an, die Fusion unabhängiger Daten (verschiedener Sensoren) kann weiterhin mit einem Bayes Filter / der Kombinationsformel von Dempster erfolgen. So lässt sich erreichen, dass nur bei unabhängigen „Frei“-Messungen eine hohe Freiwahrscheinlichkeit für die Spurführung erzielt wird.
Eine weitere Verbesserung für die Fahrestreifenschätzung lässt sich erzielen, indem die Freiwahrscheinlichkeiten über der Zeit auf die Werte für unbekannt reduziert werden (Vergessensfaktor). So bleiben häufig befahrene Bereiche auf einer hohen Wahrscheinlichkeit, während selten überfahrene Bereiche eine niedrigen oder unbekannten Wert annehmen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, eine Nachbarfahrspur durch die zeitliche Akkumulation der Positionsdaten von überholenden bzw. zunächst folgenden und dann überholenden Fahrzeugen zu erkennen. Die Positionsdaten können dabei also nicht nur von Fahrzeugen erzeugt werden, die dauerhaft vor dem Egofahrzeug fahren, sondern auch von Fahrzeugen, die teilweise hinter dem Fahrzeug fahren, dieses aber überholen. Vor allem zur Erkennung von Nachbarspuren ist es notwendig, auch die Positionsdaten von Fahrzeugen hinter dem Egofahrzeug zu betrachten.
Insbesondere werden die Positionsdaten von anderen Fahrzeugen mit Mitteln zur Fahrzeug-zu-Fahrzeug Kommunikation (im Folgenden mit C2C bezeichnet) übertragen und/oder mit einem Umgebungserfassungssensorsystem im Egofahrzeug erfasst. Typische Umgebungserfassungssensorsystem für ein Fahrzeug sind Radar-, Lidar- und/oder Kamerasensorsysteme.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden bei einer Verfügbarkeit von Positionsdaten in einem gemeinsamen Erfassungsbereich durch C2C und einem Umgebungserfassungssensorsystem, die Positionsdaten des Umgebungserfassungssensorsystems mit einem höheren Gewicht berücksichtigt. Bei den Positionsdaten basierend auf C2C ist mit einer größeren Streuung der Positionsinformationen zu rechnen im Vergleich zu Positionsdaten aus Umgebungserfassungssystemen. Insbesondere werden daher Positionsdaten basierend auf C2C und Positionsdaten basierend auf Umfelderfassungsensoren so überlagert, dass eine Fahrspur basierend auf C2C von einer Fahrspur basierend auf Umfelderfassungsensoren bestätigt und evtl. in ihren Ausdehnungen korrigiert werden kann. Dies kann z.B. durch eine entsprechende Wahl von Gewichten oder Wahrscheinlichkeiten geschehen. Zudem kann der Fahrspur-Bereich entsprechend der Positionsgenauigkeit angepasst werden, für ein ungenaueres C2C Objekt wird ein größerer (breiterer) Bereich als Fahrspur markiert als für ein von einem Umfelderfassungssensor genauer erfasstes Objekt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die erkannten Fahrspuren mit den Daten einer digitalen Karte, beispielsweise in Verbindung mit einem Navigationsgerät oder einem e-Horizon, verglichen. Insbesondere werden die Informationen der digitalen Karte zur Bestätigung der erkannten Fahrspuren genutzt.
Erfindungsgemäß wird nur in dem Fall, dass alle erkannte Fahrspuren in dieselbe Richtung verlaufen, eine Maßnahme zur Unterstützung eines Fahrers beim Spurhalten oder Spurwechsel eingeleitet.
Um zu vermeiden, dass ein Fahrzeug einer Fahrspur hinterherfährt, die sich nicht mehr auf der Straße befindet, werden die Fahrspuren von Fahrzeugen vor dem Egofahrzeug mit denen der Fahrzeuge daneben verglichen und validiert. Nur wenn alle Fahrspuren dieselbe Grundrichtung haben, wird der eigenen Fahrspur gefolgt. Beispiele für solche Problemsituationen sind z.B. Baustelleneinfahrten, Abzweigungen, etc. Eine Maßnahme zur Unterstützung des Fahrers kann eine Spurverlassenswarnung, einen Querführungseingriff zum Spurhalten oder eine Warnung bzw. einen Querführungseingriff zur Unterstützung eines Spurwechsels umfassen.
In einer positiven Ausgestaltung der Erfindung wird bei einer unzuverlässigen Erkennung von Fahrspurmarkierungen bzw. Fahrbahnbegrenzungen durch ein Umgebungserfassunsgssensorsystem, das oben beschriebene Verfahren zur Erkennung von Fahrspuren verwendet. In Situationen, in denen nur teilweise Fahrspurmarkierungen erkennbar sind, ist es vorteilhaft, die Fahrspurerkennung nur auf Basis des hier vorgestellten Verfahrens durchzuführen, insbesondere sobald die Quote der Fahrspurmarkierungserkennungszeit (Quotient aus Zeit in der eine Fahrspur erkannt wird und Zeit in der keine Fahrspur erkannt wird) einen Schwellwert unterschreitet. Alternativ oder zusätzlich könnte eine Voraussetzung für eine Fahrspurerkennung nur auf Basis des hier vorgestellten Verfahrens sein, dass hinreichend viele Fahrzeuge auf einer Fahrspur erkannt wurden bzw. dass eine hinreichende dichte Akkumulation von Positionsdaten im Bereich einer Fahrspur vorliegt.
Ein Zurückschalten auf eine Fahrspurkennung basierend auf Fahrspurmarkierungen bzw. -begrenzungen erfolgt vorzugsweise mit einer Hysterese, damit ein Schwingen zwischen den Erkennungsarten vermieden werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Fall betrachtet, dass sowohl mit einem Umgebungserfassungssensorsystem zur Erkennung von Fahrspurmarkierungen bzw. Fahrbahnbegrenzungen und/oder basierend auf digitalen Straßenkarten als auch gleichzeitig mit dem hier beanspruchten Verfahren Fahrspuren ermittelt werden. Die so auf unterschiedliche Weise ermittelten Fahrspuren werden miteinander verglichen. Bei einer Diskrepanz zwischen den Fahrspuren, sollen diejenigen Fahrspuren Vorrang haben, die mit einem Verfahren wie hier beansprucht bestimmt wurden. Das beanspruchte Verfahren ist vorteilhaft, wenn zwar Fahrstreifen erkannt werden, sich der Verkehr aber nicht an diese hält, wie z.B. in Paris. Insbesondere ist es vorteilhaft, sofort auf das hier beanspruchte Verfahren zur Fahrspurerkennung umzustellen, sobald eine Diskrepanz zwischen Fahrspurmarkierungen und Verkehrsbewegung erkannt wird. Diese Erkennung kann beispielsweise auch anhand des Vergleichs mit einer Karte, gegebenenfalls in Kombination mit einem Navigationsgerät erfolgen. Die Karte zeigt eine dreispurige Straße an, es fahren aber 4 Fahrzeuge nebeneinander. Insbesondere in Baustellen, in denen mehrere (gültige / ungültige ) Fahrstreifenmarkierungen vorhanden sind, ist es vorteilhaft das beanspruchte Verfahren anzuwenden, um die gültigen Fahrstreifenmarkierungen zu erkennen bzw. eine Querführung des Fahrzeugs zu realisieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können Fahrspurmarkierungen die nach dem hier beanspruchten Verfahren erkannt werden als redundante Information zu Fahrspurmarkierungen, die anhand von Fahrspurmarkierungen bzw. - begrenzungen durch ein Umfelderfassungssensorsystem erkannt werden, genutzt werden. Damit wird die Verlässlichkeit der Fahrstreifeninformation erhöht. Eine höhere ASIL-Einstufung (Automotive Safety Integrity Level, von ISO 26262 spezifizierte Sicherheitsanforderungsstufe für sicherheitsrelevante Systeme in Kraftfahrzeugen) und damit eine Freischaltung eines autonomen Eingriffs zur Längs- oder Querregelung eines Fahrzeugs mit erhöhten Sicherheitsanforderungen können realisiert werden.

Claims

Verfahren für eine Spurführung für ein Fahrzeug mit Mittel zur Erfassung der Position anderer Fahrzeuge, wobei die Position anderer Fahrzeuge über eine vorgegebene Zeitdauer akkumuliert wird und Zonen mit einen hohen Präsenz von Fahrzeugen als eine Fahrspur erkannt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nur wenn alle erkannte Fahrspuren in derselben Richtung verlaufen, eine Maßnahme zur Unterstützung eines Fahrers zur Spurhaltung oder Spurwechsel eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine eigenen Fahrspur bestimmt wird und zumindest eine Nachbarfahrspur, insbesondere ist die Bestimmung des Verlaufs und ggf. der Abmessungen der Nachbarfahrspur oder die Bestimmung der Anzahl von Fahrspuren und ggf. deren Verlauf bzw. deren Abmessungen vorgesehen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass zur Akkumulation eine Freiwahrscheinlichkeit mit - insbesondere einer Modifikation- eines Bayes Filters oder einer Dempster-Shafer-Theorie berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass für eineRauschunterdrückung, insbesondere für die zeitliche Akkumulation von Daten eine Mittelwertbildung durchgeführt wird und eine Kombination mit Bayes Filterung oder Dempsters Kombinationsregel für voneinander unabhängige Daten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die akkumulierten Positionsinformationen über die Zeit wieder auf unbekannt reduziert werden, um so eine bessere Erkennung von häufig befahrenen Bereichen zu ermöglichen.
Verfahren für nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachbarfahrspur durch die zeitliche Akkumulation von überholenden bzw. zunächst folgenden und dann überholenden Fahrzeugen erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position von anderen Fahrzeugen durch Fahrzeug zu Fahrzeug Kommunikation übertragen und/oder mit einem Umgebungserfassungssensorsystem im Egofahrzeug erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verfügbarkeit von Positionsdaten in einem gemeinsamen Erfassungsbereich durch Fahrzeug-zu-Fahrzeug Kommunikation und einem Umgebungserfassungssensorsystem, die Positionsdaten des Umgebungserfassungssensorsystems mit einem höheren Gewicht berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erkannten Fahrspuren mit den Daten einer digitalen Karte verglichen werden.
Verfahren für ein Fahrzeug mit Umgebungserfassungssensorsystem zur Erkennung von Fahrspurmarkierungen bzw. Fahrbahnbegrenzungen dadurch gekennzeichnet, dass bei einer unzuverlässigen Erkennung von Fahrspurmarkierungen bzw. Fahrbahnbegrenzungen, die Fahrspuren vorrangig mit einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche erkannt werden.
Verfahren für ein Fahrzeug mit Umgebungserfassungs sensorsystem zur Erkennung von Fahrspurmarkierungen bzw. Fahrbahnbegrenzungen und/oder einem Gerät mit digitaler Straßenkarte dadurch gekennzeichnet, dass bei einer gleichzeitigen Erkennung von Fahrspuren mit -einem Umgebungserfassungssensorsystem und/oder einem Gerät und -einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, die so ermittelten Fahrspuren miteinander verglichen werden und bei einer Diskrepanz diejenigen Fahrspuren Vorrang haben, die mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche bestimmt wurden.
Auswerteeinheit, die mit Mitteln zur Positionserfassung von Objekten insbesondere Fahrzeugen, die einen Speicher umfasst auf denen ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hinterlegt ist.
Auswerteeinheit nach Anspruch 12, die mit einem Steuergerät zur Spurwechselassistenz verbunden ist.