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Die Erfindung bezieht sich auf ein System, auf Methoden und Algorithmen zur Steuerung eines Fahrzeugs und insbesondere eines autonom fahrenden Fahrzeugs mit Hilfe einer virtuellen Umgebung, die in der Lage ist, eine Echtzeit-3D-Rekonstitution des realen Verkehrs in einem bestimmten geografischen Gebiet oder einer bestimmten Region durchzuführen. Die virtuelle Umgebung wird einem betrachteten Fahrzeug durch einen zugeordneten Server übermittelt und zur Verfügung gestellt. Die Erfindung bezieht sich auch auf das Erstellen und Betreiben dieser Echtzeit-3D-Rekonstitution des Verkehrs in dem Server, der mit den einzelnen Verkehrsteilnehmern zweiseitig verbunden ist und ständig von mindestens einigen Verkehrsteilnehmern Daten über die aktuelle Verkehrslage erhält.
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Fahrzeuge werden zunehmend intelligent und mit immer besseren drahtlosen Kommunikationsfähigkeiten ausgestattet. Sie werden zunehmend ganz oder teilweise durch Computer gesteuert. Satelliten-Navigationssysteme haben es nicht nur den Kraftfahrzeugen ermöglicht, den eigenen Standort präzise zu bestimmen, sondern auch dem Nutzer des Fahrzeugs die Möglichkeit gegeben, das Ziel einer Fahrt zu bestimmen und zum Ziel gefahren zu werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung eines betrachteten Fahrzeugs basierend auf der virtuellen Umgebung. Das betrachtete Fahrzeug ist vorzugsweise autonom gesteuert. Es wird mindestens ein zentraler Server verwendet, an ihn sind das betrachtete Fahrzeug und eine Vielzahl weiterer Fahrzeuge angeschlossen. Sie werden insgesamt als verbundene Fahrzeuge bezeichnet. Sie und auch weitere Verkehrsteilnehmer übermitteln die von ihren Sensoren aufgenommenen Informationen über z.B. Geschwindigkeit, Standort, Fahrerassistenzbetrieb, Antriebsszenario, andere Verkehrsteilnehmer, Verkehrslage usw. an den zentralen Server. Dieser sammelt die Daten und fusioniert sie mit weiteren Daten, insbesondere Kartendaten, Wetterdaten, Stauinformationen. Er erstellt ein virtuelles dreidimensionales Bild des realen Verkehrs und stellt es dem betrachteten Fahrzeug zur Verfügung. Der Server kann zusätzliche Informationen, insbesondere fehlende Daten, erweiterte Daten und Empfehlungen für aktivierte automatisierte Funktionen im betrachteten Fahrzeug verarbeiten und diese verarbeiteten Daten an das betrachtete Fahrzeug senden. Es besteht ein zweiseitiger Verkehr zumindest zwischen dem betrachteten Fahrzeug und dem zentralen Server. In einer weiteren Verbesserung können die einzelnen Fahrzeuge nur mit einem Modul für Breitband- und Hochtreue-Konnektivität ausgerüstet sein, das den Status und die Position des betrachteten Kraftfahrzeugs an den Server überträgt. Der Server fungiert als virtuelles Sensorarray und überträgt die virtuelle Sensorinformation zurück zum betrachteten Fahrzeug.
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Das Verfahren kann insbesondere für teil- oder vollautomatische Fahrzeuge angewendet werden. Die Anwendung ist aber auch für andere Fahrzeuge und überhaupt für beliebige Verkehrsteilnehmer möglich.
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Das Entwickeln und Anbieten weiterer automatisierter Fahrfunktionen erfordert auch ein Anpassen der Steuerungs-Algorithmen. Im Allgemeinen müssen automatisierte Fahrfunktionen in der Lage sein, mit anderen Verkehrsteilnehmern im Einklang mit den Regeln des Straßenverkehrs zu interagieren. Steuerungs-Algorithmen sind dabei die Bausteine der automatisierten Fahrfunktionen. Steuerungs-Algorithmen sind in der Regel verantwortlich für die Längs- und Querlenkung des Fahrzeugs und arbeiten mit Sensoren zusammen, die u.a. am betrachteten Fahrzeug angeordnet sind. Da es eine große Vielzahl unterschiedlicher Fahrsituationen, z.B. Stadtverkehr, Autobahnverkehr, Landstraße usw. gibt, weiterhin eine Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeugsensoren, z.B. Ultraschall, Laser, Radar, Lidar, Kamera usw., infrage kommen und unter Berücksichtigung der verschiedenen Reichweiten und Bereiche, in denen und für die Informationen benötigt werden, müssen die Steuerungs-Algorithmen auch mit unvollständiger Information arbeiten können. Sensoren sind in der Erfassung beschränkt, so sind z.B. Radar und Kamera typischerweise begrenzt auf unter 200 Meter. Zudem kann beispielsweise das betrachtete Fahrzeug, unabhängig davon, wie es gesteuert wird, kein Hindernis, z.B. ein anderes Fahrzeug, erkennen, wenn dieses Hindernis hinter einem Hügel, einem anderen Kraftfahrzeug oder einem Gebäude usw. versteckt ist.
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Es gibt Lösungen, die auf V2X-Kommunikation beruhen, um diese Einschränkungen der Sensoren des betrachteten Kraftfahrzeugs und der zugehörigen Steuerungs-Algorithmen zu reduzieren und möglicherweise ganz zu vermeiden. Der Einsatz derartiger V2X-Kommunikation ist aber sehr anspruchsvoll, er erfordert gesicherte Hochgeschwindigkeits-Verbindungen und zudem zusätzliche Rechenleistung in jedem Fahrzeug, z.B. eine zusätzliche CPU, zusätzliche Speicher. Dies alles bedeutet auch zusätzliche Leistungsaufnahme. Weiterhin müssen die eingebetteten Steuerungs-Algorithmen erweitert werden, um zusätzliche Informationen zu verarbeiten, die durch die dynamische Anzahl von V2X-Kanälen (C2C, I2C...) bereitgestellt werden.
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Aus der
DE 11 2012 004 771 T5 sind ein Verfahren und ein System zur Fahrzeugdatensammlung hinsichtlich Verkehr bekannt. Beschrieben wird ein zentraler Server, der an einem Netzwerk angeschlossen ist, dieses ist mit unterschiedlichen Sensoren, mit den Fahrzeugen der Fahrzeugflotte und Informationen über Verkehr, Verkehrsschilder und dergleichen verbunden. Die Veröffentlichung beschreibt Systeme und Verfahren, um präzise Verkehrssituationen und die Verkehrsumgebung feststellen zu können, in denen Daten von der Infrastruktur, den Fahrzeugen usw. gesammelt werden und diese Daten in dem zentralen Server zusammengefasst und verarbeitet werden. Die Daten können dann den einzelnen Verkehrsteilnehmern zugeleitet werden. Dieses System ist vergleichbar mit schon existierenden Informationen über den aktuellen Verkehr mit dem Unterschied, dass die Daten deutlich präziser sind und auch Information für die Fahrstrecke des betrachteten Fahrzeugs, z.B. Ankunftszeit usw., enthalten.
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Aus
US 2014/0063064 A1 ist ein System bekannt, das Navigation und Fahrinformation an sogenannte Head-up-Displays oder ähnliche Displays liefert, dies in Realzeit. Beschrieben werden auch Verfahren für erweiterte Realität, um die auf den Displays dargestellten Bilder mit den realen Objekten in Übereinstimmung zu bringen.
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Aus
US 2016/0189544 A1 ist ein System ähnlich der genannten
DE 11 2012 004 771 T5 bekannt, es werden die Daten für Karten und Navigation in Realzeit verbessert und diese Daten dem betrachteten Fahrzeug zugeleitet.
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Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung der bisher bekannten Lösungen und die Schaffung einer zentralen Plattform, die ein virtuelles Bild des realen Verkehrs in Verkehrsteilnehmern, in Echtzeit, zur Verfügung stellt. Dabei soll wirtschaftlicher und einfacher gearbeitet werden als mit beispielsweise V2X-Kommunikation.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines betrachteten Fahrzeugs in einer realen Verkehrsumgebung, das insbesondere im autonomen Fahrbetrieb ist, mittels einer virtuellen Verkehrsumgebung, die für ein geographisches Gebiet auf einem Server in Echtzeit als eine 3-dimensionale virtuelle Darstellung der aktuellen Verkehrssituation um das betrachtete Fahrzeug herum erzeugt wird und diesem Fahrzeug in Echtzeit übermittelt wird, wobei der Server mit einer Vielzahl von Verkehrsteilnehmern, zu denen auch das betrachtete Fahrzeug gehört, bidirektional über ein drahtloses Kommunikationssystem verbunden ist und zumindest einige der Verkehrsteilnehmer, darunter auch das betrachtete Fahrzeug, mit Sensoren ausgerüstet sind, die den Bereich um den jeweiligen Sensor erfassen und die entsprechende Information an den Server übermitteln, der aus vorhandenen Kartendaten und den erhaltenen Informationen die 3-dimensionale virtuelle Darstellung der aktuellen Verkehrssituation erzeugt.
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Die virtuelle Umgebung kann für folgende Zwecke eingesetzt werden: Sie kann als virtueller Sensor für das betrachtete Fahrzeug verwendet werden, das mit dem Server, der die virtuelle Umgebung zur Verfügung stellt, verbunden ist. Sie liefert auch Informationen über Hindernisse, Infrastruktur und dergleichen, welche die Sensoren des betrachteten Fahrzeugs allein nicht zur Verfügung stellen. Sie übermittelt fehlende Information an die Sensoren des betrachteten Fahrzeugs, z.B. über die Sichtlinie und den Sichtbereich eines Sensors usw.. Sie arbeitet als virtueller Steuerungs-Algorithmus für das betrachtete Fahrzeug. Der virtuelle Steuerungs-Algorithmus verarbeitet die Steuerdaten der virtuellen Umgebung für das betrachtete Fahrzeug und sendet das Ergebnis an dieses Fahrzeug in der realen Welt, z.B. über Motordrehmomentanforderung, Bremsmomentanforderung usw.. Die virtuellen Steuerelemente können für Redundanz verwendet werden, beispielsweise um einen Lenkbefehl an das betrachtete Fahrzeug zu validieren, oder können als Ersatz für die realen Steuerelemente dienen, dies insbesondere in einer Weiterentwicklung. Schließlich können die Steuerungs-Algorithmen jedes Fahrzeugs mit zusätzlichen Informationen versorgt werden, um die Genauigkeit der Steuerung zu verbessern.
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Die virtuelle Verkehrsumgebung wird für ein bestimmtes geographisches Gebiet implementiert. Sie kann vorzugsweise zentral, für ein großes geografisches Gebiet, wie ein Land, eine Region, ein Kontinent implementiert werden. Sie kann aber auch in einer verteilten Architektur implementiert werden, wobei viele kleine virtuelle Verkehrsplattformen vorgesehen sind, die auf virtuellen Servern implementiert sind. Dabei kann jede Verkehrsplattform für eine kleinere geografische Zone dynamisch rekonfiguriert werden, abhängig von z.B. der aktuellen Verkehrsdichte, um die Zugänglichkeit und Genauigkeit des Dienstes zu verbessern. Dieser Ansatz wird bevorzugt. Es können z.B. mehr oder weniger virtuelle Verkehrsplattformen der Überwachung einer Stadt zu Verkehrsstoßzeiten zugewiesen werden als normal, zum Beispiel zur Nachtzeit. Oder das System kann so konfiguriert werden, dass es mehr Überlappungen zwischen den einzelnen virtuellen Verkehrsplattformen ermöglicht. Eine zellulare Struktur wie bei Handynetzen ist möglich und wird angestrebt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden näher beschrieben, dies erfolgt unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Das Ausführungsbeispiel ist nicht einschränkend zu verstehen, es dient der Erläuterung der Erfindung. In dieser Zeichnung zeigen:
- 1: ein beispielhaftes Blockdiagramm für ein System, das auf einer virtuellen Verkehrsumgebung basiert,
- 2: eine schematische, dreidimensionale Darstellung einer Verkehrssituation in der realen Welt, dargestellt ist unter anderem ein betrachtetes Fahrzeug, das einparken will,
- 3: die Darstellung gemäß 2 in der Darstellung als virtuelle Verkehrssituation, verwendet werden eine dreidimensionale Karte und die Position des betrachteten Fahrzeugs,
- 4: die Darstellung gemäß 3, jedoch nun als Verkehrssituation in der realen Welt, das betrachtete Fahrzeug erfasst mit seinen Sensoren die Verkehrssituation, wie sie in der realen Welt vorliegt, es wird ein sogenannter Erfassungsschritt durchgeführt,
- 5: eine Darstellung wie 4, nun in der Darstellung als virtuelle Verkehrssituation als virtuelle Rekonstitution im Anschluss an den Erfassungsschritt, unter Verwendung der Information der 4,
- 6: eine Darstellung wie 5, jedoch als Darstellung der Verkehrssituation in der realen Welt und nunmehr mit aktuell hinzukommenden Verkehrsteilnehmern, nämlich einem Fahrrad, das sich im blinden Bereich des betrachteten Fahrzeugs befindet, und einem dritten Fahrzeug, und
- 7: eine Darstellung gemäß 6 in der virtuellen Verkehrsumgebung, nachdem das Fahrrad und auch das dritte Fahrzeug erkannt wurden.
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Aus 1 sind die wesentlichen Bauteile des Systems ersichtlich. Ein Server 20 beherbergt ein verwaltetes Verzeichnis zur Speicherung und Beschreibung von digitalen Objekten für ein digitales Archiv. Das System hat mindestens einen Server 20, es kann auf mehreren Servern 20 laufen, die miteinander in Verbindung stehen. Eine Serververbindungseinheit 22 COMM erlaubt es den einzelnen Servern 20 miteinander zu kommunizieren und Daten mit der Außenwelt auszutauschen. Eine virtuelle Verkehrsumgebung 24 VIRTUAL ist eine dreidimensionale grafische Wiedergabe in Realzeit des Verkehrs in der realen Welt, einschließlich der Straßen, der Verkehrsteilnehmer, Hindernisse, Gebäude usw. in einem gegebenen betreuten geografischen Bereich. Diese Echtzeitrekonstitution ergibt sich zumindest aus folgenden Informationen: Der Standort des betrachteten Fahrzeugs über z.B. GPS, die Sensorinformation des betrachteten Fahrzeugs, digitale Karten usw..
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In einer Weiterentwicklung der virtuellen Verkehrsumgebung 24 könnte die virtuelle Verkehrsumgebung 24 auf eine X-in the-loop-Umgebung umgestellt werden, um die Genauigkeit der Karte zu erhöhen, um die Entwicklung des Verkehrs in der virtuellen Welt besser vorherzusagen zu können usw..
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Eine digitale Kartierung und 3D-Karte 26 MAP erfasst den betreuten geografischen Bereich und bietet genügend Details und Auflösung. Dies kann mit vorhandenen Karten wie z.B. Googlemaps zusammengeführt werden. Die Karten können nach Region klassifiziert werden oder können von einer dedizierten Datenbank für eine bestimmte Region abgefragt werden. Die Karten können kontinuierlich durch von Satelliten, Drohnen und anderen Überwachungsmitteln erhaltene Informationen verbessert und aktualisiert werden.
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Eine betreute geografische Region ist mit 28 REGION dargestellt. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist jede einzelne virtuelle Verkehrsplattform zuständig für eine bestimmte geografische Region 28. Diese Region 28 kann entweder einer virtuellen Plattform fest zugeordnet sein, wobei der Server 20 der virtuellen Plattform vorzugsweise physikalisch in oder nahe der Region 28 angeordnet ist. Die Region 28 kann auch dynamisch angepasst werden, abhängig von der Verkehrslage, der Zeit (Stoßzeiten des Verkehrs), vom möglichen Ausfall eines anderen Servers usw., um eine ausreichende Erfassung über den gesamten Verkehrsraum zu ermöglichen. Dabei wird vorzugsweise mit einer Lupenfunktion gearbeitet, um einen Verkehrsraum besonders intensiv betrachten und behandeln zu können, der eine hohe Aufmerksamkeit erfordert, beispielsweise eine kritische Kreuzung in einer Stadt. In einer Weiterbildung der Erfindung wird der überwachte geografische Bereich, der einem bestimmten Server zugeordnet ist, so definiert, dass eine Überlappung mit überwachten Regionen, die anderen Servern zugeordnet sind, besteht.
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Ein drahtloses Kommunikationssystem 30 RX TX ist als Kommunikationsnetzwerk mit ausgesprochen großer Bandbreite ausgelegt, es ermöglicht die Verbindung des Servers 20 mit den einzelnen Verkehrsteilnehmern 32 PARTIC in Echtzeit. Es wird beispielsweise eine 5G-Technik eingesetzt oder eine höherwertige Verbindungstechnik.
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Als Verkehrsteilnehmer 32 wird jeder Teilnehmer bezeichnet, der sich bewegt und dabei mit dem Verkehr interagiert. Es kann sich um ein Fahrzeug, ein Fahrrad, einen Fußgänger, ein Tier oder irgendeine andere bewegbare Sache handeln.
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Eine Kommunikationseinheit 34 PCOMM des einzelnen Verkehrsteilnehmers 32 erlaubt es den damit ausgestatteten Verkehrsteilnehmern 32, mit dem Server 20 kommunizieren und Daten auszutauschen. Es kann sich um ein Smartphone eines Fußgängers, ein intelligentes Halsband für einen Hund, einen Router für ein Fahrzeug oder dergleichen handeln.
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Ein Verkehrsteilnehmersensor 36 SENSOR erlaubt es, Informationen über den Verkehr in der Umgebung des Verkehrsteilnehmers 32 in einem engeren (z.B. bis zu 100 m) und einem mittleren (z.B. bis zu 200 m) Abstandsbereich zu erfassen und abzurufen.. Es können auch Sensoren 36 mit anderen Erfassungsbereichen eingesetzt werden. Vorzugsweise werden mehrere Sensoren 36 verwendet. Ein derartiger Sensor 36 für einen Fußgänger kann ein intelligentes Telefon, eine intelligente Brille, intelligente Uhr oder dergleichen sein. Ein Sensor eines Fahrzeugs kann eine Kamera, Lidar, Radar, Ultraschallsensor, Laser oder dergleichen sein. Die von den Sensoren gesammelten Informationen werden zum Server 20 übertragen. Diese Informationen können die geografischen Koordinaten oder Position (z.B. GPS), ein Bild, z.B. mit der Kamera erfasst, eine Sammlung von dreidimensionalen Echos, beispielsweise über Lidar, Radar, Ultraschall, Laser erhalten, in Bezug auf die Lage der anderen Verkehrsteilnehmer beinhalten.
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Eine Verkehrsteilnehmersteuerung 38 CONTR ist für alle Benutzer, die sich motorisiert bewegen, vorgesehen. Sie kann auch für andere vorgesehen sein. Nutzer von nicht-motorisierten Mobilitätslösungen können über ihre Kommunikationseinheit 34 über mögliche Gefahren, Ereignisse, kritische Situationen, Empfehlungen usw. informiert werden. In einer bevorzugten Implementierung der Erfindung beschreiben die Elemente der Verkehrsteilnehmersteuerung 38 Steuersoftware eines Fahrzeugs, die mit der virtuellen Verkehrsplanform wechselwirkt, um mindestens einige der folgenden Aktivitäten auszuführen: Virtuelle Sensorik (mit Hilfe der Informationen der virtuellen Verkehrsplattform, um einen fehlenden Sensor zu ersetzen). Sensor-Erweiterung (mit Hilfe der Information der virtuellen Verkehrsplattform, zur Verbesserung der Genauigkeit oder Reichweite eines Sensors). Virtuelle Steuerungen (unter Verwendung des Algorithmus der virtuellen Verkehrsplattform, um einen fehlenden Steuerungs-Algorithmus an Bord des betrachteten Fahrzeugs zu ersetzen). Erweiterung der Steuerung, wobei der Algorithmus der virtuellen Verkehrsplattform zur Verbesserung der Genauigkeit einer eingebetteten Steuerungssoftware verwendet wird.
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Ein Modul für Verkehrsteilnehmerüberwachung 40 MONIT bestimmt, welche virtuelle Plattformumgebung für einen verbundenen Verkehrsteilnehmer 32 relevant ist, basierend auf dem Standort dieses Verkehrsteilnehmers 32. Die virtuelle Plattformumgebung kann eine virtuelle Plattform sein, mit der der Verkehrsteilnehmer 32 Daten austauschen kann. Wenn sich der Verkehrsteilnehmer 32 in einem Überlappungsbereich befindet, der durch mindestens zwei virtuelle Verkehrsumgebungen abgedeckt ist, wird eine Übergabe vorbereitet, um eine nahtlose Verbindung des Verkehrsteilnehmers 32 mit der nächsten virtuellen Verkehrsumgebung sicherzustellen, wie dies bei Handynetzen bekannt ist. Ein Algorithmus für die Wegvorhersage kann helfen, um zu bestimmen, welche virtuelle Umgebung am besten für den zu erwartenden, zukünftigen Standort des Verkehrsteilnehmers 32 geeignet ist.
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Ein Modul für virtuelle Steuerung und Unterstützung 42 MODUL repräsentiert die Dienste, die von der virtuellen Verkehrsumgebung einem Verkehrsteilnehmer 32 angeboten werden können. Typischerweise kann die virtuelle Umgebung verwendet werden, um Verkehrsteilnehmern 32 Informationen über den Fernbereich oder andere weitreichende Angaben bereitzustellen, die im Allgemeinen mit der Fähigkeit ausgestattet sind, Nahbereichs- oder Mittelbereichs-Erkennungen durchzuführen. Diese Dienste können einfache Verkehrsinformationen sein wie eine Benachrichtigung, Beratung, Meldung. Oder sie können Steuerinformationen sein, wie virtuelle Sensorik (mit Hilfe der Informationen der virtuellen Verkehrsplattform, um einen fehlenden Sensor zu ersetzen). Eine Sensorerweiterung (mit Hilfe der Informationen der virtuellen Verkehrsplattform zur Verbesserung der Genauigkeit und/oder Reichweite eines Sensors). Virtuelle Steuerung mit Algorithmus der virtuellen Verkehrsplattform, um einen fehlenden Kontrollalgorithmus an Bord des betrachteten Fahrzeugs bzw. Verkehrsteilnehmers zu ersetzen). Steuerung einer Erweiterung (Verwenden des Algorithmus der virtuellen Verkehrsplattform zur Verbesserung der Genauigkeit einer eingebetteten Steuerungssoftware).
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Das nun folgende Ausführungsbeispiel betrifft eine virtuelle Assistenzsteuerung für einen Einparkvorgang. Hierzu wird das System gemäß 1 benutzt. 2 zeigt eine Szene in der realen Welt. Ein betrachtetes Fahrzeug 50 will in einen hinter einem Bordstein 52 befindlichen Zwischenraum zwischen zwei geparkten Fahrzeugen 54, 56 einparken. Es gibt Gebäude 60 auf der Seite dieser Parkplätze.
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Die Abfolge der 2 bis 7 zeigt schrittweise, wie die 3-dimensionale virtuelle Darstellung der aktuellen Verkehrssituation erzeugt wird.
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Das betrachtete Fahrzeug 50 ist mit der virtuellen Verkehrsplattform (Server 20) verbunden und überträgt seine Koordinaten und sonstigen Informationen. Die virtuelle Plattform hat Zugang zu einer hochauflösenden dreidimensionalen Karte 26 des geographischen Bereichs 28. In dieser Karte ist auch die Anwesenheit eines z.B. 10 cm hohen Bordsteins 52 vermerkt, weiterhin enthält die Karte Information über eine zweispurige Straße und einige Gebäude, darunter die Gebäude 60 usw.. Die virtuelle Verkehrsplattform kennt jedoch die beiden geparkten Fahrzeuge 54, 56 nicht, weil diese nicht mit Konnektivität ausgestattet sind. Sie sind passiv, sie nicht ständig am Ort vorhanden.
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3 zeigt die dreidimensionale Rekonstitution der virtuellen Verkehrsplattform.
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In der realen Welt aktiviert das betrachtete Fahrzeug 50 zunächst einen Erfassungsmodus, es führt eine sogenannte Erfassungsphase durch. Dabei versucht es, einen geeigneten Parkplatz zu identifizieren. Es werden u.a. eine Anzahl von Echos (dargestellt durch Sterne) der von dem betrachteten Fahrzeug ausgesandten Signale erfasst, wenn das betrachtete Fahrzeug 50 die Position 58 erreicht hat, dies ist in 4 dargestellt. Das betrachtete Fahrzeug 50, das sich weiterhin in der Position 58 befindet, hat die Parkbucht 62 erfasst und identifiziert. Informationen während der Erfassungsphase werden an die virtuelle Verkehrsplattform übermittelt. Diese fügt die geparkten Fahrzeugen 54, 56 als virtuelle Objekte in ihre Darstellung ein. Während der Erfassungsphase überträgt das betrachtete Fahrzeug 50 seine aktuelle Position 58.
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Die erweiterte dreidimensionale virtuelle Rekonstitution der Umgebung ist in 5 dargestellt. In diesem Stadium kennt die virtuelle Verkehrsumgebung die Eigenschaften und die Position der Gebäude 60 sowie des Bordsteins 52. Zusätzlich ist die Position 58 des betrachteten Fahrzeugs bekannt. Diese Information könnte bereits an das System für Einparken des betrachtenden Fahrzeugs gegeben werden, um die Planung der Trajektorie zu verfeinern (z.B. eine bestimmte Motordrehzahl vorzugeben, um den Bordstein 52 auf sanfte und sichere Weise zu überrollen).
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In der realen Welt startet nun das System für Einparken (Einparkassistent) ein Manöver mit verbesserter Trajektorie und Steuerung. Genau während dieses Vorgangs nähert sich jedoch ein drittes Fahrzeug 64. Dieses erfasst mit Hilfe seines eigenen Kamerasensors ein Fahrrad 66, das sich ebenfalls nähert, sich jedoch im blinden Bereich des betrachteten Fahrzeugs 50 befindet. Ohne eine Reaktion des betrachteten Fahrzeugs 50 könnte es zu einer Kollision mit dem Fahrrad 66 kommen. Die Situation in der realen Welt ist in 6 dargestellt.
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Das dritte Fahrzeug 64 sendet seine Kamerainformation und sendet weitere Informationen an die virtuelle Verkehrsplattform. Diese realisiert das Fahrrad 66 und positioniert es entsprechend in der dreidimensionalen Rekonstitution. Die virtuelle Verkehrsplattform könnte nun selbst das Risiko einer Kollision ermitteln und einen unmittelbaren Bremsbefehl an das betrachtete Fahrzeug 58 senden, dies mit einer Benachrichtigung, das Manöver anzuhalten. Danach könnte sie einen Befehl, das Einparken fortzusetzen, an das betrachtete Fahrzeug 50 senden, sobald das Fahrrad 66 sich außerhalb eines Kollisionsbereichs befindet. Alternativ könnte die virtuelle Verkehrsplattform aber auch der Steuerung für Einparken des betrachteten Kraftfahrzeugs 50 die Position und die Trajektorie des Fahrrads 66 übermitteln. Dann kann deren Steuerungsalgorithmus die neue Information in die eigene Strategie aufnehmen und selbst entscheiden, ob das Einparkmanöver angehalten wird, bis das Fahrrad 66 vorbeigefahren ist, oder nicht.
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7 veranschaulicht die virtuelle Verkehrsrekonstitution einschl. des dritten Fahrzeugs 64 und des Fahrrads 66 sowie der aktuellen Position 58 des betrachteten Fahrzeugs 50, die alle auf die virtuelle Verkehrsplattform übertragen wurden.
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Das Verfahren und die Algorithmen weisen mindestens folgende Teile auf: Einen Hosting-Server, ein Hochgeschwindigkeits-Kommunikationssystem, mindestens einen Verkehrsteilnehmer und eine Sammlung virtueller Dienste und virtueller Unterstützung aus der virtuellen Umgebung an den Verkehrsteilnehmer. Die Methoden und Algorithmen zur Implementierung einer virtuellen Verkehrsumgebung auf einem Hosting-Server weisen insbesondere auf: Eine Server-Kommunikationseinheit zum Datenaustausch mit der Außenwelt, eine Echtzeit-SDgrafische Rekonstruktion des realen Weltverkehrs (Straße, Gebäude, Hindernis, Verkehrsteilnehmer ...), dabei hat der Hosting-Server Zugriff auf eine Datenbank mit 3D-hochauflösender Kartografie oder Karte und dem Hosting-Server ist ein geografisches Gebiet zugeordnet, für das es den realen Weltverkehr rekonstituieren soll.
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Die Methoden und Algorithmen zur Interaktion mit Verkehrsteilnehmern weisen vorzugsweise mindestens eines, vorzugsweise mehrere der folgenden Merkmale auf:
- - Die Verkehrsteilnehmer sind mittels intelligenter Geräte, zum Beispiel Smartphones, Router, mit dem Server verbunden und bewegen sich im Verkehr, es handelt sich beispielsweise um ein Fahrzeug, ein Fahrrad, einen Fußgänger, ein Tier.
- - Die Verkehrsteilnehmer sind mit mindestens einem Sensor ausgerüstet, der zumindest für die Überwachung einer Kurzstrecke und / oder einer mittleren Reichweitenregion um die Verkehrsteilnehmer ausgelegt ist.
- - Die Verkehrsteilnehmer übermitteln kontinuierlich folgende Informationen an die virtuelle Verkehrsumgebung:
- a) Ihre Position oder geografische Koordinate (z. B. GPS).
- b) Die von den Sensoren erfassten Informationen (Kamera, Lidar, Radar, Laser, Ultraschall ...).
- c) Informationen, die sich auf ihre Zustände beziehen, wenn sie verfügbar sind (z. B. Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung, Gier, Neigung, Rolle ...).
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Die Methoden und Algorithmen zur Überwachung der Kommunikation zwischen Verkehrsteilnehmer und Hosting-Servern weisen vorzugsweise folgende Merkmale auf:
- - Die Verkehrsteilnehmer sind mindestens einem Hosting-Server aufgrund ihres Standortes zugeordnet.
- - Eine Handover-Prozedur ermöglicht es, den Hosting-Server, der einem Verkehrsteilnehmer aktuell zugeordnet ist, auf einen anderen Server einer anderen geographischen Region zu ändern, wenn der Verkehrsteilnehmer eine bestimmte Region verlässt.
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Die Methoden und Algorithmen, um in Echtzeit den realen Verkehr in einer virtuellen Umgebung zu rekonstituieren, weisen vorzugsweise folgende Merkmale auf:
- - Die Rekonstitution basiert auf zumindest einer, vorzugsweise einigen hochauflösenden 3D-Karten.
- - Die Rekonstitution richtet sich nach dem Standort der angeschlossenen Verkehrsteilnehmer.
- - Die Rekonstitution erfolgt auf Basis der von den angeschlossenen Verkehrsteilnehmern übermittelten Sensorinformationen.
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Die Methoden und Algorithmen zur Definition einer überwachten Region durch einen Hosting-Server weisen vorzugsweise mindestens eines, insbesondere aber mehrere der folgenden Merkmale auf:
- - Der Hosting-Server überwacht einen festen, vordefinierten geografischen Bereich
- - Die von einem Hosting-Server überwachte Region kann sich, z.B. maximal 5 %, insbesondere maximal 2 % des überwachten Bereichs, mit dem überwachten Bereich eines anderen Hosting-Servers überlappen.
- - Der geografische Bereich kann einem Hosting-Server nach folgenden Kriterien dynamisch zugewiesen werden:
- i) Der Hosting-Server befindet sich innerhalb oder in der Nähe des überwachten Bereichs
- ii) Als Kriterium werden Datum und Uhrzeit (z. B. Verkehrsspitzenzeiten) verwendet
- iii) Die Verkehrsdichte wird als Kriterium verwendet (z. B. zugewiesen einem Server mit einer hohen Verkehrsdichte und Stau)
- iv) Eine Vorhersage basierend auf historischen Daten wird als Kriterium herangezogen.
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Die Methoden und Algorithmen, um den Verkehrsteilnehmern virtuelle Kontrolltasten aus der virtuellen Verkehrsumgebung zur Verfügung zu stellen, weisen vorzugsweise mindestens eines, insbesondere aber mehrere der folgenden Merkmale auf:
- - Die Funktionalität kann Virtual Sensing sein (mit den Informationen der virtuellen Verkehrsplattform, um einen fehlenden Sensor des Verkehrsteilnehmers zu ersetzen)
- - Die Funktionalität kann Sensor-Erweiterung (mit der Information der virtuellen Verkehrsplattform zur Verbesserung der Genauigkeit / Reichweite eines Sensors des Verkehrsteilnehmers) sein.
- - Die Funktionalität kann Virtuelle Steuerung (mit Algorithmus der virtuellen Verkehrsplattform, um einen fehlenden On-Board-Steuerungsalgorithmus des Verkehrsteilnehmers zu ersetzen) sein.
- - Die Funktionalität kann Erweiterung der Steuerung (mit Algorithmus der virtuellen Verkehrsplattform zur Verbesserung der Genauigkeit einer eingebetteten Steuerelement-Software des Verkehrsteilnehmers) sein.
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Die Steuerung eines betrachteten Fahrzeugs 50 in einer realen Verkehrsumgebung, das insbesondere im autonomen Fahrbetrieb ist, erfolgt mittels einer virtuellen Verkehrsumgebung 24, die für ein geographisches Gebiet auf einem Server 20 in Echtzeit erstellt wird. Eine dabei erhaltene 3-dimensionale virtuelle Darstellung der aktuellen Verkehrssituation um das betrachtete Fahrzeug 50 herum wird diesem in Echtzeit übermittelt. Der Server 20 ist mit einer Vielzahl von Verkehrsteilnehmern 32, zu denen auch das betrachtete Fahrzeug 50 gehört, bidirektional über ein drahtloses Kommunikationssystem 30 verbunden. Zumindest einige der Verkehrsteilnehmer 32, darunter auch das betrachtete Fahrzeug 50, sind mit Sensoren 36 ausgerüstet, die den Bereich um den jeweiligen Sensor 36 erfassen und die entsprechende Information an den Server 20 übermitteln, der aus vorhandenen Kartendaten und den erhaltenen Informationen eine 3-dimensionale virtuelle Darstellung der aktuellen Verkehrssituation erzeugt.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Server
- 22
- Serververbindungseinheit
- 24
- virtuelle Verkehrsumgebung
- 26
- Digitale Kartierung und 3D-Karte
- 28
- relevante, erfasste geographische Region
- 30
- Drahtloses Kommunikationssystem
- 32
- Verkehrsteilnehmer
- 34
- Kommunikationseinheit (des einzelnen Verkehrsteilnehmers)
- 36
- Verkehrsteilnehmersensor
- 38
- Verkehrsteilnehmersteuerung
- 40
- Verkehrsteilnehmerüberwachung
- 42
- Modul für virtuelle Steuerung und Unterstützung
- 50
- betrachtetes Fahrzeug
- 52
- Bordstein
- 54
- geparktes Fahrzeug
- 56
- geparktes Fahrzeug
- 58
- aktuelle Position
- 60
- Gebäude
- 62
- Parkbucht
- 64
- drittes Fahrzeug
- 66
- Fahrrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112012004771 T5 [0007, 0009]
- US 2014/0063064 A1 [0008]
- US 2016/0189544 A1 [0009]
