DE102016218080B3 - Method and device for determining a collision probability of a vehicle with an object - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum Bestimmen einer Kollisionswahrscheinlichkeit (15) eines Fahrzeugs (50) mit einem Objekt (53), umfassend die folgenden Schritte: Erfassen einer Fahrzeugpose (7) und einer Objektpose (8), Berechnen der Kollisionswahrscheinlichkeit (15) mittels einer Berechnungseinrichtung (3), wobei folgende Schritte ausführt werden: (a) Bestimmen einer kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung (16) aus der Fahrzeugpose (7) und der Objektpose (8); (b) Berechnen einer gemeinsamen Kollisionsfläche (19) auf Grundlage einer Fahrzeugfläche (17) des Fahrzeugs (50) und einer Objektfläche (18) des Objekts (53); (c) Transformieren der gemeinsamen Kollisionsfläche (19) auf Grundlage der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung (16); (d) Bestimmen eines Integrals einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion über der transformierten Kollisionsfläche (20) zum Berechnen der Kollisionswahrscheinlichkeit (15), wobei zum Bestimmen des Integrals Werte aus einer mittels eines Speichers (4) bereitgestellten Lookup-Tabelle (5) abgefragt und bereitgestellt werden; und wobei die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion einer bivariaten Standardnormalverteilung ist, und Ausgeben der berechneten Kollisionswahrscheinlichkeit (15) als Kollisionswahrscheinlichkeitssignal (21) mittels einer Ausgabeeinrichtung (6).The invention relates to a device (1) and a method for determining a collision probability (15) of a vehicle (50) having an object (53), comprising the following steps: detecting a vehicle pose (7) and an object pose (8), calculating the Collision probability (15) by means of a calculation device (3), wherein the following steps are carried out: (a) determining a combined probability distribution (16) from the vehicle pose (7) and the object pose (8); (b) calculating a common collision surface (19) based on a vehicle surface (17) of the vehicle (50) and an object surface (18) of the object (53); (c) transforming the common collision surface (19) based on the combined probability distribution (16); (d) determining an integral of a probability density function over the transformed collision surface (20) to calculate the collision probability (15), wherein to determine the integral values are retrieved and provided from a look-up table (5) provided by a memory (4); and wherein the probability density function is a probability density function of a bivariate standard normal distribution, and outputting the calculated collision probability (15) as a collision probability signal (21) by means of an output device (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Vorrichtung zum Bestimmen einer Kollisionswahrscheinlichkeit eines Fahrzeugs mit einem Objekt. The invention relates to a method and a device for determining a collision probability of a vehicle with an object.

Moderne Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, sind mit einer Vielzahl von Assistenzsystemen ausgestattet, welche den Fahrer beim Führen des Fahrzeugs unterstützen. Solche Assistenzsysteme sind beispielsweise Abstandhalteassistenten oder Einparkassistenten. Vermehrt sind Fahrzeuge auch in der Lage, automatisiert oder halbautomatisiert zu fahren. Modern vehicles, especially motor vehicles, are equipped with a variety of assistance systems that assist the driver in driving the vehicle. Such assistance systems are, for example, distance control assistants or parking assistants. Increasingly, vehicles are also capable of automated or semi-automated driving.

Bei vielen Assistenzsystemen muss festgestellt werden, wie hoch die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Fahrzeugs mit einem sich im Umfeld des Fahrzeugs befindenden Objekt, beispielsweise einem Hindernis oder einem anderen Fahrzeug, ist. Bei der Prüfung von Fahrzeugtrajektorien auf Kollision ergibt sich das Problem, dass Eingangsdaten in der Regel mit einer Unsicherheit behaftet sind. So weisen die Messungen für den Abstand zu anderen Verkehrsteilnehmern aus der Sensorik beispielsweise Messfehler auf. Ebenso unterliegen die Daten für eine Vorhersage der Trajektorien des eigenen Fahrzeugs und für umgebende Fahrzeuge Unsicherheiten. Um diese Unsicherheiten bei der Beurteilung von Trajektorien auf Kollisionsfreiheit zu berücksichtigen, ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zu berechnen. Many assistance systems must determine what the probability of a collision of the vehicle with an object in the vicinity of the vehicle, such as an obstacle or another vehicle, is. When testing vehicle trajectories for collision, there is the problem that input data is usually subject to uncertainty. Thus, the measurements for the distance to other road users from the sensor, for example, measurement errors. Likewise, the data is subject to uncertainty for predicting the trajectories of the own vehicle and for surrounding vehicles. To account for these uncertainties in evaluating trajectories for collision freedom, it is possible to calculate the probability of a collision.

Im Hinblick auf die hierzu notwendige Rechenzeit ist die Bestimmung der Kollisionswahrscheinlichkeit von Trajektorien jedoch sehr aufwändig, da oftmals keine geschlossenen Lösungen für dieses Problem existieren. Eine häufig verwendete Methode, um dennoch Kollisionswahrscheinlichkeiten zu berechnen, beruht auf dem sog. Monte-Carlo-Verfahren (siehe Lambert, A; Gruyer. D; "A Fast Monte Carlo Algorithm for Collision Probabilty Estimation", Control, Automation, Robotics and Vision, 2008. ICARCV 2008. 10th International Conference on. IEEE, 2008). Bei dieser Methode wird für eine hinreichende Genauigkeit eine sehr hohe Anzahl von binären Kollisionsprüfungen benötigt, um letztendlich einen Wert für die Kollisionswahrscheinlichkeit anzunähern. Gerade hieraus resultiert ein sehr hoher Aufwand bei der Berechnung. However, in view of the computation time required for this purpose, the determination of the collision probability of trajectories is very complicated, since there are often no closed solutions for this problem. One method commonly used to compute collision probabilities is based on the so-called Monte Carlo method (see Lambert, A, Gruyer, D, A Fast Monte Carlo Algorithm for Collision Probability Estimation, Control, Automation, Robotics and Vision , 2008 ICARCV 2008. 10th International Conference on IEEE, 2008). This method requires a very high number of binary collision checks for sufficient accuracy to ultimately approximate a collision probability value. This results in a very high cost in the calculation.

Andere Verfahren, wie beispielsweise in J. Hardy et al., Contingency Planning over Probabilistic Hybrid Obstacle Predictions for Autonomous Road Vehicles, 2010 IEEE/RSJ Int. Conference on Intelligent Robots and Systems, Taipei, Taiwan 2010 beschrieben, sehen eine starke Überapproximation der Kollisionswahrscheinlichkeit vor, die auf Kosten der Genauigkeit geht. Other methods, such as in J. Hardy et al., Contingency Planning on Probabilistic Hybrid Obstacle Predictions for Autonomous Road Vehicles, 2010 IEEE / RSJ Int. Conference on Intelligent Robots and Systems, Taipei, Taiwan 2010 provide a strong over-approximation of collision probability at the expense of accuracy.

Ein Verfahren zum Berechnen bivariater Normalverteilungen über konvexen Polygonen ist in A. R. Didonato et al., Computation of the bivariate normal distribution over convex polygons, Naval Surface Weapons Center, Virginia 1978 beschrieben. A method for computing bivariate normal distributions over convex polygons is described in A.R. Didonato et al., Computation of the bivariate normal distribution over convex polygon, Naval Surface Weapons Center, Virginia 1978.

Der Erfindung liegt das technische Problem zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Kollisionswahrscheinlichkeit eines Fahrzeugs mit einem Objekt zu schaffen, bei der das Bestimmen der Kollisionswahrscheinlichkeit verbessert möglich ist. The invention is based on the technical problem of providing a method and a device for determining a collision probability of a vehicle with an object in which it is possible to improve the determination of the collision probability.

Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The technical problem is solved by a method with the features of claim 1 and a device having the features of claim 10. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Insbesondere wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Kollisionswahrscheinlichkeit eines Fahrzeugs mit einem Objekt zur Verfügung gestellt, umfassend die folgenden Schritte: Erfassen einer Fahrzeugpose mittels einer Erfassungseinrichtung, wobei die Fahrzeugpose zumindest eine Fahrzeugposition, deren Varianz und einen Fahrzeugwinkel umfasst, Erfassen einer bereitgestellten Objektpose mittels der Erfassungseinrichtung, wobei die Objektpose zumindest eine Objektposition, deren Varianz und einen Objektwinkel umfasst, Berechnen der Kollisionswahrscheinlichkeit mittels einer Berechnungseinrichtung, wobei folgende Schritte ausführt werden: (a) Bestimmen einer kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung aus der Fahrzeugpose und der Objektpose; (b) Berechnen einer gemeinsamen Kollisionsfläche auf Grundlage einer Fahrzeugfläche des Fahrzeugs und einer Objektfläche des Objekts; (c) Transformieren der gemeinsamen Kollisionsfläche auf Grundlage der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung; (d) Bestimmen eines Integrals einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion über der transformierten Kollisionsfläche zum Berechnen der Kollisionswahrscheinlichkeit, wobei zum Bestimmen des Integrals Werte aus einer mittels eines Speichers bereitgestellten Lookup-Tabelle abgefragt und bereitgestellt werden; und wobei die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion einer bivariaten Standardnormalverteilung ist, und Ausgeben der berechneten Kollisionswahrscheinlichkeit als Kollisionswahrscheinlichkeitssignal mittels einer Ausgabeeinrichtung. In particular, a method is provided for determining a collision probability of a vehicle with an object, comprising the following steps: detecting a vehicle pose by means of a detection device, wherein the vehicle pose comprises at least one vehicle position whose variance and vehicle angle, detecting a provided object pose by means of the detection device . wherein the object pose comprises at least one object position, its variance, and an object angle, calculating the collision probability by means of a calculator, the steps of: (a) determining a combined probability distribution from the vehicle pose and the object pose; (b) calculating a common collision surface based on a vehicle surface of the vehicle and an object surface of the object; (c) transforming the common collision surface based on the combined probability distribution; (d) determining an integral of a probability density function over the transformed collision surface to calculate the collision probability, wherein to determine the integral values are retrieved from a look-up table provided by a memory and provided; and wherein the probability density function is a probability density function of a bivariate standard normal distribution, and outputting the calculated collision probability as a collision probability signal by means of an output device.

Ferner wird eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Kollisionswahrscheinlichkeit eines Fahrzeugs mit einem Objekt geschaffen, umfassend eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Fahrzeugpose, wobei die Fahrzeugpose zumindest eine Fahrzeugposition, deren Varianz und einen Fahrzeugwinkel umfasst, und zum Erfassen einer Objektpose, wobei die Objektpose zumindest eine Objektposition, deren Varianz und einen Objektwinkel umfasst, eine Berechnungseinrichtung, wobei die Berechnungseinrichtung derart ausgebildet ist, eine kombinierte Wahrscheinlichkeitsverteilung aus der Fahrzeugpose und der Objektpose zu bestimmen, eine gemeinsame Kollisionsfläche auf Grundlage einer Fahrzeugfläche des Fahrzeugs und einer Objektfläche des Objekts zu berechnen, die gemeinsame Kollisionsfläche auf Grundlage der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung zu transformieren, und ein Integral einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion über der transformierten Kollisionsfläche zum Bestimmen der Kollisionswahrscheinlichkeit zu bestimmen, ein Speicher zum Bereitstellen einer Lookup-Tabelle, wobei die Berechnungseinrichtung zum Bestimmen des Integrals Werte aus der bereitgestellten Lookup-Tabelle abgefragt, und wobei die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion einer bivariaten Standardnormalverteilung ist, und eine Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben der berechneten Kollisionswahrscheinlichkeit als Kollisionswahrscheinlichkeitssignal. Furthermore, an apparatus for determining a collision probability of a vehicle with an object is provided, comprising a detection device for detecting a vehicle pose, wherein the vehicle pose comprises at least one vehicle position, its variance and a vehicle angle, and for detecting an object pose, wherein the object pose at least one object position, whose variance and an object angle include, calculating means, wherein the calculating means is configured to determine a combined probability distribution of the vehicle pose and the object pose, to calculate a common collision area based on a vehicle area of the vehicle and an object area of the object, the common collision area Transform the basis of the combined probability distribution and an integral of a probability density function over the transformed collision surface to determine the collision probability a memory for providing a look-up table, wherein the calculating means for determining the integral retrieves values from the provided look-up table, and wherein the probability density function is a probability density function of a bivariate standard normal distribution, and output means for outputting the calculated collision probability as a collision probability signal ,

Die Grundidee der Erfindung ist, eine aus dem Fahrzeug und einem Objekt gebildete gemeinsame Kollisionsfläche in Abhängigkeit einer kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung, welche aus der Fahrzeugpose und der Objektpose bestimmt wurde, zu transformieren und eine Wahrscheinlichkeitsdichtfunktion über die transformierte Kollisionsfläche zu integrieren. Das Transformieren umfasst eine Verschiebung der gemeinsamen Kollisionsfläche und ein Strecken/Stauchen gemäß dem Mittelwert und der Varianz der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung. Hierdurch wird erreicht, dass zum Berechnen der Kollisionswahrscheinlichkeit mit einer bivariaten Standardnormalverteilung operiert werden kann. Das Integral der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der bivariaten Standardnormalverteilung über der transformierten Kollisionsfläche ergibt dann die Kollisionswahrscheinlichkeit. Zum Bestimmen des Integrals wird erfindungsgemäß eine in einem Speicher hinterlegte Lookup-Tabelle verwendet. Diese ermöglicht einen sehr schnellen Abruf von Werten. The basic idea of the invention is to transform a common collision surface formed from the vehicle and an object as a function of a combined probability distribution, which was determined from the vehicle pose and the object pose, and to integrate a probability density function over the transformed collision surface. The transforming comprises a displacement of the common collision surface and a stretching / upsetting according to the mean value and the variance of the combined probability distribution. As a result, it is possible to operate with a bivariate standard normal distribution in order to calculate the collision probability. The integral of the probability density function of the bivariate standard normal distribution over the transformed collision surface then gives the collision probability. To determine the integral, a lookup table stored in a memory is used according to the invention. This allows a very fast retrieval of values.

Der Vorteil des Verfahrens ist, dass deutlich weniger Rechenaufwand benötigt wird. Ferner ist es im Gegensatz zur eingangs erwähnten Monte-Carlo-Methode deterministisch, das heißt eine Wiederholung mit den gleichen Eingangsdaten führt zu dem gleichen Ergebnis. Trotz eines Verzichts auf eine Überapproximation kann das Verfahren beliebig genau durchgeführt werden. Zudem kann durch das Transformieren auf Standardnormalform in jeder Situation immer die gleiche Lookup-Tabelle verwendet werden, so dass diese lediglich ein einzige Mal erzeugt werden muss. The advantage of the method is that significantly less computational effort is needed. Furthermore, in contrast to the aforementioned Monte Carlo method, it is deterministic, ie a repetition with the same input data leads to the same result. Despite the omission of an overapproximation, the method can be carried out with as much precision as desired. In addition, transforming to standard normal form always uses the same lookup table in each situation, so it only needs to be generated once.

Die Fahrzeugpose wird in Form einer Fahrzeugposition (xe, ye), einer Varianz dieser Fahrzeugposition (Σe,x, Σe,y) und eines Fahrzeugwinkels (ψe) erfasst. Die Fahrzeugpose kann beispielsweise von einer entsprechend hierfür ausgebildeten Sensorik erfasst und bereitgestellt werden. Es können aber auch berechnete Werte, beispielsweise für eine prädizierte Trajektorie, welche im Rahmen einer automatisierten Fahrt abgefahren werden soll, bereitgestellt werden. Die Objektpose wird ebenfalls in Form einer Objektposition (xo, yo), einer Varianz dieser Objektposition (Σo,x, Σo,y) und eines Objektwinkels (ψo) erfasst. Die Objektpose kann beispielsweise von einer hierfür ausgebildeten Umfeldsensorik erfasst und bestimmt werden. Es ist aber auch möglich die Objektpose auf Grundlage von beispielsweise in einer Karte hinterlegten Kartendaten für das Objekt zu schätzen. The vehicle pose is detected in the form of a vehicle position (x e , y e ), a variance of this vehicle position (Σ e, x , Σ e, y ) and a vehicle angle (ψ e ). The vehicle pose can be detected and provided, for example, by a correspondingly designed sensor system. However, it is also possible to provide calculated values, for example for a predicted trajectory, which should be traversed as part of an automated journey. The object pose is also detected in the form of an object position (x o , y o ), a variance of this object position (Σ o, x , Σ o, y ) and an object angle (ψ o ). The object pose can be detected and determined, for example, by a surroundings sensor designed for this purpose. However, it is also possible to estimate the object pose based on, for example, map data stored in a map for the object.

Grundsätzlich wird in diesem Zusammenhang immer davon ausgegangen, dass lediglich ein einziger Zeitpunkt betrachtet wird. Die Fahrzeugposition und die Objektposition entsprechen somit Schätzungen, welche normalverteilten Zufallsverteilungen entsprechen: p(x →e) ~ N(μe, Σe) und p(x →o) ~ N(μo, Σo) In principle, it is always assumed in this context that only a single point in time is considered. The vehicle position and the object position thus correspond to estimates which correspond to normally distributed random distributions: p (x → e ) ~ N (μ e , Σ e ) and p (x → o ) ~ N (μ o , Σ o )

Generell lässt sich die Kollisionswahrscheinlichkeit für eine Kollision des Fahrzeugs mit dem Objekt dann aus dem Überlappintegral berechnen: Dp(x →e)p(x →o)dx →edx →o mit der Fahrzeugfläche A und der Objektfläche B, welche jeweils abhängig von dem jeweiligen Mittelpunkt sind, ergibt sich das Integrationsintervall zu: D = {(x →e, x →o)| A(x →e) ⋂ B(x →o) ≠ ∅}. In general, the collision probability for a collision of the vehicle with the object can then be calculated from the overlap integral: D p (x → e ) p (x → o ) dx → e dx → o with the vehicle area A and the object area B, which are each dependent on the respective center, the integration interval results in: D = {(x → e , x → o ) | A (x → e ) ⋂ B (x → o ) ≠ ∅}.

Aus der Fahrzeugpose und der Objektpose, das heißt deren Normalverteilungen, wird gemäß dem Verfahren die kombinierte Wahrscheinlichkeitsverteilung bestimmt: p(x*) ~ N(μo – μe, Σe + Σo) mit x* = x →o – x →e und D* = {x*|A(0 →) ⋂ B(x →*) ≠ ∅}. From the vehicle pose and the object pose, ie their normal distributions, the combined probability distribution is determined according to the method: p (x *) ~ N (μ o - μ e , Σ e + Σ o ) With x * = x → o - x → e and D * = {x * | A (0 →) ⋂ B (x → *) ≠ ∅}.

Zum Bilden der gemeinsamen Kollisionsfläche D* auf Grundlage der Fahrzeugfläche A des Fahrzeugs und der Objektfläche B des Objekts wird das Objekt in einer Orientierung entsprechend des Objektwinkels entlang der Außenkontur der Fahrzeugfläche entlanggeführt, wobei die Spur des Mittelpunktes der Objektfläche beim Entlangführen dann die Außenkontur der gemeinsamen Kollisionsfläche bildet. Mathematisch entspricht dies dem Bilden der Minkowski-Summe. For forming the common collision surface D * based on the vehicle area A of the vehicle and the object surface B of the object, the object is moved in an orientation corresponding to the object angle along the outer contour of the object Vehicle track along the track, wherein the track of the center of the object surface when passing then forms the outer contour of the common collision surface. Mathematically, this corresponds to forming the Minkowski sum.

Anschließend wird die kombinierte Wahrscheinlichkeitsverteilung auf Standardnormalform gebracht. Die gemeinsame Kollisionsfläche wird analog hierzu auf Grundlage der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung transformiert. Dies heißt, dass die gemeinsame Kollisionsfläche um den Mittelwert µx* verschoben wird und eine Rotation sowie Stauchung bzw. Streckung in Abhängigkeit von den Einträgen der Kovarianzmatrix Σe + Σo der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung erfährt. Die Rotation ergibt sich hierbei aus den Nicht-Diagonaleinträgen in der Kovarianzmatrix. Subsequently, the combined probability distribution is brought to standard normal form. The common collision surface is analogously transformed on the basis of the combined probability distribution. This means that the common collision surface is shifted by the mean value .multidot. .Mu. X * and undergoes rotation and compression in dependence on the entries of the covariance matrix .sigma.e + .sigma..sub.o of the combined probability distribution. The rotation results from the non-diagonal entries in the covariance matrix.

Das Problem zur Berechnung der Kollisionswahrscheinlichkeit hat sich nun reduziert auf die Integration einer bivariaten Standardnormalverteilung über der transformierten gemeinsamen Kollisionsfläche. Hierzu wird das Integral der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der kombinierten Wahrscheinlichkeitsfunktion über die transformierte Kollisionsfläche bestimmt, wobei zum Bestimmen des Integrals Werte aus einer mittels eines Speichers bereitgestellten Lookup-Tabelle abgefragt und bereitgestellt werden. The problem of calculating the collision probability has now been reduced to the integration of a bivariate standard normal distribution over the transformed common collision surface. For this purpose, the integral of the probability density function of the combined probability function is determined via the transformed collision surface, wherein values of a lookup table provided by means of a memory are queried and provided for determining the integral.

Es kann vorgesehen sein, dass die zum Bestimmen abgefragten Werte Werte der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der bivariaten Standardnormalverteilung sind. Das Integral wird dann mittels dieser Werte über die entsprechende Fläche bestimmt. It may be provided that the values retrieved for the determination are values of the probability density function of the bivariate standard normal distribution. The integral is then determined by means of these values over the corresponding area.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zum Bestimmen des Integrals über der transformierten Kollisionsfläche ein Integral über eine Fläche bestimmt wird, die außerhalb der transformierten Kollisionsfläche liegt, und wobei das derart bestimmte Integral zum Bestimmen des Integrals über der transformierten Kollisionsfläche anschließend von einer normierten Gesamtwahrscheinlichkeit mit dem Wert 1 subtrahiert wird. Die Gesamtwahrscheinlichkeit, dass eine Kollision des Fahrzeugs mit einem Objekt eintritt oder dass keine Kollision des Fahrzeugs mit einem Objekt eintritt, ist immer gleich 1. Kennt man nun die Wahrscheinlichkeit, dass keine Kollision eintritt, so lässt sich aus dieser Normierung die Kollisionswahrscheinlichkeit bestimmen. Der Vorteil ist, dass die Berechnung sehr viel schneller durchgeführt werden kann. In an embodiment, it is provided that for determining the integral over the transformed collision surface, an integral is determined over an area which lies outside the transformed collision area, and wherein the integral thus determined for determining the integral over the transformed collision area then of a normalized overall probability with is subtracted from the value 1. The overall probability that a collision of the vehicle with an object occurs or that no collision of the vehicle with an object occurs is always 1. If one now knows the probability that no collision occurs, then the collision probability can be determined from this normalization. The advantage is that the calculation can be done much faster.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Fahrzeugfläche und die Objektfläche jeweils als Polygone ausgebildet sind, so dass die gemeinsame Kollisionsfläche ebenfalls ein Polygon ist. Hierüber lassen sich die Flächen des Fahrzeugs und des Objekts auf besonders einfache Weise annähern, wobei sich trotzdem eine beliebige Genauigkeit durch Hinzufügen von zusätzlichen Ecken in das jeweilige Polygon erreichen lässt. Ferner ergibt sich hieraus, dass die gemeinsame Kollisionsfläche ebenfalls wieder ein Polygon ist. In a further embodiment it is provided that the vehicle surface and the object surface are each formed as polygons, so that the common collision surface is also a polygon. By means of this, the surfaces of the vehicle and of the object can be approached in a particularly simple manner, wherein nevertheless any accuracy can be achieved by adding additional corners into the respective polygon. Furthermore, it follows that the common collision surface is likewise a polygon again.

Insbesondere ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Anzahl der Ecken des Polygons zum Beschreiben der Fahrzeugfläche und/oder die Anzahl der Ecken des Polygons zum Beschreiben der Objektfläche jeweils durch einen Maximalwert begrenzt sind. Hierüber wird erreicht, dass ein gewisser Grad an Genauigkeit nicht überschritten wird, damit ein Rechenaufwand begrenzt werden kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, das die Fahrzeugfläche bzw. die Außenkontur des Fahrzeugs durch ein Polygon mit 4 Ecken, also ein Rechteck, angenähert wird. Auch die Objektfläche des Objekts kann beispielswiese als ein Polygon mit 4 Ecken angenähert werden. Das Polygon der gemeinsamen Kollisionsfläche ergibt dann in Abhängigkeit des Fahrzeugwinkels und des Objektwinkels entweder ebenfalls ein Polygon mit 4 Ecken oder ein Polygon mit 8 Ecken. In particular, it is provided in a further embodiment that the number of corners of the polygon for describing the vehicle surface and / or the number of corners of the polygon for describing the object surface are each limited by a maximum value. This ensures that a certain degree of accuracy is not exceeded, so that a computational effort can be limited. For example, it can be provided that the vehicle surface or the outer contour of the vehicle is approximated by a polygon with four corners, that is, a rectangle. The object surface of the object can also be approximated, for example, as a polygon with four corners. The polygon of the common collision surface then gives either a polygon with 4 corners or a polygon with 8 corners depending on the vehicle angle and the object angle.

Ferner ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass zum Berechnen des Integrals über der außerhalb der transformierten Kollisionsfläche liegenden Fläche, diese Fläche in Abhängigkeit einer Form des zugehörigen Polygons der transformierten Kollisionsfläche in Winkelstücke zerlegt wird, wobei ein jeweiliges Integral über jedes dieser Winkelstücke einzeln berechnet wird. Dies ermöglicht eine besonders elegante Berechnung der mit dem Bereich außerhalb der gemeinsamen Kollisionsfläche zusammenfallenden Wahrscheinlichkeiten. Die Kollisionswahrscheinlichkeit ergibt sich dann zu:

Figure DE102016218080B3_0002
wobei Pi die mit einem Winkelstück zusammenfallende Wahrscheinlichkeit bezeichnet und N die Anzahl der Ecken des Polygons der gemeinsamen Kollisionsfläche angibt. Further, in another embodiment, to calculate the integral over the surface located outside the transformed collision surface, that surface is decomposed into contra-angles depending on a shape of the associated polygon of the transformed collision surface, a respective integral being calculated individually over each of these angles , This allows a particularly elegant calculation of the probabilities coincident with the area outside the common collision area. The collision probability then results in:
Figure DE102016218080B3_0002
where P i denotes the likelihood coincident with a contra-angle and N indicates the number of corners of the polygon of the common collision surface.

In einer weiteren Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass zum Berechnen der Integrale über den einzelnen Flächen der Winkelstücke aus der Lookup-Tabelle Werte für die mit den jeweiligen Winkelstücken zusammenfallende Wahrscheinlichkeit in Abhängigkeit eines Radius, eines ersten Winkels und eines zweiten Winkels abgefragt und bereitgestellt werden. Ein Verfahren zum Berechnen der mit den Winkelstücken zusammenfallenden Wahrscheinlichkeiten in Abhängigkeit dieser Variablen ist beispielsweise in A. R. Didonato et al., Computation of the bivariate normal distribution over convex polygons, Naval Surface Weapons Center, Virginia 1978, beschrieben. Vor dem Ausführen des Verfahrens wird die Lookup-Tabelle entsprechend derart angelegt, die entsprechenden Werte in Abhängigkeit dieser Variablen und in dieser Form bereitstellen zu können. In a further embodiment, it is further provided that for calculating the integrals over the individual surfaces of the angle pieces from the look-up table, values for the probability coinciding with the respective angle pieces are queried and provided as a function of a radius, a first angle and a second angle. One method of calculating the angle-coincident probabilities versus these variables is, for example, AR Didonato et al., Computation of the bivariate normal distribution over convex polygon, Naval Surface Weapons Center, Virginia 1978, described. Before executing the method, the lookup table is accordingly created in such a way as to be able to provide the corresponding values in dependence on this variable and in this form.

Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Lookup-Tabelle derart angelegt ist, Werte für die Wahrscheinlichkeiten Pi der einzelnen Winkelstücke i in Abhängigkeit des Radius, des ersten Winkels und des zweiten Winkels bereitzustellen. For this purpose, provision is made in particular for the look-up table to be set up in such a way as to provide values for the probabilities P i of the individual angle pieces i as a function of the radius, the first angle and the second angle.

In einer weiteren Ausführungsform ist weiter vorgesehen, dass das Verfahren in Abhängigkeit einer zusätzlich erfassten Varianz für den Fahrzeugwinkel und einer zusätzlich erfassten Varianz für den Objektwinkel wiederholt wird, wobei eine jeweils bestimmte Kollisionswahrscheinlichkeit entsprechend der des gewählten Fahrzeugwinkels und entsprechend des gewählten Objektwinkels gewichtet zu einer gesamten Kollisionswahrscheinlichkeit aufsummiert werden. Hierdurch kann zusätzlich noch eine Unsicherheit bei der Messung des Fahrzeugwinkels und eine Unsicherheit bei der Messung des Objektwinkels berücksichtigt werden. In a further embodiment, it is further provided that the method is repeated as a function of an additionally detected variance for the vehicle angle and an additionally detected variance for the object angle, wherein a respectively determined collision probability corresponding to the selected vehicle angle and corresponding to the selected object angle weighted to a total Collision probability are added up. As a result, an uncertainty in the measurement of the vehicle angle and an uncertainty in the measurement of the object angle can additionally be taken into account.

In einer weiterbildenden Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass die zusätzlich erfasste Varianz für den Fahrzeugwinkel Teil der Fahrzeugpose ist und die zusätzlich erfasste Varianz für den Objektwinkel Teil der Objektpose. Als solche stellen die Fahrzeugpose und die Objektpose jeweils eine trivariate Normalverteilung dar. In a further embodiment, it is further provided that the additionally detected variance for the vehicle angle is part of the vehicle pose and the additionally detected variance for the object angle is part of the object pose. As such, the vehicle pose and the object pose each represent a trivariate normal distribution.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zum Bereitstellen der Werte aus der Lookup-Tabelle eine Interpolation auf Grundlage von in der Lookup-Tabelle hinterlegten Werten durchgeführt wird. Hierdurch wird erreicht, dass auch Werte für Bereiche, welche nicht direkt in der Lookup-Tabelle hinterlegt sind, bereitgestellt werden können. Die Interpolation kann im einfachsten Fall eine lineare Interpolation sein. Es ist aber auch möglich, dass beispielsweise eine Spline-Interpolation verwendet wird. In a further embodiment it is provided that to provide the values from the lookup table, an interpolation is performed on the basis of values stored in the lookup table. This ensures that values for areas that are not directly stored in the lookup table can also be provided. In the simplest case, the interpolation can be a linear interpolation. But it is also possible that, for example, a spline interpolation is used.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to preferred embodiments with reference to the figures. Hereby show:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Bestimmen einer Kollisionswahrscheinlichkeit eines Fahrzeugs mit einem Objekt; 1 a schematic representation of an embodiment of the apparatus for determining a collision probability of a vehicle with an object;

2a eine schematische Darstellung einer Fahrzeugpose und einer Objektpose mit viereckigen Polygonen für das Fahrzeug und das Objekt; 2a a schematic representation of a vehicle pose and a object pose with quadrangular polygons for the vehicle and the object;

2b eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Berechnung einer gemeinsamen Kollisionsfläche aus der in der 2a dargestellten Fahrzeugpose und der Objektpose; 2 B a schematic representation to illustrate the calculation of a common collision surface of the in 2a represented vehicle pose and the object pose;

2c eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des Transformierens der gemeinsamen Kollisionsfläche auf Grundlage der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung; 2c a schematic representation for illustrating the transformation of the common collision surface based on the combined probability distribution;

2d eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Unterteilung einer außerhalb eines achteckigen Polygons liegenden Fläche in einzelne Winkelstücke; 2d a schematic representation to illustrate the subdivision of a lying outside of an octagonal polygon surface into individual elbows;

2e eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der zum Beschreiben der Winkelstücke gewählten Variablen; 2e a schematic representation to illustrate the variables chosen to describe the elbows;

3 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens. 3 a schematic flow diagram of an embodiment of the method.

In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer Kollisionswahrscheinlichkeit eines Fahrzeugs 50 mit einem Objekt gezeigt. Die Vorrichtung 1 ist beispielsweise in einem Fahrzeug 50 angeordnet. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Erfassungseinrichtung 2, eine Berechnungseinrichtung 3, einen Speicher 4 und eine Ausgabeeinrichtung 6. In 1 is a schematic representation of an embodiment of the device 1 for determining a collision probability of a vehicle 50 shown with an object. The device 1 is for example in a vehicle 50 arranged. The device 1 comprises a detection device 2 , a calculation device 3 , a store 4 and an output device 6 ,

Die Erfassungseinrichtung 2 erfasst für einen bestimmten Zeitpunkt eine Fahrzeugpose 7 des Fahrzeugs 50 und eine Objektpose 8 des Objekts in einem Umfeld. Die Fahrzeugpose 7 und die Objektpose 8 werden beispielsweise von einer entsprechend ausgebildeten Sensorik 51 des Fahrzeugs 50 bereitgestellt. Die Fahrzeugpose 7 umfasst eine Fahrzeugposition 9, eine Varianz 10 als Maß für die Unsicherheit der Fahrzeugposition 9 und einen Fahrzeugwinkel 11. Die Objektpose 8 umfasst eine Objektposition 12, eine Varianz 13 als Maß für die Unsicherheit der Objektposition 12 und einen Objektwinkel 14. Die Fahrzeugposition 9 und die Objektposition 12 stehen als normalverteilte Messgröße bereit. The detection device 2 captures a vehicle pose for a given time 7 of the vehicle 50 and an object pose 8th of the object in an environment. The vehicle pose 7 and the object pose 8th For example, be from a suitably trained sensors 51 of the vehicle 50 provided. The vehicle pose 7 includes a vehicle position 9 , a variance 10 as a measure of the uncertainty of the vehicle position 9 and a vehicle angle 11 , The object pose 8th includes an object position 12 , a variance 13 as a measure of the uncertainty of the object position 12 and an object angle 14 , The vehicle position 9 and the object position 12 are available as normally distributed measure.

Auf Grundlage der Fahrzeugpose 7 und der Objektpose 8 berechnet die Berechnungseinrichtung 3 eine Kollisionswahrscheinlichkeit 15. Hierzu bestimmt die Berechnungseinrichtung 3 aus der normalverteilten Fahrzeugposition 9 und der normalverteilten Objektposition 12 eine kombinierte Wahrscheinlichkeitsverteilung 16. Ferner berechnet die Berechnungseinrichtung 3 auf Grundlage einer Fahrzeugfläche 17 und einer Objektfläche 18 eine gemeinsame Kollisionsfläche 19. Die Fahrzeugfläche 17 und/oder die Objektfläche 18 können beispielsweise ebenfalls über die Sensorik 51 bereitgestellt werden oder auf andere Weise geschätzt werden. Insbesondere ist vorgesehen, die Fahrzeugfläche 17 und die Objektfläche als konvexe Polygone auszubilden. Beispielsweise kann die Fahrzeugfläche 17 als viereckiges Polygon (Rechteck) und die Objektfläche 18 ebenfalls als viereckiges Polygon (Rechteck) ausgebildet sein. Die gemeinsame Kollisionsfläche 19 ist dann wieder ein Polygon, im betrachteten Beispiel ein achteckiges Polygon. Based on the vehicle pose 7 and the object pose 8th calculates the calculation device 3 a collision probability 15 , For this purpose, the calculation device determines 3 from the normally distributed vehicle position 9 and the normally distributed object position 12 a combined probability distribution 16 , Furthermore, the calculation device calculates 3 based on a vehicle surface 17 and an object surface 18 a common collision surface 19 , The vehicle area 17 and / or the object surface 18 For example, you can also use the sensors 51 be provided or otherwise estimated. In particular, it is provided, the vehicle surface 17 and form the object surface as convex polygons. For example, the vehicle surface 17 as quadrangular Polygon (rectangle) and the object surface 18 also be designed as a square polygon (rectangle). The common collision surface 19 is then again a polygon, in the example considered an octagonal polygon.

Im nächsten Schritt transformiert die Berechnungseinrichtung 3 die gemeinsame Kollisionsfläche 19 mittels der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung 16. Hierzu wird ein Mittelpunkt der gemeinsamen Kollisionsfläche 19 verschoben und die gemeinsame Kollisionsfläche 19 wird durch Division der jeweiligen Koordinaten durch die Varianz bzw. die Standardabweichung der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung 16 gestaucht oder gestreckt. Auf diese Weise wird die transformierte Kollisionsfläche 20 hergeleitet. Analog hierzu bringt die Berechnungseinrichtung 3 die kombinierte Wahrscheinlichkeitsverteilung 16 auf Standardnormalform, so dass nach dieser Transformation eine bivariate Standardnormalverteilung vorliegt. In the next step, the calculation device transforms 3 the common collision surface 19 by means of the combined probability distribution 16 , For this purpose, a center of the common collision surface 19 moved and the joint collision area 19 is obtained by dividing the respective coordinates by the variance or the standard deviation of the combined probability distribution 16 compressed or stretched. In this way, the transformed collision surface 20 derived. Analogously, the calculation device brings 3 the combined probability distribution 16 in standard normal form, so that after this transformation there is a bivariate standard normal distribution.

Zum Schluss bestimmt die Berechnungseinrichtung 3 ein Integral der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der bivariaten Standardnormalverteilung über der transformierten Kollisionsfläche 20. Dieses Integral entspricht der Kollisionswahrscheinlichkeit 15. Zum Bestimmen des Integrals fragt die Berechnungseinrichtung 3 beispielsweise Werte für die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion aus einer mittels des Speichers 4 bereitgestellten Lookup-Tabelle 5 ab. In dieser Lookup-Tabelle 5 sind Werte für die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der bivariaten Standardnormalverteilung hinterlegt. Finally, the calculator determines 3 an integral of the probability density function of the bivariate standard normal distribution over the transformed collision surface 20 , This integral corresponds to the collision probability 15 , The calculator asks to determine the integral 3 For example, values for the probability density function from one using the memory 4 provided lookup table 5 from. In this lookup table 5 Values for the probability density function of the bivariate standard normal distribution are stored.

Bevorzugt wird das Integral über der transformierten Kollisionsfläche 19 jedoch durch Berechnen des Integrals, welches außerhalb der transformierten Kollisionsfläche 19 liegt, berechnet. Hierzu sind in der Lookup-Tabelle 5 Wahrscheinlichkeiten für bestimmte Flächen außerhalb der transformierten Kollisionsfläche 19 hinterlegt. Besonders bevorzugt wird die Fläche außerhalb der transformierten Kollisionsfläche 19 in Winkelstücke zerlegt, wobei die Lookup-Tabelle 5 dann die mit jedem dieser Winkelstücke zusammenfallenden Wahrscheinlichkeiten bereitstellt. Die Berechnungseinrichtung 3 fragt mit jedem der Winkelstücke zusammenfallende Wahrscheinlichkeit ab, summiert die einzelnen Wahrscheinlichkeiten auf und subtrahiert die aufsummierten Wahrscheinlichkeiten von einer Gesamtwahrscheinlichkeit mit dem normierten Wert 1. Das Ergebnis ist die mit der transformierten Kollisionsfläche 19 zusammenfallende Wahrscheinlichkeit, welche der Kollisionswahrscheinlichkeit 15 entspricht. The integral over the transformed collision surface is preferred 19 however, by calculating the integral that is outside the transformed collision surface 19 lies, calculated. These are in the lookup table 5 Probabilities for specific areas outside the transformed collision area 19 deposited. The area outside the transformed collision area is particularly preferred 19 decomposed into contra angles, taking the lookup table 5 then provide the probabilities coincident with each of these contra angles. The calculation device 3 queries coincidence with each of the contra angles, sums up the individual probabilities and subtracts the accumulated probabilities from a total probability with the normalized value 1. The result is that with the transformed collision surface 19 coincident probability, which of the collision probability 15 equivalent.

Insbesondere ist hierbei vorgesehen, die einzelnen mit den Winkelstücken zusammenfallenden Wahrscheinlichkeiten in Abhängigkeit eines Radius, eines ersten Winkels und eines zweiten Winkels in der Lookup-Tabelle zu hinterlegen und in Abhängigkeit dieser Variablen auch wieder abzufragen und bereitzustellen. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Berechnung der Kollisionswahrscheinlichkeit. In particular, it is provided here to store the individual probabilities coinciding with the angle pieces as a function of a radius, a first angle and a second angle in the lookup table and also to interrogate and provide them again as a function of these variables. This enables a particularly efficient calculation of the collision probability.

Die berechnete Kollisionswahrscheinlichkeit 15 wird dann mittels der Ausgabeeinrichtung 6 in Form eines Kollisionswahrscheinlichkeitssignals 21 ausgeben und kann dann von einer weiteren Einrichtung, beispielsweise einem Assistenzsystem 52 des Fahrzeugs 50, weiterverarbeitet werden, beispielsweise zur Trajektorienplanung. Das ausgegebene Kollisionswahrscheinlichkeitssignal 21 kann hierbei sowohl in analoger als auch digitaler Form, beispielsweise in Form eines Datenpakets, ausgegeben werden. The calculated collision probability 15 is then by means of the output device 6 in the form of a collision probability signal 21 spend and can then from another device, such as an assistance system 52 of the vehicle 50 , be further processed, for example for trajectory planning. The output collision probability signal 21 This can be output both in analog and digital form, for example in the form of a data packet.

Die 2a bis 2e zeigen schematische Darstellungen zur Verdeutlichung einzelner Verfahrensschritte. In 2a ist eine schematische Darstellung einer Fahrzeugpose 7 und einer Objektpose 8 mit viereckigen Polygonen 22, 23 als Fahrzeugfläche 17 für das Fahrzeug 50 und als Objektfläche 18 für das Objekt 53 in einer typischen Verkehrssituation 60 gezeigt. Das Objekt 53 ist in diesem Fall ein weiteres Fahrzeug. Die Fahrzeugpose 7 und die Objektpose 8 beziehen sich hierbei auf ein gemeinsames Koordinatensystem 24. Dies kann beispielsweise eine Karte mit globalen Koordinaten sein. In Bezug auf die Mittelpunkte 25, 26 der Fahrzeugfläche 17 und der Objektfläche 18 entsprechen die Fahrzeugpose 7 und die Objektpose 8 jeweils einer um diese Mittelpunkte 25, 26 liegenden bivariaten Normalverteilung, welche die Wahrscheinlichkeit dafür angibt, dass das Fahrzeug 50 bzw. das Objekt 53 sich zu einem betrachteten Zeitpunkt an einer bestimmten Position befinden. Ferner umfasst die Fahrzeugpose 7 noch einen Fahrzeugwinkel und die Objektpose 8 einen Objektwinkel, welche die jeweilige Orientierung der Fahrzeugfläche 17 bzw. der Objektfläche 18 zum Koordinatensystem 24 angeben. The 2a to 2e show schematic representations to illustrate individual process steps. In 2a is a schematic representation of a vehicle pose 7 and an object pose 8th with quadrangular polygons 22 . 23 as vehicle area 17 for the vehicle 50 and as an object surface 18 for the object 53 in a typical traffic situation 60 shown. The object 53 is another vehicle in this case. The vehicle pose 7 and the object pose 8th refer to a common coordinate system 24 , This can be for example a map with global coordinates. In terms of the centers 25 . 26 the vehicle area 17 and the object surface 18 correspond to the vehicle pose 7 and the object pose 8th one each around these centers 25 . 26 lying bivariate normal distribution, which indicates the probability that the vehicle 50 or the object 53 to be at a specific position at a given time. Furthermore, the vehicle pose includes 7 another vehicle angle and the object pose 8th an object angle which the respective orientation of the vehicle surface 17 or the object surface 18 to the coordinate system 24 specify.

In 2b ist eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Berechnung einer gemeinsamen Kollisionsfläche 19 aus der in der 2a dargestellten Fahrzeugpose 7 und der Objektpose 8 gezeigt. Hierzu wird die Objektfläche 18 an ihrer Außenkontur 27 um die Außenkontur 28 der Fahrzeugfläche 17 entlanggeführt, ohne hierbei den Fahrzeugwinkel oder den Objektwinkel zu verändern. Die Spur 29, welche hierbei von dem Mittelpunkt 26 der Objektfläche 16 beschrieben wird, bildet die Außenkontur 30 der gemeinsamen Kollisionsfläche 19. Für die weiteren Erläuterungen sei angenommen, dass die Fahrzeugfläche 17 am Mittelpunkt 26 die Koordinaten (xe, ye) und die Objektfläche 18 am Mittelpunkt 27 die Koordinaten (xo, yo) aufweisen. Wird der Mittelpunkt 32 der gemeinsamen Kollisionsfläche 19 dann auf (0, 0) gesetzt, verschiebt sich der Mittelpunkt 26 des Objekts entsprechend auf die Koordinaten (xo – xe, yo – ye). In 2 B is a schematic representation to illustrate the calculation of a common collision surface 19 from the in the 2a illustrated vehicle pose 7 and the object pose 8th shown. For this purpose, the object surface 18 on its outer contour 27 around the outer contour 28 the vehicle area 17 guided along, without changing the vehicle angle or the object angle. The track 29 , which in this case of the center 26 the object surface 16 is described forms the outer contour 30 the common collision surface 19 , For the further explanations, it is assumed that the vehicle area 17 at the midpoint 26 the coordinates (x e , y e ) and the object surface 18 at the midpoint 27 the coordinates (x o , y o ) have. Becomes the center 32 the common collision surface 19 then set to (0, 0), the midpoint shifts 26 of Object corresponding to the coordinates (x o - x e , y o - y e ).

In 2c ist eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des Transformierens der gemeinsamen Kollisionsfläche 19 auf Grundlage der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung gezeigt. Die kombinierte Wahrscheinlichkeitsverteilung aus den bivariaten Standardnormalverteilungen für die Fahrzeugposition und die Objektposition entspricht ebenfalls einer bivariaten Standardnormalverteilung. Zum Transformieren wird die gemeinsame Kollisionsfläche 19 durch Verschiebung um xe – µxo, µye – µyo) und Rotation resultierend aus der Kovarianz sowie Streckung/Stauchung resultierend aus der Varianz bzw. Standardabweichung der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung Σe + Σo in die transformierte Kollisionsfläche 31 überführt. Der Mittelpunkt 32 der transformierten Kollisionsfläche 31 ist dann (µxe – µxo, µye – µyo) Durch das Transformieren kann anschließend eine bivariate Standardnormalverteilung zum Berechnen der Kollisionswahrscheinlichkeit verwendet werden (das anschließende Verwenden einer bivariaten Standardnormalverteilung kann als Durchführen der gleichen Transformation an der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung aufgefasst werden). In 2c is a schematic representation for illustrating the transformation of the common collision surface 19 shown based on the combined probability distribution. The combined probability distribution from the bivariate standard normal distributions for the vehicle position and the object position likewise corresponds to a bivariate standard normal distribution. To transform, the common collision surface 19 by shifting around xe - μ xo , μ ye - μ yo ) and rotation resulting from covariance and extension / compression resulting from the variance of the combined probability distribution Σe + Σo into the transformed collision surface 31 transferred. The middle-point 32 the transformed collision surface 31 is then ( μxe - μxo , μye - μyo ) By transforming, a bivariate standard normal distribution can then be used to calculate the collision probability (the subsequent use of a standard bivariate normal distribution can be thought of as performing the same transformation on the combined probability distribution).

In 2d ist eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Unterteilung einer außerhalb eines achteckigen Polygons 33 liegenden Fläche 34 in einzelne Winkelstücke 35 gezeigt. Da das Polygon achteckig ist, lässt sich die Fläche außerhalb des Polygons 33 ebenfalls in acht Winkelstücke 35 unterteilen. In 2d is a schematic diagram illustrating the subdivision of an outside of an octagonal polygon 33 lying surface 34 in individual elbows 35 shown. Because the polygon is octagonal, the surface can be outside the polygon 33 also in eight contra angles 35 divide.

In 2e ist eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der zum Beschreiben der Winkelstücke 35 (der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle mit einem eigenen Bezugszeichen gekennzeichnet) gewählten Variablen gezeigt. Ein Winkelstück 35 lässt sich eindeutig über die Variablen R für den Radius von dem Mittelpunkt 36 des Polygons 33 aus bis zur Spitze des Winkelstücks 35 und den zwei Winkeln θ1 und θ2 beschreiben. Soll eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion über ein solches Polygons 33 integriert werden, so kann die mit einem solchen Winkelstück 35 zusammenfallende Wahrscheinlichkeit beispielsweise mit Hilfe des in A. R. Didonato et al., Computation of the bivariate normal distribution over convex polygons, Naval Surface Weapons Center, Virginia 1978, beschriebenen Verfahrens berechnet werden. Zieht man die Summe der für die einzelnen Winkelstücke 35 berechneten Wahrscheinlichkeiten von einer normierten Gesamtwahrscheinlichkeit ab, so ergibt sich die mit dem Polygon 33 zusammenfallende Wahrscheinlichkeit aus der Differenz. In 2e is a schematic representation to illustrate the description of the angle pieces 35 (For the sake of clarity, not all are marked with their own reference signs). An elbow 35 can be uniquely defined by the variables R for the radius of the center 36 of the polygon 33 out to the top of the contra-angle 35 and describe the two angles θ 1 and θ 2 . Should a probability density function over such a polygon 33 can be integrated, so can with such an angle piece 35 for example, using the method described in AR Didonato et al., Computation of the bivariate normal distribution over convex polygon, Naval Surface Weapons Center, Virginia 1978. If you subtract the sum of the individual angles 35 calculated probabilities from a normalized total probability, so that results with the polygon 33 coincident probability from the difference.

Auf entsprechende Weise kann somit die Fläche außerhalb der transformierten Kollisionsfläche 19 berechnet werden (2c), so dass hieraus direkt die Kollisionswahrscheinlichkeit abgeleitet werden kann. Hierzu werden die mit den einzelnen Winkelstücken 35 zusammenfallenden Wahrscheinlichkeiten Pi in einer Lookup-Tabelle 5 hinterlegt. Eine Abfrage liefert dann die Werte für die Wahrscheinlichkeiten Pi in Abhängigkeit der Variablen R, θ1 und θ2 zurück. In a corresponding manner, the area outside the transformed collision surface can thus be 19 be calculated ( 2c ), so that the collision probability can be derived directly from this. These are the with the individual elbows 35 coincident probabilities P i in a lookup table 5 deposited. A query then returns the values for the probabilities P i as a function of the variables R, θ 1 and θ 2 .

In 3 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Bestimmen einer Kollisionswahrscheinlichkeit eines Fahrzeugs mit einem Objekt gezeigt. Nach dem Start 100 werden mittels der Erfassungseinrichtung in den Verfahrensschritten 101 und 102 eine Fahrzeugpose und eine Objektpose erfasst. Zum Berechnen der Kollisionswahrscheinlichkeit werden im nachfolgenden Verfahrensschritt 103 die Verfahrensschritte 104 bis 107 mittels einer Berechnungseinrichtung ausgeführt. In 3 FIG. 3 is a schematic flowchart of one embodiment of the method for determining a collision probability of a vehicle with an object. After the start 100 be by means of the detection device in the process steps 101 and 102 detects a vehicle pose and an object pose. For calculating the collision probability, in the subsequent method step 103 the process steps 104 to 107 executed by means of a calculation device.

Im Verfahrensschritt 104 wird eine kombinierte Wahrscheinlichkeitsverteilung aus der Fahrzeugpose und der Objektpose bestimmt. Anschließend wird im Verfahrensschritt 105 eine gemeinsame Kollisionsfläche auf Grundlage einer Fahrzeugfläche des Fahrzeugs und einer Objektfläche des Objekts berechnet. Die berechnete gemeinsame Kollisionsfläche wird im Verfahrensschritt 106 auf Grundlage der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung transformiert. Entsprechend wird die kombinierte Wahrscheinlichkeitsverteilung durch Verschiebung und Streckung/Stauchung auf Standardnormalform gebracht. In the process step 104 a combined probability distribution is determined from the vehicle pose and the object pose. Subsequently, in the process step 105 calculates a common collision surface based on a vehicle surface of the vehicle and an object surface of the object. The calculated joint collision surface is in the process step 106 transformed based on the combined probability distribution. Accordingly, the combined probability distribution by displacement and extension / compression is brought to standard normal form.

Im Verfahrensschritt 107 wird die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der transformierten kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung, welche in Standardnormalform vorliegt, zum Bestimmen der Kollisionswahrscheinlichkeit über der transformierten Kollisionsfläche integriert. Hierzu werden Werte der bivariaten Standardnormalverteilung aus einer Lookup-Tabelle abgerufen. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass nur Bereiche außerhalb der transformierten Kollisionsfläche integriert werden und hieraus das Integral über der transformierten Kollisionsfläche über die Normierungsbedingung abgeleitet wird. Hierzu ist vorgesehen, dass die Fläche außerhalb der transformierten Kollisionsfläche in Winkelstücke zerlegt wird und dass Werte für mit den einzelnen Winkelstücken zusammenfallende Wahrscheinlichkeiten aus einer Lookup-Tabelle abgefragt und bereitgestellt werden. In the process step 107 For example, the probability density function of the transformed combined probability distribution, which is in standard normal form, is integrated to determine the probability of collision over the transformed collision surface. For this, values of the bivariate standard normal distribution are retrieved from a lookup table. In particular, it is provided here that only regions outside the transformed collision surface are integrated and from this the integral over the transformed collision surface is derived via the normalization condition. For this purpose, it is provided that the surface outside the transformed collision surface is split into contra-angles and that values for probabilities coinciding with the individual contra-angles are queried and provided from a look-up table.

Im letzten Verfahrensschritt 108 wird die berechnete Kollisionswahrscheinlichkeit als Kollisionswahrscheinlichkeitssignal mittels einer Ausgabeeinrichtung ausgegeben. Anschließend ist das Verfahren beendet 109. Es kann vorgesehen sein, dass das Verfahren für andere Fahrzeugposen und/oder Objektposen wiederholt wird. Hierzu werden die Verfahrensschritte 101 bis 108 wiederholt. In the last procedural step 108 the calculated collision probability is output as a collision probability signal by means of an output device. Then the process is finished 109 , It can be provided that the method is repeated for other vehicle poses and / or object poses. For this purpose, the process steps 101 to 108 repeated.

Insbesondere kann zusätzlich vorgesehen sein, dass das Verfahren für unterschiedliche Fahrzeugwinkel und/oder Objektwinkel in Abhängigkeit einer zusätzlich erfassten Varianz für den Fahrzeugwinkel und einer zusätzlich erfassten Varianz für den Objektwinkel wiederholt wird, wobei die jeweils berechneten Kollisionswahrscheinlichkeiten anschließend zu einer gewichteten gesamten Kollisionswahrscheinlichkeit zusammengefasst werden. Hierüber können die Unsicherheiten bei der Messung des Fahrzeugwinkels und/oder des Objektwinkels berücksichtigt werden. In particular, it may additionally be provided that the method is repeated for different vehicle angles and / or object angles as a function of an additionally detected variance for the vehicle angle and an additionally detected variance for the object angle, wherein the respectively calculated collision probabilities are subsequently combined to form a weighted total collision probability. This allows the uncertainties in the measurement of the vehicle angle and / or the object angle to be taken into account.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass die zusätzlich erfasste Varianz für den Fahrzeugwinkel Teil der Fahrzeugpose ist und die zusätzlich erfasste Varianz für den Objektwinkel Teil der Objektpose. Als solche stellen die Fahrzeugpose und die Objektpose jeweils eine trivariate Normalverteilung dar. It may further be provided that the additionally detected variance for the vehicle angle is part of the vehicle pose and the additionally detected variance for the object angle is part of the object pose. As such, the vehicle pose and the object pose each represent a trivariate normal distribution.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Vorrichtung contraption
2 2
Erfassungseinrichtung detector
3 3
Berechnungseinrichtung calculator
4 4
Speicher Storage
5 5
Lookup-Tabelle Lookup table
6 6
Ausgabeeinrichtung output device
7 7
Fahrzeugpose Fahrzeugpose
8 8th
Objektpose object pose
9 9
Fahrzeugposition vehicle position
10 10
Varianz variance
11 11
Fahrzeugwinkel vehicle angle
12 12
Objektposition object position
13 13
Varianz variance
14 14
Objektwinkel object angle
15 15
Kollisionswahrscheinlichkeit probability of collision
16 16
kombinierte Wahrscheinlichkeitsverteilung combined probability distribution
17 17
Fahrzeugfläche vehicle surface
18 18
Objektfläche Property area
19 19
gemeinsame Kollisionsfläche common collision surface
20 20
transformierte Kollisionsfläche transformed collision surface
21 21
Kollisionswahrscheinlichkeitssignal Collision probability signal
22 22
Polygon polygon
23 23
Polygon polygon
24 24
Koordinatensystem coordinate system
25 25
Mittelpunkt Focus
26 26
Mittelpunkt Focus
27 27
Außenkontur outer contour
28 28
Außenkontur outer contour
29 29
Spur track
30 30
Außenkontur outer contour
31 31
transformierte Kollisionsfläche transformed collision surface
32 32
Mittelpunkt Focus
33 33
Polygon polygon
34 34
Fläche außerhalb des Polygons Surface outside the polygon
35 35
Winkelstück elbow
50 50
Fahrzeug vehicle
51 51
Sensorik sensors
52 52
Assistenzsystem assistance system
53 53
Objekt object
60 60
Verkehrssituation traffic situation
100–109 100-109
Verfahrensschritte steps
R R
Radius radius
Θ1 Θ 1
Winkel angle
Θ2 Θ 2
Winkel angle

Claims (10)

Verfahren zum Bestimmen einer Kollisionswahrscheinlichkeit (15) eines Fahrzeugs (50) mit einem Objekt (53), umfassend die folgenden Schritte: Erfassen einer Fahrzeugpose (7) mittels einer Erfassungseinrichtung (2), wobei die Fahrzeugpose (7) zumindest eine Fahrzeugposition (9), deren Varianz (10) und einen Fahrzeugwinkel (11) umfasst, Erfassen einer Objektpose (8) mittels der Erfassungseinrichtung (2), wobei die Objektpose (8) zumindest eine Objektposition (12), deren Varianz (13) und einen Objektwinkel (14) umfasst, Berechnen der Kollisionswahrscheinlichkeit (15) mittels einer Berechnungseinrichtung (3), wobei folgende Schritte ausführt werden: (a) Bestimmen einer kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung (16) aus der Fahrzeugpose (7) und der Objektpose (8); (b) Berechnen einer gemeinsamen Kollisionsfläche (19) auf Grundlage einer Fahrzeugfläche (17) des Fahrzeugs (50) und einer Objektfläche (18) des Objekts (53); (c) Transformieren der gemeinsamen Kollisionsfläche (19) auf Grundlage der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung (16); (d) Bestimmen eines Integrals einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion über der transformierten Kollisionsfläche (20) zum Berechnen der Kollisionswahrscheinlichkeit (15), wobei zum Bestimmen des Integrals Werte aus einer mittels eines Speichers (4) bereitgestellten Lookup-Tabelle (5) abgefragt und bereitgestellt werden; und wobei die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion einer bivariaten Standardnormalverteilung ist, und Ausgeben der berechneten Kollisionswahrscheinlichkeit (15) als Kollisionswahrscheinlichkeitssignal (21) mittels einer Ausgabeeinrichtung (6). Method for determining a collision probability ( 15 ) of a vehicle ( 50 ) with an object ( 53 ), comprising the following steps: detecting a vehicle pose ( 7 ) by means of a detection device ( 2 ), whereby the vehicle pose ( 7 ) at least one vehicle position ( 9 ) whose variance ( 10 ) and a vehicle angle ( 11 ), detecting an object pose ( 8th ) by means of the detection device ( 2 ), whereby the object pose ( 8th ) at least one object position ( 12 ) whose variance ( 13 ) and an object angle ( 14 ), calculating the collision probability ( 15 ) by means of a calculation device ( 3 ), wherein the following steps are carried out: (a) determining a combined probability distribution ( 16 ) from the vehicle pose ( 7 ) and the object pose ( 8th ); (b) calculating a common collision surface ( 19 ) based on a vehicle area ( 17 ) of the vehicle ( 50 ) and an object surface ( 18 ) of the object ( 53 ); (c) transforming the common collision surface ( 19 ) based on the combined probability distribution ( 16 ); (d) determining an integral of a probability density function over the transformed collision surface ( 20 ) for calculating the collision probability ( 15 ), wherein for determining the integral values from a memory ( 4 ) provided lookup table ( 5 ) are queried and provided; and wherein the probability density function is a probability density function of a bivariate standard normal distribution, and outputting the calculated collision probability ( 15 ) as collision probability signal ( 21 ) by means of an output device ( 6 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des Integrals über der transformierten Kollisionsfläche (21) ein Integral über eine Fläche (34) bestimmt wird, die außerhalb der transformierten Kollisionsfläche (21) liegt, und wobei das derart bestimmte Integral zum Bestimmen des Integrals über der transformierten Kollisionsfläche (21) anschließend von einer normierten Gesamtwahrscheinlichkeit mit dem Wert 1 subtrahiert wird. A method according to claim 1, characterized in that for determining the integral via the transformed collision surface ( 21 ) an integral over an area ( 34 ) outside the transformed collision surface ( 21 ), and wherein the thus determined integral for determining the integral over the transformed collision surface ( 21 ) is then subtracted from the normalized total probability with the value 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugfläche (17) und die Objektfläche (18) jeweils als Polygone (22, 23, 33) ausgebildet sind, so dass die gemeinsame Kollisionsfläche (19) ebenfalls ein Polygon (22, 23, 33) ist. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the vehicle surface ( 17 ) and the object surface ( 18 ) as polygons ( 22 . 23 . 33 ) are formed so that the common collision surface ( 19 ) also a polygon ( 22 . 23 . 33 ). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Ecken des Polygons (22, 23, 33) zum Beschreiben der Fahrzeugfläche (17) und/oder die Anzahl der Ecken des Polygons (22, 23, 33) zum Beschreiben der Objektfläche (18) jeweils durch einen Maximalwert begrenzt sind. Method according to claim 3, characterized in that the number of corners of the polygon ( 22 . 23 . 33 ) for describing the vehicle surface ( 17 ) and / or the number of corners of the polygon ( 22 . 23 . 33 ) for describing the object surface ( 18 ) are each limited by a maximum value. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Berechnen des Integrals über der außerhalb der transformierten Kollisionsfläche (21) liegenden Fläche (34), diese Fläche (34) in Abhängigkeit einer Form des zugehörigen Polygons (33) der transformierten Kollisionsfläche (19) in Winkelstücke (35) zerlegt wird, wobei ein jeweiliges Integral über jedes dieser Winkelstücke (35) einzeln berechnet wird. Method according to claim 3 or 4, characterized in that for calculating the integral over the outside of the transformed collision surface ( 21 ) ( 34 ), this area ( 34 ) depending on a shape of the associated polygon ( 33 ) of the transformed collision surface ( 19 ) in elbows ( 35 ), with a respective integral over each of these angle pieces ( 35 ) is calculated individually. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Berechnen der Integrale über den einzelnen Flächen der Winkelstücke (35) aus der Lookup-Tabelle (5) Werte für die mit den jeweiligen Winkelstücken (35) zusammenfallende Wahrscheinlichkeit in Abhängigkeit eines Radius (R), eines ersten Winkels (θ1) und eines zweiten Winkels (θ2) abgefragt und bereitgestellt werden. A method according to claim 5, characterized in that for calculating the integrals over the individual surfaces of the angle pieces ( 35 ) from the lookup table ( 5 ) Values for the respective angle pieces ( 35 ) coincidence probability depending on a radius (R), a first angle (θ 1 ) and a second angle (θ 2 ) are queried and provided. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in Abhängigkeit einer zusätzlich erfassten Varianz für den Fahrzeugwinkel (11) und einer zusätzlich erfassten Varianz für den Objektwinkel (14) wiederholt wird, wobei eine jeweils berechnete Kollisionswahrscheinlichkeit entsprechend der des gewählten Fahrzeugwinkels (11) und entsprechend des gewählten Objektwinkels (14) gewichtet zu einer gesamten Kollisionswahrscheinlichkeit (15) aufsummiert werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method as a function of an additionally detected variance for the vehicle angle ( 11 ) and an additionally detected variance for the object angle ( 14 ), wherein a respective calculated collision probability corresponding to the selected vehicle angle ( 11 ) and according to the selected object angle ( 14 ) weighted to a total collision probability ( 15 ) are added up. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlich erfasste Varianz für den Fahrzeugwinkel (11) Teil der Fahrzeugpose (7) ist und die zusätzlich erfasste Varianz für den Objektwinkel (14) Teil der Objektpose (8). A method according to claim 7, characterized in that the additionally detected variance for the vehicle angle ( 11 ) Part of the vehicle pose ( 7 ) and the additionally detected variance for the object angle ( 14 ) Part of the object pose ( 8th ). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bereitstellen der Werte aus der Lookup-Tabelle (5) eine Interpolation auf Grundlage von in der Lookup-Tabelle (5) hinterlegten Werten durchgeführt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that for providing the values from the lookup table ( 5 ) an interpolation based on in the lookup table ( 5 ) stored values. Vorrichtung (1) zum Bestimmen einer Kollisionswahrscheinlichkeit (15) eines Fahrzeugs (50) mit einem Objekt (53), umfassend: eine Erfassungseinrichtung (2) zum Erfassen einer Fahrzeugpose (7), wobei die Fahrzeugpose (7) zumindest eine Fahrzeugposition (9), deren Varianz (10) und einen Fahrzeugwinkel (11) umfasst, und zum Erfassen einer Objektpose (8), wobei die Objektpose (8) zumindest eine Objektposition (12), deren Varianz (13) und einen Objektwinkel (14) umfasst, eine Berechnungseinrichtung (3), wobei die Berechnungseinrichtung (3) derart ausgebildet ist, eine kombinierte Wahrscheinlichkeitsverteilung (16) aus der Fahrzeugpose (7) und der Objektpose (7) zu bestimmen, eine gemeinsame Kollisionsfläche (19) auf Grundlage einer Fahrzeugfläche (17) des Fahrzeugs (50) und einer Objektfläche (18) des Objekts (53) zu berechnen, die gemeinsame Kollisionsfläche (19) auf Grundlage der kombinierten Wahrscheinlichkeitsverteilung (16) zu transformieren, und ein Integral einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion über der transformierten Kollisionsfläche (20) zum Bestimmen der Kollisionswahrscheinlichkeit (15) zu bestimmen, ein Speicher (4) zum Bereitstellen einer Lookup-Tabelle (5), wobei die Berechnungseinrichtung (3) zum Bestimmen des Integrals Werte aus der bereitgestellten Lookup-Tabelle (5) abgefragt, und wobei die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion einer bivariaten Standardnormalverteilung ist, und eine Ausgabeeinrichtung (6) zum Ausgeben der berechneten Kollisionswahrscheinlichkeit (15) als Kollisionswahrscheinlichkeitssignal (21). Contraption ( 1 ) for determining a collision probability ( 15 ) of a vehicle ( 50 ) with an object ( 53 ), comprising: a detection device ( 2 ) for detecting a vehicle pose ( 7 ), whereby the vehicle pose ( 7 ) at least one vehicle position ( 9 ) whose variance ( 10 ) and a vehicle angle ( 11 ), and for detecting an object pose ( 8th ), whereby the object pose ( 8th ) at least one object position ( 12 ) whose variance ( 13 ) and an object angle ( 14 ), a calculation device ( 3 ), the calculation device ( 3 ) is designed such that a combined probability distribution ( 16 ) from the vehicle pose ( 7 ) and the object pose ( 7 ) to determine a common collision surface ( 19 ) based on a vehicle area ( 17 ) of the vehicle ( 50 ) and an object surface ( 18 ) of the object ( 53 ), the common collision surface ( 19 ) based on the combined probability distribution ( 16 ) and an integral of a probability density function over the transformed collision surface (FIG. 20 ) for determining the collision probability ( 15 ) to determine a memory ( 4 ) to provide a lookup table ( 5 ), the calculation device ( 3 ) for determining the integral values from the provided lookup table ( 5 ), and wherein the probability density function is a probability density function of a bivariate standard normal distribution, and an output device ( 6 ) for outputting the calculated collision probability ( 15 ) as collision probability signal ( 21 ).
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