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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrzeugs sowie ein Fahrerassistenzsystem. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.
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Zur Lokalisierung von Fahrzeugen innerhalb ihrer Umgebung zum Zwecke der Navigation zwischen zwei Orten werden heute überwiegend Daten von globalen Navigationssatellitensystemen (im Englischen Global Navigation Satellite System, GNSS) und digitalen Straßenkarten genutzt. Die digitalen Straßenkarten nutzen Datenmodelle basierend auf Graphennetzwerken mit Geometrieinformationen, die Kanten eines jeweiligen Graphen zugeordnet sind. Im Folgenden wird diese Klasse von Datenmodellen Link-Node-Geometrie (LNG) genannt.
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Für ein hochautomatisiertes Fahren eines Fahrzeugs sind dagegen detaillierte und hochgenaue Kartendaten Voraussetzung. Diese Karten basieren auf einem anderen Datenmodell, das eine exakte Geometrie eines Fahrbahnverlaufs als Basis nutzt, da in diesem Anwendungsfall ein Ermitteln einer lokalen Trajektorie des Fahrzeugs und/oder eine hochgenaue Lokalisierung des Fahrzeugs im Fokus steht. Diese Karten werden im Folgenden auch hochgenaue Geometriekarten (HGK) genannt.
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Derzeit kann eine geeignete Trajektorienplanung für ein autonom fahrendes Fahrzeug nur auf Basis einer HGK durchgeführt werden. Solch eine HGK ist jedoch nicht für die Anwendung einer konventionellen Navigation zwischen zwei Orten geeignet. Hierfür sind die LNG-Karten wesentlich besser geeignet.
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Derzeit umfasst das Kartenmaterial für das hochautomatisierte Fahren mehrere Schichten. Über eine Navigationsschicht erfolgt eine Berechnung der Fahrtroute von einem Ausgangsort zu einem Zielort mit der Abfolge der zu befahrenden Straßen. Anhand einer Lokalisierungsschicht ermittelt ein automatisiertes Fahrzeug beispielsweise seine genaue Position in einer Fahrspur. Dazu vergleicht es zum Beispiel Informationen zu Objekten, die es mittels einer Umfeldsensorik des Fahrzeugs erfasst, mit entsprechenden Objektdaten der Lokalisierungsschicht. Das Fahrzeug kann so seine relative Position zu den jeweiligen Objekten ermitteln. Eine darüberliegende Planungsschicht beinhaltet insbesondere Informationen zur Fahrbahngeometrie, wie zum Beispiel Kurvenradien und Gefälle.
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Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben eines autonom oder automatisiert fahrenden Fahrzeugs zu schaffen, die eine flexible Nutzung von Kartendaten ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem ersten und zweiten Aspekt aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrzeugs. Hierbei wird abhängig von einer bereitgestellten Geoposition für das Fahrzeug eine erste Position des Fahrzeugs in einer ersten Karte, die ein erstes geographisches Gebiet repräsentiert, ermittelt. Abhängig von der ermittelten ersten Position des Fahrzeugs in der ersten Karte wird ein Kartensegment einer zweiten Karte ermittelt. Die zweite Karte umfasst mehrere Kartensegmente, die jeweils vorgegebene Segmente eines vorgegebenen zweiten geografischen Gebiets repräsentieren und wobei unmittelbar benachbarte Segmente sich vorgegeben überlappen. Abhängig von Erfassungsdaten zumindest eines vorgegebenen Umfeldsensors des Fahrzeugs und abhängig von zweiten Kartendaten des ermittelten Kartensegments wird eine zweite Position des Fahrzeugs in dem Kartensegment ermittelt.
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Dies hat den Vorteil, dass eine relative Positionierungsgenauigkeit der ersten Karte und der zweiten Karte zueinander nicht mehr äußerst präzise sein muss. Ein gewisser geometrischer Versatz der beiden Karten kann zugelassen werden. Es ist daher möglich, beide Karten gegeneinander zu modularisieren und damit auch unterschiedliche Datenerhebungsmethoden bei einer Kartengenerierung zu nutzen. So ist es auch möglich, Karten von unterschiedlichen Herstellern zu nutzen. Damit bieten sich mehr Möglichkeiten, die Karten anwendungsspezifisch und/oder bedarfsgerechter auszuwählen.
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Der zumindest eine Umfeldsensor kann eine Kamera und/oder ein Radar und/oder ein LIDAR (Light detection and ranging) und/oder einen Ultraschallsensor umfassen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt wird ein Einfahren des Fahrzeugs in einen Überlappungsbereich von zwei unmittelbar benachbarten Segmenten detektiert, und wenn erkannt wurde, dass das Fahrzeug in den Überlappungsbereich eingefahren ist, wird abhängig von einer aktuell bereitgestellten Geoposition für das Fahrzeug die erste Position des Fahrzeugs in der ersten Karte ermittelt. Abhängig von der ermittelten ersten Position des Fahrzeugs in der ersten Karte wird ein weiteres Kartensegment der zweiten Karte ermittelt. Abhängig von den Erfassungsdaten des zumindest einen vorgegebenen Umfeldsensors des Fahrzeugs und abhängig von den zweiten Kartendaten des ermittelten weiteren Kartensegments wird die zweite Position des Fahrzeugs in dem weiteren Kartensegment ermittelt.
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Dadurch, dass bei Erreichen des Überlappungsbereich das weitere Kartensegment abhängig von der aktuellen ersten Position des Fahrzeugs ermittelt wird und die zweite Position des Fahrzeugs in dem weiteren Kartensegment abhängig von den zweiten Kartendaten des weiteren Kartensegments ermittelt wird, kann die Positionierungsgenauigkeit zwischen der ersten und zweiten Karte geringer sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt wird für das Fahrzeug eine Fahrtroute von einem Ausgangsort zu einem Zielort abhängig von ersten Kartendaten der ersten Karte ermittelt und das jeweilige Kartensegment wird abhängig von der ermittelten Fahrtroute ermittelt. Das weitere Kartensegment kann einfach ermittelt werden, da ein vorausliegender Fahrtroutenverlauf bekannt ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt wird abhängig von der ermittelten zweiten Position des Fahrzeugs und abhängig von den zweiten Kartendaten eine Soll-Trajektorie für das Fahrzeug ermittelt. Dies ermöglicht vorteilhafterweise ein autonomes oder automatisiertes Fahren des Fahrzeugs.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt weist die erste Karte ein Graphennetzwerk mit Knoten und Kanten auf, wobei den jeweiligen Knoten geographische Koordinaten zugeordnet sind. Die erste Karte basiert auf einem Graphennetzwerkmodell. Dies ermöglicht eine effiziente Berechnung von optimalen Fahrtrouten. Ferner kann ein Speicherbedarf für solch eine Karte relativ gering gehalten werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt weist die zweite Karte Geometriedaten auf zur Charakterisierung von geometrischen Verläufen und/oder Abmessungen von Fahrbahnen und/oder Objekten. Die zweite Karte basiert auf einem Geometriedatenmodell. Dies hat den Vorteil, dass ein Fahrbahnverlauf sehr präzise ermittelt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt umfasst die zweite Karte Objektdaten zur Charakterisierung von Objekten. Vorteilhafterweise können die Objektdaten genutzt werden, um durch einen Vergleich der Objektdaten mit Informationen zu Objekten, die mittels der vorgegebenen Umfeldsensoren des Fahrzeugs ermittelt werden, eine relative Position des Fahrzeugs in Bezug auf das Objekt bestimmen. Die zweiten Kartendaten können somit Geometriedaten und/oder Objektdaten umfassen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt erfolgt eine Kartengenerierung der ersten Karte und der zweiten Karte mittels unterschiedlicher Datenerhebungsmethoden und/oder erfolgt eine Datenerhebung für die erste Karte und die zweite Karte in unterschiedlichen Zeitenräumen. Vorteilhafterweise können so die erste Karte und die zweite Karte flexibel und insbesondere unabhängig voneinander erstellt werden, wodurch eine kostengünstige Erstellung der Karten möglich ist.
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Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem dritten Aspekt aus durch ein Fahrerassistenzsystem, das ein Positionierungsmodul, ein Trajektorienmodul und ein Steuerungsmodul aufweist. Das Positionierungsmodul ist ausgebildet, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt auszuführen. Das Trajektorienmodul ist ausgebildet, abhängig von der ermittelten zweiten Position des Fahrzeugs und abhängig von den zweiten Kartendaten eine Soll-Trajektorie für das Fahrzeug zu ermitteln. Das Steuerungsmodul ist ausgebildet, Steuersignale für vorgegebene Aktuatoren des Fahrzeugs zu ermitteln abhängig von der ermittelten Soll-Trajektorie.
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Das Positionierungsmodul, das Trajektorienmodul und das Steuerungsmodul können von einer Steuervorrichtung des Fahrzeugs umfasst sein. Das Positionierungsmodul, das Trajektorienmodul und das Steuerungsmodul können als Softwaremodule ausgebildet sein. Alternativ können die Module jeweils als eigenständige Hardwarekomponenten und/oder Softwarekomponenten ausgebildet sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Computerprogramm, wobei das Computerprogramm ausgebildet ist, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und/oder eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung durchzuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Computerprogrammprodukt, das ausführbaren Programmcode umfasst, wobei der Programmcode bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und/oder eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt ausführt.
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Das Computerprogrammprodukt umfasst insbesondere ein von der Datenverarbeitungsvorrichtung lesbares Medium, auf dem der Programmcode gespeichert ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 ein System für ein autonom oder automatisiert fahrendes Fahrzeug,
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2 Ausschnitt aus einer ersten Karte,
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3 Ausschnitte aus einer zweiten Karte, und
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4 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein Programm zum Betreiben eines Fahrzeugs.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt ein System 10 für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, das ausgebildet ist, autonom oder automatisiert zu fahren.
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Das System 10 umfasst zumindest eine Kartenspeichereinheit 20, eine Positionsermittlungseinheit 50, beispielsweise einen GNSS-Empfänger 30 (GNSS, Global Navigation Satellite System), und einen oder mehrere Umfeldsensoren 40.
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Die zumindest eine Kartenspeichereinheit 20 ist beispielsweise ausgebildet, erste Kartendaten einer ersten Karte LNG bereitzustellen. Die erste Karte LNG repräsentiert hierbei ein vorgegebenes erstes geografisches Gebiet. Die erste Karte LNG basiert beispielsweise auf einem Graphennetzwerk mit Knoten und Kanten, wobei den Knoten geographische Koordinaten zugeordnet sind. Den jeweiligen Kanten ist bevorzugt zumindest eine geometrische Information, zum Beispiel eine Länge, zugeordnet. Die erste Karte LNG basiert somit auf einem Link-Node-Geometrie-Datenmodell. Die erste Karte LNG hat beispielsweise eine geometrische Auflösung im Meter-Bereich und ist für Navigationszwecke geeignet.
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Die zumindest eine Kartenspeichereinheit 20 ist beispielsweise ferner ausgebildet, zweite Kartendaten einer zweiten Karte HGK bereitzustellen. Die zweite Karte HGK repräsentiert hierbei ein vorgegebenes zweites geografisches Gebiet, wobei das erste geografische Gebiet der ersten Karte LNG gleich dem zweiten geografischen Gebiet der zweiten Karte HGK sein kann. Alternativ kann das erste geografische Gebiet und das zweite geografische Gebiet zumindest ein gleiches geografisches Teilgebiet umfassen. Das erste geografische Gebiet kann beispielsweise Bayern umfassen und das zweite geografische Gebiet kann beispielsweise München umfassen. Vorzugsweise umfassen das erste geografische Gebiet und das zweite geografische Gebiet kleinere Gebiete, beispielsweise die nächsten x km einer vorgegebenen Autobahn.
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Die zweite Karte HGK basiert beispielsweise auf Geometriedaten, die einen geometrischen Verlauf und/oder Abmessungen einer Fahrbahn und/oder eines Objekts charakterisieren, zum Beispiel einen Höhenverlauf und/oder einen Kurvenverlauf einer Fahrbahn. Die zweite Karte HGK kann beispielsweise auch Objektdaten umfassen, die es ermöglichen, beispielsweise durch einen Vergleich der Objektdaten mit Informationen zu Objekten, die mittels vorgegebener Fahrzeugumfeldsensoren ermittelt werden, eine relative Position des Fahrzeugs in Bezug auf das Objekt zu bestimmen. Die zweite Karte HGK hat eine geometrische Auflösung zumindest im Dezimeterbereich.
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Hierbei umfasst die zweite Karte HGK mehrere Kartensegmente BOX, die jeweils vorgegebene Segmente M des zweiten geografischen Gebiets repräsentieren, wobei sich unmittelbar benachbarte Segmente M vorgegeben überlappen. Die Kartenspeichereinheit 20 ist vorzugsweise ausgebildet, die Kartensegmente BOX der zweiten Karte HGK unabhängig voneinander bereitzustellen.
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Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Karte HGK von einer weiteren Kartenspeichereinheit bereitgestellt werden.
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Die zumindest eine Kartenspeichereinheit 20 kann eine zentrale Servereinrichtung beziehungsweise einen Informationspool umfassen, so dass auf die erste und zweite Karte LNG, HGK einzelne Fahrzeuge zugreifen können und/oder dass jeweils ein Teil der ersten Karte LNG und/oder zweiten Karte HGK an die Fahrzeuge übermittelt werden kann.
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Alternativ kann die Kartenspeichereinheit 20 in dem Fahrzeug angeordnet sein.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus der ersten Karte LNG. Der Ausschnitt zeigt beispielhaft eine geplante Fahrtroute des Fahrzeugs und deren Abbildung auf einen Graphen der ersten Karte LNG. In dem Beispiel der 2 umfasst der Graph der Fahrtroute vier Knoten node1, node2, node3, und node4, die mit den gezeigten Kanten verbunden sind.
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3 zeigt einen Ausschnitt aus der zweiten Karte HGK. Der Ausschnitt zeigt drei Segmente M. Die Segmente M umfassen jeweils die Fahrstreckenabschnitte zwischen den jeweiligen Knoten der Fahrtroute der ersten Karte LNG mit ihren Überlappungsbereichen.
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Weiter zeigt 3 eine Detailierung eines der drei Segmente M und dessen Überlappungsbereiche. Vorzugsweise weist jedes Segment M zwei Überlappungsbereiche auf, einen am einen Ende des Fahrstreckenabschnitts und einen am anderen Ende des Fahrstreckenabschnitts.
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Der GNSS-Empfänger 30 (1) ist in dem Fahrzeug angeordnet und beispielsweise ausgebildet, eine Geoposition des Fahrzeugs zu ermitteln und für die Positionsermittlungseinheit 50 bereitzustellen.
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Die Positionsermittlungseinheit 50 ist vorzugsweise in dem Fahrzeug angeordnet, um eine schnelle Bereitstellung von präzisen Positionsdaten zu gewährleisten.
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Die Positionsermittlungseinheit 50 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben des Fahrzeugs bezeichnet werden.
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Die Positionsermittlungseinheit 50 weist beispielsweise eine Recheneinheit und eine Speichereinheit auf und ist ausgebildet, ein Programm zum Betreiben des Fahrzeugs auszuführen.
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Das Programm dient insbesondere zur Positionsermittlung des Fahrzeugs für unterschiedliche Anwendungen im Fahrzeug.
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4 zeigt ein beispielhaftes Ablaufprogramm des Programms.
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Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können. Das Programm wird beispielsweise gestartet, wenn von einem Fahrzeugnutzer ein gewünschter Zielort, beispielsweise mittels einer Eingabevorrichtung einer Navigationseinheit 80, für das Fahrzeug vorgegeben wird.
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In einem Schritt S3 wird abhängig von einer aktuellen Geoposition x, y des Fahrzeugs, die beispielsweise von dem GNSS-Empfänger 30 bereitgestellt wird, eine erste Position P1 des Fahrzeugs in der ersten Karte LNG ermittelt. Hierbei werden erste Kartendaten der ersten Karte LNG von der Kartenspeichereinheit 20 bereitgestellt. Alternativ oder zusätzlich kann die aktuelle Geoposition des Fahrzeugs mittels eines Mobilfunksystems ermittelt und bereitgestellt werden.
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In einem Schritt S5 wird abhängig von der ermittelten ersten Position P1 des Fahrzeugs in der ersten Karte LNG eines der Kartensegmente BOX der zweiten Karte HGK ermittelt, insbesondere ausgewählt.
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Die Kartensegmente BOX sind beispielsweise zugeordnet zu einer Positionsinformation bezüglich des Segments M des Kartensegments BOX gespeichert.
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Eine Charakterisierung des jeweiligen Kartensegments BOX erfolgt beispielsweise über seine Eckkoordinaten („Bounding Box″). Beispielsweise wird, wenn die ermittelte erste Position P1 von den Eckkoordinaten eines entsprechenden Kartensegments BOX umfasst ist, dieses Kartensegment BOX ausgewählt.
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In einem Schritt S7 wird abhängig von Erfassungsdaten des zumindest einen Umfeldsensors 40 des Fahrzeugs und abhängig von zweiten Kartendaten des ermittelten Kartensegments BOX eine zweite Position P2 des Fahrzeugs in dem ermittelten Kartensegment BOX ermittelt.
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In einem Schritt S9 wird ein Einfahren des Fahrzeugs in einen Überlappungsbereich HoA eines aktuell befahrenen Segments detektiert. Wenn darauf erkannt wird, dass das Fahrzeug in den Überlappungsbereich HoA eingefahren ist, wird das Programm ab dem Schritt S3 erneut durchlaufen.
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In einem Schritt S11 kann das Programm beendet werden. Das Programm kann beispielsweise beendet werden, wenn das Fahrzeug parkt. Alternativ oder zusätzlich kann das Programm beispielsweise beendet werden, wenn der Fahrassistenz-Betrieb durch Abschaltung oder durch eine Übernahme durch den Fahrer beendet wird.
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Die Ermittlung beziehungsweise Auswahl des jeweiligen Kartensegments BOX der zweiten Karte HGK kann beispielsweise abhängig von einer ermittelten Fahrtroute ermittelt werden. Die ermittelte Fahrtroute ermöglicht, sehr einfach eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu ermitteln. Somit kann sehr einfach ermittelt werden, welches Segment M als nächstes durchfahren wird.
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Das Programm kann ein erstes Modul 52 und ein zweites Modul 54 umfassen. Der Schritt S3 wird beispielsweise von dem ersten Modul 52 ausgeführt. Der Schritt S3 wird beispielsweise von dem ersten Modul 52 fortlaufend wiederholt ausgeführt und die jeweils ermittelte erste Position P1 wird fortlaufend für die Navigationseinheit 80 bereitgestellt.
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Die Schritte S5 bis S9 werden zum Beispiel von dem zweiten Modul 54 ausgeführt.
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Das System 10 umfasst beispielsweise ein Trajektorienmodul 60, das ausgebildet ist, abhängig von der ermittelten zweiten Position P2 des Fahrzeugs und abhängig von den zweiten Kartendaten eine Soll-Trajektorie für das Fahrzeug zu ermitteln. Ferner umfasst das System 10 ein Steuerungsmodul 70, das ausgebildet ist, Steuersignale für vorgegebene Aktuatoren des Fahrzeugs zu ermitteln abhängig von der ermittelten Soll-Trajektorie.
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Dies ermöglicht, dass mittels der ersten Karte LNG und der zweiten Karte HGK eine Fahrtroute ermittelt werden kann beziehungsweise eine Trajektorienplanung für ein autonomes Fahren eines Fahrzeugs erfolgen kann, obwohl die relative Positionierungsgenauigkeit zwischen der ersten Karte LNG und zweiten Karte HGK eine gewisse Unschärfe aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- System
- 20
- Kartenspeichereinheit
- 30
- GNSS-Empfänger
- 40
- Umfeldsensor
- 50
- Positionsermittlungseinheit
- 52
- erstes Modul
- 54
- zweites Modul
- 60
- Trajektorienmodul
- 70
- Steuerungsmodul
- 80
- Navigationseinheit
- BOX
- Kartensegment
- HGK
- zweite Karte
- HoA
- Überlappungsbereich
- LNG
- erste Karte
- M
- Segment
- P1
- erste Position
- P2
- zweite Position
- S1,..., S11
- Programmschritte
