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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Umgebungskarte zur Umgebungsrepräsentation eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2010 011 629 A1 ist ein Verfahren zur Umgebungsrepräsentation eines Fahrzeugs bekannt, bei dem Umgebungsdaten erfasst und in hierarchischen Datenstrukturen abgelegt werden und in der Umgebung Objekte identifiziert werden. Es wird eine Relevanz der Objekte bezüglich einer Anwendung ermittelt und ein Detaillierungsgrad der hierarchischen Datenstrukturen in Bereichen erhöht, in denen Objekte mit hoher anwendungsspezifischer Relevanz erfasst werden. Dabei werden Umgebungsdaten in Belegungsgitter eingetragen und es wird eine probabilistische Umgebungsrepräsentation erhalten. Jede Zelle des Belegungsgitters enthält eine Belegungswahrscheinlichkeit, welche aufgrund der Umgebungsdaten an dieser Stelle berechnet wurde.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Erzeugung einer Umgebungskarte zur Umgebungsrepräsentation eines Fahrzeugs anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In dem Verfahren zur Erzeugung einer Umgebungskarte zur Umgebungsrepräsentation eines Fahrzeugs wird die Umgebungsrepräsentation anhand eines Belegungsgitters, auch als Occupancy Grid bezeichnet, erzeugt.
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Erfindungsgemäß wird eine Position eines Koordinatenursprungs des Belegungsgitters in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einer Fahrsituation, einer darzustellenden Umgebungsszene und/oder einer die Umgebungsrepräsentation nutzenden Fahrzeuganwendung dynamisch angepasst und eine Auflösung und ein dargestellter Erfassungsbereich des Belegungsgitters werden in Abhängigkeit des Koordinatenursprungs eingestellt.
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Somit kann eine effiziente und verbesserte Verarbeitung bei gleichzeitig verringerter oder konstant bleibender Rechenleistung erreicht werden. Die dynamisch anpassbare Auflösung der Umgebungsrepräsentation ermöglicht dabei einen fallweise unterscheidbaren oder anwendungsabhängigen Wechsel eines Fokus zwischen nah mit hoher Genauigkeit und weit bzw. fern mit geringerer Genauigkeit. Somit kann wirkungsvoll vermieden werden, dass für eine Umfeldsensorik verwendende Fahrerassistenzsysteme wegen begrenzter Rechenressourcen in einem Steuergerät die Auflösung der Umgebungsrepräsentation eingeschränkt werden muss und diese deshalb nur einen fixen Bereich abdecken kann. Somit wird vermieden, dass gespeicherte Informationen in der Umgebungsrepräsentation verloren gehen, wenn sich das Fahrzeug weiter bewegt, und dass Kartendaten aktualisiert werden müssen sowie historische, möglicherweise relevante Daten verworfen werden müssen. Die erzeugte Umgebungskarte ist damit für eine Vielzahl von Anwendungsfällen ausgelegt und muss hierfür nicht für jedes Funktionscluster gedoppelt werden. Weiterhin kann eine Skalierbarkeit hinsichtlich der Umfeldsensorik optimiert werden.
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In möglichen Ausgestaltungen des Verfahrens ist das Belegungsgitter weltfest und/oder wird statisch allokiert. Ein solches, in seinen Dimensionen gleichbleibendes, statisch allokiertes Belegungsgitter erhöht eine Recheneffizienz im Steuergerät.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Umgebungskarte zur Umgebungsrepräsentation eines Fahrzeugs,
- 2 schematisch ein Belegungsgitter zur Erzeugung einer Umgebungskarte zur Umgebungsrepräsentation eines Fahrzeugs im Bereich einer Autobahn,
- 3 schematisch ein Belegungsgitter zur Erzeugung einer Umgebungskarte zur Umgebungsrepräsentation eines Fahrzeugs in einem innerstädtischen Bereich und
- 4 schematisch Belegungsgitter zur Erzeugung einer Umgebungskarte zur Umgebungsrepräsentation eines Fahrzeugs während eines Parkszenarios.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer Umgebungskarte zur Umgebungsrepräsentation eines Fahrzeugs 2 dargestellt. Die Vorrichtung ist beispielsweise ein Steuergerät des Fahrzeugs 2 oder Bestandteil eines solchen Steuergeräts.
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Die Umgebungsrepräsentation wird dabei mittels der Vorrichtung 1 anhand eines Belegungsgitters 3, auch als Rasterkarte oder Belegtheitskarte oder im Englischen als Occupancy Grid, Occupancy Grid Map oder Elevation Map bezeichnet, erzeugt.
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Derartige Belegungsgitter 3 entstammen der Robotik, können als kartesisches oder polares Koordinatensystem aufgebaut sein und ermöglichen eine Repräsentation eines Fahrzeugumfelds. Dabei erfordern Belegungsgitter 3 in aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren eine rechenressourcenintensive Verarbeitung, die in einem automobilen Steuergerät schnell an ihre Grenzen stößt. Somit ergibt sich ein Zielkonflikt aus Ressourcenbedarf, Erfassungsbereich und Detaillierungsgrad.
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Wird ein großer Erfassungsbereich gewählt, erhöht sich der Ressourcenbedarf und die Auflösung muss im Allgemeinen geringer gewählt werden. Bei einer Auslegung von Fahrerassistenzsystemen, deren Betrieb auf der aus dem Belegungsgitter 3 ermittelten Umgebungsrepräsentation basiert, werden in Abhängigkeit einer verfügbaren Umfeldsensorik 4 des Fahrzeugs 2 samt deren Auflösung sowie einer funktionalen Ausgestaltung eine Belegungsgittergröße, auch als Rasterkartengröße bezeichnet, und damit eine Auflösung sowie ein Erfassungsbereich festgelegt, welche einen bestmöglichen Kompromiss darstellen. Diese Belegungsgittergröße wird dann in einem eingebetteten System (englisch: Embedded System) beispielsweise statisch allokiert, um ein effizientes Rechenverfahren zu ermöglichen.
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Dabei wird bei einem so genannten initialen Frame nach einem Systemstart ein weltfestes Koordinatensystem für das Belegungsgitter 3 festgelegt, welches über einen Zündungsstatus hinweg erhalten wird. Das Fahrzeug 2 wird dann über dem Belegungsgitter 3 rotiert. Hierdurch wird gegenüber einer Variante, in welcher ein fahrzeugfestes Koordinatensystem für das Belegungsgitter verwendet wird, was rechenintensive Rotations-Algorithmen erfordert, eine erhöhte Recheneffizienz im Steuergerät erreicht.
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Eine Zellengröße im Belegungsgitter 3 wird dynamisch einem aktuellen Systemzustand angepasst, wobei die im eingebetteten System statisch allokierte Rasterkarte in ihrer Dimension fix gehalten wird. Das heißt, es wird für die Repräsentation des realen Umfelds in der Rasterkarte ein Quotient Q aus Weg(e) pro Zellenkante(n) kontinuierlich in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 2 und einer Fahrsituation S moduliert.
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Somit wird eine Position eines Koordinatenursprungs KOU des Belegungsgitters 3 in Abhängigkeit der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 2, der Fahrsituation S, einer darzustellenden Umgebungsszene U und/oder einer die Umgebungsrepräsentation nutzenden Fahrzeuganwendung A dynamisch angepasst, wobei die Auflösung und der dargestellte Erfassungsbereich des Belegungsgitters 3 in Abhängigkeit des Koordinatenursprungs KOU eingestellt werden. Das heißt, es kann wahlweise eine größere oder eine detailliertere Erfassung und Darstellung in Richtung von Bereichen von Interesse erhalten werden.
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Hierbei kann der Koordinatenursprung KOU des fahrzeugfesten Koordinatensystems, welcher beispielsweise in einem Mittelpunkt einer Fahrzeughinterachse liegt, wahlweise auf dem Belegungsgitter 3 verschoben werden. Damit wird erreicht, dass gespeicherte Informationen, beispielsweise in einem Parkszenario, nicht aus der Umgebungskarte gelöscht werden und interessierende Bereiche Teil des Belegungsgitterausschnitts bleiben. Insbesondere können historische Umfeldinformationen gespeichert werden, die in einer aktuellen Fahrzeug- und/oder Sensorenposition zumindest teilweise verdeckt sind, und damit nicht mehr oder nicht mehr vollständig detektiert werden können. Wichtig hierbei ist eine Rekursion von Information aus dem Belegungsgitter 3 nachgelagerten Funktionsmodulen, die semantisch aufgearbeitete Daten, beispielsweise Parklücken L (dargestellt in 4), Trajektoriepunkte, Risikobereiche, Regionen von Interesse (englisch: Regions of Interest) in das Belegungsgitter 3 eintragen. Ein solches Belegungsgitter 3 mit Ursprungsverschiebung und dynamischer Auflösung kann somit effizient im gesamten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs 2 operieren und eine die Umgebungsrepräsentation verwendende Fahrzeuganwendung A kann szenenabhängig den Erfassungsbereich fokussieren und ähnlich eines in 2 dargestellten Schiebereglers 6 auf eine Weite des Erfassungsbereichs oder eine Genauigkeit einstellen. Das heißt, es kann zwischen einem Punkt X1 mit großem Erfassungsbereich und geringer Auflösung und einem Punkt X2 mit kleinem Erfassungsbereich und großer Auflösung in der Art eines Schiebereglers 6 zumindest nahezu stufenlos gewählt werden.
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In dem Belegungsgitter 3 werden dabei zusätzlich zum Fahrzeug 2 mittels der Umgebungssensorik 4 erfasste Informationen als Eingangsdaten E dargestellt, wobei die Umgebungssensorik 4 beispielsweise Kameras, Radare, Lidare, Infrarotsensoren, Ultraschallsensoren und weitere Sensoren umfassen kann. Von unterschiedlichen Sensoren erfasste Informationen werden vor der Übertragung in das Belegungsgitter 3 insbesondere fusioniert. Dabei ist für die Eingangsdaten E insbesondere irrelevant, auf welcher semantischen Ebene diese zur Verfügung gestellt werden, ob oder wie eine statische und dynamische Welt repräsentiert wird und ob einzelne oder fusionierte Daten zur Verfügung gestellt werden. In einer möglichen Ausgestaltung kann auch nur ein Teil der Daten nicht mit dynamischer Auflösung verarbeitet werden, so dass eine Fusion der Eingangsdaten E erst auf dem Belegungsgitter 3 geschieht.
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Weiterhin werden bei der Erzeugung des Belegungsgitters 3 Planungsdaten P, wie beispielsweise Informationen über Parkplätze, Stützpunkte für Trajektorien, Risikobereiche usw. berücksichtigt.
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Anhand der mittels des Belegungsgitters 3 erzeugten Umgebungsrepräsentation erfolgt eine Planung und/oder Entscheidung in einem Modul 5 zur Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs 2.
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2 zeigt ein Belegungsgitter 3 zur Erzeugung einer Umgebungskarte zur Umgebungsrepräsentation eines Fahrzeugs 2 im Bereich einer Autobahn und einen Schieberegler 6.
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In einer solchen Situation wird ein großer Erfassungsbereich bei gleichzeitig geringer Auflösung nahe am Punkt X1 gewählt. Der Koordinatenursprung KOU wird auf dem Belegungsgitter 3 insbesondere derart gewählt, dass in Fahrrichtung vor dem Fahrzeug 2 ein größerer Bereich erfasst werden kann.
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Bei einer Geschwindigkeit v von beispielsweise 130 km/h werden ein sehr großer Erfassungsbereich im Fernfeld, beispielsweise 250 m nach vorn, entsprechend weniger nach hinten, eine geringe Genauigkeit bzw. Auflösung im Bereich von 50 cm x 50 cm bis 100 cm x 100 cm pro Zelle verwendet, da Sicherheitsabstände im Allgemeinen groß sind.
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In 3 sind ein Belegungsgitter 3 zur Erzeugung einer Umgebungskarte zur Umgebungsrepräsentation eines Fahrzeugs 2 in einem innerstädtischen Bereich und ein Schieberegler 6 dargestellt.
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In einer solchen Situation wird ein mittlerer Erfassungsbereich bei gleichzeitig mittlerer Auflösung zwischen dem Punkt X1 und dem Punkt X2 gewählt. Der Koordinatenursprung KOU wird auf dem Belegungsgitter 3 grundsätzlich in dessen Mitte gewählt, wird aber gegebenenfalls in Abhängigkeit der Umgebungsszene U in Richtung einer Region von Interesse verschoben.
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Bei einer Geschwindigkeit v von beispielsweise 20 km/h bis 60 km/h wird beispielsweise ein Erfassungsbereich im Bereich von 50 m bis 150 m gewählt, um Umgebungsszenen U korrekt interpretieren und um drohende Kollisionen auch mit schnellen Verkehrsteilnehmern prädizieren zu können. Weiterhin wird eine mittlere Genauigkeit bzw. Auflösung im Bereich von 10 cm x 10 cm bis 50 cm x 50 cm pro Zelle verwendet.
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4 zeigt Belegungsgitter 3 zur Erzeugung einer Umgebungskarte zur Umgebungsrepräsentation eines Fahrzeugs 2 während eines Parkszenarios und einen Schieberegler 6.
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In einer solchen Situation wird ein mittlerer bis kleiner Erfassungsbereich bei gleichzeitig mittlerer bis großer Auflösung nahe dem Punkt X2 gewählt. Der Koordinatenursprung KOU wird auf dem Belegungsgitter 3 in dessen Mitte gewählt, wird aber gegebenenfalls in Abhängigkeit der Umgebungsszene U in Richtung einer Region von Interesse verschoben.
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Beispielsweise wird in einem ersten Schritt während einer Parklückensuche, beispielsweise aus einem innerstädtischen Umgebungsszenario U heraus, und bis zur Ausführung eines ersten Einparkzuges in eine Parklücke L bei einer Geschwindigkeit v von beispielsweise 0 km/h bis 20 km/h ein Erfassungsbereich im Bereich von 20 m bis 50 m gewählt, um Parklücken-, Umgebungs- und Risikoinformationen im Belegungsgitter 3 zu speichern und Trajektorien direkt auf der Umgebungskarte zu planen. Die Parklückeninformationen umfassen beispielsweise eine Position, Lage und Abmessungen der jeweiligen Parklücke L. Risikoinformationen von Risikobereichen R1, R2 umfassen beispielsweise eine Position, Lage und Abmessungen des jeweiligen Risikobereichs R1, R2. Weiterhin wird eine mittlere Genauigkeit bzw. Auflösung im Bereich von 10 cm x 10 cm bis 50 cm x 50 cm pro Zelle für eine Kollisionsvermeidung und die Trajektorieplanung verwendet.
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Beispielsweise wird in einem zweiten Schritt während eines so genannten Eintauchens des Fahrzeugs 2 in die Parklücke L während eines Einparkzuges bei einer Geschwindigkeit v von beispielsweise 0 km/h bis 10 km/h ein kleiner Erfassungsbereich im Bereich von 10 m bis 20 m gewählt. Weiterhin wird eine große Genauigkeit bzw. Auflösung im Bereich von 2 cm x 2 cm bis 10 cm x 10 cm pro Zelle im Nahfeld verwendet, um an Objekten nah vorbei manövrieren zu können, Rangierpunkte beim Parkvorgang präzise zu erreichen und Kollisionen zu vermeiden, ohne unnötig früh oder hart abbremsen zu müssen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Fahrzeug
- 3
- Belegungsgitter
- 4
- Umfeldsensorik
- 5
- Modul
- 6
- Schieberegler
- A
- Fahrzeuganwendung
- E
- Eingangsdatum
- KOU
- Koordinatenursprung
- L
- Parklücke
- P
- Planungsdatum
- Q
- Quotient
- R1, R2
- Risikobereich
- S
- Fahrsituation
- U
- Umgebungsszene
- v
- Geschwindigkeit
- X1, X2
- Punkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010011629 A1 [0002]
