DE102017217212A1 - Verfahren zur Lokalisierung eines höher automatisierten Fahrzeugs (HAF), insbesondere eines hochautomatisierten Fahrzeugs, und ein Fahrzeugsystem - Google Patents

Verfahren zur Lokalisierung eines höher automatisierten Fahrzeugs (HAF), insbesondere eines hochautomatisierten Fahrzeugs, und ein Fahrzeugsystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines höher automatisierten Fahrzeugs (HAF), insbesondere eines hochautomatisierten Fahrzeugs, in einer digitalen Karte, umfassend die Schritte:S1 Ermittlung einer globalen Posenschätzung für das HAF durch ein Lokalisierungsmodul eines Fahrzeugsystems des HAF, wobei die globale Posenschätzung eine Position und Orientierung des HAF umfasst;S2 Übermittlung von zumindest einer Landmarkenposition und zumindest einer zugeordneten Landmarkeneigenschaft an das Fahrzeugsystem;S3 Ermittlung einer relativen Position der Landmarkenposition bezüglich des HAF zumindest teilweise auf Grundlage der Posenschätzung und der Landmarkenposition;S4 Durchführung zumindest einer Sensormessung und Überprüfung dahingehend, dass an der relativen Position die zumindest eine Landmarkeneigenschaft detektierbar ist; undS5 Ausgabe eines Fehlerindikators als Ergebnis der in Schritt S4 durchgeführten Überprüfung.Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes System sowie ein Computerprogramm.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines höher automatisierten Fahrzeugs (HAF), insbesondere eines hochautomatisierten Fahrzeugs, in einer digitalen Karte und ein Fahrzeugsystem zur Steuerung eines höher automatisierten Fahrzeugs (HAF), insbesondere eines hochautomatisierten Fahrzeugs.
  • Stand der Technik
  • Angesichts einer Zunahme des Automatisierungsgrades von Fahrzeugen werden immer komplexere Fahrzeugsysteme eingesetzt. Für solche Fahrzeugsysteme und Funktionen, wie z.B. dem hochautomatisierten Fahren oder dem vollautomatisierten Fahren, wird eine große Anzahl an Sensoren im Fahrzeug benötigt, die eine exakte Erfassung des Fahrzeugumfelds ermöglichen.
  • Im Folgenden werden unter höher automatisiert all diejenigen Automatisierungsgrade verstanden, die im Sinne der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) einer automatisierten Längs- und Querführung mit steigender Systemverantwortung entsprechen, z.B. das hoch- und vollautomatisierte Fahren.
  • Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von Möglichkeiten offenbart, ein Verfahren zur Lokalisierung eines höher automatisierten Fahrzeugs (HAF), insbesondere eines hochautomatisierten Fahrzeugs, durchzuführen. So setzen beispielsweise aktuelle Fahrzeugsysteme (engl. Advanced Driver Assistance Systems (ADAS)) und hochautomatisierte Fahrzeugsysteme für UAD (urban automated driving) in steigendem Maße detailliertes Wissen über das Fahrzeugumfeld und Situationsbewusstsein voraus. Als Grundlage für die Wahrnehmung des Umfelds werden dabei Sensormessdaten verwendet, aus denen mit Hilfe sogenannter Detektor-Algorithmen verschiedene Objekte wie z.B. Fahrbahnmarkierungen, Masten und Verkehrsschilder extrahiert werden können. Anhand dieser Objekte kann dann ein Fahrzeugumfeld modelliert werden, anhand dessen beispielsweise eine Trajektorie für ein Ego-Fahrzeug geplant oder sonstige Handlungsentscheidungen getroffen werden können. Neben der Onboard-Sensorik werden in zunehmendem Maße auch Informationen aus Karten als zusätzliche Quellen verwendet, wobei die Karten von einem zentralen Karten- bzw. Backend-Server an das jeweilige Fahrzeug übertragen werden können. Anschließend werden in dem Fahrzeugsystem die empfangenen Umfeldinformationen aus den Karten mit den detektierten Umfeldinformationen gematcht. Auf diese Weise wird eine globale Fahrzeuglokalisierung ermöglicht. Um benötigte Informationen aus der Karte nutzen zu können, muss eine minimale Lokalisierungsgenauigkeit überschritten werden.
  • So sind beispielsweise Lokalisierungsverfahren bekannt, die auf einer Kombination von GNSS genannten globalen Satellitennavigationssystemen, wie beispielsweise GPS, GLONASS oder Galileo, und Fahrdynamiksensoren, wie beispielsweise Drehratensensoren, Beschleunigungssensoren, Lenkradwinkelsensoren oder Raddrehzahlensensoren basieren. Ausschlaggebend für die Genauigkeit einer auf GNSS basierenden Fahrzeuglokalisierung ist bekanntermaßen die Qualität der GNSS-Auflösung, die jedoch örtlichen und zeitlichen Schwankungen unterliegt. Diese Genauigkeit kann durch Korrekturdienste verbessert werden.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines höher automatisierten Fahrzeugs (HAF), insbesondere eines hochautomatisierten Fahrzeugs und ein verbessertes Fahrzeugsystem zur Steuerung eines höher automatisierten Fahrzeugs (HAF), insbesondere eines hochautomatisierten Fahrzeugs bereitzustellen, mit dem die oben genannten Nachteile zumindest verbessert werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Lokalisierung eines höher automatisierten Fahrzeugs (HAF), insbesondere eines hochautomatisierten Fahrzeugs, in einer digitalen Karte bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte:
    • S1 Ermittlung einer globalen Posenschätzung für das HAF durch ein Lokalisierungsmodul eines Fahrzeugsystems des HAF, wobei die globale Posenschätzung eine Position und Orientierung des HAF umfasst;
    • S2 Übermittlung von zumindest einer Landmarkenposition und zumindest einer zugeordneten Landmarkeneigenschaft an das Fahrzeugsystem;
    • S3 Ermittlung einer relativen Position der Landmarkenposition bezüglich des HAF zumindest teilweise auf Grundlage der Posenschätzung und der Landmarkenposition;
    • S4 Durchführung zumindest einer Sensormessung und Überprüfung dahingehend, dass an der relativen Position die zumindest eine Landmarkeneigenschaft detektierbar ist; und
    • S5 Ausgabe eines Fehlerindikators als Ergebnis der in Schritt S4 durchgeführten Überprüfung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren desweiteren, dass in Abhängigkeit von dem Wert des Fehlerindikators zumindest einer der folgenden Schritt S6, S7 und/oder S8 ausgeführt wird. Wobei im Schritt S6 eine Bestätigung der in Schritt S1 durchgeführten Posenschätzung in dem Fall erfolgt, dass der Fehlerindikator wiedergibt, dass an der relativen Position die zumindest eine Landmarkeneigenschaft detektiert wurde. Im Schritt S7 wird die im Schritt S1 durchgeführte Posenschätzung in dem Fall verworfen, dass der Fehlerindikator wiedergibt, dass an der relativen Position zumindest eine Landmarkeneigenschaft nicht detektierbar ist. Im Schritt S8 wird die in Schritt S2 übermittelte Landmarkenposition in dem Fall außer Acht gelassen, dass der Fehlerindikator wiedergibt, dass an der relativen Position keine Beobachtungen möglich sind.
  • Vorzugsweise beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte S9 und S10, wobei Schritt S9 ein erneutes Durchführen der Schritte S3 bis S5 für eine definierte Anzahl weiterer in Schritt S2 übermittelter Landmarken umfasst und Schritt S10 ein Reset des Lokalisierungsmoduls in dem Fall, dass der Schritt S7 für alle der in Schritt S9 untersuchten Landmarken dazu führt, dass die in Schritt S1 durchgeführte Posenschätzung verworfen wird, sowie ein Durchführen einer Relokalisierung; wobei die Relokalisierung vorzugsweise durch einen Partikel-basierten Ansatz erfolgt.
  • Dabei ist es von Vorteil, wenn die in Schritt S1 durchgeführte Posenschätzung auf Basis eines Map-Matching-Algorithmus durchgeführt wird.
  • Grundsätzlich kann die in Schritt S1 erfolgte Posenschätzung auf Grundlage eines von einem Backendserver übertragenen dichten Belegungsgitters erfolgt.
  • Vorteilhafterweise erfolgt dabei die in Schritt S1 durchgeführte Posenschätzung zumindest teilweise durch Sensormessungen.
  • Dabei ist denkbar, dass die in Schritt S1 durchgeführte Posenschätzung zumindest teilweise auf Grundlage eines satellitenbasierten Lokalisierungsverfahrens, insbesondere GPS, durchgeführt wird.
  • Für das weitere Vorgehen ist es in einer Ausführungsform der Erfindung vorteilhafterweise vorgesehen, dass die in Schritt S1 durchgeführte Posenschätzung zumindest teilweise auf Grundlage einer Transformation zwischen aktuellen Sensorbeobachtungen und einem in einer digitalen Karte hinterlegten Kartenausschnitt erfolgt.
  • Dabei hat es sich als Vorteil herausgestellt, dass in Schritt S2 eine Vielzahl Landmarkenpositionen und zugeordneter Landmarkeneigenschaften übertragen werden, und dass die Schritte S3 bis S8 für jede der übermittelten Landmarkenpositionen und zugeordneter Landmarkeneigenschaften durchgeführt werden.
  • Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Fahrzeugsystem zur Steuerung eines höher automatisierten Fahrzeugs (HAF), insbesondere eines hochautomatisierten Fahrzeugs, wobei das Fahrzeugsystem zumindest ein Lokalisierungsmodul, zumindest einen Sensor zur Detektierung Erfassung von Landmarkeneigenschaften in der Umgebung des HAF und eine Steuervorrichtung umfasst, wobei die Steuervorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.
  • Ferner bildet auch Computerprogramm, umfassend Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird, einen Gegenstand der Erfindung.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung im Folgenden hauptsächlich in Zusammenhang mit Personenkraftwagen beschrieben wird, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern kann mit jeder Art von Fahrzeug Lastkraftfahrzeuge (LKW) und/oder Personenkraftwagen (PKW) genutzt werden.
  • Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung, welche in der Figur dargestellt sind. Dabei ist zu beachten, dass die dargestellten Merkmale nur einen beschreibenden Charakter haben und auch in Kombination mit Merkmalen anderer oben beschriebener Weiterentwicklungen verwendet werden können und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Die Zeichnung ist schematisch und zeigt:
    • 1 ein Ablaufschema einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
    • 2 ein Fahrzeugumfeld dargestellt in Form von Sensormessungen und Landmarken.
  • In Schritt S1 der 1 wird eine globale Posenschätzung für ein höher automatisiertes Fahrzeug (HAF) durch ein Lokalisierungsmodul eines HAF durchgeführt, wobei unter einer Posenschätzung hierbei die Summe der Informationen einer Position und einer Orientierung des HAF verstanden wird. Dabei kann diese Lokalisierung durch das Lokalisierungsmodul eines Fahrzeugsystems auf Basis eines von einem Backendserver übertragenen dichten Belegungsgitters sowie anhand von Sensormessungen durchgeführt werden. Dies geschieht vorzugsweise unter Verwendung sogenannter Map-Matching-Algorithmen, welche die Transformation zwischen den aktuellen Sensorbeobachtungen und dem in einer digitalen Karte hinterlegten aktuellen Kartenausschnitt schätzen.
  • Die Posenschätzung kann zumindest teilweise auf Grundlage eines satellitenbasierten Lokalisierungsverfahrens, insbesondere GPS, durchgeführt werden.
  • In dem Belegungsgitter ist das Umfeld des HAF in Zellen unterteilt, wobei für jede Zelle beispielsweise eine Klassifikation in „befahrbar“ und „belegt“ gespeichert ist. Neben der Befahrbarkeit kann auch eine Klassifikation anhand anderer Merkmale gespeichert sein, beispielsweise eine reflektierte Radar-Energie. Neben der guten Komprimierbarkeit ist ein Vorteil des Belegungsgitters der hohe Abstraktionsgrad, der auch eine Fusion von verschiedenartigen Sensoren, wie beispielsweise Stereokamera, Radar, LiDAR oder Ultraschall ermöglicht.
  • In einem Schritt S2 erfolgt eine Übermittlung von zumindest einer, vorzugsweise mehrerer Landmarkenpositionen 200 und zumindest einer, vorzugsweise mehrerer zugeordnete Landmarkeneigenschaften an das automatisierte Fahrzeugsystem. Diese Übermittlung erfolgt zusätzlich zu der Übermittlung des Belegungsgitters.
  • In einem Schritt S3 werden relative Positionen der Landmarkenpositionen 200 bezüglich des HAF zumindest teilweise auf Grundlage der Posenschätzung und der Landmarkenpositionen 200 ermittelt.
  • In einem Schritt S4 wird zumindest eine Sensormessung 100, bevorzugterweise mehrere Sensormessungen 101, 102, 103 durchgeführt und eine Überprüfung dahingehend, ob an der relativen Position die übertragenen Landmarkeneigenschaften detektierbar sind. Für ein korrektes Map-Matching Ergebnis sind die Landmarkenpositionen 200 in den aktuellen Sensormessungen bekannt.
  • In einem Schritt S5 erfolgt die Ausgabe eines Fehlerindikators als Ergebnis der in Schritt S4 durchgeführten Überprüfung.
  • Dabei gibt es mehrere Möglichkeiten, die Gültigkeit des Matching-Ergebnisses zu überprüfen:
  • Möglichkeit 1: Bestätigung der in Schritt S1 durchgeführten Posenschätzung in dem Fall, dass der Fehlerindikator wiedergibt, dass an der relativen Position die zumindest eine Landmarkeneigenschaft detektiert wurde. Dies ist in 1 durch den Schritt S6 repräsentiert und ist gleichbedeutend damit, dass im Bereich der vermuteten Landmarkenpositionen 200 korrespondierende Sensormessungen 100, beispielsweise LiDAR-Messungen, vorhanden sind. Lässt sich in diesen Sensormessungen 100 mit hinreichend hoher Wahrscheinlichkeit der vorgegebene Landmarkentyp detektieren, so wird auch das gesamte Matching-Ergebnis als gültig anerkannt.
  • Ein derartiger Fall wird beispielsweise in 2 dargestellt. Das Matching-Ergebnis wurde auf Basis der dargestellten Sensormessungen 100, 101, 102, 103 ermittelt. Zweifach umrandet sind beispielsweise Landmarkenpositionen 201, 202, 203 welche in dem LiDAR Scan gefunden werden konnten.
  • Möglichkeit 2: Verwerfen der in Schritt S1 durchgeführten Posenschätzung in dem Fall, dass der Fehlerindikator wiedergibt, dass an der relativen Position zumindest eine Landmarkeneigenschaft nicht detektierbar ist. Dies ist in 1 durch den Schritt S7 repräsentiert und gleichbedeutend damit, dass im Bereich der vermuteten Landmarkenpositionen 200 keine Sensormessungen 100 vorhanden sind. Dies wird als deutlicher Hinweis auf ein ungültiges Matching-Ergebnis gewertet.
  • Möglichkeit 3: Außer Acht lassen der in Schritt S2 übermittelten Landmarkenposition 201, 202, 203 in dem Fall, dass der Fehlerindikator wiedergibt, dass an der relativen Position keine Beobachtungen möglich sind. Dies ist in 1 durch den Schritt S8 repräsentiert. Ein solcher Fall tritt beispielsweise auf, wenn im Bereich der vermuteten Landmarkenpositionen 200 nennenswerte Verdeckungen des Fahrzeugumfelds auftreten, beispielsweise durch parkende Fahrzeuge oder temporäre Hindernisse. In diesem Fall ist keine Aussage möglich.
  • Je nach Anzahl der übermittelten Landmarkenpositionen 200, 201, 202, 203 werden die Schritte S3 bis S5 für die definierte Anzahl der in Schritt S2 Landmarkenpositionen 200, 201, 202, 203 sequenziell durchgeführt, was in der 1 durch den Schritt S9 angedeutet ist.
  • In einem in 1 mit S10 bezeichneten Schritt wird ein Reset des Lokalisierungsmoduls in dem Fall durchgeführt, dass der Schritt S7 für alle der in Schritt S9 untersuchten Landmarken dazu führt, dass die in Schritt S1 durchgeführte Posenschätzung verworfen wird. In diesem Fall wird eine Relokalisierung des Lokalisierungsmoduls ausgeführt, wobei die Relokalisierung vorzugsweise durch einen Partikel-basierten Ansatz erfolgt. Auf einem solchen Ansatz basierende Algorithmen sind im Stand der Technik bekannt.
  • Ein Fahrzeugsystem zur erfindungsgemäßen Steuerung eines HAF, insbesondere eines hochautomatisierten Fahrzeugs, muss demnach umfassen:
    • • zumindest ein Lokalisierungsmodul;
    • • zumindest einen Sensor zur Erfassung von Landmarkeneigenschaften in einer Umgebung des HAF;
    • • eine Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.
  • Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung.
  • Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen sowie Kombinationen von Merkmalen umfassen können.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Lokalisierung eines höher automatisierten Fahrzeugs (HAF), insbesondere eines hochautomatisierten Fahrzeugs, in einer digitalen Karte, umfassend die Schritte: S1 Ermittlung einer globalen Posenschätzung für das HAF durch ein Lokalisierungsmodul eines Fahrzeugsystems des HAF, wobei die globale Posenschätzung eine Position und Orientierung des HAF umfasst; S2 Übermittlung von zumindest einer Landmarkenposition (200) und zumindest einer zugeordneten Landmarkeneigenschaft an das Fahrzeugsystem; S3 Ermittlung einer relativen Position der Landmarkenposition (200) bezüglich des HAF zumindest teilweise auf Grundlage der Posenschätzung und der Landmarkenposition (200); S4 Durchführung zumindest einer Sensormessung (100) und Überprüfung dahingehend, dass an der relativen Position die zumindest eine Landmarkeneigenschaft detektierbar ist; und S5 Ausgabe eines Fehlerindikators als Ergebnis der in Schritt S4 durchgeführten Überprüfung
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in Abhängigkeit von dem Wert des Fehlerindikators zumindest einer der folgenden Schritt ausgeführt wird: S6 Bestätigung der in Schritt S1 durchgeführten Posenschätzung in dem Fall, dass der Fehlerindikator wiedergibt, dass an der relativen Position die zumindest eine Landmarkeneigenschaft detektiert wurde; S7 Verwerfung der in Schritt S1 durchgeführten Posenschätzung in dem Fall, dass der Fehlerindikator wiedergibt, dass an der relativen Position zumindest eine Landmarkeneigenschaft nicht detektierbar ist; S8 Außer Acht lassen der in Schritt S2 übermittelten Landmarkenposition in dem Fall, dass der Fehlerindikator wiedergibt, dass an der relativen Position keine Beobachtungen möglich sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: S9 Erneutes Durchführen der Schritte S3 bis S5 für eine definierte Anzahl weiterer in Schritt S2 übermittelter Landmarken; und S10 Reset des Lokalisierungsmoduls in dem Fall, dass der Schritt S7 für alle der in Schritt S9 untersuchten Landmarken dazu führt, dass die in Schritt S1 durchgeführte Posenschätzung verworfen wird, und Durchführen einer Relokalisierung; wobei die Relokalisierung vorzugsweise durch einen Partikel-basierten Ansatz erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt S1 durchgeführte Posenschätzung auf Basis eines Map-Matching-Algorithmus durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt S1 durchgeführte Posenschätzung auf Grundlage eines von einem Backendserver übertragenen dichten Belegungsgitters erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt S1 durchgeführte Posenschätzung zumindest teilweise durch Sensormessungen (100) erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt S1 durchgeführte Posenschätzung zumindest teilweise auf Grundlage eines satellitenbasierten Lokalisierungsverfahrens, insbesondere GPS, durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt S1 durchgeführte Posenschätzung zumindest teilweise auf Grundlage einer Transformation zwischen aktuellen Sensorbeobachtungen und einem in einer digitalen Karte hinterlegten Kartenausschnitt erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt S2 eine Vielzahl Landmarkenpositionen (200) und zugeordneter Landmarkeneigenschaften übertragen werden, und dass die Schritte S3 bis S8 für jede der übermittelten Landmarkenpositionen (201, 202, 203) und zugeordneten Landmarkeneigenschaften durchgeführt werden.
  10. Fahrzeugsystem zur Steuerung eines höher automatisierten Fahrzeugs (HAF), insbesondere eines hochautomatisierten Fahrzeugs, umfassend: • zumindest ein Lokalisierungsmodul; • zumindest einen Sensor zur Erfassung von Landmarkeneigenschaften in einer Umgebung des HAF; • eine Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.
  11. Computerprogramm, umfassend Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
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