DE102016215314A1 - Driver assistance system, means of transportation and method for predicting a traffic situation - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Fahrerassistenzsystem, ein Fortbewegungsmittel und ein Verfahren zur Prädiktion einer Verkehrssituation vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: – Ermitteln eines aktuellen Abbildes einer Umgebung (30) eines Fahrzeugs (10), – Ermitteln eines zukünftigen Zustands (xk) eines im Abbild enthaltenen Umgebungsobjektes (20) mittels eines parametrischen Modells, – Ermitteln eines Korrekturwertes (g(xk)) mittels eines maschinenbasierten Lernverfahrens, – Ermitteln eines Unsicherheitswertes (Pk+1) mittels des maschinenbasierten Lernverfahrens, und – Ermitteln eines Toleranzbandes (6) für zukünftige Zustände (xk) mittels des Korrekturwertes (g(xk)) und des Unsicherheitswertes (Pk+1) zur Prädiktion der Fahrzeugumgebung (30).A driver assistance system, a means of locomotion and a method for predicting a traffic situation are proposed. The method comprises the steps of: determining a current image of an environment (30) of a vehicle (10), determining a future state (xk) of an environment object (20) contained in the image by means of a parametric model, determining a correction value (g (g) xk)) by means of a machine-based learning method, - determining an uncertainty value (Pk + 1) by means of the machine-based learning method, and - determining a tolerance band (6) for future states (xk) by means of the correction value (g (xk)) and the uncertainty value (Pk +1) for prediction of the vehicle environment (30).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem, ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur Prädiktion einer Verkehrssituation. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verbesserungen bei der Präzision einer prädizierten Fahrzeugumgebung.The present invention relates to a driver assistance system, a means of transportation and a method for predicting a traffic situation. In particular, the present invention relates to improvements in the precision of a predicated vehicle environment.
Fortbewegungsmittel verfügen zunehmend über das Umfeld analysierende Fahrerassistenzsysteme. Zudem werden erste Fahrroboter im Serieneinsatz verwendet, welche Großteile der Fahrzeugführung automatisch vornehmen.Vehicles increasingly have environment-analyzing driver assistance systems. In addition, the first driving robots are used in series production, which make large parts of the vehicle control automatically.
Damit sich ein autonom fahrendes Kraftfahrzeug im Verkehrsfluss integrieren kann, müssen dem Fahrzeug die Positionen der Interaktionspartner in der Umwelt vorliegen. Um beispielsweiße eine effiziente, kollisionsfreie Pfadplanung zu ermöglichen, sollten auch Vorhersagen über die zukünftigen Aufenthaltsorte der anderen Verkehrsteilnehmer zur Verfügung stehen. Dafür kommt die Trajektorien-Prädiktion zum Einsatz.In order for an autonomously driving motor vehicle to be able to integrate in the traffic flow, the vehicle must have the positions of the interaction partners in the environment. For example, to enable efficient, collision-free path planning, predictions about the future whereabouts of other road users should also be available. For this the trajectory prediction is used.
Im aktuellen Stand der Technik gibt es zwei unterschiedliche Ansätze, wie diese Prädiktion durchgeführt wird. Zum einen werden die relevanten Objekte verfolgt und hinsichtlich ihrer momentanen physikalischen Größen (Geschwindigkeit, Beschleunigung, Gierrate etc.) wird anhand eines parametrischen Modells (also durch Gleichungen) eine Vorhersage über die zukünftige Position getroffen. Zum anderen wird über ein Lernverfahren (Machine Learning) das Verhalten der relevanten Objekte mit gespeicherten Trainingsdaten verglichen, und anhand dessen wird „erfahrungsbasiert” eine Vorhersage getroffen.In the current state of the art, there are two different approaches to how this prediction is performed. On the one hand, the relevant objects are tracked and with regard to their current physical variables (velocity, acceleration, yaw rate, etc.) a prediction about the future position is made by means of a parametric model (that is, by equations). On the other hand, a learning process (machine learning) compares the behavior of the relevant objects with stored training data, and on the basis of this a prediction is made based on "experience-based".
Für die Prädiktion von Fahrmanövern werden bereits teilweise probabilistische Ansätze mit Support Vector Machines, (Dynamischen) bayes'schen Netzen und/oder Hidden Markov Modellen verwendet.For the prediction of driving maneuvers already partially probabilistic approaches with support vector machines, (dynamic) Bayesian networks and / or Hidden Markov models are used.
Im vorgenannten Stand der Technik ist ein analytischer Formelzusammenhang für ein Verhalten nicht immer bekannt. Lernverfahren basieren mitunter lediglich auf einer sog. „Maximum-Likelihood-Schätzung” des zukünftigen Zustandes, verwenden jedoch keine bayes'schen Beschreibung für eine Wahrscheinlichkeitsverteilung des Zustandes. Beide Ansätze (physikalische Gleichungen bzw. Lernverfahren) werden in der Regel getrennt eingesetzt. Die Algorithmen werden üblicherweise dazu eingesetzt, gezielt eine konkrete Fragestellung zu beantworten, wobei eine Klassifikation diskreter Ereignisse (z. B. „Fahrstreifenwechsel in 3 Sekunden? – ja/nein” bzw. Wahrscheinlichkeit für Hypothese) erfolgt.In the aforementioned prior art, an analytical formula relationship for a behavior is not always known. Learning methods are sometimes based only on a so-called "maximum likelihood estimation" of the future state, but do not use Bayesian description for a probability distribution of the state. Both approaches (physical equations or learning methods) are usually used separately. The algorithms are usually used to specifically answer a specific question, whereby a classification of discrete events (eg "lane change in 3 seconds - yes / no" or probability for hypothesis) takes place.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den im Stand der Technik bekannten Bedarf nach einer verbesserten Zuverlässigkeit und einer verbesserten Präzision einer Prädiktion zu stillen.Based on the aforementioned prior art, it is an object of the present invention to meet the need in the art for improved reliability and precision of prediction.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Prädiktion einer Verkehrssituation gelöst. Mit anderen Worten erfolgt erfindungsgemäß die Vorhersage eines solchen Ausschnittes einer Verkehrssituation, welche für ein Ego-Fortbewegungsmittel/Fahrzeug führungsrelevant ist. Zunächst wird ein aktuelles Abbild einer Umgebung eines Fahrzeugs (Ego-Fahrzeug) mittels eines Sensors oder mehrerer Sensoren ermittelt. Derartige Sensoren werden häufig als „Umgebungssensoren” bezeichnet und können zusätzlich zum erfindungsgemäßen Verfahren auch für Anwendungen der Park-/Abstandshalteassistenz Verwendung finden. Anschließend wird ein zukünftiger Zustand eines im Abbild enthaltenen Umgebungsobjektes mittels eines parametrischen Modells ermittelt. Parametrische Modelle verwenden Gleichungen, welche beispielsweise in Form von Bewegungsgleichungen deterministische Ergebnisse für Geschwindigkeit, Abstand und Position eines Umgehungsobjektes liefern. Soweit wird die im Stand der Technik bekannte Verfahrensweise bezüglich der Auswertung von Sensorsignalen auch erfindungsgemäß verwendet. Zudem wird ein Korrekturwert mittels eines maschinenbasierten Lernverfahrens ermittelt, welches im Stand der Technik auch als „Machine Learning Algorithmen” (MLA) bezeichnet wird. Der Korrekturwert stellt eine ergänzende Kenngröße für die Prädiktion der Umgebung des Fahrzeugs dar, kann auf erfahrungsbasierte Erkenntnisse zurückgreifen und kann daher situative Randbedingungen und Abhängigkeiten unterschiedlicher Bestandteile im Abbild der Umgebung berücksichtigen. Zusätzlich wird ein Unsicherheitswert mittels des maschinenbasierten Lernverfahrens ermittelt. Der Unsicherheitswert stellt eine Kenngröße dafür dar, wie verlässlich die Prädiktion mittels des maschinenbasierten Lernverfahrens ist. Somit kann der Unsicherheitswert beispielsweise darüber Aufschluss geben, welcher Bereich um ein Fortbewegungsmittel aufgrund der Prädiktion als „mit Sicherheit frei” bzw. „mit Sicherheit belegt” zu gelten hat. Anschließend wird ein Toleranzband für den zukünftigen Zustand mittels des Korrekturwertes und des Unsicherheitswertes zur Prädiktion der Fahrzeugumgebung ermittelt. Das Toleranzband kann auch als „Wahrscheinlichkeitsverteilung des im Abbild enthaltenen Umgebungsobjektes” verstanden werden. Im Ergebnis wird eine Kombination parametrischer Analysen eines Abbildes einer Fahrzeugumgebung und Erkenntnisse aus einem maschinenbasierten Lernverfahren, welches mit dem Abbild der Fahrzeugumgebung gespeist wurde, vorgeschlagen. Im Ergebnis können präzisere Prädiktionen der Bestandteile einer Fahrzeugumgebung, basierend auf sensorisch ermittelten Informationen generiert werden.The above object is achieved by a method for predicting a traffic situation. In other words, according to the invention, the prediction of such a section of a traffic situation, which is management-relevant for an ego means of locomotion / vehicle, takes place. First, a current image of an environment of a vehicle (ego vehicle) is determined by means of a sensor or a plurality of sensors. Such sensors are often referred to as "environmental sensors" and, in addition to the method according to the invention, can also be used for parking / distance assistance applications. Subsequently, a future state of an environment object contained in the image is determined by means of a parametric model. Parametric models use equations which, for example in the form of equations of motion, yield deterministic results for velocity, distance and position of a bypass object. As far as the method known in the prior art with respect to the evaluation of sensor signals is also used according to the invention. In addition, a correction value is determined by means of a machine-based learning method, which is also referred to in the prior art as "machine learning algorithms" (MLA). The correction value represents a supplementary parameter for the prediction of the environment of the vehicle, can draw on experience-based findings and can therefore take into account situational boundary conditions and dependencies of different components in the image of the environment. In addition, an uncertainty value is determined by means of the machine-based learning method. The uncertainty value represents one Indicator of how reliable the prediction is by means of the machine-based learning process. Thus, for example, the uncertainty value can provide information as to which area around a means of transportation has to be regarded as "safely free" or "reliably occupied" on the basis of the prediction. Subsequently, a tolerance band for the future state is determined by means of the correction value and the uncertainty value for the prediction of the vehicle environment. The tolerance band can also be understood as a "probability distribution of the environment object contained in the image". As a result, a combination of parametric analysis of an image of a vehicle environment and knowledge from a machine-based learning process fed with the image of the vehicle environment is proposed. As a result, more accurate predictions of the components of a vehicle environment can be generated based on sensory information.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Der erfindungsgemäß ermittelte zukünftige Zustand des aktuellen Umgebungsobjektes kann beispielsweise durch parametrisches Ermitteln einer orts- und/oder einer Bewegungsgröße als Parameter des Umgebungsobjektes ermittelt werden. Beispielsweise kann eine Bewegungsgleichung für zeitlich aufeinanderfolgende Positionen des Abbildes des Umgebungsobjektes aufgestellt und daraus die Geschwindigkeit und/oder die Position des Umgebungsobjektes zu einem späteren Zeitpunkt ermittelt werden. Insbesondere für die Empfehlung oder vollautomatisch Einleitung von Fahrmanövern ist die zukünftige Position, Geschwindigkeit oder Beschleunigung eines Fortbewegungsmittels hochrelevant und daher erfindungsgemäß vorteilhaft und präzise ermittelbar.The inventively determined future state of the current environment object can be determined, for example, by parametrically determining a location and / or a motion variable as a parameter of the environment object. For example, an equation of motion for temporally successive positions of the image of the environment object can be set up and from this the speed and / or the position of the environment object can be determined at a later time. In particular for the recommendation or fully automatic initiation of driving maneuvers, the future position, speed or acceleration of a means of locomotion is highly relevant and therefore can be determined according to the invention advantageously and precisely.
Für die Abbildung der Fahrzeugumgebung kann beispielsweise Ultraschallsensorik verwendet werden, wie sie für die Parkassistenz seit langem bekannt ist. Alternativ oder zusätzlich können optische Sensoren (z. B. eine Kamera und/oder Laser/Lidar-Systeme und/oder Radarsysteme) verwendet werden, um Umgebungsbereiche des Ego-Fortbewegungsmittels abzutasten und entsprechende Daten zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren bereitzustellen.For imaging the vehicle environment, for example, ultrasonic sensors can be used, as has long been known for parking assistance. Alternatively or additionally, optical sensors (eg, a camera and / or laser / lidar systems and / or radar systems) may be used to scan surrounding areas of the ego vehicle and provide corresponding data for use in a method of the invention.
Das Umgebungsobjekt kann ein Fremdfahrzeug, ein Fußgänger, ein Tier oder ein anderer Verkehrsteilnehmer sein. Alternativ oder zusätzlich können auch feststehende Umgebungsobjekte (z. B. eine Leitplanke, ein Baum, ein Pfosten, ein Gebäude o. ä.) erfindungsgemäß erkannt und zur Prädiktion eines zukünftigen Zustandes eines beweglichen Objektes prädiziert werden. Zum Beispiel wird ein Spurwechsel nach links sehr unwahrscheinlich, wenn links neben dem Fahrzeug eine Leitplanke verläuft. Ebenso können Freiflächen (auch „Negativ-Objekte” genannt) und/oder Fahrbahnmarkierungen (z. B. Fahrstreifenbegrenzung, Leitlinie o. ä.) als Umgebungsobjekt verstanden und hinsichtlich ihres zukünftigen Zustandes prädiziert werden. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass der zukünftige Zustand feststehender Umgebungsobjekte insbesondere dann erfindungsgemäß von Vorteil ist, wenn das Ego-Fahrzeug eine nicht deterministisch bekannte zukünftige Position aufweist, beispielsweise, weil ein Fahrer die Führung des Fortbewegungsmittels übernimmt, anstatt dass ein Fahrroboter eine zu fahrende Trajektorie vorausbestimmt hat.The environment object may be a foreign vehicle, a pedestrian, an animal, or another road user. Alternatively or additionally, stationary environmental objects (eg a guardrail, a tree, a pillar, a building or the like) can also be detected according to the invention and predicted to predict a future state of a mobile object. For example, a lane change to the left becomes very unlikely if a guardrail runs to the left of the vehicle. Likewise, open spaces (also called "negative objects") and / or lane markings (eg lane boundary, guideline, or the like) can be understood as environment objects and predicted with regard to their future state. In this context, it should be noted that the future state of stationary environment objects is particularly advantageous according to the invention if the ego vehicle has a non-deterministically known future position, for example because a driver takes over the guidance of the means of locomotion, instead of a driving robot driving one Trajectory has predicted.
Bevorzugt kann anhand der Prädiktion der Fahrzeugumgebung eine Klassifizierung eines Umgebungsbereiches (z. B. eines Fahrstreifens vor oder neben dem Ego-Fahrzeug) dahingehend erfolgen, ob der Umgebungsbereich zukünftig als „belegt” oder als „unbelegt” angenommen werden kann. Mit anderen Worten wird anhand der erfindungsgemäß erstellten Prädiktion festgestellt, ob für den Umgebungsbereich eine Kollisionsgefahr oder keine Kollisionsgefahr bzw. eine Behinderung anderer Verkehrsteilnehmer oder des Ego-Fortbewegungsmittels zu erwarten ist.Based on the prediction of the vehicle environment, it is preferably possible to classify a surrounding area (eg, a lane in front of or next to the ego vehicle) to determine whether the surrounding area can be assumed to be "occupied" or "unoccupied" in the future. In other words, it is determined on the basis of the inventively created prediction whether a risk of collision or no risk of collision or a hindrance of other road users or the ego means of locomotion is to be expected for the surrounding area.
Im Ansprechen auf die erfindungsgemäß erfolgte Prädiktion der Verkehrssituation kann eine Längsführung und/oder eine Querführung des Fortbewegungsmittels automatisch vorgenommen werden. Beispielsweise kann ein Fahrroboter die Längsführung und/oder die Querführung automatisch anpassen und somit eine komfortable und sichere Fortbewegung des Fahrzeugs gewährleisten.In response to the prediction of the traffic situation according to the invention, a longitudinal guidance and / or a transverse guidance of the means of locomotion can be carried out automatically. For example, a driving robot automatically adjust the longitudinal guide and / or the transverse guide and thus ensure a comfortable and safe movement of the vehicle.
Zur Bereitstellung eines leistungsfähigen maschinenbasierten Lernverfahrens können während der Entwicklung Trainingsdaten mittels eines Sensors des Ego-Fortbewegungsmittels (oder eines ähnlichen Fortbewegungsmittels) erstellt werden. Beispielsweise können Sensordaten für eine Vielzahl unterschiedlicher Verkehrssituationen gesammelt werden, um gegenseitige Abhängigkeiten in den Daten zu erkennen und zu archivieren. Beispielsweise können vor einem Fremdfahrzeug entstehende Freiräume mit Beschleunigungsvorgängen dieser Fahrzeuge verknüpft werden bzw. vor Fremdfahrzeugen einscherende Fahrzeuge mit sich üblicherweise einstellenden Verzögerungsvorgängen der Fremdfahrzeuge verknüpft werden. Diese Erkenntnisse können in Datenform in einem Speicher des Fahrzeugs abgespeichert werden. Die Daten können die Abhängigkeiten zwischen den ermittelten Ereignissen im Abbild der Umgebung repräsentieren. Je nachdem, welcher Art Verkehrssituationen durch das erfindungsgemäße Verfahren prädiziert werden sollen, können im Trainingslauf die entsprechenden Verkehrssituationen modelliert, simuliert und sensorisch erfasst werden, um den Erfahrungsschatz des Systems für den maschinenbasierten Lernvorgang zu mehren.To provide a powerful machine-based learning technique, training data may be created during development using a sensor of ego-locomotion (or similar means of locomotion). For example, sensor data for a variety of different traffic situations can be collected to detect and archive interdependencies in the data. For example, free spaces arising in front of a third-party vehicle can be linked with acceleration processes of these vehicles, or vehicles that crash into vehicles from outside vehicles can be linked to the usually occurring deceleration processes of the foreign vehicles. These findings can be stored in data form in a memory of the vehicle. The data can represent the dependencies between the detected events in the image of the environment. Depending on which type of traffic situations are to be predicted by the method according to the invention, the corresponding traffic situations can be modeled, simulated and sensed in the training run in order to increase the experience of the system for the machine-based learning process.
Die wie vorgenannt ermittelten Trainingsdaten können anschließend zur Ermittlung des Korrekturwertes ausgelesen und im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Insbesondere kann bei der Verwendung erkannt werden, dass keine hinreichenden Trainingsdaten für eine Ermittlung eines hinreichend schmalen Toleranzbandes mittels des Korrekturwertes verfügbar sind. Dies kann beispielsweise auf der Tatsache beruhen, dass die aktuell vorliegende Verkehrssituation nicht während der Trainingsläufe erlernt wurde bzw. nicht hinreichend häufig (z. B. jeweils modifiziert) erkannt wurde. Im Ansprechen darauf kann beschlossen werden, dass das parametrische Modell zur Prädiktion der Fahrzeugumgebung ausschließliche Verwendung findet, um dessen Ergebnisse nicht durch wenig zuverlässige Erkenntnisse zu beeinträchtigen.The training data determined as described above can then be read out for determining the correction value and used in the context of the method according to the invention. In particular, it can be recognized during use that no sufficient training data is available for determining a sufficiently narrow tolerance band by means of the correction value. This can be based, for example, on the fact that the current traffic situation was not learned during the training runs or was not recognized sufficiently frequently (eg in each case modified). In response, it may be concluded that the parametric model is used exclusively for predicting the vehicle environment so as not to adversely affect its results with less reliable findings.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrerassistenzsystem vorgeschlagen, welches beispielsweise Bestandteile eines Spurassistenten, eines Abstandshaltesystems, eines Fahrroboters, o. ä., sein kann. Das Fahrerassistenzsystem umfasst einen Umgebungssensor, welcher eingerichtet ist, eine Fahrzeugumgebung des Fahrzeugs zu erfassen und korrespondierende Daten für eine Auswerteeinheit bereitzuhalten. Diese ist eingerichtet, einen zukünftigen Zustand eines im Abbild enthaltenen Umgebungsobjektes (oder mehrerer Umgebungsobjekte) bzw. eines im Abbild enthaltenen Umgebungsbereiches mittels eines parametrischen Modells (z. B. für eine Verkehrssituation) zu ermitteln. Erfindungsgemäß werden ein Korrekturwert und ein Unsicherheitswert mittels eines maschinenbasierten Lernverfahrens ermittelt. Anschließend wird ein Toleranzband/eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für den zukünftigen Zustand mittels des Korrekturwertes und des Unsicherheitswertes ermittelt und zur Prädiktion der Fahrzeugumgebung verwendet. Diese Verwendung kann beispielsweise eine Gewichtung des auf Basis des parametrischen Modells ermittelten zukünftigen Zustandes des Umgebungsobjektes und des maschinenbasiert erlernten Korrekturwertes und Unsicherheitswertes umfassen. Auf diese Weise ist das Fahrerassistenzsystem eingerichtet, die Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens in entsprechender Weise zu verwirklichen, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.According to a second aspect of the present invention, a driver assistance system is proposed, which may be, for example, components of a lane assistant, a distance holding system, a driving robot, or the like. The driver assistance system comprises an environment sensor which is set up to detect a vehicle environment of the vehicle and to provide corresponding data for an evaluation unit. This is set up to determine a future state of an environment object contained in the image (or of several environment objects) or of a surrounding area contained in the image by means of a parametric model (eg for a traffic situation). According to the invention, a correction value and an uncertainty value are determined by means of a machine-based learning method. Subsequently, a tolerance band / a probability distribution for the future state is determined by means of the correction value and the uncertainty value and used for the prediction of the vehicle environment. This use may include, for example, a weighting of the future state of the environment object determined on the basis of the parametric model and the machine-based learned correction value and uncertainty value. In this way, the driver assistance system is set up to realize the features, combinations of features and advantages of the method according to the invention in a corresponding manner, so that reference is made to avoid repetition of the above statements.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, welches über ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt verfügt. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein PKW, ein Transporter, ein LKW, ein Motorrad, o. ä., sein.According to a third aspect of the present invention, a vehicle is proposed, which has an inventive driver assistance system according to the second-mentioned aspect of the invention. The vehicle may be, for example, a car, a van, a truck, a motorcycle, or the like.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:
Dem gegenübergestellt ist eine erfindungsgemäß ausgeführte semiparametrische Ermittlung des ein- oder mehrdimensionale Zustands x'k, x'k+2, x'k+3, etc. welcher mit zunehmendem Prädiktionszeitraum vom parametrisch ermittelten Zustand xk, xk+1, xk+2, xk+3 abweicht. Die erfindungsgemäße semi-parametrische Zustandsprädiktion ergibt sich als
Aus den obigen Zusammenhängen ergibt sich, dass die parametrische Zustandsprädiktion f(xk) erfindungsgemäß mit g(xk) korrigiert wird. Der Zuwachs an Unsicherheit F aus dem maschinenbasierten Lernverfahren pro Zeitschritt k ist in der Regel geringer als der Zuwachs an Unsicherheit Σf,k, welche sich gemäß dem Stand der Technik ergibt. Dies ist in
Ein Kerngedanke der Erfindung umfasst die Idee, das gleichungsbasierte parametrische Modell einer Trajektorien-Prädiktion als Vorwissen für die Vorhersagen zu verwenden und durch einen Machine Learning Ansatz zu verbessern. Die Verbesserung des Gleichungsmodells geschieht über die Verwertung von Trainingsdaten. Somit haben Bereiche ohne verfügbare Trainingsdaten eine Verbesserung gleich null und bedienen sich allein des Gleichungsmodells als Rückfallebene. Bereiche mit Trainingsdaten können ein verbessertes Modell erreichen. Die Grundlage bietet jedoch weiterhin das Gleichungsmodell, während das maschinelle Lernverfahren abhängig von den verfügbaren Trainingsdaten für die Verbesserung desselben sorgt.A core idea of the invention comprises the idea to use the equation-based parametric model of a trajectory prediction as a prior knowledge for the predictions and to improve it by a machine learning approach. The improvement of the equation model happens via the utilization of training data. Thus, areas without available training data have an improvement equal to zero and use only the equation model as a fallback level. Areas with training data can reach an improved model. However, the basis still provides the equation model, while the machine learning process provides for improvement, depending on the available training data.
Die nahtlose Kommunikation zwischen den Gleichungssystemen und den Lernverfahren erfolgt dabei beispielsweise folgendermaßen:
- • Kombination von parametrischen Modellen f(xk) als a priori Wissen mit maschinellem Lernverfahren, beispielsweise nicht-parametrischen bayes'schen Methoden g(xk), wie Gauß-Prozesse: xk+1 = f(xk) + g(xk) + ∊ mit aktuellen und prädiziertem Zustand xk und xk+1.
- • Das Lernverfahren wird dabei auf systematische Fehler und/oder nicht modellierte Zusammenhänge des parametrischen Modells trainiert: xk+1 – f(xk) = g(xk) + ∊ mit dem Fehler ∊ als additivem, mittelwertfreiem, gaußverteiltem Rauschen ∊ ~ N (multivariate Gauß- bzw. Normalverteilung N).
- • Da das parametrisches Modell dennoch als a priori Wissen verwendet wird, wird in Bereichen des Eingangsraums, in denen keine oder nur wenige Trainingsdaten zur Verfügung standen und das Lernverfahren somit nur unsichere Aussagen treffen kann, automatisch und kontinuierlich auf das parametrische Modell zurückgegriffen. Das Lernverfahren, beispielsweise Gauß-Prozess, gibt als bayes'schen Methode zusätzlich zum Korrekturwert die jeweilige Unsicherheit auf Grundlage der Trainingsdaten aus: p(xk +1|xk) = N(f(xk) + μg(x), Σg(xk)) mit Erwartungswert und Kovarianz des Gauß-Prozesses μg(xk) respektive Σg(xk).
- • Transformation zyklischer Variablen (evtl. Position im Fahrstreifen): Entweder als zweidimensionale Mannigfaltigkeit im Einheitskreis und euklidischem Abstand bei kleiner Kernel-Bandbreite als Näherung; oder exakt als Winkel im Einheitskreis und Anpassung des Abstandsmaß im Kernel für diese Variable.
- • Ist das dynamische Verhalten durch die semi-parametrische Modellierung ausreichend gut, kann beispielsweise ein Fahrstreifenwechsel auf Grundlage der Zustände des Eingangsraums vorhergesagt werden: Dafür wird iterativ die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion p(xk +n|xk) nach n Zeitschritten bestimmen, vorzugsweise mit Partikel Filter und N Partikeln als Gaussian Mixture Model
p(xk +n|xk) = Σ N-1 / i=0 w (i) / k+nN (i) / k+n, Σ (i) / k+n w (i) / k+n Px\y = ∫ b / ap(xk+n|xk)dy
- Combination of parametric models f (x k ) as a priori knowledge with machine learning, for example non-parametric Bayesian methods g (x k ), such as Gaussian processes: x k + 1 = f (x k ) + g ( x k ) + ε with current and predicted state x k and x k + 1 .
- • The learning process is trained on systematic errors and / or non-modeled relationships of the parametric model: x k + 1 - f (x k ) = g (x k ) + ε with the error ε as additive, mean-free, Gaussian distributed noise ε ~ N (multivariate Gaussian or normal distribution N).
- • Since the parametric model is still used as a priori knowledge, the parametric model is automatically and continuously used in areas of the entry room where no or only a few training data were available and the learning process can only make uncertain statements. The learning method, for example the Gaussian process, as a Bayesian method, in addition to the correction value, outputs the respective uncertainty on the basis of the training data: p (x k +1 x x k ) = N (f (x k ) + μ g (x) , Σ g (x k )) with expected value and covariance of the Gaussian process μ g (x k ) respectively Σ g (x k ).
- • Transformation of cyclic variables (possibly position in the lane): Either as a two-dimensional manifold in the unit circle and Euclidean distance with small kernel bandwidth as approximation; or exactly as an angle in the unit circle and adjusting the distance measure in the kernel for that variable.
- If the dynamic behavior is sufficiently good due to the semi-parametric modeling, for example, a lane change can be predicted on the basis of the states of the input space. For this, the probability density function p (x k + n | x k ) is determined iteratively after n time steps, preferably with particles Filters and N particles as Gaussian Mixture Model
p (x k + n | x k ) = Σ N-1 / i = 0 w (i) / k + n N (i) / k + n, Σ (i) / k + n w (i) / k + n P x \ y = ∫ b / ap (x k + n | x k ) dy
Anwendungen für die semiparametrische Trajektorien-Prädikation sind beispielsweise eine Verwendung des Modells zur Fahrstreifenrelevanzerkennung und eine Erkennung von zukünftigen Zielobjekten bei einem ACC mit Spurwechsel. Das Modell kann also Kraftfahrzeugen im hoch- und vollautomatisierten Fahrbetrieb genauso dienen wie den Fahrerassistenzsystemen eines manuell betriebenen Fahrzeugs.Applications for semiparametric trajectory predication include, for example, using the lane relevance detection model and recognizing future targets in an ACC with lane change. The model can therefore serve motor vehicles in highly automated and fully automated driving as well as the driver assistance systems of a manually operated vehicle.
Die Erfindung stellt ein robustes System zur Prädiktion einer Verkehrssituation dar, welches Gleichungen eines parametrischen Modells als Rückfallebene verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist weniger komplex als rein maschinelle Lernalgorithmen und kann dadurch schneller, robuster und/oder mit weniger Rechenleistung ausgeführt werden. Gegenüber der rein parametrischen Prädiktion der Verkehrssituation werden bessere, präzisere und zuverlässigere Ergebnisse geliefert.The invention is a robust system for predicting a traffic situation using equations of a parametric model as a fallback level. The method according to the invention is less complex than purely machine learning algorithms and can thereby be executed faster, more robustly and / or with less computing power. Compared to the purely parametric prediction of the traffic situation, better, more precise and more reliable results are delivered.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Radarsensorradar sensor
- 22
- elektronisches Steuergerätelectronic control unit
- 33
- Erfassungsbereichdetection range
- 44
- Trainingspunktetraining points
- 55
- gelernte Funktionlearned function
- 66
- Toleranzbandtolerance band
- 77
- Bereich höchster ToleranzHighest tolerance range
- 88th
- Leitplankebarrier
- 99
- Datenspeicherdata storage
- 1010
- PKWcar
- 2020
- Fremdfahrzeug/UmgebungsobjektForeign Vehicle / Environment object
- 3030
- UmgebungSurroundings
- 100–1000100-1000
- Verfahrensschrittesteps
- AA
- Eingabegrößeninput variables
- BB
- Ausgabegrößenoutput sizes
- gG
- Korrekturwertcorrection value
- kk
- Zeitschritttime step
- PP
- Unsicherheitsellipseuncertainty ellipse
- xx
- ZustandStatus
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102009057978 A1 [0006] DE 102009057978 A1 [0006]
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- US 2011/313665 A [0008] US 2011/313665 A [0008]
- WO 14192137 A1 [0009] WO 14192137 A1 [0009]
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