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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prädiktion einer zukünftigen räumlichen Information von zumindest drei Kraftfahrzeugen, die sich auf einer Richtungsfahrbahn befinden.
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Es sind Verfahren und Vorrichtungen zur Prädiktion von Bewegungstrajektorien von Objekten bekannt. Eine Herausforderung dabei ist, dass entsprechende Prädiktionsverfahren üblicherweise sehr rechen- und datenaufwändig sind. Verschiedene Verfahren nutzen deshalb Annahmen um den Rechenaufwand für eine Prädiktion von Bewegungstrajektorien zu verringern.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 102 31 556 A1 ein Verfahren zur Prädiktion von Bewegungstrajektorien eines Fahrzeugs zur Verhinderung einer Kollision. Dabei werden nur Trajektorien berücksichtigt, bei denen infolge einer Kombination von Lenk- und Bremseingriffen die an den Rädern des Fahrzeugs auftretenden Kräfte im Bereich der maximal vom Rad auf die Straße übertragbaren Kraft liegt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen alternativen Ansatz zur Prädiktion einer räumlichen Information von Kraftfahrzeugen anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prädiktion einer zukünftigen räumlichen Information von zumindest drei Kraftfahrzeugen, die sich auf einer Richtungsfahrbahn befinden.
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Die Vorrichtung kann dabei insbesondere in ein Fahrzeug integriert sein und beispielsweise mit einem Fahrerassistenzsystem verknüpft sein. Alternativ dazu kann die Vorrichtung aber auch außerhalb eines Fahrzeugs betrieben werden, beispielsweise in einem Verkehrsleitsystem oder einem Verkehrsüberwachungssystem.
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Bei der räumlichen Information kann es sich insbesondere um eine räumliche Position handeln, die beispielsweise in einem absoluten Koordinatensystem oder in einem Koordinatensystem relativ zur Richtungsfahrbahn angebbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei der räumlichen Information insbesondere auch um eine eine Bewegung des Kraftfahrzeugs angebende Information handeln. Beispielsweise kann es sich um einen Bewegungsvektor für das Kraftfahrzeug handeln.
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Bei der Richtungsfahrbahn handelt es sich insbesondere um eine Fahrbahn für motorisierte und nicht-motorisierte Fahrzeuge, die nur in einer Richtung, der sog. Fahrtrichtung, befahren werden darf. Die Richtungsfahrbahn kann dabei beispielsweise eine oder mehrere Fahrspuren aufweisen, auf denen sich die Fahrzeuge nebeneinander in der vorgegebenen Richtung bewegen können, bzw. dürfen. Durch die Berücksichtigung der Fahrtrichtung der Richtungsfahrbahn kann beispielsweise eine effiziente Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterstützt werden.
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Die Vorrichtung ist eingerichtet, für die Kraftfahrzeuge jeweils zumindest eine aktuelle räumliche Information zu erfassen. Diese Erfassung kann insbesondere mittels Sensoren erfolgen, die beispielsweise in die Kraftfahrzeuge oder die Verkehrsinfrastruktur integriert sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Erfassung auch über in die Fahrzeuge integrierte Positions-Bestimmungssysteme wie z.B. GPS erfolgen. Die mittels der Positions-Bestimmungssysteme erfassten Positionen können dann mittels drahtloser Datenkommunikation an weitere Empfänger verteilt werden.
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Die Vorrichtung ist darüber hinaus eingerichtet, für die Fahrzeuge jeweils genau einen priorisierten Vorgänger in Abhängigkeit von den räumlichen Informationen zu ermitteln, so dass für ein ausgewähltes Kraftfahrzeug dessen priorisierter Vorgänger und genau ein priorisierter Vorvorgänger bekannt sind.
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Bei dem priorisierten Vorgänger eines ausgewählten Kraftfahrzeugs handelt es sich insbesondere um ein weiteres Kraftfahrzeug, das sich auf der Richtungsfahrbahn befindet.
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Die Ermittlung des priorisierten Vorgängers in Abhängigkeit von den räumlichen Informationen kann insbesondere in Abhängigkeit von der aktuellen räumlichen Position und/oder dem aktuellen Bewegungsvektor der Kraftfahrzeuge erfolgen.
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Beispielsweise kann dasjenige Kraftfahrzeug als Vorgänger für das ausgewählte Kraftfahrzeug ausgewählt werden, das sich in Fahrtrichtung vor dem ausgewählten Kraftfahrzeug auf dessen Fahrspur befindet und von allen weiteren Kraftfahrzeugen die geringste Distanz zum ausgewählten Kraftfahrzeug hat.
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Alternativ oder zusätzlich kann als Vorgänger für das ausgewählte Kraftfahrzeug beispielsweise auch dasjenige Kraftfahrzeug ausgewählt werden, das absolut den geringsten Abstand zum ausgewählten Kraftfahrzeug hat und sich auf einer beliebigen Fahrspur vor dem ausgewählten Kraftfahrzeug befindet.
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Alternativ oder zusätzlich kann bei der Auswahl des Vorgängers für das ausgewählte Kraftfahrzeug beispielsweise auch eine unterschiedliche Gewichtung für den Abstand in Längsrichtung der Fahrbahn angewendet werden als für den Abstand in Querrichtung der Fahrbahn. Somit kann beispielsweise ein erstes Kraftfahrzeug auf der gleichen Fahrspur wie das ausgewählte Kraftfahrzeug als Vorgänger ausgewählt werden, obwohl sich ein zweites Kraftfahrzeug auf einer anderen Fahrspur als das ausgewählte Kraftfahrzeug absolut betrachtet näher an dem ausgewählten Fahrzeug befindet als das erste Kraftfahrzeug.
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Durch die Beschränkung auf genau einen Vorgänger kann insbesondere eine effiziente Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterstützt werden.
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Die Vorrichtung ist darüber hinaus eingerichtet, die zukünftige räumliche Information für die Fahrzeuge jeweils in Abhängigkeit von der jeweiligen aktuellen räumlichen Information zu bestimmen.
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Insbesondere kann die Bestimmung der zukünftigen räumlichen Information eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von der aktuellen räumlichen Position und/oder von dem aktuellen Bewegungsvektor des Fahrzeugs erfolgen.
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Beispielsweise kann die Bestimmung der zukünftigen räumlichen Information eines Fahrzeugs mittels einer Extrapolation der aktuellen Bewegung des Fahrzeugs, ausgehend von der aktuellen Position des Fahrzeugs erfolgen.
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Alternativ oder zusätzlich kann zur Bestimmung der zukünftigen räumlichen Information beispielsweise auch ein probabilistischer Ansatz verwendet werden und es kann diejenige zukünftigen räumliche Information bestimmt werden, die im Vergleich zu den weiteren zukünftigen räumlichen Informationen am wahrscheinlichsten ist. Dabei kann beispielsweise ein Bewegungsmodell angewendet werden, das z.B. auch Spurwechsel und emergente Geschwindigkeitsveränderungen umfasst.
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Alternativ oder zusätzlich kann zur Bestimmung der zukünftigen räumlichen Information insbesondere auch ein maschinelles Lernverfahren, beispielsweise ein neuronales Netz verwendet werden. Das neuronale Netz kann beispielsweise für jedes Kraftfahrzeug ein Input- und ein Output-Neuron vorsehen. Das Input-Neuron kann dabei zumindest eine räumliche Information des Kraftfahrzeugs entgegen nehmen. Das Output-Neuron kann zumindest eine räumliche Information des Kraftfahrzeugs ausgeben.
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Die Vorrichtung ist darüber hinaus eingerichtet, die zukünftige räumliche Information des Vorgängers zusätzlich in Abhängigkeit von der unvollständig berechneten zukünftigen räumlichen Information des Vorvorgängers zu bestimmen.
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Insbesondere kann vor der Bestimmung der zukünftigen räumlichen Information des Vorgängers in Abhängigkeit von der zukünftigen räumlichen Information des Vorvorgängers die zukünftige räumliche Information des Vorvorgängers bestimmt werden. Dadurch ergibt sich beispielsweise eine Abarbeitungsreihenfolge für die Bestimmung der zukünftigen räumlichen Information der Fahrzeuge. Diese Abarbeitungsreihenfolge gibt vor, dass die Bestimmung der zukünftigen räumlichen Information der Fahrzeuge entgegen der Fahrtrichtung der Richtungsfahrbahn erfolgt.
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Die Bestimmung der zukünftigen räumlichen Information des Vorgängers in Abhängigkeit von der zukünftigen räumlichen Information des Vorvorgängers kann insbesondere die zukünftige räumliche Position und/oder den zukünftigen Bewegungsvektor des Vorvorgängers berücksichtigen.
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Beispielsweise kann unter Berücksichtigung der zukünftigen räumlichen Position des Vorvorgängers eine Kollisionsgefahr zwischen dem Vorgänger und dem Vorvorgänger erkannt werden. Bei erkannter Kollisionsgefahr kann bei der Bestimmung der zukünftigen räumlichen Information des Vorgängers ein Abbrems-, Ausweich- oder Überholmanöver berücksichtigt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise unter Berücksichtigung des zukünftigen Bewegungsvektors des Vorvorgängers eine freie Fahrspur für den Vorgänger erkannt werden. Bei erkannter freier Fahrspur kann bei der Bestimmung des zukünftigen Bewegungsvektors des Vorgängers ein Beschleunigungsmanöver berücksichtigt werden.
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Alternativ oder zusätzlich können die zukünftigen räumlichen Informationen des Vorgängers und des Vorvorgängers mittels eines neuronalen Netzes ermittelt werden. In diesem Fall können insbesondere Vorgänger-Neuronen, die zur Ermittlung der zukünftigen räumlichen Information des Vorgängers genutzt werden, mit Vorvorgänger-Neuronen, die zur Ermittlung der zukünftigen räumlichen Information des Vorvorgängers genutzt werden, verbunden sein. Beispielsweise kann dabei ein Informationsfluss von den Vorvorgänger-Neuronen zu den Vorgänger-Neuronen erfolgen.
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Die Vorrichtung ist darüber hinaus eingerichtet, die zukünftige räumliche Information des ausgewählten Kraftfahrzeugs zusätzlich in Abhängigkeit von der zukünftigen räumlichen Information des Vorgängers zu bestimmen, so dass die zukünftige räumliche Information des ausgewählten Kraftfahrzeugs implizit von der zukünftigen räumlichen Information des Vorvorgängers abhängt.
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Die Bestimmung der zukünftigen räumlichen Information des ausgewählten Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von der zukünftigen räumlichen Information des Vorgängers kann dabei insbesondere analog zur Bestimmung der zukünftigen räumlichen Position des Vorgängers in Abhängigkeit von der zukünftigen räumlichen Position des Vorvorgängers erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung eingerichtet, den Vorgänger eines ausgewählten Kraftfahrzeugs aus den weiteren Kraftfahrzeugen zu ermitteln, die sich in Fahrtrichtung der Richtungsfahrbahn vor dem ausgewählten Kraftfahrzeug auf der Richtungsfahrbahn befinden.
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Dabei kann beispielsweise als Vorgänger ein Kraftfahrzeug ausgewählt werden, das sich auf der gleichen Fahrspur befindet wie das ausgewählte Kraftfahrzeug. Es kann alternativ dazu auch ein Kraftfahrzeug ausgewählt werden, das sich auf einer anderen Fahrspur befindet wie das ausgewählte Kraftfahrzeug.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung eingerichtet, den Vorgänger eines ausgewählten Kraftfahrzeugs aus den weiteren Kraftfahrzeugen in Abhängigkeit von der räumlichen Entfernung des ausgewählten Kraftfahrzeugs von dem jeweiligen weiteren Kraftfahrzeug zu ermitteln.
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Insbesondere kann ein Kraftfahrzeug als Vorgänger ausgewählt werden, das den geringsten räumlichen Abstand zu dem ausgewählten Kraftfahrzeug hat. Beispielsweise kann der Abstand in Längsrichtung der Richtungsfahrbahn dabei als wichtiger gewichtet werden als der Abstand in Querrichtung der Richtungsfahrbahn.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung eingerichtet, für ein ausgewähltes Kraftfahrzeug aus den weiteren Kraftfahrzeugen dasjenige Kraftfahrzeug als Vorgänger für das ausgewählte Kraftfahrzeug zu ermitteln, das sich in Fahrtrichtung der Richtungsfahrbahn vor dem ausgewählten Kraftfahrzeug auf der Richtungsfahrbahn befindet, und die geringste räumliche Entfernung von dem ausgewählten Kraftfahrzeug hat.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die räumliche Information eine räumliche Position und/oder einen Bewegungsvektor.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die zukünftige räumliche Information eine räumliche Fläche und/oder eine Schar von Bewegungsvektoren. Beispielsweise kann es sich bei der räumlichen Fläche um eine diskretisierte Fläche in Bildzellen handeln.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die zukünftige räumliche Information eine Eintrittswahrscheinlichkeit für die räumliche Information. Insbesondere ist es somit möglich verschiedene zukünftige räumliche Informationen eines Kraftfahrzeugs zu betrachten. Insbesondere ist hierfür eine Diskretisierung oder eine parametrische Beschreibung notwendig, beispielsweise aus einer Gaußschen Mixtur.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prädiktion einer zukünftigen räumlichen Information von zumindest drei Kraftfahrzeugen, die sich auf einer Richtungsfahrbahn befinden.
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In einem Schritt wird zumindest eine aktuelle räumliche Information für die Kraftfahrzeuge erfasst.
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In einem weiteren Schritt wird genau ein priorisierter Vorgänger in Abhängigkeit von den räumlichen Informationen für die Kraftfahrzeuge ermittelt, so dass für ein ausgewähltes Kraftfahrzeug dessen priorisierter Vorgänger und genau ein priorisierter Vorvorgänger bekannt sind.
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In einem weiteren Schritt wird die zukünftige räumliche Information für die Kraftfahrzeuge in Abhängigkeit von der jeweiligen aktuellen räumlichen Information bestimmt.
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In einem weiteren Schritt wird die zukünftige räumliche Information des Vorgängers zusätzlich in Abhängigkeit von der zukünftigen räumlichen Information des Vorvorgängers bestimmt.
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In einem weiteren Schritt wird die zukünftige räumliche Information des ausgewählten Kraftfahrzeugs zusätzlich in Abhängigkeit von der zukünftigen räumlichen Information des Vorgängers bestimmt, so dass die zukünftige räumliche Information des ausgewählten Kraftfahrzeugs implizit von der zukünftigen räumlichen Information des Vorvorgängers abhängt.
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Die vorstehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung. An dieser Stelle und in den Patentansprüchen nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem zweiten Aspekt der Erfindung entsprechen den vorstehend beschriebenen oder in den Patentansprüchen beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnung beschrieben.
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Die Figur zeigt eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Prädiktion einer zukünftigen räumlichen Information 116, 126, 136 von zumindest drei Kraftfahrzeugen 110, 120, 130.
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Die Vorrichtung 100 nutzt hierbei beispielsweise ein rekurrentes neuronales Netz zur Prädiktion der zukünftigen räumlichen Information 116, 126, 136 der Kraftfahrzeuge 110, 120, 130.
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Vorzugsweise kann die Vorrichtung 100 dabei in einem ausgewählten Kraftfahrzeug 110 integriert sein und dort mit einem Fahrerassistenzsystem des ausgewählten Kraftfahrzeugs 110 verbunden sein. Beispielsweise kann es sich dabei um ein die Längsführung des ausgewählten Kraftfahrzeugs 110 beeinflussendes Fahrerassistenzsystem handeln.
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Das rekurrente neuronale Netz kann insbesondere für jedes der Kraftfahrzeuge 110, 120, 130 jeweils eine Gruppe 2, 3, 4 bestehend aus mehreren Schichten von Neuronen aufweisen. Beispielsweise kann für das Kraftfahrzeug 110 die Gruppe 4 aus den Schichten 111, 112, 113, 114, 115, 116 bestehen. Für das Kraftfahrzeug 120 kann die Gruppe 3 aus den Schichten 121, 122, 123, 124, 125, 126 bestehen. Für das Kraftfahrzeug 130 kann die Gruppe 2 aus den Schichten 131, 132, 133, 134, 135, 136 bestehen.
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Die erste Schicht 111, 121, 131 einer jeden Gruppe dient dabei der Erfassung einer aktuellen räumlichen Information des jeweiligen Kraftfahrzeugs 110, 120, 130. Dabei kann es sich insbesondere um die aktuelle räumliche Position, den aktuellen Bewegungsvektor des jeweiligen Kraftfahrzeugs 110, 120, 130 und den Abstand zum jeweiligen priorisierten Vorgänger handeln.
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In den darauf folgenden Schichten 112, 122, 132 wird für jedes Kraftfahrzeug 110, 120, 130 in Abhängigkeit von den aktuellen räumlichen Informationen 111, 121, 131 jeweils genau ein priorisierter Vorgänger 120 ermittelt, so dass für ausgewähltes Kraftfahrzeug 110 dessen priorisierter Vorgänger 120 und genau ein priorisierter Vorvorgänger 130 bekannt sind.
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Alternativ dazu kann die Ermittlung des priorisierten Vorgängers 112, 122, 132 insbesondere auch außerhalb des rekurrenten neuronalen Netzes passieren. Beispielsweise kann der bereits ermittelte priorisierte Vorgänger jeweils auch Bestandteil des Eingangsvektors der ersten Schicht 111, 121, 131 des rekurrenten neuronalen Netzes sein.
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In den darauf folgenden Schichten 113, 123, 133 wird für jedes Kraftfahrzeug 110, 120, 130 in Abhängigkeit von der aktuellen räumlichen Information 111, 121, 131 eine Vorverarbeitung zur Prädiktion der zukünftigen räumlichen Information 116, 126, 136 des jeweiligen Kraftfahrzeugs 110, 120, 130 durchgeführt. Hierfür kann die jeweilige Schicht 113, 123, 133 insbesondere jeweils wiederum aus mehrere Schichten bestehen, deren Neuronen untereinander vollständig verbunden sind (sog. Fully-connected Layer).
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In den darauf folgenden Schichten 114, 124, 134 wird für jedes Kraftfahrzeug 110, 120, 130 durch die Neuronen zumindest eine vorverarbeitete Information über die zukünftige räumliche Information des jeweiligen Vorgängers entgegengenommen. Diese wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Vorverarbeitung 113, 123, 133 weiterverarbeitet.
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In den darauf folgenden Schichten 115, 125, 135 wird für jedes Kraftfahrzeug 110, 120, 130 in Abhängigkeit von den in den jeweils vorangegangenen Schichten 114, 124, 134 weiterverarbeiteten Informationen eine Endverarbeitung zur Prädiktion der zukünftigen räumlichen Information 116, 126, 136 durchgeführt. Hierfür kann die jeweilige Schicht 115, 125, 135 insbesondere jeweils wiederum aus mehrere Schichten bestehen, deren Neuronen untereinander vollständig verbunden sind.
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In den darauf folgenden Schichten 116, 126, 136 wird für jedes Kraftfahrzeug jeweils die zukünftige räumliche Information ausgegeben.
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Bei der Ausführung des rekurrenten neuronalen Netzes ist es besonders vorteilhaft, zuerst die Neuronen 112, 122, 132 der Gruppe 1 zu berechnen, um die Reihenfolge der Kraftfahrzeuge 110, 120, 130 zu bestimmen. Anschließend können die Neuronen 133, 134, 135, 136 der Gruppe 2 berechnet werden, gefolgt von den Neuronen 123, 124, 125, 126 der Gruppe 3 und den Neuronen 113, 114, 115, 116 der Gruppe 4. Diese Berechnungsreihenfolge verläuft entgegengesetzt zu der Reihenfolge der Kraftfahrzeuge 110, 120, 130 auf der Richtungsfahrbahn.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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