-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines automatisiert fahrenden Fahrzeuges, wobei eine momentane Position und Ausrichtung des Fahrzeuges mittels eines Lokalisierungssystem ermittelt werden und zusätzlich zu einer Positionsschätzung ein Maß für eine Unsicherheit der Positionsschätzung ermittelt und angegeben wird, wobei dem Maß der Unsicherheit zumindest ein vorgegebener Grenzwert zugeordnet ist.
-
Aus der
DE 10 2019 000 492 A1 ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Fahrzeuges bekannt. Die Position des Fahrzeuges wird mit mehreren unabhängigen landmarkenbasierten Lokalisierungsverfahren und korrespondierenden Karten ermittelt. Mittels eines Map Shift Matrix Filters wird ein jeweiliger Abweichungsvektor zwischen den Karten geschätzt. Die mittels der Lokalisierungsverfahren ermittelten Positionen des Fahrzeuges werden in ein Referenzkoordinatensystem übertragen und dort fusioniert. Durch die Karten bereitgestellte Planungsdaten werden aneinander angeglichen und im Referenzkoordinatensystem zur Verfügung gestellt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines automatisiert fahrenden Fahrzeuges anzugeben.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Ein Verfahren zum Betrieb eines automatisiert fahrenden Fahrzeuges sieht vor, dass eine momentane Position und Ausrichtung des Fahrzeuges mittels eines Lokalisierungssystem ermittelt werden und zusätzlich zu einer Positionsschätzung ein Maß für eine Unsicherheit der Positionsschätzung ermittelt und angegeben wird, wobei dem Maß der Unsicherheit zumindest ein vorgegebener Grenzwert zugeordnet ist. Erfindungsgemäß wird das Maß der Unsicherheit der Positionsschätzung mit einer Verzögerung unter Berücksichtigung weiterer Informationen ermittelt, wobei mittels des Lokalisierungssystems, welches aus fahrzeugseitigen Sensordaten und/oder Informationen einer satellitengestützten Positionsbestimmungseinheit eine Positionsschätzung des Fahrzeuges durchgeführt wird, mittels einer Integrity-Komponente sowohl auf Eingabewerte des Lokalisierungssystems als auch auf interne Zustände des Lokalisierungssystems zugegriffen wird, wobei Ausgabewerte des Lokalisierungssystems verwendet werden und mittels der Integrity-Komponente Eingabewerte und Ausgabewerte mittels eines Speichers historisiert werden, so dass sich das Maß der Unsicherheiten auf Positionen des Fahrzeuges in der Vergangenheit bezieht.
-
Dabei schließt die Positionsschätzung des Fahrzeuges dessen Ausrichtung mit ein.
-
Im Vergleich zu Verfahren, welche das Maß der Unsicherheit aus einer Kovarianz eines Kalman-Filter basierten Lokalisierungssystems ermitteln, kann das Verfahren ebenfalls im fehlerhaften Betrieb hilfreiche Aussagen zur Unsicherheit der Positionsschätzung treffen.
-
Üblicherweise werden für die Bestimmung der Unsicherheiten für die Positionsschätzungen nur Informationen verwendet, die zu einem Zeitpunkt der Positionsschätzung zur Verfügung stehen, wobei das Verfahren vorsieht, die berechneten Unsicherheiten mittels neuer Informationen rückblickend anzupassen.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei zeigen:
- 1 schematisch einen Ablauf zur Positionsschätzung eines Fahrzeuges mit einer zentralen Behavior-Komponente,
- 2 schematisch einen weiteren Ablauf zur Positionsschätzung eines Fahrzeuges mit Downstream-Komponenten,
- 3 schematisch einen Ablauf eines Informationsflusses bei einer Ermittlung eines Maßes einer Unsicherheit der Positionsschätzung nach dem Stand der Technik,
- 4 schematisch einen weiteren Ablauf ein Informationsfluss eines Verfahrens zur Positionsschätzung,
- 5 schematisch ein Beispiel, bei welchem das Maß der Positionsschätzung verbessert werden kann und
- 6 schematisch ein weiteres Beispiel, bei welchem das Maß der Positionsschätzung verbessert werden kann.
-
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Die 1 und 2 zeigen jeweils einen Ablauf zur Positionsschätzung PS eines nicht näher dargestellten Fahrzeuges mit Elementen, welche die Positionsschätzung PS verwenden.
-
Vergleichsweise viele Kernfunktionalitäten eines automatisierten Fahrbetriebes eines Fahrzeuges, wie beispielsweise eine Planung einer Trajektorie, sind abhängig von Informationen I über eine momentane Position und eine Ausrichtung des Fahrzeuges.
-
Diese Informationen I werden mittels eines Lokalisierungssystems 1 zur Verfügung gestellt, welches das Fahrzeug innerhalb einer Karte verortet. Dabei können die Positionsschätzungen PS fehlerbehaftet sein.
-
In Abhängigkeit von einer Größe des Fehlers können Komponenten 2 in einer Steuerungs-Software, welche Ausgabewerte des Lokalisierungssystems 1 verwenden nicht zuverlässig ihre spezifizierte Funktionalität bereitstellen. Im Folgenden werden die Komponenten 2 als Downstream-Komponenten 2 bezeichnet.
-
Daher ist es erforderlich, zusätzlich zu der Positionsschätzung PS ein Maß für eine damit verbundene Unsicherheit anzugeben. Diese Unsicherheit, d. h. das Maß der Unsicherheit wird im Allgemeinen in Form eines Protection Levels PL ausgedrückt. Bei dem Protection Level PL handelt es sich um geschätzte Obergrenzen für die Größe eines echten Fehlers in der Positionsschätzung PS.
-
Die Größen der Protection Level PL sind davon abhängig, wie gering eine Wahrscheinlichkeit sein soll, dass der echte Fehler die Protection Level PL überschreitet.
-
Ein Verhalten der Downstream-Komponenten 2 kann angepasst werden, wenn die ermittelten Protection Level PL zu groß werden. Dazu werden die Protection Level PL mit vorgegebenen Grenzwerten, sogenannten Alert Limits AL, verglichen. Mittels dieser Alert Limits AL wird die maximale Größe des jeweiligen Protection Level PL vorgegeben, bei welchem weitestgehend sichergestellt werden kann, dass die Downstream-Komponenten 2 weiterhin spezifiziert funktionieren. Beispielsweise kann in einem solchen Fall die Planung nur noch Trajektorien mit einer niedrigeren Fahrgeschwindigkeit generieren, wenn die ermittelten Protection Level PL größer sind als die spezifizierten Alert Limits AL.
-
Die 1 und 2 zeigen einen sogenannten Arbeitsfluss, wobei das Lokalisierungssystem 1 basierend auf seinem inneren Zustand, z. B. basierend auf älteren Positionsschätzungen PS, und Eingabewerten E, z. B. Sensordaten S, eine Positionsschätzung PS durchführt.
-
Eine Integrity-Komponente 3 ermittelt aus dieser Positionsschätzung PS, den Eingabewerten E und den inneren Zustand des Lokalisierungssystems 1 die dazugehörigen Protection Level PL. An dieser Stelle kann ein Verhalten von Downstream-Komponenten 2 je nach Größe der Protection Level PL angepasst werden. Insbesondere werden die Protection Level PL in einer Behavior-Komponente 4 mit den Alert Limits AL verglichen. Mittels der Behavior-Komponente 4 wird das Verhalten der Downstream-Komponenten 2 zentral gesteuert.
-
Andererseits kann jede Downstream-Komponente 2 selbst die Protection Level PL mit den Alert Limits AL vergleichen und ihr Verhalten entsprechend anpassen, wie in 2 gezeigt ist.
-
Ein zentraler Punkt für den Erfolg dieser in den 1 und 2 gezeigten Abläufe ist eine ausreichend zuverlässige Ermittlung der Protection Level PL. Sowohl die Verwendung von Protection Level PL, die den echten Fehler in der Positionsschätzung PS unterschätzen, als auch die Ermittlung, insbesondere Berechnung, der Protection Level PL, die den echten Fehler in der Positionsschätzung PS überschätzen, sind unvorteilhaft.
-
Ein genannter erster Fall kann dazu führen, dass das Fahrzeug sein Fahrverhalten entsprechend der Positionsschätzung PS nicht anpasst, obwohl die Downstream-Komponenten 2 aufgrund der in Wirklichkeit ungenauen Positionsschätzung PS des Lokalisierungssystems 1 nicht wie gefordert funktionieren.
-
Ein genannter zweiter Fall kann dazu führen, dass das Fahrzeug ohne jeglichen Grund sein Fahrverhalten anpasst und beispielsweise über eine verhältnismäßig lange Fahrstrecke mit vergleichsweise geringer Fahrgeschwindigkeit fährt.
-
Um Protection Level PL zu ermitteln, deren Größen die Unsicherheiten der Positionsschätzung PS des Lokalisierungssystems 1 optimiert beschreiben, ist ein im Folgenden beschriebenes Verfahren vorgesehen, welches insbesondere mittels der Integrity-Komponente 3 durchgeführt wird.
-
Dem Verfahren liegt eine Erkenntnis zugrunde, dass in vergleichsweise vielen Situationen das Verhalten der Downstream-Komponenten 2 nicht in dem Moment, also zu dem Zeitpunkt k, angepasst werden muss, zu dem die Unsicherheit in der Positionsschätzung PS einen vorgegebenen Alert Limit AL überschreitet.
-
In solchen Situationen können die Protection Level PL nachträglich ermittelt werden, indem für ihre Berechnung Informationen I verwendet werden, die erst in späteren Zeitschritten k+1 bis k+n erfasst und gesammelt werden. Daraus resultiert die Optimierung, da die Protection Level PL, welche anhand eines größeren Informationspools ermittelt werden, besser in der Lage sind, sich der tatsächlichen Unsicherheit, die mit der Positionsschätzung PS in Verbindung steht, anzunähern.
-
Das Verfahren sieht also vor, dass die Protection Level PL für eine Positionsschätzung PS zeitverzögert ermittelt werden, und bei der Ermittlung neue Informationen I zu berücksichtigen.
-
Hierzu wird mittels des Lokalisierungssystems 1 anhand der Sensordaten S und/oder Informationen I einer satellitengestützten Positionsbestimmungseinheit als Eingabewerte E ein Positionsschätzung PS des Fahrzeuges ermittelt.
-
Die Integrity-Komponente 3 ist derart ausgebildet, dass mittels dieser sowohl ein Zugriff auf Eingangswerte E des Lokalisierungssystems 1 als auch auf intern Zustände des Lokalisierungssystems 1 möglich ist. Zusätzlich werden Ausgabewerte des Lokalisierungssystems 1, d. h. insbesondere die Positionsschätzung PS verwendet.
-
Weiterhin ist die Integrity-Komponente 3 ausgebildet, die Eingangswerte E mittels eines Speichers zu historisieren, wobei sich die mittels der Integrity-Komponenten 3 ermittelten Protection Level PL auf eine in der Vergangenheit bestimmte Position des Fahrzeuges beziehen.
-
Das Verfahren kann dabei so gestaltet sein, dass eine Länge der zeitlichen Verzögerung konfiguriert und dynamisch angepasst werden kann.
-
Eine Verwendung der optimiert ermittelten Protection Level PL kann sowohl für die Downstream-Komponenten 2 als auch für spezielle und/oder nicht-funktionale Komponenten vorgesehen sein, welche diese Protection Level PL mit den Alert Limits AL vergleichen und bei Überschreitung der Alert Limits AL geeignete Maßnahmen in Bezug auf das Fahrzeug einleiten.
-
3 zeigt einen Ablauf eines standardmäßigen Informationsflusses bei der Ermittlung der Protection Level PL. Dabei können alle Informationen I, die bis zu einem Zeitschritt k erfasst wurden, bei der Ermittlung der Protection Level PL für eine Positionsschätzung PS zum Zeitpunkt k verwendet werden.
-
In 4 ist ein weiterer Ablauf eines Informationsflusses zur optimierten Ermittlung der Protection Level PL dargestellt.
-
Dabei fließen beispielsweise für die Ermittlung der Protection Level PL für die Positionsschätzung PS für einen Zeitschritt k-2 Informationen I aus den Zeitschritten k-1 und zum Zeitpunkt kein.
-
Wie in 1 beschrieben, beinhalten diese Informationen Eingabewerte E für das Lokalisierungssystem 1, die inneren Zustände des Lokalisierungssystems 1 zu jedem Zeitschritt k-3 bis zum Zeitpunkt k und die durchgeführten Positionsschätzungen PS.
-
Dadurch ist es u. a. möglich, nicht nur sogenannte snapshot- und filterbasierte Algorithmen zur Berechnung der Protection Level PL, sondern auch smoothingbasierte Algorithmen zu verwenden.
-
Allein durch die Verwendung von Sensordaten S des Zeitschrittes k-1 und des Zeitpunktes k kann das Lokalisierungssystem 1 eine optimierte Positionsschätzung PS zum Zeitschritt k-2 durchführen. Die Integrity-Komponente 3 kann nun eine Differenz zwischen einer vergangenheitsbezogenen Positionsschätzung PS und einer Positionsschätzung PS für den Zeitschritt k-2, welche nicht die Informationen I der Zeitschritte k-1 und zum Zeitpunkt k verwendet, insbesondere für die Berechnung vergangenheitsbezogener Protection Level PL, verwenden.
-
Die Positionsschätzung PS ist auch schon für eine Position zum Zeitschritt k-1 mit Informationen zum Zeitpunkt k möglich. Es sind keine zwei zukünftigen Messpunkte erforderlich, da einer ausreichend ist.
-
Die 5 und 6 zeigen zwei konkrete Beispiele, bei denen die Protection Level PL für die Positionsschätzung PS zum Zeitpunkt k optimiert werden können, indem die Sensordaten S für die nächsten beiden Zeitschritte k+1, k+2 bei der Ermittlung der Protection Level PL berücksichtigt werden. Mittels der Dreiecke ist jeweils die aktuelle Positionsschätzung PS für jeden Zeitschritt k-4 bis k-1 und zum Zeitpunkt k dargestellt.
-
Das Lokalisierungssystem 1 ermittelt zu jedem Zeitschritt k-4 bis k+2 die aktuelle Positionsschätzung PS des Fahrzeuges. In 5 suggeriert die aktuelle Positionsschätzung PS für den Zeitpunkt k, dass das Fahrzeug nach links abgebogen ist.
-
Ein jeweils mittels gestrichelter Linie dargestelltes weiteres Viereck V2 repräsentiert laterale und longitudinale aktuelle Protection Level PL, wobei aufgrund der Größe der aktuellen Protection Level PL kein Grund existiert, anzunehmen, dass das Fahrzeug zum Zeitpunkt k in Wirklichkeit nach rechts abgebogen ist.
-
Das weitere Viereck V2, welches aufgrund der aktuellen Protection Level PL aufgespannt ist, überschneidet sich nicht mit einer rechten Fahrspur F. Werden hingegen die aktuellen Positionsschätzungen PS betrachtet, für die nächsten beiden Zeitschritte k+1, k+2, wird erkannt, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass sich das Fahrzeug zum Zeitpunkt k in Wirklichkeit auf der rechten Fahrspur F befindet. Die vergangenheitsbezogene Positionsschätzung PS für den Zeitpunkt k liegt dementsprechend auf der rechten Fahrspur F.
-
Ein mittels Strich-Punkt-Linie dargestelltes Viereck V1 repräsentiert beispielhaft vergangenheitsbezogene laterale und longitudinale Protection Level PL, die mittels Informationen I aus den Zeitschritten k+1, k+2 berechnet werden können. In dem in 5 gezeigten Beispiel wurden symmetrische Protection Level PL um die aktuellen Positionsschätzungen PS gewählt, welche zusätzlich vergangenheitsbezogene Positionsschätzungen PS überdecken. Die vergangenheitsbezogenen Protection Level PL repräsentieren die Unsicherheit, die mit der aktuellen Positionsschätzung PS verbunden sind. Dass die vergangenheitsbezogenen Protection Level PL derart ermittelt sind, ist besser, als wenn die aktuellen Protection Level PL zu gering gewählt wurden.
-
In 6 sind die aktuellen Positionsschätzungen PS und die vergangenheitsbezogenen Positionsschätzungen PS für den Zeitpunkt k gleich. Daher ist es möglich, die aktuellen Protection Level PL, die mittels des weiteren Viereckes V2 dargestellt sind, im Vergleich zu den vergangenheitsbezogenen Protection Level PL, die mittels des Viereckes V1 dargestellt sind, zu verkleinern. Das liegt daran, dass mittels der Informationen I für den Zeitschritt k+1, k+2 bestätigt werden kann, was das Lokalisierungssystem 1 zum Zeitpunkt k mit weniger Indizien geschätzt hat, nämlich, dass das Fahrzeug tatsächlich entlang der rechten Fahrspur F fährt, also rechts abgebogen ist.
-
Tritt der Fall auf, dass die aktuellen Protection Level PL und die vergangenheitsbezogenen Protection Level PL beide größer oder kleiner sind als die gewählten Alert Limits AL, dann entsteht ein funktioneller Vorteil durch die Bestimmung der vergangenheitsbezogenen Protection Level PL. In einer solchen Situation entsteht dadurch ein funktionaler Vorteil, dass die Unsicherheit, ob die Ungenauigkeiten der Positionsschätzung PS zum Zeitpunkt k korrekt als akzeptabel oder inakzeptabel eingeschätzt wurden, verringert ist.
Im Fall, dass die aktuelle Protection Level PL kleiner sind als die Alert Limits AL und die vergangenheitsbezogenen Protection Level PL größer sind als die Alert Limits AL wird durch die Berechnung der vergangenheitsbezogenen Protection Level PL ermittelt, dass die Unsicherheit für die aktuelle Positionsschätzung PS kritisch hoch ist, obwohl die Unsicherheit zum Zeitpunkt k als akzeptabel eingeschätzt wurde.
-
Ohne die vergangenheitsbezogenen Protection Level PL zu ermitteln, wäre das Fahrzeug im Normalbetrieb automatisiert weitergefahren, obwohl ein vergleichsweise hohes Risiko besteht, dass das Fahrzeug aufgrund der unischeren Positionsschätzung PS nicht in der Lage ist eine sichere Trajektorie für das Fahrzeug zu planen oder Objekten auf einer Fahrbahn auszuweichen.
-
Sind die aktuellen Protection Level PL größer als die Alert Limits AL, während die vergangenheitsbezogenen Protection Level PL kleiner als die Alert Limits AL sind, wird durch die Berechnung der vergangenheitsbezogenen Protection Level PL ermittelt, dass die Unsicherheit in der aktuellen Positionsschätzung PS in Wirklichkeit akzeptabel ist, obwohl die Unsicherheit zum Zeitpunkt k als inakzeptabel eingeschätzt wurde. Ohne die vergangenheitsbezogenen Protection Level PL zu ermitteln, wäre das Fahrzeug beispielsweise mit einer geringen Fahrgeschwindigkeit weitergefahren, obwohl es auch in einem Regelbetrieb hätte fahren können, wodurch Zeit verloren gehen kann.
-
Im Vergleich zu Verfahren, welche die Protection Level PL verhältnismäßig naiv aus einer Kovarianz eines Kalman-Filter basierten Lokalisierungssystems 1 berechnen, kann das hier beschriebene Verfahren ebenfalls im fehlerhaften Betrieb hilfreiche Aussagen zur Unsicherheit der Positionsschätzung PS treffen. Das liegt daran, dass die vergangenheitsbezogenen Protection Level PL beispielsweise errechnet werden können, indem die Differenz zwischen aktueller Positionsschätzung PS und vergangenheitsbezogener Positionsschätzung PS verwendet wird. Diese hängt von Innovationen des Kalman-Filters ab, die bei der Berechnung der aktuelle Protection Level PL basierend auf der Kovarianz eines Kalman-Filters ignoriert werden. Die vergangenheitsbezogenen Protection Level PL wären in diesem Fall nicht mehr agnostisch gegenüber den Messwerten, wie es für die aktuelle Protection Level PL der Fall ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lokalisierungssystem
- 2
- Komponente/Downstream-Komponente
- 3
- Integrity-Komponente
- 4
- Behavior-Komponente
- AL
- Alert Limits
- E
- Eingangswert
- F
- rechte Fahrspur
- I
- Information
- PL
- Protection Level
- PS
- Positionsschätzung
- S
- Sensordaten
- V1
- Viereck
- V2
- weiteres Viereck
- k
- Zeitpunkt
- k-n bis k+n
- Zeitschritt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102019000492 A1 [0002]
