DE102015013084A1 - Verfahren zur Absicherung von Regelparametern in einem Spurerkennungsalgorithmus eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absicherung von Regelparametern in einem Spurerkennungsalgorithmus eines Kraftfahrzeugs (12), wobei auf Basis der Regelparameter eine Regeltrajektorie (10) für das Kraftfahrzeug (12) ermittelt wird, und wobei Umfelddaten (14, 16, 18, 20), die ein Umfeld des Kraftfahrzeugs (12) betreffen, erfasst werden, wobei auf Basis der Umfelddaten (14, 16, 18, 20) räumliche Grenzen (22) für die Regeltrajektorie (10) festgelegt werden und überprüft wird, ob die Regeltrajektorie (10) für eine vorbestimmte Zeitdauer und/oder Wegstrecke (24) innerhalb der festgelegten räumlichen Grenzen (22) liegt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absicherung von Regelparametern in einem Spurerkennungsalgorithmus eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Die DE 10 2011 122 310 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Fahrspurmarkierungen. Dabei werden mittels einer Bilderfassungseinheit eine Fahrbahn und/oder eine Fahrspur begrenzende Strukturen erfasst, indem aus den erfassten Bildern charakteristische Merkmale der Strukturen extrahiert werden. Aus den Fahrspurmarkierungen lässt sich der Spurverlauf bestimmen und für ein Fahrerassistenzsystem verwenden, mittels welchem ein Fahrer des Fahrzeugs bei einer Querführung desselben unterstützt wird oder mittels welchem eine automatische Querführung des Fahrzeugs erfolgt.
• Regelparameter, die im Zusammenhang mit einem Verfahren zur Fahrspurverlaufserkennung entstehen, werden bisher mittels einfacher Schwellwerte begrenzt, zum Beispiel wird ein minimaler und maximaler Grenzwert vorgegeben. Das dadurch bereitgestellte Sicherheitslevel ist aufgrund mangelnder Situationsanpassung sehr niedrig, was die Möglichkeiten der Querregelung des Fahrzeugs deutlich einschränkt.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Absicherung von Regelparametern in einem Spurerkennungsalgorithmus bereitzustellen, mittels welchem eine möglichst gute Absicherung von Regelparametern ermöglicht wird.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Absicherung von Regelparametern in einem Spurerkennungsalgorithmus eines Kraftfahrzeugs wird auf Basis der Regelparameter eine Regeltrajektorie für das Kraftfahrzeug ermittelt. Weiterhin werden Umfelddaten, die ein Umfeld des Kraftfahrzeugs betreffen, erfasst. Auf Basis der Umfelddaten werden nun räumliche Grenzen für die Regeltrajektorie festgelegt und überprüft, ob die Regeltrajektorie für eine vorbestimmte Zeitdauer und/oder vorbestimmte Wegstrecke innerhalb der festgelegten räumlichen Grenzen liegt.
• Dadurch, dass zur Festlegung der Grenzen die erfassten Umfelddaten herangezogen werden, ist eine deutlich bessere Anpassung der Grenzen an gegebene Fahr- und Umfeldsituationen möglich, sodass die Regeltrajektorie des Kraftfahrzeugs auf ein höheres Sicherheitslevel gehoben werden kann, was es zusätzlich ermöglicht, abgesichert größere Stellkräfte als im Normalfall zu stellen und dadurch zum Beispiel die Möglichkeiten einer Querregelung des Kraftfahrzeugs deutlich besser auszuschöpfen zu können.
• Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden als Umfelddaten Fahrbahnstrukturen der aktuell mit dem Kraftfahrzeug befahrenen Fahrbahn ermittelt. Insbesondere können diese dabei auf der Basis einer erfassten Fahrspurmarkierung und/oder einer erfassten Leitplanke und/oder einer ermittelten Trajektorie eines Verkehrsteilnehmers ermittelt werden. Derartige Fahrbahnstrukturen liefern vorteilhafterweise eine Richtungsinformation über den Fahrbahnverlauf, sodass aus derartigen Fahrbahnstrukturen besonders gut angepasste Grenzen für die Regeltrajektorie ermittelt werden können.
• Vorteilhafterweise können auch die Regelparameter aus den erfassten Umfelddaten bestimmt werden. Die Regelparameter bestehen dabei bevorzugt aus Ablage, Winkel, Winkeländerungsgeschwindigkeit und Winkeländerungsbeschleunigung entlang einer Wegstrecke, und können beispielsweise auf Basis eines vorausfahrenden Fahrzeugs bestimmt werden.
• Für die Absicherung dieser Regelparameter beziehungsweise der sich aus diesen Regelparametern entlang der Wegstrecke ergebenden Trajektorie ist es besonders vorteilhaft, wenn ein jeweiliger modellierter Verlauf der Fahrbahnstrukturen und/oder der ermittelten Trajektorie eines Verkehrsteilnehmers in einem Offset an eine Position relativ zum Kraftfahrzeug angepasst wird, wobei die Grenzen für die Regeltrajektorie abschnittsweise durch die entlang einer Wegstrecke in einer Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs in beide Richtungen senkrecht zur Wegstrecke am weitesten außen liegenden Verläufe gebildet werden.
• Diese Offsetbereinigung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die ermittelten Verläufe der Fahrbahnstrukturen durch Parallelverschiebung auf eine Achse eines Koordinatensystems verschoben werden, die die Längsachse des Kraftfahrzeugs darstellt. Ein lateraler Versatz dieser Verläufe relativ zum Kraftfahrzeug wird dadurch kompensiert. Dieser Versatz muss dabei nicht vollständig kompensiert werden, es kann auch vorgesehen sein, diesen Versatz nur bis zu einem vorbestimmten Toleranzwert zu kompensieren. Die Einhüllende all dieser Offset-korrigierten Verläufe bildet dann die Grenzen für die Regelparameter beziehungsweise die Regeltrajektorie. Die Regeltrajektorie muss nun für eine vorbestimmte Zeitdauer, zum Beispiel zwei Sekunden, und/oder für eine vorbestimmte Wegstrecke in dieser äußeren Hülle der Eingangsparameter liegen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dabei die vorbestimmte Zeitdauer und/oder die vorbestimmte Wegstrecke in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt werden. Beispielsweise ist es von Vorteil, wenn die vorbestimmte Wegstrecke umso größer ist, je größer die Fahrzeuggeschwindigkeit ist. So kann auf besonders sichere und situationsangepasste Weise eine Regeltrajektorie für das Kraftfahrzeug bestimmt werden.
• Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, welches dazu ausgelegt ist, das erfindungsgemäße Verfahren oder eines seiner Ausführungsbeispiele auszuführen. Darüber hinaus gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen Ausgestaltungen genannten Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
• Dabei zeigt die einzige Fig. links eine schematische Darstellung von ermittelten Fahrbahnstrukturen in einer Draufsicht und rechts deren Offset-bereinigte Darstellung zur Absicherung der Soll-Regeltrajektorie 10 eines Kraftfahrzeugs 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dazu werden zunächst von Sensoren des Kraftfahrzeugs 12, wie zum Beispiel einer Kamera, einem Radar, usw., Umfelddaten erfasst, auf Basis welcher Fahrbahnstrukturen, wie beispielsweise Fahrspurmarkierungen 14, Leitplanken 16 und/oder Trajektorien 18 von anderen Fahrzeugen 20, ermittelt werden. Aus diesen Fahrbahnstrukturen können dann mögliche Regelparameter für eine Regeltrajektorie 10 geliefert werden. Diese Regelparameter bestehen aus Ablage (Offset), Winkel, Winkeländerungsgeschwindigkeit (Krümmung) und Winkeländerungsbeschleunigung (Krümmungsänderung). Die entsprechenden Regelparameter können über die Taylorapproximation dargestellt werden als a₀ + a₁·x + a₂·x² + a₃·x³ mit der Entfernung entlang der Wegstrecke x sowie der Ablage a₀, des Winkels a₁ und entsprechend Winkeländerungsgeschwindigkeit a₂ sowie der Winkeländerungsbeschleunigung a₃.
• Diese Eingabedaten werden bevorzugt auf Fahrzeughöhe berechnet. Es ist aber auch möglich, die Wegstrecke erst in der Entfernung x₀ vom Kraftfahrzeug 12 zu beginnen. Damit würde die Formel wie folgt aussehen: a₀ + a₁·(x – x₀) + a₂·(x – x₀)² + a₃·(x – x₀)³ mit x > x₀.
• Als dritte Möglichkeit können auch Strukturen mit einem Absicherungslevel vorliegen, die nicht als Polynom beschrieben sind, die aber den Straßenverlauf darstellen, wie zum Beispiel die Trajektorienpunkte von vorausfahrenden Fahrzeugen 20. Die Repräsentation ist dann ein einfacher Polygonzug bzw. Ablage über Weg.
• Die einzelnen Strukturen sind essentiell im Offset unterschiedlich, wie beispielsweise die Fahrspurmarkierung 14 und die Leitplanke 16. In der Richtungsinformation, also im Winkel, beschreiben alle Strukturen die Fahrbahn und werden als gleichwertig für die Richtungsinformation angesehen. Die Strukturen werden also als parallel angenommen.
• Wie in der einzigen Fig. dargestellt ist, sind diese Strukturen in der linken Darstellung aus der Vogelperspektive relativ zum Kraftfahrzeug 12 gezeigt. Auf der rechten Seite der einzigen Fig. sind die Strukturen offsetbereinigt dargestellt. Dazu werden also die Verläufe der jeweiligen Strukturen in y-Richtung bzw. entgegen y-Richtung parallel verschoben, bis deren Anfangspunkte auf der x-Achse, das heißt der Fahrzeuglängsachse, liegen. Der Offset der entsprechenden Strukturverläufe ist dann entsprechend null. Es kann aber auch ein endlicher Offset, zum Beispiel 0,1 Meter auf beiden Seiten der y-Achse, vorgesehen sein. Um diese im Offset angeglichenen Strukturverläufe, insbesondere zusammen mit Initialkurven, die durch Parabelhälften repräsentiert sein können, wie im Folgenden noch genauer beschrieben, kann dann eine „Hülle” gelegt werden, die einen Korridor repräsentiert, und der in der Fig. schreffiert dargestellt ist. Die Grenzen für die Regeltrajektorie 10 werden dann durch diese Hülle bzw. deren Grenzen 22 bzw. Korridorränder nach außen hin gebildet, das heißt durch die abschnittsweise entlang der Wegstrecke x in der Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 12 in beide Richtungen, also y und –y, senkrecht zur Wegstrecke x am weitesten außen liegenden Verläufe der jeweiligen Strukturen.
• Die tatsächlichen funktional gewünschten Regelparameter liegen als Tupel von, insbesondere gewünschtem, Soll-Offset a₀, Soll-Winkel a₁, Soll-Winkeländerungsgeschwindigkeit a₂ und Soll-Winkeländerungsbeschleunigung a₃ vor. Es wird nun überprüft, ob die resultierenden Regelparameter, das heißt also die Soll-Regeltrajektorie 10, für die nächsten X Sekunden, zum Beispiel zwei Sekunden, in der äußeren Hülle der Eingangsparameter liegt. Diese vorbestimmte Zeitdauer bzw. vorbestimmte Wegstrecke ist in der Fig. durch die mit 24 bezeichnete Linie schematisch veranschaulicht. Hierbei wird die Überprüfung auf die Parameter Offset = 0, Winkel, Winkeländerungsgeschwindigkeit und -beschleunigung durchgeführt in der Form, dass das resultierende und offsetbereinigte Polynom aus den Regelparametern, das heißt die Soll-Regeltrajektorie 10, vollständig von null Sekunden bis X Sekunden in der äußeren Hülle liegen muss.
• Eine etwas detailliertere Vorgehensweise zur Bestimmung des Absicherungslevels eines beliebigen Spurverlaufs durch Vergleich mit einem Korridor kann beispielsweise auch wie folgt beschrieben werden: Der Spurverlauf, das heißt die Soll-Regeltrajektorie 10, und die Korridorränder 22 werden dabei zunächst als ein Polygon mit x-y-Stützstellen repräsentiert, die sich dabei auf das in der einzigen Fig. dargestellte Koordinatensystem beziehen. Zunächst wird die maximale Absicherungssichtweite aus dem Maximum der Absicherungssichtweiten aller Eingangsdaten bestimmt. Die Eingangsdaten stellen dabei die optische Spur, z. B. die Fahrspurmarkierungen 14, den Radarrand, z. B. die Leitplanken 16, und Fahrzeugtrajektorien 18 von erfassten Fahrzeugen 20 dar. Zunächst werden die Korridorränder 22 mit vorbestimmten Grenzen als Initialkurven initialisiert, die durch folgende Kurven beschrieben werden können:

  
• Der Korridor wird also durch zwei Parabelhälften beschrieben, die je nach Geschwindigkeit v und einem Parameter a, der insbesondere von der Geschwindigkeit v abhängig sein kann, weit geöffnet sind. Der Parameter a kann dabei beispielsweise eine in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v festgelegte maximale Querbeschleunigung darstellen.
• Dieser Korridor kann nun um die optische Spur erweitert werden. Dazu wird das Polygon der linken und rechten Spurmarkierung 14 in y-Richtung verschoben, sodass sich der Offset zu null ergibt, das heißt y_poly(0) = 0, und mit den Rändern des Korridors an definierten Stützstellen x_i verglichen. Daraus lassen sich neue Korridorränder 22 definieren: y_corr,links(x_i) = max(y_poly(x_i), y_corr,links(x_i)) und y_corr,rechts(x_i) = min(y_poly(x_i), y_corr,rechts(x_i)).
• Anschließend kann der Korridor mit dem Radarrand erweitert werden. Dazu werden die jeweiligen Polygone der linken und rechten Randbegrenzung, zum Beispiel der Leitplanken 16, in y-Richtung verschoben, sodass sich der Offset wiederum zu null ergibt, und mit den Rändern des Korridors an den definierten Stützstellen x_i verglichen. Dabei werden wiederum neue Ränder des Korridors wie folgt definiert: y_corr,links(x_i) = max(y_poly(x_i), y_corr,links(x_i)) und y_corr,rechts(x_i) = min(y_poly(x_i), y_corr,rechts(x_i)).
• Des Weiteren kann der Korridor nun noch um die Fahrzeugtrajektorien erweitert werden, wozu alle erfassten Fahrzeugtrajektorien 18 beziehungsweise deren Polygone ebenfalls in x-Richtung verschoben werden, sodass deren Offset verschwindet. Dann werden diese wiederum mit den Rändern des Korridors an den definierten Stützstellen x_i verglichen und neue Korridorränder definiert: y_corr,links(x_i) = max(y_poly(x_i), y_corr,links(x_i)) und y_corr,rechts(x_i) = min(y_poly(x_i), y_corr,rechts(x_i)).
• Darüber hinaus kann an die Stützstellen x_i die Bedingung gestellt sein, dass diese zwischen einem Mindestwert x_min und einem Maximalwert x_max liegen, wobei der Mindestwert die kleinste x-Position einer zusammenhängenden Trajektorie darstellt, deren Punkte alle eine Sicherheitslevel-Bedingung erfüllen und der Maximalwert die größte x-Position einer zusammenhängenden Trajektorie darstellt, deren Punkte alle die Sicherheitslevel-Bedingung erfüllen, wobei ein Trajektorienpunkt die Sicherheitslevel-Bedingung erfüllt, wenn das Objekt beim Erzeugen des Punkts ein vorbestimmtes Sicherheitslevel hatte und der Winkelfehler durch kumulierten Gierratenfehler pro Zeit unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt.
• Der so bestimmte Korridor kann auch um einen so genannten Toleranzschlauch erweitert sein, indem alle Punkte der Korridorpolygone um zum Beispiel 0,1 Meter in y-Richtung nach außen verschoben werden.
• Letztendlich wird das Spurverlaufpolygon, d. h. die Soll-Regeltrajektorie 10, mit den so gewonnenen Korridorpolygonen, d. h. verglichen und die Schnittpunkte bestimmt. Wenn die so bestimmten Schnittpunkte weiter vom Kraftfahrzeug 12 entfernt liegen als ein vorbestimmter Wert, wie beispielsweise 0,7 s·v, weist die Sollregeltrajektorie das gewünschte Sicherheitslevel auf. Ansonsten kann das Sicherheitslevel der bestimmten Regeltrajektorie niedriger eingestuft werden.
• Insgesamt wird so ein Verfahren zur Absicherung der Regelungstrajektorie eines Fahrzeugs bereitgestellt, welches die Regelungstrajektorie auf ein deutlich höheres Sicherheitslevel heben kann, wodurch es möglich ist, gesichert größere Stellkräfte als im Normalfall zu stellen.
• Bezugszeichenliste

10

Soll-Regeltrajektorie

12

Kraftfahrzeug

14

Fahrspurmarkierung

16

Leitplanke

18

Trajektorie des Objektfahrzeugs

20

Objektfahrzeug

22

Korridorrand

24

Vorbestimmte Wegstrecke

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102011122310 A1 [0002]

Claims (4)

1. Verfahren zur Absicherung von Regelparametern in einem Spurerkennungsalgorithmus eines Kraftfahrzeugs (12), wobei auf Basis der Regelparameter eine Regeltrajektorie (10) für das Kraftfahrzeug (12) ermittelt wird, und wobei Umfelddaten (14, 16, 18, 20), die ein Umfeld des Kraftfahrzeugs (12) betreffen, erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass, auf Basis der Umfelddaten (14, 16, 18, 20) räumliche Grenzen (22) für die Regeltrajektorie (10) festgelegt werden und überprüft wird, ob die Regeltrajektorie (10) für eine vorbestimmte Zeitdauer und/oder Wegstrecke (24) innerhalb der festgelegten räumlichen Grenzen (22) liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Umfelddaten (14, 16, 18, 20) Fahrbahnstrukturen (14, 16, 18) der aktuell mit dem Kraftfahrzeug (12) befahrenen Fahrbahn ermittelt werden, insbesondere auf der Basis von einer erfassten Fahrspurmarkierung (14) und/oder einer erfassten Leitplanke (16) und/oder einer ermittelten Trajektorie (18) eines Verkehrsteilnehmers (20).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelparameter aus den erfassten Umfelddaten (14, 16, 18, 20) bestimmt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger modellierter Verlauf der Fahrbahnstrukturen (14, 16, 18) und/der der ermittelten Trajektorie in einem Offset an eine Position relativ zum Kraftfahrzeug (12) angepasst wird, wobei die Grenzen (22) für die Regeltrajektorie (10) abschnittsweise durch die entlang einer Wegstrecke in einer Bewegungsrichtung (x) des Kraftfahrzeugs (12) in beide Richtungen (–y, y) senkrecht zur Wegstrecke am weitesten außen liegenden Verläufe gebildet werden.

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