-
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Validieren einer Umgebungskarte für die Verwendung in einem Fahrzeug, ein Speichermedium zum Ausführen des Verfahrens, ein System zum Validieren einer Umgebungskarte für die Verwendung in einem Fahrzeug, und ein Fahrzeug mit einem solchen System. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Navigation eines automatisiert fahrenden Fahrzeugs basierend auf einer vorbestimmten Umgebungskarte.
-
Stand der Technik
-
Moderne Fahrzeuge umfassen eine Vielzahl von verschiedenen Sensorsystemen, wie zum Beispiel ein LiDAR-System, ein Radar-System, eine Kamera und ein Ultraschall-System. Derartige Sensorsysteme können für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen eingesetzt werden, wie zum Beispiel für Fahrassistenzsysteme zum automatisierten Fahren. Beim automatisierten Fahren kann es sich um ein zeitlich längeres Fahren beispielsweise auf der Autobahn oder um ein zeitlich begrenztes Fahren im Rahmen des Einparkens oder Rangierens handeln. Ein solches Fahrassistenzsystem verwendet Kartendaten und Daten der Sensorsysteme, um das Fahrzeug zu steuern. Hier ist es unerlässlich, dass ein Umfeld des Fahrzeugs eindeutig und so genau wie möglich bestimmt wird.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zum Validieren einer Umgebungskarte für die Verwendung in einem Fahrzeug, ein Speichermedium zum Ausführen des Verfahrens, ein System zum Validieren einer Umgebungskarte für die Verwendung in einem Fahrzeug, und ein Fahrzeug mit einem solchen Systemanzugeben anzugeben, die eine sichere Verwendung einer vorgegebenen Umgebungskarte ermöglichen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrassistenzsystem zum automatisierten Fahren sicher und zuverlässig zu betreiben.
-
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Gemäß einem unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Validieren einer Umgebungskarte für die Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, angegeben. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen von Umfelddaten durch wenigstens eine Sensoranordnung; ein Abgleichen der Umfelddaten mit einer vorgegebenen Umgebungskarte; und ein Validieren der vorgegebenen Umgebungskarte basierend auf dem Abgleich mit den Umfelddaten.
-
Erfindungsgemäß werden durch Sensoren des Fahrzeugs erfasste Umfelddaten verwendet, um eine Gültigkeit bzw. Richtigkeit einer vorgegebenen Umgebungskarte zu prüfen. Wenn die durch die Sensoren erfassten Umfelddaten mit der vorgegebenen Umgebungskarte übereinstimmen, kann eine positive Validierung der vorgegebenen Umgebungskarte erfolgen. Wenn die durch die Sensoren erfassten Umfelddaten mit der vorgegebenen Umgebungskarte jedoch nicht übereinstimmen, kann keine positive Validierung (also eine negative Validierung) der vorgegebenen Umgebungskarte erfolgen. Damit kann sichergestellt werden, dass die vorgegebene Umgebungskarte dem tatsächlichen Umfeld des Fahrzeugs entspricht. Insbesondere kann mittels der validierten vorgegebenen Umgebungskarte ein Fahrassistenzsystem zum automatisierten Fahren sicher und zuverlässig betrieben werden.
-
Der Begriff „vorgegebene Umgebungskarte“ bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auf eine digitale Karte, die im Fahrzeug hinterlegt ist und beispielsweise für den Betrieb eines Fahrassistenzsystems zum automatisierten Fahren verwendet wird. Anders gesagt ist die vorgegebene Umgebungskarte keine Karte, die mittels der durch die Sensoren des Fahrzeugs erfassten Umfelddaten erstellt wird.
-
Das Fahrzeug umfasst die wenigstens eine Sensoranordnung (auch als „Umgebungssensorik“ bezeichnet), die eingerichtet ist, um die Umfelddaten zu erfassen. Vorzugsweise umfasst die wenigstens eine Sensoranordnung wenigstens ein LiDAR-System und/oder wenigstens ein Radar-System und/oder wenigstens eine Kamera und/oder wenigstens ein Ultraschall-System. Die wenigstens eine Sensoranordnung kann die Umfelddaten (auch als „Umgebungsdaten“ bezeichnet) bereitstellen, die einen Umgebungsbereich des Fahrzeugs abbilden.
-
Wenigstens ein Teil der Umfelddaten, die für die Validierung der vorgegebenen Umgebungskarte verwendet werden, kann direkte Sensormessungen angeben. Ergänzend oder alternativ kann wenigstens ein Teil der Umfelddaten aus den direkten Sensormessungen abgeleitet und dann für die Validierung der vorgegebenen Umgebungskarte verwendet werden. Beispiele für direkte Sensormessungen umfassen Abstandsmessungen z.B. mittels LiDAR, die Position von Straßenbegrenzungen, etc. Beispiele für abgeleitete Sensormessungen umfassen Trajektorien, die von anderen Fahrzeugen verfolgt werden.
-
Vorzugsweise werden die Umfelddaten durch zwei oder mehr Sensoranordnungen bereitgestellt, d.h. die wenigstens eine Sensoranordnung ist zwei oder mehr Sensoranordnungen. Die zwei oder mehr Sensoranordnungen können verschiedenartige Sensoranordnungen sein. Beispielsweise können die zwei oder mehr Sensoranordnungen aus der Gruppe ausgewählt sein, die ein LiDAR-System, ein Radar-System, eine Kamera und ein Ultraschall-System umfasst, oder die daraus besteht. Durch die Verwendung von mehreren verschiedenartigen Sensoranordnungen kann eine zuverlässigere Validierung der vorgegebenen Umgebungskarte erfolgen. Insbesondere können die mehreren verschiedenartigen Sensoranordnungen verschiedene Umgebungscharakteristika erfassen (z.B. eine Geometrie, eine Dynamik, etc.), so dass die Validierung der vorgegebenen Umgebungskarte basierend auf den mehreren verschiedenen Umgebungscharakteristika erfolgen kann.
-
Vorzugsweise wird ein probabilistisches graphisches Modell (PGM) verwendet, um die Umfelddaten der zwei oder mehr Sensoranordnungen zu fusionieren und betrachten. Durch die Verwendung des probabilistischen graphischen Modells wird lediglich die Wahrscheinlichkeit modelliert, dass Sensorbeobachtungen mit der vorgegebenen Umgebungskarte übereinstimmen, insbesondere unter der Annahme, dass die vorgegebene Umgebungskarte gültig ist. Aufgrund von Wahrscheinlichkeitsgesetzen kann aus diesen Informationen und den von den Sensoren gesammelten Umgebungsdaten zur Laufzeit eine Wahrscheinlichkeit berechnet werden, dass die vorgegebene Umgebungskarte aufgrund von Sensormessungen valide bzw. gültig ist.
-
Vorzugsweise erfolgt das Abgleichen und Validieren für einen Teilaspekt der vorgegebenen Umgebungskarte. Insbesondere kann durch die Kombination der Umfelddaten zu einem einzigen probabilistischen Rahmen die Wahrscheinlichkeit berechnet werden, dass die vorgegebene Umgebungskarte gültig ist. Es kann auch die Wahrscheinlichkeit berücksichtigt werden, dass ein Teil der Daten in der Karte gültig ist. So könnte es beispielsweise sein, dass die Geometrie der Karte korrekt ist, aber der semantische Teil, z.B. die Fahrtrichtung einer Fahrspur, ungültig ist. Weitere Beispiele sind das Vorhandensein von Ampeln oder Ertragsschildern. Diese Daten können mit denen verglichen werden, die Sensoren, z.B. die Kamera, beobachten, wobei auch die Möglichkeit berücksichtigt wird, dass die Kamera ein Ertragsschild nicht erkannt hat.
-
Vorzugsweise betreffen die Umfelddaten wenigstens einen der folgenden Aspekte: eine bauliche Eigenschaft, insbesondere eine bauliche Eigenschaft einer Straße oder Fahrbahn und/oder eine Straßenführung und/oder bewegte Objekte und/oder unbewegte Objekte, insbesondere andere Verkehrsteilnehmer und/oder Verkehrszeichen, insbesondere Schilder und/oder Leuchtzeichen.
-
Vorzugsweise umfasst das Validieren der vorgegebenen Umgebungskarte basierend auf dem Abgleich mit den Umfelddaten ein Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit, mit der die Umgebungskarte korrekt ist. Die Wahrscheinlichkeit kann beispielsweise mittels des probabilistischen graphischen Modells (PGM) bestimmt werden.
-
Vorzugsweise umfasst das Validieren der vorgegebenen Umgebungskarte basierend auf dem Abgleich mit den Umfelddaten ein Bestimmen, dass die Umgebungskarte valide ist, wenn die Wahrscheinlichkeit gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist; und ein Bestimmen, dass die Umgebungskarte nicht valide ist, wenn die Wahrscheinlichkeit gleich oder kleiner als der vorbestimmte Schwellwert ist. Der vorbestimmte Schwellwert kann derart gewählt sein, dass zum Beispiel eine sichere Ansteuerung einer automatisierten Fahrfunktion ermöglicht wird.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Speichermedium mit einem Software-Programm bereitgestellt. Das Software-Programm ist eingerichtet, um auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren zum Validieren einer Umgebungskarte für die Verwendung in einem Fahrzeug auszuführen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein System zum Validieren einer Umgebungskarte für die Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, angegeben. Das System umfasst ein Empfangsmodul, das zum Empfangen von Umfelddaten von wenigstens einer Sensoranordnung eingerichtet ist; und ein Prozessormodul, das eingerichtet ist, um die Umfelddaten mit einer vorgegebenen Umgebungskarte abzugleichen und die vorgegebene Umgebungskarte basierend auf dem Abgleich mit den Umfelddaten zu validieren.
-
Das System kann Aspekte enthalten, die in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Validieren einer Umgebungskarte für die Verwendung in einem Fahrzeug der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind. Ähnlich kann das Verfahren die in Zusammenhang mit dem System beschriebenen Aspekte implementieren.
-
Vorzugsweise ist das System in einem Fahrassistenzsystem zum automatisierten Fahren umfasst.
-
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, angegeben. Das Fahrzeug umfasst das System zum Validieren einer Umgebungskarte für die Verwendung in einem Fahrzeug gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
-
Der Begriff Fahrzeug umfasst PKW, LKW, Busse, Wohnmobile, Krafträder, etc., die der Beförderung von Personen, Gütern, etc. dienen. Insbesondere umfasst der Begriff Kraftfahrzeuge zur Personenbeförderung.
-
Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug ein Fahrassistenzsystem zum automatisierten Fahren. Das Fahrassistenzsystem zum automatisierten Fahren kann die vorgegebene Umgebungskarte zur Steuerung des Fahrzeugs verwenden.
-
Unter dem Begriff „automatisiertes Fahren“ kann im Rahmen des Dokuments ein Fahren mit automatisierter Längs- oder Querführung oder ein autonomes Fahren mit automatisierter Längs- und Querführung verstanden werden. Bei dem automatisierten Fahren kann es sich beispielsweise um ein zeitlich längeres Fahren auf der Autobahn oder um ein zeitlich begrenztes Fahren im Rahmen des Einparkens oder Rangierens handeln. Der Begriff „automatisiertes Fahren“ umfasst ein automatisiertes Fahren mit einem beliebigen Automatisierungsgrad. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind ein assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes oder vollautomatisiertes Fahren. Diese Automatisierungsgrade wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) definiert (siehe BASt-Publikation „Forschung kompakt“, Ausgabe 11/2012).
-
Beim assistierten Fahren führt der Fahrer dauerhaft die Längs- oder Querführung aus, während das System die jeweils andere Funktion in gewissen Grenzen übernimmt. Beim teilautomatisierten Fahren (TAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum und/oder in spezifischen Situationen, wobei der Fahrer das System wie beim assistierten Fahren dauerhaft überwachen muss. Beim hochautomatisierten Fahren (HAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum, ohne dass der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss; der Fahrer muss aber in einer gewissen Zeit in der Lage sein, die Fahrzeugführung zu übernehmen. Beim vollautomatisierten Fahren (VAF) kann das System für einen spezifischen Anwendungsfall das Fahren in allen Situationen automatisch bewältigen; für diesen Anwendungsfall ist kein Fahrer mehr erforderlich.
-
Die vorstehend genannten vier Automatisierungsgrade entsprechen den SAE-Level 1 bis 4 der Norm SAE J3016 (SAE - Society of Automotive Engineering). Beispielsweise entspricht das hochautomatisierte Fahren (HAF) Level 3 der Norm SAE J3016. Ferner ist in der SAE J3016 noch der SAE-Level 5 als höchster Automatisierungsgrad vorgesehen, der in der Definition der BASt nicht enthalten ist. Der SAE-Level 5 entspricht einem fahrerlosen Fahren, bei dem das System während der ganzen Fahrt alle Situationen wie ein menschlicher Fahrer automatisch bewältigen kann; ein Fahrer ist generell nicht mehr erforderlich.
-
Figurenliste
-
Ausführungsbeispiele der Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Validieren einer Umgebungskarte für die Verwendung in einem Fahrzeug gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
- 2 schematisch eine Validierung einer Umgebungskarte gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, und
- 3 schematisch ein Fahrzeug mit einem Fahrassistenzsystem zum automatisierten Fahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
-
Ausführungsformen der Offenbarung
-
Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
-
1 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Validieren einer Umgebungskarte für die Verwendung in einem Fahrzeug gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
-
Das Verfahren 100 umfasst im Block 110 ein Bereitstellen von Umfelddaten durch wenigstens eine Sensoranordnung; im Block 120 ein Abgleichen der Umfelddaten mit einer vorgegebenen Umgebungskarte; und im Block 130 ein Validieren der vorgegebenen Umgebungskarte basierend auf dem Abgleich mit den Umfelddaten.
-
Wenigstens ein Teil der Umfelddaten kann direkte Sensormessungen angeben. Ergänzend oder alternativ kann wenigstens ein Teil der Umfelddaten aus den direkten Sensormessungen abgeleitet werden. Beispiele für direkte Sensormessungen umfassen Abstandsmessungen z.B. mittels LiDAR, die Position von Straßenbegrenzungen, etc. Beispiele für abgeleitete Sensormessungen umfassen Trajektorien, die von anderen Fahrzeugen verfolgt werden.
-
Die Umfelddaten können durch zwei oder mehr Sensoranordnungen bereitgestellt werden, wie zum Beispiel durch ein LiDAR-System und/oder ein Radar-System und/oder eine Kamera und/oder ein Ultraschall-System. Durch die Verwendung von mehreren verschiedenartigen Sensoranordnungen kann eine zuverlässigere Validierung der vorgegebenen Umgebungskarte erfolgen. Insbesondere können die mehreren verschiedenartigen Sensoranordnungen verschiedene Umgebungscharakteristika erfassen (z.B. eine Geometrie, eine Dynamik, etc.), so dass die Validierung der vorgegebenen Umgebungskarte basierend auf den verschiedenen Umgebungscharakteristika erfolgen kann.
-
In einigen Ausführungsformen erfolgen das Abgleichen im Block 120 und das Validieren im Block 130 für einen Teilaspekt der vorgegebenen Umgebungskarte. Es kann damit bestimmt werden, ob ein Teil der Daten in der Karte gültig ist. So könnte es beispielsweise sein, dass die Geometrie der Karte korrekt ist, aber der semantische Teil, z.B. die Fahrtrichtung einer Fahrspur, ungültig ist. Weitere Beispiele sind das Vorhandensein von Ampeln oder Ertragsschildern. Diese Daten können mit denen verglichen werden, die Sensoren, z.B. die Kamera, beobachten.
-
Das Validieren der vorgegebenen Umgebungskarte basierend auf dem Abgleich mit den Umfelddaten kann ein Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit, mit der die Umgebungskarte korrekt ist, umfassen. Die Wahrscheinlichkeit kann beispielsweise mittels des probabilistischen graphischen Modells (PGM) bestimmt werden.
-
Beispielsweise umfasst das Validieren der vorgegebenen Umgebungskarte basierend auf dem Abgleich mit den Umfelddaten ein Bestimmen, dass die Umgebungskarte valide ist, wenn die Wahrscheinlichkeit gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist; und/oder ein Bestimmen, dass die Umgebungskarte nicht valide ist, wenn die Wahrscheinlichkeit gleich oder kleiner als der vorbestimmte Schwellwert ist. Der vorbestimmte Schwellwert kann derart gewählt sein, dass zum Beispiel eine sichere Ansteuerung einer automatisierten Fahrfunktion ermöglicht wird.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Speichermedium mit einem Software-Programm bereitgestellt. Das Software-Programm ist eingerichtet, um auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren zum Validieren einer Umgebungskarte für die Verwendung in einem Fahrzeug auszuführen.
-
2 zeigt schematisch eine Validierung einer Umgebungskarte gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
-
Die Umgebungskarte, die zum Beispiel eine hochgenaue Karte für autonome Fahranwendungen sein kann, wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens validiert. Die Umgebungskarte kann insbesondere validiert werden, bevor das Fahrzeug in ein Gebiet einfährt, in dem die in der Umgebungskarte enthaltenen Daten und die Realität nicht übereinstimmen (d.h. die Umgebungskarte ist ungültig). Der erfindungsgemäße Ansatz kann dabei nicht nur geometrische Informationen (z.B. die Breite einer Fahrspur) berücksichtigen, sondern auch andere Informationen, die von Sensoren bereitgestellt werden, z.B. das Verhalten anderer Fahrzeuge.
-
In einigen Ausführungsformen kann ein probabilistisches graphisches Modell (PGM) verwendet werden, um eine Validierung der Umgebungskarte wie in 2 beispielhaft dargestellt durchzuführen. Durch die Verwendung von PGM wird eine Wahrscheinlichkeit modelliert, dass Sensorbeobachtungen mit der vorgegebenen Umgebungskarte übereinstimmen, und zwar unter der Annahme, dass die vorgegebene Umgebungskarte gültig ist. Aufgrund von Wahrscheinlichkeitsgesetzen kann aus diesen Informationen und den von den Sensoren gesammelten Daten zur Laufzeit die Wahrscheinlichkeit berechnet werden, dass die vorgegebene Umgebungskarte aufgrund von Sensormessungen gültig ist.
-
Insbesondere kann das probabilistische grafische Modell (PGM) verwendet werden, um alle möglichen Daten, die von Sensoren gesammelt werden (entweder direkte Sensormessungen oder Informationen, die von Sensormessungen abgeleitet werden), in einem einheitlichen probabilistischen Rahmen zu betrachten und zu fusionieren, der das Wissen über Zusammenhänge zwischen den Messungen und der Gültigkeit der Umgebungskarte nutzen kann. Da die Beziehungen zwischen den Messungen und zwischen Messungen und der Umgebungskarte im probabilistischen Rahmen explizit modelliert werden können, kann eine Validierung der Umgebungskarte mit hoher Präzision erfolgen.
-
3 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 mit einem Fahrassistenzsystem 300 zum automatisierten Fahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
-
Insbesondere umfasst ein Fahrzeug 1 das Fahrassistenzsystem 300 zum automatisierten Fahren. Beim automatisierten Fahren erfolgt die Längs- und Querführung des Fahrzeugs 1 automatisch. Das Fahrassistenzsystem 300 übernimmt also die Fahrzeugführung. Hierzu steuert das Fahrassistenzsystem 1 den Antrieb 20, das Getriebe 22, die hydraulische Betriebsbremse 24 und die Lenkung 26 über nicht dargestellte Zwischeneinheiten.
-
Das Fahrzeug umfasst die wenigstens eine Sensoranordnung 12 (auch als „Umgebungssensorik“ bezeichnet), die eingerichtet ist, um die Umfelddaten zu erfassen. Vorzugsweise umfasst die wenigstens eine Sensoranordnung 12 wenigstens ein LiDAR-System und/oder wenigstens ein Radar-System und/oder wenigstens eine Kamera und/oder wenigstens ein Ultraschall-System.
-
Zur Planung und Durchführung des automatisierten Fahrens werden Umfeldinformationen der wenigstens eine Sensoranordnung 12, die das Fahrzeugumfeld beobachtet, vom Fahrerassistenzsystem 300 entgegengenommen. Zusätzlich umfasst das Fahrzeug 1 ein System 14 zum Validieren einer Umgebungskarte gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfassen.
-
Das System 14 umfasst ein Empfangsmodul, das zum Empfangen von Umfelddaten von wenigstens einer Sensoranordnung eingerichtet ist; und ein Prozessormodul, das eingerichtet ist, um die Umfelddaten mit einer vorgegebenen Umgebungskarte abzugleichen und die vorgegebene Umgebungskarte basierend auf dem Abgleich mit den Umfelddaten zu validieren. Das System 14 kann die Aspekte enthalten, die in Zusammenhang mit dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind.
-
Erfindungsgemäß werden durch Sensoren des Fahrzeugs erfasste Umfelddaten verwendet, um eine Gültigkeit bzw. Richtigkeit einer vorgegebenen Umgebungskarte zu prüfen. Wenn die durch die Sensoren erfassten Umfelddaten mit der vorgegebenen Umgebungskarte übereinstimmen, kann eine positive Validierung der vorgegebenen Umgebungskarte erfolgen. Wenn die durch die Sensoren erfassten Umfelddaten mit der vorgegebenen Umgebungskarte jedoch nicht übereinstimmen, kann keine positive Validierung (also eine negative Validierung) der vorgegebenen Umgebungskarte erfolgen. Damit kann sichergestellt werden, dass die vorgegebene Umgebungskarte dem tatsächlichen Umfeld des Fahrzeugs entspricht. Insbesondere kann mittels der validierten vorgegebenen Umgebungskarte ein Fahrassistenzsystem zum automatisierten Fahren sicher und zuverlässig betrieben werden.
