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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontextbasierten autonomen Steuern eines Fahrzeugs. Überdies betrifft die Erfindung eine autonome Steuerungseinrichtung für ein Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein autonom gesteuertes Fahrzeug.
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In vielen Fahrzeugen, wie zum Beispiel PKWs, Bussen, Straßenbahnen oder Zügen werden Sensoren genutzt, um den Fahrer zu unterstützen oder automatisierte Entscheidungen zu treffen.
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Die genannten Sensoren, wie zum Beispiel Kameras, LIDAR-Systeme, RADAR-Systeme usw., werden verwendet, um Objekte in der Umgebung eines Fahrzeugs zu detektieren und die Umgebung des Fahrzeugs anhand der erfassten Daten zu interpretieren. Anhand der detektierten Objekte, deren Bewegung und der Bewegung des Fahrzeugs, wird die Gefahr einer Kollision abgeschätzt und eine Vermeidungsstrategie, welche zum Beispiel eine Warnung oder eine Aktion umfasst, ausgewählt.
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In einigen Fällen ist es besonders schwierig, ein korrektes Bild von der Umgebung zu erhalten. Ein solches Problem kann zum Beispiel auftreten, wenn sich ein erstes Fahrzeug einer Kreuzung nähert und sich ein zweites Fahrzeug aus einer anderen Richtung ebenfalls der Kreuzung nähert. Ist der Kontext für die Situation bekannt, in diesem Fall eine Vorfahrtsregelung, so hat eines der beiden Fahrzeuge das Recht, die Kreuzung zuerst zu überqueren und das andere Fahrzeug muss warten. Ist der genannte Kontext jedoch nicht bekannt, kann das Entscheidungsmodul des autonom gesteuerten Fahrzeugs keine korrekte Entscheidung treffen. Insbesondere kann es keine genügend frühzeitige Entscheidung treffen, ob eine Warnung oder eine Strategie zur Reduzierung einer Gefahr benötigt wird.
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In einer anderen Verkehrssituation kommt ein öffentliches Transportfahrzeug, beispielsweise ein Bus, an einer Haltestelle an. Üblicherweise stehen Fahrgäste, die den Bus nehmen wollen, sehr nahe an der Bordsteinkante bzw. sie machen Anstalten, sich zur Bordsteinkante hin zu bewegen, wenn der Bus kommt. Wenn das Warnungs-/Entscheidungsmodul des Fahrzeugs den Kontext nicht erkennt, d.h., dass sich der Bus einer Haltestelle nähert und dort Fahrgäste warten, um den Bus zu besteigen, könnte es die Situation als potentielle Gefahrensituation verstehen. Wenn jedoch das Warnungs-/Entscheidungsmodul Informationen über den Ort und die wartenden Personen hat, und darüber, dass der Bus abbremst, um in deren Nähe zum Stehen zu kommen, so braucht es keine Strategie zur Gefahrenvermeidung ermitteln. Aktuelle Fahrerassistenzsysteme verwenden diese Art von Kontext nicht, um Entscheidungen zu treffen.
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Es besteht also die Aufgabe, ein Verfahren zum autonomen Steuern eines Fahrzeugs und eine Einrichtung zur autonomen Steuerung eines Fahrzeugs zu entwickeln, bei denen die genannten Probleme zumindest teilweise behoben werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum kontextbasierten autonomen Steuern eines Fahrzeugs gemäß Patentanspruch 1, eine autonome Steuerungseinrichtung gemäß Patentanspruch 8 und ein autonom gesteuertes Fahrzeug gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum kontextbasierten autonomen Steuern eines Fahrzeugs werden Sensordaten von der Umgebung des Fahrzeugs erfasst. Die Sensordaten werden mit Hilfe von an dem Fahrzeug angeordneten Sensoren, beispielsweise optische Sensoren, insbesondere Kameras, Radarsensoren, LIDAR-Sensoren und andere, durch Abtasten der Umgebung erzeugt. Weiterhin wird Kontextinformation zur aktuellen Verkehrssituation des Fahrzeugs ermittelt. Kontextinformation soll insbesondere funktionale Zusammenhänge einer Situation sowie die Semantik der erfassten Sensordaten umfassen. Die zur Ermittlung der Kontextinformation verwendeten Daten können die genannten Sensordaten von der Umgebung des Fahrzeugs umfassen, sie können aber auch Daten von externen Einrichtungen, wie zum Beispiel Positionsdaten von Satelliten von Satellitennavigationssystemen, umfassen. Weiterhin wird das Steuerungsverhalten des Fahrzeugs an den ermittelten Kontext angepasst. Das Anpassen des Steuerungsverhaltens erfolgt auf Basis einer kontextabhängigen Interpretation einer Umgebung, in der sich das Fahrzeug aktuell befindet. Beispielsweise kann die Kontextanalyse ergeben, dass bestimmte, sich dem Fahrzeug nähernde Objekte keinerlei Gefahr darstellen. Mithin können in der speziellen Situation Bremsmanöver unterdrückt werden, da anhand des Kontextes ein Zusammenstoß mit diesen Objekten ausgeschlossen bzw. zumindest sehr unwahrscheinlich ist. Vorteilhaft wird ein Verständnis einer Verkehrssituation auf einer höheren Ebene genutzt, um die autonome Steuerung eines Fahrzeugs adäquater auf die aktuelle Verkehrslage reagieren zu lassen. Vorteilhaft können Fehlalarme und Überreaktionen vermieden werden, wodurch die autonome Steuerung präziser und verlässlicher wird. Fehlalarme können sich sehr störend auf den Fahrer und die übrigen Verkehrsteilnehmer auswirken. Beispielsweise können zu viele Fehlalarme dazu führen, dass der Fahrer Warnungen des Systems nicht mehr beachtet, auch dann, wenn sie berechtigt sind. Auf Basis des Kontextes können Warnungen teilweise auch früher an den Fahrer übermittelt werden, die allein auf Basis von Sensordaten nicht erfolgen würden. Beispielsweise kann ein Sichtbereich bzw. ein Abtastfeld der Sensoren des Fahrzeugs eingeschränkt sein, so dass bestimmte Gefahrenquellen nicht frühzeitig erkannt werden können. Eventuell können diese Gefahrenquellen aus dem Kontext abgeleitet werden und damit der Fahrer rechtzeitig gewarnt werden, was die Sicherheit des autonomen Fahrens erhöht.
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Die erfindungsgemäße autonome Steuerungseinrichtung für ein Fahrzeug weist eine Sensordaten-Empfangseinheit zum Erfassen von Sensordaten von der Umgebung des Fahrzeugs auf. Außerdem umfasst die erfindungsgemäße autonome Steuerungseinrichtung eine Interpretationseinheit zum Ermitteln von Kontextinformation auf Basis von Sensordaten. Teil der erfindungsgemäßen autonomen Steuerungseinrichtung ist eine Anpassungseinheit zum Anpassen des Steuerungsverhaltens des Fahrzeugs an den ermittelten Kontext. Die erfindungsgemäße autonome Steuerungseinrichtung teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum kontextbasierten autonomen Steuern eines Fahrzeugs.
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Teile der autonomen Steuerungseinrichtung, wie zum Beispiel die Interpretationseinheit und/oder die Anpassungseinheit können in dem Fahrzeug integriert sein, sie können aber auch außerhalb des Fahrzeugs in einer zentralen Auswerteeinrichtung untergebracht sein, die mit dem Fahrzeug beispielsweise über Funk kommuniziert. Sind zum Beispiel die Interpretationseinheit und die Anpassungseinheit außerhalb des Fahrzeugs untergebracht, so werden die vom Fahrzeug erfassten Sensordaten per Funk zur Interpretationseinheit übermittelt. Die Sensordaten werden dann von der Interpretationseinheit dazu genutzt, um Kontextinformation zu ermitteln. Anschließend werden von der Anpassungseinheit Steuerbefehle ermittelt, welche an den ermittelten Kontext angepasst sind. Schließlich werden die modifizierten Steuerbefehle per Funk an das Fahrzeug übermittelt und von diesem zur angepassten Steuerung des Fahrzeugs eingesetzt. Bei dieser Variante können die eventuell aufwändigen Auswertungs- und Verarbeitungsprozesse stationär und zentral durchgeführt werden, wodurch die Anforderungen im Vergleich zu der Version mit in dem Fahrzeug integrierter Interpretationseinheit und Anpassungseinheit an die im Fahrzeug eingesetzte Rechnerhardware reduziert sind.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst die erfindungsgemäße autonome Steuerungseinrichtung. Das erfindungsgemäße Fahrzeug teilt die Vorteile der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung.
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Die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen autonomen Steuerungseinrichtung können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere Teile der Interpretationseinheit oder der Anpasseinheit. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
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Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher in einem Fahrzeug verwendete Rechnersysteme nach einer eventuellen Ergänzung durch zusätzliche Hardwareelemente auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise in einem autonom gesteuerten Fahrzeugs zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung eines Rechnersystems eines autonom gesteuerten Fahrzeugs ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in dem Rechnersystem ausgeführt wird.
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Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile, wie z.B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen
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Zum Transport zur Speichereinrichtung des Rechnersystems und/oder zur Speicherung an dem Rechnersystem kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
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Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie und deren Beschreibungsteilen weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung auch die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum kontextbasierten autonomen Steuern eines Fahrzeugs wird die Kontextinformation auf Basis einer Positionsinformation des Fahrzeugs und von Karteninformationen ermittelt. Die Positionsinformation kann zum Beispiel mit Hilfe eines Satellitennavigationssystems ermittelt werden. Anhand der ermittelten Position des Fahrzeugs kann dann anhand des vorhandenen Kartenmaterials Kontextinformation bezüglich der Umgebung dieser Position ermittelt werden. Die ermittelte Kontextinformation wird dann wiederum dazu genutzt, das autonome Steuerungsverhalten des Fahrzeugs anzupassen.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum kontextbasierten autonomen Steuern eines Fahrzeugs wird eine Kontextinformation auf Basis von sensoriell erfassten Verkehrssituationen und/oder Verkehrszeichen ermittelt. Verkehrszeichen können zum Beispiel anhand der ihnen zugeordneten Bildinformation identifiziert werden. Alternativ können Verkehrszeichen auch zur Identifikation geeignete Strukturen, Sender oder ähnliches umfassen, die von den Sensoren des autonom gesteuerten Fahrzeugs erkannt werden können. Vorteilhaft können anhand der Verkehrszeichen Warnungen, Verkehrsregelungen oder andere einen Verkehrsbereich näher kennzeichnende Informationen ermittelt werden, die für eine angepasste Reaktion einer autonomen Steuerung eines Fahrzeugs genutzt werden können.
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In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum kontextbasierten autonomen Steuern eines Fahrzeugs wird das Steuerungsverhalten des Fahrzeugs auf Basis von Wetterinformationen oder anderer Form von Informationen festgelegt. Diese Informationen können entweder per Funk von entsprechenden Dienstleistern empfangen werden oder direkt mit Hilfe von an einem Fahrzeug angeordneten Sensoren, wie zum Beispiel Regensensoren, erfasst werden. Vorteilhaft können diese Informationen bei der Anpassung des Steuerungsverhaltens einer autonomen Steuerung mitberücksichtigt werden, so dass eine an bestimmte Wetterbedingungen angepasst Fahrweise ermöglicht wird.
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Sowohl die Kontextinformation als auch das Steuerungsverhalten des Fahrzeugs können auch unter Hinzuziehung von zusätzlicher Information aus einer externen Datenquelle, wie zum Beispiel einer externen Datenbank, ermittelt bzw. festgelegt werden. Auf diese Weise können die Interpretation der aktuellen Verkehrssituation und das Steuerungsverhalten des Fahrzeugs weiter verbessert und präzisiert werden.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum kontextbasierten autonomen Steuern eines Fahrzeugs wird das Steuerungsverhalten des Fahrzeugs auf Basis einer sensoriell ermittelten Sichtweite festgelegt. Die aktuelle Sichtweite ist für die optische Erfassung der Umgebung eines Fahrzeugs entscheidend. Um die Sicherheit der Passagiere und anderer Verkehrsteilnehmer auch in einer solchen Situation zu gewährleisten, wird das Fahrverhalten des Fahrzeugs an die Sichtweite angepasst, so dass auf plötzlich auftretende Gefahrensituationen noch rechtzeitig reagiert werden kann. Beispielsweise wird die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs reduziert, wodurch die Reaktionszeit für das Fahrzeug erhöht wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum kontextbasierten autonomen Steuern eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
- 2 ein Blockdiagramm, mit dem eine autonome Steuerungseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht wird,
- 3 ein Blockdiagramm, welches ein autonom gesteuertes Fahrzeug veranschaulicht.
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In 1 ist ein Flussdiagramm 100 gezeigt, mit dem ein Verfahren zum kontextbasierten autonomen Steuern eines Fahrzeugs veranschaulicht wird. Bei dem Schritt 1.I werden Sensorsignale SSG von der Umgebung des Fahrzeugs erfasst. Beispielsweise werden Sensorsignale erfasst, welche andere Fahrzeuge, die sich in der Umgebung des autonom gesteuerten Fahrzeugs befinden, abtasten. Zusätzlich werden auch Verkehrsschilder und die darauf aufgemalten Verkehrszeichen erfasst. Bei dem Schritt 1.II werden nun die erfassten Verkehrszeichen identifiziert und die Verkehrssituation vor dem Hintergrund der anhand der Verkehrszeichen ermittelten Information interpretiert. Beispielsweise wird die Kontextinformation KI ermittelt, dass sich das autonom gesteuerte Fahrzeug auf einer Vorfahrtstraße kurz vor einer Kreuzung befindet. Bei dem Schritt 1.III wird dann dass Steuerungsverhalten des autonom gesteuerten Fahrzeugs an den ermittelten Kontext angepasst. In dem konkreten Fall wird trotz eines aus einer anderen Richtung herannahenden Fahrzeugs die Geschwindigkeit des Fahrzeugs aufrechterhalten, da sich das autonom gesteuerte Fahrzeug auf einer Vorfahrtstraße befindet.
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In 2 ist eine autonome Steuerungseinrichtung 20 für ein Fahrzeug in einem Blockdiagramm veranschaulicht. Mit der autonomen Steuerungseinrichtung 20 sind eine Mehrzahl von Sensoreinheiten 31 (siehe 3) elektrisch verbunden, welche dazu dienen, Sensordaten von der Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen. Beispielsweise weist das Fahrzeug einen Positionsermittlungssensor zum Empfang von Satellitensignalen zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs auf. Zudem kann das Fahrzeug zum Beispiel Sensoren zur Erfassung der Umrisse der direkten Umgebung des Fahrzeugs aufweisen. Die autonome Steuerungseinrichtung 20 umfasst eine Eingangsschnittstelle 21 zum Empfang der von den Sensoreinheiten 31 erfassten Sensordaten SSG. Teil der autonomen Steuerungseinrichtung 20 ist auch eine Interpretationseinheit 22 zum Ermitteln von Kontextinformation KI auf Basis der erfassten Sensordaten SSG. Beispielsweise ermittelt die Interpretationseinheit 22 auf Basis einer Positionsinformation und zusätzlichen Kartendaten, ob sich das Fahrzeug an einer Verkehrskreuzung befindet. Anhand der detektierten Umrisse kann die Interpretationseinheit 22 ermitteln, ob sich zum Beispiel Fahrzeuge aus einer bevorrechtigten Fahrtrichtung nähern. Der so ermittelte Kontext KI wird an eine Anpassungseinheit 23 übermittelt, die das Steuerungsverhalten des Fahrzeugs an den ermittelten Kontext KI anpasst. Dazu werden von der Anpassungseinheit 23 Anpassungsbefehle AB an eine Steuerungseinheit 24 übermittelt. Beispielweise wird die Steuerungseinheit 24 dazu angeleitet, ein Bremsmanöver einzuleiten, wenn ermittelt wurde, dass sich ein Fahrzeug aus einer bevorrechtigten Richtung dem autonom gesteuerten Fahrzeug nähert. Die Steuerungseinheit 24 übermittelt dann einen entsprechenden Steuerbefehl STB an eine Bremseinheit des Fahrzeugs, um ein Bremsmanöver auszuführen.
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In 3 ist ein Blockdiagramm gezeigt, welches ein Fahrzeug 30 mit einer autonomen Steuerungseinrichtung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch veranschaulicht. Das Fahrzeug 30 umfasst eine Mehrzahl von Sensoren 31, welche unterschiedliche Sensorsignale SSG erfassen und an die autonome Steuerungseinrichtung 20 übermitteln. Die autonome Steuerungseinrichtung 20 verarbeitet die empfangenen Sensorsignale SSG auf die im Zusammenhang mit 1 und 2 beschriebene Art und Weise. Weiterhin gibt die autonome Steuerungseinrichtung 20 Steuerbefehle STB an eine Mehrzahl von Aktoren 32, um das Fahrverhalten des Fahrzeugs zu steuern.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
