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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von einer digitalen Karte mit befahrbaren Bereichen durch ein Steuergerät. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät sowie ein Verfahren zum Durchführen einer Trajektorienplanung durch eine fahrzeugseitige Steuereinheit.
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Stand der Technik
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Es sind Fahrzeuge mit automatisierten Fahrfunktionen bekannt, welche ab einem bestimmten Automatisierungsgrad autonom und ohne einen Fahrer betrieben werden. Derartige Fahrzeuge können beispielsweise automatisch einem Straßenverlauf folgen, andere Verkehrsteilnehmer oder Hindernisse selbständig erkennen und die entsprechenden Steuerbefehle im Fahrzeug berechnen sowie die Steuerbefehle an Aktuatoren im Fahrzeug weiterleiten, wodurch der Fahrverlauf des Fahrzeugs korrekt beeinflusst wird. Der Fahrer ist bei einem vollautomatisierten Fahrzeug nicht am Fahrgeschehen beteiligt.
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Für einen automatisierten Betrieb des Fahrzeugs ist eine präzise Positionsbestimmung essentiell. Üblicherweise werden Daten von einem globalen Navigationssatellitensystem bzw. GNSS für die Positionsbestimmung des Fahrzeugs verwendet. Derartige GNSS-Daten werden beispielsweise von Satelliten bereitgestellt. Ein Positionssensor, wie beispielsweise ein GPS-Sensor, kann die GNSS-Daten empfangen und daraus eine Position des Fahrzeugs berechnen.
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Die durch den Positionssensor ermittelte Fahrzeugposition wird in einem weiteren Schritt mit einer digitalen Karte abgeglichen. Die Position des Fahrzeugs innerhalb der digitalen Karte wird für eine weitere Trajektorienplanung verwendet. Üblicherweise enthalten digitale Karten neben regulär befahrbaren Straßen auch Privatwege, Feldwege, unwegsames Gelände und weitere Bereiche, die nicht befahren werden dürfen. Bei einem Befahren derartiger Bereiche in einem automatisierten oder teilautomatisierten Fahrmodus des Fahrzeugs können Schäden am Fahrzeug entstehen oder Unfälle durch das Fahrzeug verursacht werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren und ein Steuergerät zum Bereitstellen von befahrbaren Bereichen für automatisiert betreibbare Fahrzeuge in digitalen Karten vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen von einer digitalen Karte mit befahrbaren Bereichen durch ein Steuergerät bereitgestellt. Die befahrbaren Bereiche sind vorzugsweise für automatisiert und/oder teilautomatisiert betreibbare Fahrzeuge befahrbar ausgeführt. Es wird eine digitale Karte vom Steuergerät aufgerufen oder empfangen. Anschließend werden Bereiche innerhalb der digitalen Karte als durch ein automatisiert oder teilautomatisiert betreibbares Fahrzeug befahrbar oder nicht befahrbar eingestuft. Die als befahrbar oder als nicht-befahrbar eingestuften Bereiche werden in der digitalen Karte markiert.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät mit einer integrierten oder einer externen digitalen Karte bereitgestellt. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, das Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Durchführen einer Trajektorienplanung durch eine fahrzeugseitige Steuereinheit bereitgestellt. In einem Schritt wird eine bereitgestellte markierte Karte durch die Steuereinheit empfangen. Anschließend wird eine geplante Trajektorie innerhalb von als befahrbar eingestuften Bereichen durch die Steuereinheit berechnet. Die Steuereinheit kann vorzugsweise als eine fahrzeuginterne Steuereinheit ausgebildet sein.
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Hierdurch kann eine hochgenaue digitale Karte, insbesondere für ein automatisiert oder teilautomatisiert betreibbares Fahrzeug, durch das Steuergerät modifiziert werden. Das Modifizieren der Karte erfolgt durch Markieren von Bereichen, die für das automatisierte oder teilautomatisierte Fahren bzw. Fahrfunktionen freigegeben sind. Somit können die Fahrzeuge bei ihrer Trajektorienplanung einen Routenverlauf berechnen, welcher vorzugsweise durch die freigegebenen Bereiche der Karte verläuft.
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Die Fahrzeuge können hierbei als automatisiert und/oder teilautomatisiert betreibbare Fahrzeuge ausgeführt sein. Insbesondere können diese Fahrzeuge gemäß der SAE J3016 Norm teilautomatisiert, bedingt automatisiert, hochautomatisiert und/oder vollautomatisiert bzw. fahrerlos betreibbar sein.
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Die für die Fahrzeuge freigegebenen bzw. als befahrbar eingestuften Bereiche können beispielsweise Straßenabschnitte oder Gebiete sein, die durch Fahrzeuge unbeschadet befahren werden können.
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Beispielsweise werden die Positionsdaten oder Pixel oder Bereiche der Straße auf der hochgenauen Karte mit Tags bzw. Attributen versehen, die dem autonomen oder teilautonomen Fahrzeug einen Hinweis liefern, dass dieser Bereich der hochgenauen Karte befahrbar ist. Nicht-befahrbare bzw. nicht freigegebene Bereiche der digitalen Karte können entsprechend durch das Steuergerät markiert werden. Das Fahrzeug kann bei einer Trajektorienplanung entsprechend den Markierungen die geplante Route innerhalb der befahrbaren Bereiche der digitalen Karte berechnen. Die nicht-befahrbaren Bereiche werden bei der Trajektorienplanung bzw. Routenberechnung vermieden.
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Ein automatisiert betreibbares Fahrzeug mit einer Steuereinheit, welche eine derartige digitale Karte einsetzt, kann eine plausibilisierte und sichere Trajektorienplanung durchführen. Auf diese Weise kann beispielsweise sichergestellt werden, dass ein autonomes Fahrzeug immer nur auf Straßen unterwegs ist, welche für das autonome Fahren freigegeben wurden. Eine falsche Trajektorienplanung des Fahrzeugs, beispielsweise über Feldwege oder über falsche bzw. verbotene Abkürzungswege, wird effizient verhindert.
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Weiterhin ist vorteilhaft, dass ein autonomes Fahrzeug bei einem Ausfall von kritischen Abstandssensoren jedoch bei einem noch funktionierenden GNSS Sensor in der Lage ist eine sinnvolle Trajektorienplanung durchzuführen. Beispielsweise kann das autonome Fahrzeug auch ohne die Relativabstände zu Straßenrändern oder zur Infrastruktur unter Kenntnis von der GNSS Position zuverlässig entlang der freigegebenen Bereiche navigieren. Auf diese Weise kann eine Fahrzeugnavigation rein GNSS basiert erfolgen.
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Durch das Verfahren kann die Trajektorienplanung durch eine fahrzeugseitige Steuereinheit eines autonomen oder teilautonomen Fahrzeugs genauer und sicherer erfolgen. Des Weiteren kann ein Markieren von befahrbaren und nicht befahrbaren Streckenabschnitten bzw. Kartenteilen zu einer Erhöhung der Sicherheit im Straßenverkehr führen. Durch das Verfahren können insbesondere Sperrungen oder Änderungen von Streckenabschnitten flexibel in der digitalen Karte angepasst werden.
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Nach einer Ausführungsform werden die Bereiche der digitalen Karte mit einer befahrbaren oder nicht-befahrenen Eigenschaft versehen. Hierdurch kann eine eindeutige Klassifizierung von Kartenbereichen durch das Steuergerät vorgenommen werden, welche für automatisierte Fahrfunktionen geeignet oder ungeeignet sind. Das Steuergerät kann beispielsweise als eine externe Servereinheit oder als eine Cloud ausgestaltet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die markierten Bereiche durch Positionsangaben, durch Pixel oder durch Straßenabschnitte räumlich definiert. Hierdurch können die Bereiche räumlich eindeutig begrenzt werden. Insbesondere können ganze Straßen freigegeben oder für automatisiert betreibbare Fahrzeuge gesperrt werden. Des Weiteren kann durch pixelweise Definition der Bereiche eine präzise und detaillierte Einteilung der digitalen Karte in die jeweiligen Bereiche erfolgen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform werden die befahrbaren und nicht-befahrbaren Bereiche manuell festgelegt. Hierbei werden die Bereiche, welche auf der digitalen Karte für ein automatisiert betreibbares Fahrzeug freigegeben sind, manuell durch Menschen mit Zugriff auf die digitale Karte markiert bzw. getagged. Auf diese Weise können beispielsweise manuelle Sperrungen von Straßenbereiche durch Behörden durchgeführt oder neue Streckenabschnitte für ein hochautomatisiertes Betreiben von Fahrzeugen zuverlässig freigegeben werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die befahrbaren und nicht-befahrbaren Bereiche durch eine künstliche Intelligenz des Steuergeräts festgelegt. Es werden Positionsdaten von automatisiert betriebenen Fahrzeugen über eine Kommunikationsverbindung empfangen und für eine Festlegung der befahrbaren und nicht-befahrbaren Bereiche auf der digitalen Karte verwendet.
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Die Kommunikationsverbindung zwischen den Fahrzeugen und dem Steuergerät kann vorzugsweise eine drahtlose Kommunikationsverbindung sein. Die Kommunikationsverbindung kann beispielsweise als eine sogenannte Car-to-Car bzw. Car-to-Infrastructure Kommunikationsverbindung zum Austausch von Daten ausgestaltet sein. Die Kommunikationsverbindung kann insbesondere auf einer drahtlosen Übertragungstechnologie, wie beispielsweise WLAN, UMTS, GSM, LTE und dergleichen basieren.
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Die Umsetzung der Befahrbarkeit eines Kartenabschnitts innerhalb einer künstlichen Intelligenz oder das Ausführen der digitalen Karte in Form einer künstlichen Intelligenz hat den Vorteil, dass befahrbare Streckenabschnitte innerhalb des Verfahrens flexibel und automatisiert neu gelernt werden können.
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Die künstliche Intelligenz kann beispielsweise die hochgenauen Positionsdaten aller automatisiert betreibbarer Fahrzeuge in einem Gebiet als Eingangsdaten über die Kommunikationsverbindung empfangen. Mithilfe der künstlichen Intelligenz werden nun diejenigen Bereiche der digitalen Karte als befahrbar markiert, welche von möglichst vielen Fahrzeugen befahren werden. Bereiche die hingegen bisher von keinem autonomen Fahrzeug jemals befahren wurden, können innerhalb der Karte als nicht befahrbar markiert werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird ein Bereich abhängig von einer Häufigkeit der an das Steuergerät übertragenen Positionsdaten von Fahrzeugen in diesem Bereich als befahrbar oder als nicht-befahrbar eingestuft. Hierdurch kann die Häufigkeit von empfangenen Positionen automatisiert betreibbarer Fahrzeuge als ein Maß für die Befahrbarkeit eines Bereichs innerhalb der digitalen Karte verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird zu mindestens einem markierten Bereich eine Wahrscheinlichkeit zum möglichen Befahren des Bereichs durch die künstliche Intelligenz berechnet und dem Bereich zugeordnet. Der Einsatz der künstlichen Intelligenz ist hierbei vorteilhaft, da die Befahrbarkeit eines Streckenabschnitts auf der digitalen Karte nicht diskret als befahrbar oder nicht befahrbar klassifiziert werden kann, sondern in Form von kontinuierlichen Wahrscheinlichkeiten. Hierdurch kann jedem Bereich bzw. Streckenabschnitt der digitalen Karte eine Wahrscheinlichkeit für die Befahrbarkeit durch die künstliche Intelligenz zugeordnet werden. Ein automatisiert betreibbares Fahrzeug kann beispielsweise bei der Verwendung einer derartigen hochgenauen Karte die Wahrscheinlichkeit für die Befahrbarkeit einer geplanten Trajektorie technisch einfach bei der Trajektorienplanung und -berechnung umsetzen.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel werden Positionsdaten von Fahrzeugen als Eingangsparameter und eine Befahrbarkeit eines Bereichs oder mindestens einer Position als Ausgangsparameter für die künstliche Intelligenz eingesetzt. Vorteilhafterweise kann die digitale Karte als ein Teil der künstlichen Intelligenz ausgestaltet sein. Die Gewichte für das Anlernen und Betreiben der künstlichen Intelligenz können eine Übertragungsfunktion zwischen einer Fahrzeugposition als Eingangsparameter und einer Befahrbarkeit für das autonome Fahrzeug an dieser Fahrzeugposition bilden. Hierbei können insbesondere Verkehrsdichten von Bereichen als Eingangsparameter und damit als Grundlage für die Ermittlung der Befahrbarkeit von Bereichen der digitalen Karte eingesetzt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden neue Streckenabschnitte, veränderte Streckenabschnitte und/oder Eigenschaften von Bereichen als Eingangsparameter der künstlichen Intelligenz verwendet. Somit können Veränderungen der Infrastruktur bei der Klassifizierung der digitalen Karte in befahrbare und nicht-befahrbare Bereiche automatisiert berücksichtig werden.
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Neue Streckenabschnitte können mit der künstlichen Intelligenz durch eine Anpassung der Gewichte anhand von Positionseingangsdaten gelernt werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung können zusätzliche Features, welche die Befahrbarkeit eines Streckenabschnitts beeinflussen, in der künstlichen Intelligenz berücksichtigt werden. Die Features können in die digitale Karte als zusätzliche Eingangsgrößen der künstlichen Intelligenz mitverwendet werden. Die künstliche Intelligenz kann somit als eine Abbildung von Positionsdaten und Features (Eingangsdaten) auf Befahrbarkeit (Ausgangsdaten) ausgestaltet sein.
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Derartige Features können beispielsweise dauerhafte oder temporäre Umwelteinflüsse, wie beispielsweise Überschwemmungen, Schnee, Staub und dergleichen sein.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Verkehrsdichte in mindestens einem Bereich als Maß für eine Befahrbarkeit des Bereichs von dem Steuergerät verwendet. Basierend auf der Verkehrsdichte, insbesondere von automatisiert betriebenen Fahrzeugen, kann eine Eignung für das Befahren von Bereichen und damit für das Freigeben der Bereiche der Karte ermittelt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Verkehrsdichte eines Bereichs aus übertragenen Positionsdaten von Fahrzeugen oder durch Auswertung von Satellitendaten ermittelt. Alternativ oder zusätzlich können hierdurch die Gewichte der künstlichen Intelligenz auch mithilfe von hochgenauen Satellitendaten und den darin erkennbaren Strecken bzw. Straßenverläufen gelernt werden. Hierbei kann die künstliche Intelligenz eine vorgelagerte Bilderkennung aufweisen, die anhand der hochgenauen Satellitendaten Streckenabschnitte erkennt. Die Bilderkennung kann dabei als eigene vorgeschaltete künstliche Intelligenz oder als Teil der künstlichen Intelligenz des Steuergeräts ausgeführt sein.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Steuergerät eine künstliche Intelligenz auf und ist dazu einrichtet, Daten von Fahrzeugen über eine Kommunikationsverbindung zu empfangen und auszuwerten. Hierdurch kann eine kompakte Einheit ausgebildet werden, welche basierend auf empfangenen Positionsdaten bzw. Verkehrsdichten von Bereichen eine Befahrbarkeit dieser Bereiche beurteilen und in einer digitalen Karte vermerken kann. Die digitale Karte kann vorzugsweise eine Straßenkarte für automatisierte oder teilautomatisierte Fahrfunktionen sein. Die digitale Karte kann in einem Speicher des Steuergeräts hinterlegt oder als Bestandteil der künstlichen Intelligenz des Steuergeräts ausgeführt sein.
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Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform, und
- 2 eine schematische Darstellung einer digitalen Karte mit als befahrbar und mit als nicht-befahrbar eingestuften Bereichen.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 1 zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. Die Anordnung 1 weist ein Steuergerät 2 auf, welches als eine fahrzeugexterne Servereinheit ausgeführt ist. Es wird beispielhaft ein Steuergerät 2 dargestellt. Die Anordnung 1 kann darüber hinaus mehrere Steuergeräte 2 aufweisen, die voneinander beabstandet und miteinander datenleitend vernetzt sein können.
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Des Weiteren weist die Anordnung 1 eine Vielzahl an automatisiert betreibbaren Fahrzeugen 4, 5, 6, 7 auf, welche über Kommunikationsverbindungen 8 mit dem Steuergerät 2 datenleitend verbunden sind.
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Die automatisiert betreibbaren Fahrzeuge 4, 5, 6, 7 weisen jeweils eine Steuereinheit 10 auf, welche über die drahtlose Kommunikationsverbindung 8 mit dem Steuergerät 2 kommunizieren kann.
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Die Kommunikationsverbindung 8 basiert gemäß dem Ausführungsbeispiel auf einem Mobilfunkstandard, wie beispielsweise GMS, UMTS, LTE oder 5G und ermöglicht die Übertragung von Daten auch auf großen Entfernungen zwischen den Steuereinheiten 10 und dem Steuergerät 2.
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Die Steuereinheiten 10 der Fahrzeuge 4, 5, 6, 7 sind dazu eingerichtet, ein Verfahren zum Durchführen einer Trajektorienplanung auszuführen. Hierfür beziehen die Steuereinheiten 10 eine digitale Karte 12 über die Kommunikationsverbindung 8 von dem Steuergerät 2.
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Die digitale Karte 12 ist in einem nicht näher beschriebenen Speicher des Steuergeräts 2 hinterlegt. Insbesondere ist die Karte 12 als Teil einer künstlichen Intelligenz 14 des Steuergeräts 2 ausgeführt.
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Das Steuergerät 2 setzt die künstliche Intelligenz 14 dazu ein, befahrbare und nicht-befahrbare Bereiche der digitalen Karte 12 zu ermitteln. Dies erfolgt durch Empfangen von Positionsdaten der Fahrzeuge 4, 5, 6, 7 über die Kommunikationsverbindung 8. Insbesondere wird durch die künstliche Intelligenz 14 basierend auf den empfangenen Positionsdaten der Fahrzeuge 4, 5, 6, 7 eine positionsabhängige Verkehrsdichte berechnet. Die positionsabhängige Verkehrsdichte dient für die künstliche Intelligenz 14 als Maß für die Befahrbarkeit eines Straßenabschnitts und/oder eines Kartenabschnitts.
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Hierzu wird die digitale Karte 12 modifiziert und befahrbare Bereiche 16 und nicht-befahrbare Bereiche 18 eingetragen bzw. markiert.
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In der 2 ist eine modifizierte digitale Karte 12 dargestellt. Es ist ein Ausschnitt aus der digitalen Karte 12 gezeigt. Dabei sind als befahrbar eingestufte Bereiche 16 und als nicht-befahrbar eingestufte Bereiche 18 in der Karte 12 eingetragen. Die nicht-befahrbaren Bereiche 18 sind hierbei insbesondere als Bereiche 18 anzusehen, die zum Befahren mit Fahrzeugen 4, 5, 6, 7 in einem automatisierten oder teilautomatisierten Fahrmodus nicht geeignet oder nicht freigegeben sind. Dies können beispielsweise enge Gassen, unbefestigte Straßen, Privatwege und dergleichen sein.
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Die Steuereinheiten 10 der Fahrzeuge 4, 5, 6, 7 nutzen die modifizierte Karte 12, um die Trajektorienplanung durchzuführen. Insbesondere dient die modifizierte Karte 12 einer vereinfachten und sicheren Routenführung. Die Route der Fahrzeuge 4, 5, 6, 7 wird somit bevorzugt durch zugelassene bzw. als befahrbar markierte Abschnitte 16 der Karte 12 geführt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können unterschiedliche Karten 12 unterschiedlichen Fahrzeugen 4, 5, 6, 7 bereitgestellt werden. Insbesondere können die Karten 12 auf einen definierten Automatisierungsgrad abgestimmt bzw. vorgesehen sein. Abhängig von dem Automatisierungsgrad der Fahrzeuge 4, 5, 6, 7 kann somit eine passende Karte 12 den Fahrzeugen 4, 5, 6, 7 zugeordnet werden.
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Beispielsweise können teilautomatisierte und bedingt automatisiert Fahrzeuge nur auf Autobahnen in den Automatisierungsstufen betrieben werden. Eine hierfür spezifizierte Karte 12 kann somit nur Autobahnen als befahrbar eingestufte Bereiche 16 aufweisen. Hochautomatisiert und/oder vollautomatisiert bzw. fahrerlos betreibbare Fahrzeuge können hingegen auf nahezu allen Straßen automatisiert betrieben werden. Eine entsprechende Karte 12 kann somit einen Großteil der Straßen als befahrbare Bereiche 16 ausweisen. Alternativ zu der Bereitstellung unterschiedlicher Karten 12 können auch die als befahrbar eingestuften Bereiche 16 in einer Karte 12 fahrzeugabhängig freigeschaltet oder gesperrt sein. Dabei können abhängig vom Automatisierungsgrad der Fahrzeuge angepasste Bereiche 16 freigegeben oder gesperrt sein.
