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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist ein autonomer Fahrbetrieb eines Fahrzeugs auf Grundlage eine digitale Karte allgemein bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug zumindest zeitweise einen autonomen Fahrbetrieb auf Grundlage zumindest einer digitalen Karte durchführt, wird die digitale Karte bei Eintritt zumindest eines vorgegebenen Entscheidungskriteriums durch eine neue digitale Karte ersetzt oder verändert.
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Das Verfahren ermöglicht eine gleichbleibende Lokalisierungsgenauigkeit auch bei sich verändernden Umgebungsbedingungen, wobei vorteilhafterweise zumindest über längere Zeiträume hinweg keine Erzeugung einer neuen digitalen Karte erforderlich ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine erste Ausführungsform einer digitalen Karte, und
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2 schematisch eine zweite Ausführungsform einer digitalen Karte.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen schematisch eine digitale Karte K, auch als Umgebungskarte bezeichnet, welche eine Grundlage zur Durchführung eines autonomen Fahrbetriebs eines hier nicht näher dargestellten Fahrzeugs bildet. Derartige digitale Karten K bzw. Verfahren zu deren Herstellung sind beispielsweise gridbasiert oder landmarkenbasiert. In 1 ist schematisch eine gridbasierte digitale Karte K dargestellt, auch als Gridkarte oder Grid bezeichnet, während in 2 schematisch eine landmarkenbasierte digitale Karte K dargestellt ist.
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Gridbasierte Verfahren nehmen eine Diskretisierung der Messdaten in ein festes Raster vor, sodass sowohl der Ort der Messung, beispielsweise mittels Radar, als auch der Messwert des Radars diskretisiert wird. Dieses Verfahren erlaubt schnelle Rechenzeiten und eine einfache Handhabung der in der digitalen Karte K abgelegten Daten. Man kann sich eine gridbasierte digitale Karte K vorstellen wie eine Pixelgrafik. Ein Grid ist somit ein zweidimensionales Raster, wie in 1 gezeigt, wobei für jeden Rasterpunkt eine Wahrscheinlichkeit ermittelt wird, ob dort ein Objekt O ist oder nicht. Die Objekte O erstrecken sich dabei häufig über mehrere Rasterpunkte. Zur Verdeutlichung den Objekte O und ihrer Darstellung in der Gridkarte sind die Rasterpunkte, welche jeweils zu einem Objekt gehören, in 1 gestrichelt eingekreist. Die Objekte O befinden sich entlang einer Trajektorie, welche von einem Fahrzeug während eines Erstellens der digitalen Karte K abgefahren wurde und welche ein Fahrzeug im autonomen Fahrbetrieb anhand der digitalen Karte K abfahren kann. Diese Trajektorie ist jedoch kein Bestandteil der digitalen Karte K und daher nur durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Gridbasierte Verfahren erfordern eine geringe Rechenleistung, weisen jedoch einen höheren Speicherbedarf als landmarkenbasierte Verfahren auf, da die Größe der gridbasierten digitalen Karte K quadratisch mit einer Trajektorielänge skaliert ist.
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Landmarkenbasierte Verfahren benutzen spezielle Algorithmen, um die Umgebung eines markanten Punktes mittels eines beschreibenden Vektors, d. h. mittels eines so genannten Deskriptors, zu beschreiben. Es werden einzelne Punkte aus der Umgebung mittels eines Feature-Detektors (z. B. SIFT, SURF, ORB, FAST, FREAK) extrahiert und über eine Vorschrift wird ein Deskriptor berechnet. Um die Umgebung wiederzuerkennen, ist es somit erforderlich, möglichst reproduzierbare Feature-Detektoren zu haben und über ein Matching-Verfahren einen guten Abgleich der Feature-Deskriptoren zu erreichen. Mit den Landmarken ist eine hohe Datenreduktion und eine potentiell sehr rechenzeitsparende Lokalisierungsmethode möglich, weil die Daten, die über die Umgebung aquiriert werden, stark reduziert werden. Landmarkenbasierte Verfahren erfordern somit eine geringe Rechenleistung und weisen einen geringen Speicherbedarf auf. Des Weiteren ist es sehr einfach, die wenigen Landmarken in der digitalen Karte K zu ergänzen oder zu entfernen, sodass ein Update der digitalen Karte K sehr einfach realisiert werden kann. In 2 ist eine solche landmarkenbasierte digitale Karte K schematisch dargestellt, wobei auch hier Objekte O, die als Landmarken verwendet werden, sich entlang einer Trajektorie befinden, die von einem Fahrzeug während eines Erstellens der digitalen Karte K abgefahren wurde und welche ein Fahrzeug im autonomen Fahrbetrieb anhand der digitalen Karte K abfahren kann. Diese Trajektorie ist jedoch auch hier kein Bestandteil der digitalen Karte K und daher nur durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
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Bei autonomen Fahrten, denen eine digitale Karte K zugrunde liegt, tritt stets das Problem der Aktualität der digitalen Karte K auf. Die Umgebung um das Fahrzeug verändert sich, woraus Fehlinterpretationen bei einer Lokalisierung anhand der zu einem früheren Zeitpunkt erstellten digitalen Karte K resultieren. Zum Beispiel können Probleme bei der Verwendung von sich im Zeitverlauf veränderten Objekten O als Landmarken auftreten. Beispielsweise können sich Bäume im Lauf der Jahreszeiten derart stark verändern, dass eine Lokalisierung im Winter, basierend auf einer im Sommer aufgezeichneten digitalen Karte K, nicht möglich ist. Ein weiteres Beispiel sind dynamische Objekte O, d. h. Objekte O, welche zwar während der Erstellung der digitalen Karte K unbeweglich sind und daher als relevante Objekte O erfasst werden, welche aber bewegbar sind, beispielsweise andere Fahrzeuge, welche zu einem späteren Zeitpunkt nach der Erstellung der digitalen Karte K sich nicht mehr am während der Erstellung der digitalen Karte K erfassten Ort befinden. Dies betrifft beispielsweise Fahrzeuge auf öffentlichen Parkplätzen, welche aufgrund einer sich verändernden Parkplatzbelegung zu verschiedenen Zeitpunkten auf dem Parkplatz vorhanden oder nicht vorhanden sind.
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In einem Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs, welches zumindest zeitweise einen autonomen Fahrbetrieb auf Grundlage zumindest einer solchen digitalen Karte K durchführt, wird die gelernte digitale Karte K daher zweckmäßigerweise bei Eintritt zumindest eines vorgegebenen Entscheidungskriteriums, auch als Trigger bezeichnet, durch eine neue digitale Karte K ersetzt oder sie wird verändert, insbesondere graduell/getriggert verändert. Das Verfahren ermöglicht somit eine gleichbleibende Lokalisierungsgenauigkeit auch bei sich verändernden Umgebungsbedingungen, wobei vorteilhafterweise zumindest über längere Zeiträume hinweg keine Erzeugung einer neuen digitalen Karte K erforderlich ist.
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Zum Ersetzen der digitalen Karte K wird eine vollständige Neukartierung durchgeführt. Der Trigger, d. h. das vorgegeben auslösende Entscheidungskriterium zur Durchführung einer solchen vollständigen Neukartierung, um eine neue digitale Karte K zu erstellen, welche die vorhandene digitale Karte K ersetzt, ist beispielsweise das Erreichen eines vorgegebenen Alters der bestehenden digitalen Karte K. Beispielsweise wird jeden Monat eine solche Neukartierung durchgeführt und die jeweils vorhandene digitale Karte K durch die jeweils neu erstellte digitale Karte K ersetzt. Auf diese Weise können zum Beispiel insbesondere witterungsbedingte Phänomene kompensiert werden, d. h. witterungsbedingte Abweichungen zwischen der aktuell vorliegenden realen Umgebung und der in der vorhandenen digitalen Karte K zu einem früheren Zeitpunkt erfassten Umgebung. Derartige witterungsbedingte Veränderungen sind beispielsweise das Vorhandensein oder die Abwesenheit von Schneeansammlungen und/oder die Veränderungen von Pflanzen, beispielsweise je nach Witterung und/oder Jahreszeit laubtragende oder kahle Bäume und daraus resultierende Laubansammlungen am Boden und/oder andere periodisch auftretende Phänomene.
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Ein weiterer Trigger, d. h. ein weiteres vorgegebenes auslösendes Entscheidungskriterium zur Durchführung einer solchen vollständigen Neukartierung, um eine neue digitale Karte K zu erstellen, welche die vorhandene digitale Karte K ersetzt, kann beispielsweise, alternativ oder zusätzlich zum oben genannten Alter der vorhandenen digitalen Karte K, die Erfassung einer vorgegebenen Umgebungsveränderung gegenüber der vorhandenen digitalen Karte K sein. Bei dieser Umgebungsveränderung kann es sich um eine oben beschriebene witterungsbedingte und/oder jahreszeitliche Umgebungsveränderung und/oder um eine auf anderen Gründen basierende Umgebungsveränderung handeln.
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Beispielsweise wird die vollständige Neukartierung zur Erstellung einer neuen digitalen Karte K, welche die vorhandene digitale Karte K ersetzt, durchgeführt, wenn ermittelt wird, dass eine geschätzte Genauigkeit der Lokalisierung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, d. h. dass die Lokalisierung ungenauer ist als vorgegeben. Alternativ oder zusätzlich wird die vollständige Neukartierung durchgeführt, wenn der autonome Fahrbetrieb aufgrund einer Erkennung eines nicht in der digitalen Karte K verzeichneten Hindernisses, welches sich auf einer vorgesehenen Fahrtroute des autonomen Fahrbetriebs befindet, abgebrochen wird, wenn ein Regensensor Regen erkennt, da dann die Lokalisierung anhand einer bei trockenen Umgebungsbedingungen erstellten digitalen Karte K scheitern könnte, und/oder wenn zwei digitale Karten K, d. h. die vorhandene digitale Karte K und eine während des aktuellen Fahrbetriebs des Fahrzeug neu erstellte digitale Karte K, zu stark voneinander abweichen. Im letztgenannten Fall wird zweckmäßigerweise die vorhandene digitale Karte K, welche zu stark von der neu erstellten digitalen Karte K abweicht, durch die neu erstellte digitale Karte K ersetzt.
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Alternativ oder zusätzlich sind weitere Entscheidungskriterien möglich, welche die Durchführung der vollständigen Neukartierung auslösen, um eine neue digitale Karte K zu erstellen, welche die vorhandene digitale Karte K ersetzt. Dabei kann mit witterungsbedingten Neukartierungen anders umgegangen werden, als mit hindernisbedingten Neukartierungen.
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Im ersteren Fall werden die digitalen Karten K vorteilhafterweise in einem Langzeitspeicher abgelegt, so dass bei einer Lokalisierungsfahrt eine zur jeweiligen Witterung passende digitale Karte K geladen werden kann. Beispielsweise detektiert ein Regensensor des Fahrzeugs Niederschlag, zum Beispiel in Form von Regen und/oder Schnee. Aufgrund dessen wird der Lokalisierung eine digitale Karte K zugrunde gelegt, die bei Regen bzw. Schnee erstellt wurde. Vorteilhafterweise ist der Regensensor derart ausgebildet, dass er beispielsweise zwischen Regen und Schneefall und/oder weiteren Witterungsbedingungen unterscheiden kann oder für eine solche Unterscheidung werden weitere Sensoren des Fahrzeugs verwendet. Dadurch kann die witterungsbedingte Auswahl einer jeweils geeigneten digitalen Karte K verbessert werden. Es werden somit zweckmäßigerweise während jeweiliger Witterungssituationen digitale Karten K erstellt und im Fahrzeug gespeichert, und bei einem erneuten Auftreten der jeweiligen Witterungssituation wird die entsprechende digitale Karte K ausgewählt und verwendet. Derartige Witterungsbedingungen können dem Fahrzeug, alternativ oder zusätzlich, beispielsweise von einem zentralen Server mitgeteilt werden, beispielsweise in Form eines jeweiligen aktuellen Wetterberichts. Mittels eines solchen zentralen Server können dem Fahrzeug beispielsweise auch andere Daten übermittelt werden, durch die eine Neukartierung veranlasst wird.
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Bei hindernisbedingten Neukartierungen wird beispielsweise die jeweils vorhandene digitale Karte K durch die neu erstellte digitale Karte K ersetzt. D. h. bei einer hindernisbedingten Erstellung einer neuen digitalen Karte K wird die vorhandene alte digitale Karte K nicht gespeichert, da sich die Umgebung offensichtlich so stark verändert hat, dass die aktuell vorhandene alte digitale Karte K ungültig ist.
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Ist aufgrund von Ressourcenlimitierungen nur das Anlegen und Speichern einer einzelnen digitalen Karte K im Fahrzeug möglich, da beispielsweise kein ausreichender Speicherplatz zur Speicherung einer Mehrzahl digitaler Karten K im Fahrzeug vorhanden ist, dann wird zweckmäßigerweise bei Eintreten des jeweiligen Entscheidungskriteriums, beispielsweise bei Eintreten eines der oben genannten Entscheidungskriterien, die bestehende digitale Karte K durch die jeweils neu erstellte digitale Karte K ersetzen und die alte digitale Karte K wird verworfen, d. h. nicht weiterhin im Fahrzeug gespeichert, sondern gelöscht. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass Umgebungsveränderungen derart graduell auftreten, dass die jeweils vorhandene digitale Karte K stets noch ausreichend genau für den autonomen Fahrbetrieb des Fahrzeugs ist und währenddessen die neue digitale Karte K erstellt werden kann, welche anschließend die bisher vorhandene digitale Karte K ersetzt. Ist dies nicht der Fall, d. h. sind die Umgebungsveränderungen zu stark, wird die jeweils vorhandene digitale Karte K verworfen, da sie zu ungenau für den autonomen Fahrbetrieb des Fahrzeugs ist. Dann ist es erforderlich, dass ein Fahrer des Fahrzeugs eine Kartierungsfahrt zur Erstellung einer neuen digitalen Karte K durchführt, bevor erneut ein autonomer Fahrbetrieb mittels der neu erstellten digitalen Karte K möglich ist.
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Wie bereits oben erwähnt, kann alternativ zum Ersetzen der digitalen Karte K im Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs die gelernte digitale Karte K bei Eintritt zumindest eines vorgegebenen Entscheidungskriteriums verändert werden. Zum Verändern der digitalen Karte K ist es erforderlich, Details der digitalen Karte K etwas genauer zu betrachten. Zweckmäßigerweise unterscheidet man zur Lösung des Problems zwischen den oben bereits beschriebenen landmarkenbasierten digitalen Karten K und gridbasierten digitalen Karten K.
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Für landmarkenbasierte digitale Karten K lässt sich die Selektion, d. h. die Auswahl beispielsweise von Objekten O, welche in der digitalen Karte K verbleiben oder aus der digitalen Karte K entfernt werden sollen, auf einfache Weise losen. Beispielsweise wird das Alter jeder Landmarke, d. h. jedes in der digitalen Karte K verzeichneten und als Landmarke verwendeten Objekts O, bestimmt, wobei sich das Alter nach verschiedenen Kriterien ermitteln lässt, beispielsweise nach einer Messhäufigkeit, d. h. wie oft das Objekt O mittels entsprechender Sensoren des Fahrzeugs, beispielsweise mittels eines Radarsensors, erfasst wurde, nach der Lage relativ des Objekts O relativ zu anderen als Landmarken verwendeten Objekten O und/oder nach dem Rauschen der Position des Objekts O. Dadurch kann die Landmarke, d. h. das die Landmarke bildende Objekt O, für die Lokalisierung berücksichtigt oder ausgeschlossen werden.
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Es ist besonders vorteilhaft, Landmarken bzw. die als Landmarken verwendeten Objekte O nicht aus der digitalen Karte K zu löschen, sondern sie lediglich zu ignorieren, da sie durch periodisch auftretende Phänomene, beispielsweise durch veränderte Wetterbedingungen, wieder relevant werden könnten. Wird ein jeweiliges als Landmarke verwendetes Objekt O beispielsweise bei mehreren Befahrungen der Umgebung nicht erfasst, so steigt das Alter des Objekts O an. Überschreitet das Alter einen vorgegebenen Schwellwert, so wird dieses Objekt O nicht mehr als Landmarke zur Lokalisierung berücksichtigt. Wird das Objekt O bei nachfolgenden Befahrungen wieder erfasst, so sinkt das Alter wieder ab. Wird der Schwellwert wieder unterschritten, so wird das Objekt O wieder als Landmarke zur Lokalisierung verwendet. Diese zeitweilige Erfassung und Nichterfassung von Objekten O kann beispielsweise aus jahreszeitlichen und/oder witterungsbedingten Veränderungen und/oder aus anderen Veränderungen resultieren.
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Für gridbasierte Kartenrepräsentationen sind komplexere Algorithmen nötig, um beispielsweise Fahrzeuge und andere mobile Objekte O zu erkennen und diese aus der digitalen Karte K zu entfernen, da bei einem Grid keine Liste von Objekten O vorliegt, die abgearbeitet werden kann, wie es bei landmarkenbasierten digitalen Karten K der Fall ist, sondern mittels der Algorithmen zu klassifizierende komplexe Strukturen. Diese zu klassifizierenden komplexen Strukturen können dann ebenfalls mit einem Alter versehen werden und, wie oben zur landmarkenbasierten digitalen Karte K beschrieben, entweder zur Lokalisierung hinzugezogen oder verworfen werden. Beispielsweise wird durch Ermittlung der klassifizierten komplexen Strukturen bestimmt, ob an einem jeweiligen Ort ein Objekt O vorhanden ist oder nicht. Wird das Objekt O mehrmals nicht erfasst, steigt sein Alter, wie oben beschrieben. Wird es wieder erfasst, sinkt sein Alter wieder. Überschreitet das Alter den vorgegebenen Schwellwert, wird die betreffende klassifizierte komplexe Struktur nicht mehr zur Lokalisierung berücksichtigt. Wird der vorgegebene Schwellwert wieder unterschritten, wird sie wieder zur Lokalisierung berücksichtigt.
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Viele mögliche Vorgehensweisen zur Bestimmung des Alters lassen sich sowohl für die Grids als auch für die Landmarken vereinheitlichen, da sie wie oben beschrieben, auf Objektebene durchgeführt werden müssen. Wichtigste Einflussgröße für das Alter ist beispielsweise, wie häufig ein Hindernis, d. h. ein jeweiliges Objekt O, an einem jeweiligen Ort erfasst wurde. Witterungsbedinge Änderungen lassen sich jedoch nur über periodische Funktionen abbilden. Daher ist eine kontextbasierte Lokalisierung vorteilhaft, d. h. das Kartenkonzept wird vorteilhafterweise vollständig auf Objektebene reduziert, wobei sich die Objekte O sowohl dynamisch als auch statisch verhalten können. Unter dynamischen Objekten O werden dabei bewegbare, aber momentan unbewegliche Objekte O verstanden, zum Beispiel geparkte Fahrzeuge.
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Jedes Objekt O trägt somit zur Lokalisierung bei. Die Objekte O werden jedoch, abhängig davon, ob sie statisch oder dynamisch sind, unterschiedlich behandelt. Kontextbasiert bedeutet dabei, dass keine absolute Positionsbestimmung des Fahrzeugs durchgeführt wird, sondern eine Lokalisierung relativ zu anderen Objekten O. Anschaulich kann man es mit dem Menschen vergleichen. Möchte sich ein Mensch in einer Stadt zurechtfinden, weiß er aus Erfahrung, dass es besser ist, sich beispielsweise die Position von Straßenschildern, markanten Schaufenstern und bestimmten Gebäuden zu merken, als die Position von Fahrzeugen oder Mülltonnen, die am Straßenrand stehen. Dabei können in einer städtischen Umgebung und in einer ländlichen Umgebung unterschiedliche Objekte O für die Lokalisierung wesentlich sein. Diese Überlegungen sind dann völlig unabhängig von Kartenrepräsentationen wie Grid und Landmarken.
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Bezugszeichenliste
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