DE102020129451A1 - Method for predicting driving interventions, method for training an algorithm and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Prädiktion von Fahreingriffen (21) für einen Verkehrsteilnehmer (2) und/oder wenigstens einen weiteren Verkehrsteilnehmer (5, 6), wobei in einem jeweiligen Prädiktionsschritt ein Algorithmus (20) angewandt wird, um für den und/oder den jeweiligen weiteren Verkehrsteilnehmer (2, 5, 6) jeweils mehrere verschiedene Fahreingriffe (21) zu prädizieren, wobei ein Verfahren des Maschinenlernens zum Training des Algorithmus mehrere Trainingsschritte umfasst, in denen jeweils- der Algorithmus (20) mit einer zu Beginn des jeweiligen Trainingsschritts vorliegenden Anfangsparametrisierung auf jeweilige Eingangsdaten (26) von Trainingsdatensätzen (25) angewandt wird, um mehrere verschiedene Fahreingriffe (21) zu ermitteln,- für den jeweiligen Trainingsdatensatz (25) ein jeweiliges Fehlermaß (31) für die ermittelten Fahreingriffe (21) ermittelt wird,- für jeden Trainingsdatensatz (25) das kleinste Fehlermaß (31) ausgewählt wird, und- die Parameter (28) des Algorithmus (20) in Abhängigkeit einer Kostenfunktion (34) angepasst werden, die ausschließlich von den ausgewählten Fehlermaßen (32) abhängt.Method for predicting driving interventions (21) for a road user (2) and/or at least one other road user (5, 6), with an algorithm (20) being applied in a respective prediction step in order for the and/or the respective other road user (2, 5, 6) to predict several different driving interventions (21), wherein a method of machine learning for training the algorithm comprises several training steps, in each of which the algorithm (20) with an initial parameterization present at the beginning of the respective training step on respective Input data (26) from training data sets (25) is used to determine a number of different driving interventions (21), - a respective error measure (31) for the determined driving interventions (21) is determined for the respective training data set (25), - for each training data set (25) the smallest error measure (31) is selected, and- the parameters (28) of the algorithm (20) in dependence be fitted with a cost function (34) which depends solely on the selected error measures (32).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prädiktion von Fahreingriffen für einen Verkehrsteilnehmer, insbesondere ein Kraftfahrzeug, und/oder wenigstens einen weiteren Verkehrsteilnehmer,
- - wobei das Umfeld des Verkehrsteilnehmers betreffende Umgebungsdaten, die den wenigstens einen weiteren Verkehrsteilnehmer betreffen, erfasst werden,
- - wobei in einem ersten Prädiktionsschritt ein Algorithmus auf Eingangsdaten angewandt wird, die von den Umgebungsdaten abhängen, um als Ausgangsdaten für den und/oder den jeweiligen weiteren Verkehrsteilnehmer jeweils mehrere verschiedene Fahreingriffe zu prädizieren, aus denen verschiedene Verkehrssituationen resultieren,
- - wobei in nachfolgenden Prädiktionsschritten der Algorithmus auf jeweilige Eingangsdaten angewandt wird, die von einer jeweiligen der im vorangehenden Prädiktionsschritt ermittelten Verkehrssituationen abhängen, um die verschiedenen Fahreingriffe als Ausgangsdaten zu prädizieren, aus denen wiederum verschiedene Verkehrssituationen resultieren.
- - wherein the surroundings of the road user relating to environmental data that relate to the at least one other road user are recorded,
- - In a first prediction step, an algorithm is applied to input data that depends on the environmental data in order to predict several different driving interventions as output data for the and/or the respective other road user, from which different traffic situations result,
- - In subsequent prediction steps, the algorithm is applied to respective input data that depend on a respective traffic situation determined in the preceding prediction step, in order to predict the various driver interventions as output data, from which in turn different traffic situations result.
Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Training eines Algorithmus, der zur Prädiktion von Fahreingriffen für einen jeweiligen Verkehrsteilnehmer dient, und ein Kraftfahrzeug.In addition, the invention relates to a method for training an algorithm that is used to predict driving interventions for a particular road user, and a motor vehicle.
Für die Verhaltensplanung automatisierter Fahrzeuge und auch zur Implementierung anderer komplexer Fahrerassistenzsysteme, beispielsweise zur Kollisionsvermeidung beziehungsweise Kollisionsfolgenminderung und bei Systemen zur Assistenz in bestimmten Fahrsituationen, beispielsweise bei Überholassistenten, ist neben der reinen Wahrnehmung der umgebenden Fahrzeuge auch eine Voraussage von deren Intentionen und Handlungen notwendig. Zudem ist es vorteilhaft, die eigene Trajektorie zu planen beziehungsweise bei einem zumindest teilweise manuellen Fahren zu prädizieren.For the behavior planning of automated vehicles and also for the implementation of other complex driver assistance systems, for example for collision avoidance or collision mitigation and systems for assistance in certain driving situations, for example with overtaking assistants, a prediction of the intentions and actions of the surrounding vehicles is necessary in addition to the pure perception. In addition, it is advantageous to plan one's own trajectory or, in the case of at least partially manual driving, to predict it.
Eine Vorhersage des Verhaltens anderer Fahrer oder auch des Fahrers des eigenen Fahrzeugs ist relativ komplex, da zahlreiche Faktoren, beispielsweise ein künftiger Verlauf der Fahrbahn, der momentane Zustand des Fahrzeugs und mögliche Interaktionen mit anderen Fahrzeugen berücksichtigt werden müssen. Da unterschiedliche Fahrer für gleiche Verkehrssituationen unterschiedlich reagieren können und auch die Reaktion von automatisierten Systemen je nach konkreter Implementierung des jeweiligen Systems unterschiedlich sein kann, müssen insbesondere bezüglich der Interaktion mit anderen Fahrzeugen Unsicherheiten der Vorhersage berücksichtigt werden. Bewegt sich ein Fahrzeug beispielsweise auf einen Kreisverkehr zu, in dem sich bereits ein weiteres Kraftfahrzeug befindet, werden in der gleichen Fahrsituation manche Fahrer beschleunigen, um noch in den Kreisverkehr einzufahren, bevor das andere Fahrzeug die eigene Einmündung erreicht, und manche Fahrer werden abbremsen, um dem anderen Fahrzeug Vorfahrt zu gewähren. Eine Vorhersage müsste an dieser Stelle die Modalität der Situation erkennen und beide möglichen Verhaltensweisen voraussagen beziehungsweise ein Bündel von Trajektorien liefern, von denen ein Teil anhält und ein anderer Teil in den Kreisverkehr einfährt. Ähnliche divergente Trajektorien können beispielsweise an Einmündungen und Ampeln auftreten. Zudem können beispielsweise auch Unterschiede auftreten, welche Abstände von verschiedenen Fahrern eingehalten werden beziehungsweise in welchen Fahrsituationen ein Überholen von Vorfahrzeugen erfolgt und Ähnliches.Predicting the behavior of other drivers or the driver of one's own vehicle is relatively complex, since numerous factors, such as a future course of the roadway, the current state of the vehicle and possible interactions with other vehicles, have to be taken into account. Since different drivers can react differently to the same traffic situation and the reaction of automated systems can also differ depending on the specific implementation of the respective system, uncertainties in the prediction must be taken into account, especially with regard to interaction with other vehicles. For example, if a vehicle is approaching a roundabout where another motor vehicle is already located, some drivers will accelerate in the same driving situation in order to enter the roundabout before the other vehicle reaches their own junction, and some drivers will brake to yield the right of way to the other vehicle. At this point, a prediction would have to recognize the modality of the situation and predict both possible behaviors or provide a bundle of trajectories, part of which stops and another part enters the roundabout. Similar divergent trajectories can occur, for example, at junctions and traffic lights. In addition, differences can also occur, for example, which distances are maintained by different drivers or in which driving situations vehicles in front are overtaken and the like.
Ein möglicher Ansatz für eine solche Voraussage von Fahreingriffen und somit letztlich auch von Trajektorien ist es, davon auszugehen, dass aktuelle Fahreingriffe ausschließlich von der aktuellen Fahrsituation abhängen. Dies entspricht der Markov-Annahme. Hierdurch kann eine iterative Prädiktion erfolgen, in der in einer erfassten Verkehrssituation für die einzelnen Verkehrsteilnehmer zukünftige Fahreingriffe prädiziert werden. Auf Basis von diesen Fahreingriffen wird eine zukünftige Verkehrssituation prädiziert und für diese wird die Prädiktion der Fahreingriffe wiederholt usw.A possible approach for such a prediction of driving interventions and thus ultimately also of trajectories is to assume that current driving interventions depend exclusively on the current driving situation. This corresponds to the Markov assumption. As a result, an iterative prediction can take place in which future driving interventions are predicted for the individual road users in a recorded traffic situation. Based on these driving interventions, a future traffic situation is predicted and the prediction of the driving interventions is repeated for this, etc.
Ein Beispiel hierfür wird beispielsweise in der Veröffentlichung J. Schulz et al., „Learning Interaction-Aware Probabilistic Driver Behavior Models from Urban Scenarios“, 30th Intelligent Vehicles Symposium (IV), 1326 - 1333, 2019, gegeben. Zur Prädiktion der Fahreingriffe schlägt diese Veröffentlichung vor, mithilfe von neuronalen Netzen eine Regressionsfunktion zu lernen, die für den momentanen Fahrzeug- und Umgebungszustand eine folgende Handlung, konkret eine genutzte Beschleunigung und Lenkstellung, ermittelt. Anschließend wird ein kinematisches Modell genutzt, um die Verkehrssituation in Abhängigkeit der ermittelten Handlung zu aktualisieren und die Handlungsvoraussage kann für das aktualisierte Modell wiederholt werden. Bei der Voraussage von Handlungen wird hierbei davon ausgegangen, dass die ermittelten Parameter, nämlich die Beschleunigung und der Lenkwinkel, beide normal verteilt und unabhängig voneinander sind. Somit werden Unsicherheiten berücksichtigt, indem durch die Regressionsfunktion jeweils Mittelwerte und Standardabweichungen für beide Größen bereitgestellt werden. Somit ist das erläuterte Vorgehen wenig geeignet, um längerfristige Voraussagen in Fahrsituationen zu treffen, in denen mögliche Trajektorien stark voneinander divergieren und/oder eine starke Kopplung zwischen Lenkwinkel und Beschleunigung gegeben ist, da aufgrund der angenommenen Wahrscheinlichkeitsverteilung die Wahrscheinlichkeit für bestimmte Handlungen, die tatsächlich nahe Null ist, deutlich überschätzt wird, womit relativ viel Rechenzeit erforderlich ist, um real kaum auftretende Trajektorien zu prädizieren. Zudem sinkt somit auch die Qualität der Voraussage. Diese Problematik kann zwar abgeschwächt werden, indem statt einer Normalverteilung eine Summe von mehreren Normalverteilungen angenommen wird, also z.B. ein sogenanntes Gaussian Mixture Model verwendet wird, auch durch dieses werden reale Wahrscheinlichkeitsverteilungen typischerweise jedoch nicht optimal abgebildet.An example of this is given, for example, in the publication J. Schulz et al., "Learning Interaction-Aware Probabilistic Driver Behavior Models from Urban Scenarios", 30th Intelligent Vehicles Symposium (IV), 1326 - 1333, 2019. To predict driving interventions, this publication proposes learning a regression function with the help of neural networks, which determines a subsequent action for the current vehicle and environment condition, specifically an acceleration and steering position used. A kinematic model is then used to update the traffic situation depending on the determined action, and the action prediction can be repeated for the updated model. When predicting actions, it is assumed here that the determined parameters, namely the acceleration and the steering angle, are both normally distributed and independent of one another. Uncertainties are thus taken into account by providing mean values and standard deviations for both variables through the regression function. The procedure explained is therefore not very suitable for making longer-term predictions in driving situations in which possible trajectories diverge greatly from one another and/or a There is a strong coupling between steering angle and acceleration, since the assumed probability distribution significantly overestimates the probability of certain actions, which is actually close to zero, which means that a relatively large amount of computing time is required to predict trajectories that hardly ever occur in real life. In addition, the quality of the prediction also decreases. Although this problem can be mitigated by assuming a sum of several normal distributions instead of a normal distribution, ie using a so-called Gaussian Mixture Model, for example, real probability distributions are typically not optimally represented by this either.
Ein weiterer Ansatz zur schrittweisen Prädiktion ist aus der Druckschrift
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prädiktion von Fahreingriffen für einen Verkehrsteilnehmer anzugeben, das demgegenüber verbessert ist und insbesondere ohne zusätzliche Vorinformationen auch in komplexen Verkehrssituationen eine robuste Voraussage ermöglicht.The invention is therefore based on the object of specifying a method for predicting driving interventions for a road user, which is improved in comparison and in particular enables a robust prediction even in complex traffic situations without additional prior information.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei zur Prädiktion der Fahreingriffe für den jeweiligen Verkehrsteilnehmer ein Algorithmus genutzt wird, der durch mehrere Parameter parametrisiert ist, die durch ein Verfahren des Maschinenlernens ermittelt sind, bei dem mehrere Trainingsdaten verwendet werden, die jeweils Eingangsdaten für den Algorithmus und einen Sollfahreingriff betreffen, wobei das Verfahren des Maschinenlernens mehrere Trainingsschritte umfasst, in denen jeweils
- - der Algorithmus mit einer zu Beginn des jeweiligen Trainingsschritts vorliegenden Anfangsparametrisierung auf die jeweiligen Eingangsdaten der Trainingsdatensätze angewandt wird, um für jeden der Trainingsdatensätze mehrere verschiedene Fahreingriffe zu ermitteln,
- - für den jeweiligen Trainingsdatensatz ein jeweiliges Fehlermaß für die Abweichung jedes der ermittelten Fahreingriffe von dem jeweiligen Sollfahreingriff ermittelt wird,
- - für jeden Trainingsdatensatz das kleinste der für diesen Trainingsdatensatz in diesem Trainingsschritt bestimmten Fehlermaße ausgewählt wird, und
- - die Parameter des Algorithmus in Abhängigkeit einer Kostenfunktion angepasst werden, wobei die Kostenfunktion ausschließlich von den ausgewählten Fehlermaßen abhängt oder wobei die ausgewählten Fehlermaße in der Kostenfunktion stärker gewichtet werden als die anderen Fehlermaße.
- - the algorithm with an initial parameterization present at the beginning of the respective training step is applied to the respective input data of the training data sets in order to determine several different driving interventions for each of the training data sets,
- - a respective error measure for the deviation of each of the determined driving interventions from the respective target driving intervention is determined for the respective training data set,
- - the smallest of the error measures determined for this training data set in this training step is selected for each training data set, and
- - the parameters of the algorithm are adapted as a function of a cost function, the cost function depending exclusively on the selected error measures or the selected error measures being weighted more heavily in the cost function than the other error measures.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, ähnlich wie in der zitierten Veröffentlichung von J. Schulz et al., ein trainierter Algorithmus genutzt, um Handlungen von Fahrern abhängig von der Verkehrssituation vorauszusagen. Statt jedoch einzelne Parameter einer fest vorgegebenen Wahrscheinlichkeitsverteilung zu prädizieren, wird ein Algorithmus genutzt, der eine vorgegebene Zahl konkreter Fahreingriffe prädiziert, die als Stichproben beziehungsweise Repräsentanten für eine bedingte Wahrscheinlichkeitsverteilung aufgefasst werden können. Die prädizierten Fahreingriffe können auch als Hypothesen bezeichnet werden und können als repräsentative Ziehungen aus einer zugrundeliegenden, unbekannten Dichte der möglichen Verhaltensweisen in dieser Situation aufgefasst werden.Similar to the cited publication by J. Schulz et al., a trained algorithm is used in the method according to the invention in order to predict actions by drivers depending on the traffic situation. However, instead of predicting individual parameters of a fixed probability distribution, an algorithm is used that predicts a specified number of specific driving interventions that can be understood as random samples or representatives for a conditional probability distribution. The predicted driving interventions can also be referred to as hypotheses and can be understood as representative drawings from an underlying, unknown density of possible behaviors in this situation.
Zugleich wird jedoch vermieden, dass die möglichen Handlungen auf eine relativ kleine Zahl diskreter Handlungen eingeschränkt werden, da die mehreren prädizierten Handlungen konkret von der vorliegenden Verkehrssituation abhängen. Im einzelnen Prädiktionsschritt wird somit zwar eine vorgegebene Anzahl verschiedener Fahreingriffe prädiziert, um welche Fahreingriffe es sich handelt, ist jedoch durch die jeweilige Verkehrssituation vorgegeben. Es werden somit die Vorteile des durch P. Schulz et al. vorgeschlagenen Vorgehens erreicht, wobei im Gegensatz zu dieser Lehre keine Annahmen über die Form der zugrundeliegenden Wahrscheinlichkeitsdichte getroffen werden müssen, womit die obig erläuterten Nachteile vermieden oder zumindest ihre Auswirkungen erheblich reduziert werden.At the same time, however, it is avoided that the possible actions are restricted to a relatively small number of discrete actions, since the plurality of predicted actions specifically depend on the traffic situation at hand. In the individual prediction step, a predetermined number of different driving interventions is thus predicted, but which driving interventions are involved is predetermined by the respective traffic situation. Thus, the advantages of the P. Schulz et al. Proposed procedure achieved, in contrast to this teaching, no assumptions about the form of the underlying probability density must be made, whereby the disadvantages explained above are avoided or at least their effects are significantly reduced.
Zudem kann die Voraussageeffizienz weiter gesteigert werden, da für die in Schulz et al. genutzten Wahrscheinlichkeitsdichte für eine iterative Prädiktion bestimmte Samples aus diesen Wahrscheinlichkeitsdichten gewählt werden müssen und ein solches Sampling im erfindungsgemäßen Verfahren entfallen kann, da bereits konkrete Fahreingriffe prädiziert werden.In addition, the prediction efficiency can be further increased, since for the in Schulz et al. used probability density for an iterative prediction certain samples must be selected from these probability densities and such a sampling in the method according to the invention can be omitted since specific driving interventions are already being predicted.
Das beschriebene Vorgehen kann als Multihypothesenprädiktion betrachtet werden, bei der für eine jeweilige Verkehrssituation mehrere Hypothesen bereitgestellt werden. Ein Training von Algorithmen zur Durchführung einer solchen Multihypothesenprädiktion ist an sich aus der Veröffentlichung C. Rupprecht et al., „Learning in an Uncertain World: Representing Ambiguity Through Multiple Hypotheses“, The IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV), 2017, bekannt und wird dort beispielsweise zur Klassifikation von menschlichen Posen genutzt. Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass das dort beschriebene Vorgehen mit gewissen Modifikationen zur iterativen Prädiktion von Fahreingriffen, beispielsweise im Rahmen der Trajektorienplanung, gut geeignet ist.The procedure described can be viewed as a multi-hypothesis prediction in which a number of hypotheses are provided for a particular traffic situation. Training algorithms to carry out such a multi-hypothesis prediction is known per se from the publication by C. Rupprecht et al., "Learning in an Uncertain World: Representing Ambiguity Through Multiple Hypotheses", The IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV), 2017 and is used there, for example, to classify human poses. Within the scope of the invention, it was found that the procedure described there, with certain modifications, is well suited for the iterative prediction of driving interventions, for example in the context of trajectory planning.
Es wurde jedoch auch festgestellt, dass bei einer unveränderten Nutzung des dort vorgeschlagenen Vorgehens das Problem resultiert, das die Verteilung der dort generierten Hypothese nicht der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung entspricht, die durch Trainingsdaten vorgegeben ist. Beispielsweise werden für normalverteilte Ergebnisse die Hypothesen eine deutlich größere Varianz aufweisen als die im Rahmen des Trainings genutzten Trainingsdaten. Hierdurch werden zahlreiche Hypothesen generiert, die tatsächlich nicht relevant sind beziehungsweise sehr unwahrscheinlich sind, womit mit zunehmender Iterationszahl zunehmend mehr nicht relevante oder extrem unwahrscheinliche Verkehrssituationen ermittelt werden. Dies führt einerseits dazu, dass aufgrund der vielen berücksichtigten nicht beziehungsweise wenig relevanten Verkehrssituationen ein sehr hoher Rechenaufwand und Speicherbedarf resultiert und andererseits dazu, dass letztlich ein zusätzliches Verwerfen von nicht relevanten Optionen erforderlich wäre. Dies ist jedoch nicht trivial möglich.However, it was also found that if the procedure proposed there were used unchanged, the problem arises that the distribution of the hypothesis generated there does not correspond to the actual probability distribution that is specified by the training data. For example, for normally distributed results, the hypotheses will have a significantly greater variance than the training data used in the training. As a result, numerous hypotheses are generated which are actually not relevant or are very improbable, with the result that more and more irrelevant or extremely improbable traffic situations are determined as the number of iterations increases. On the one hand, this leads to a very high computational effort and memory requirement due to the large number of traffic situations taken into account that are irrelevant or only slightly relevant, and on the other hand to the fact that ultimately an additional discarding of irrelevant options would be necessary. However, this is not trivially possible.
Im Rahmen der Erfindung wurde jedoch erkannt, dass es überraschenderweise durch eine geringfügige Modifikation des bekannten Trainings für eine Multihypothesenprädiktion, nämlich insbesondere durch Modifikation der im Rahmen des Trainings des Algorithmus genutzten Kostenfunktion, möglich ist, die genannten Probleme zu vermeiden oder zumindest erheblich abzumildern, so dass der trainierte Algorithmus zur Multihypothesenprädiktion auch für eine iterative Prädiktion von Fahreingriffen gut geeignet ist. Möglichkeiten für eine solche Modifikation werden später noch genauer erläutert.Within the scope of the invention, however, it was recognized that, surprisingly, it is possible to avoid or at least significantly alleviate the problems mentioned by slightly modifying the known training for a multi-hypothesis prediction, namely in particular by modifying the cost function used in the training of the algorithm that the trained algorithm for multi-hypothesis prediction is also well suited for an iterative prediction of driving interventions. Possibilities for such a modification will be explained in more detail later.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise dazu dienen, eine Trajektorie für das eigene Fahrzeug und/oder Fremdfahrzeuge zu ermitteln. Eine solche Trajektorie wird bereits durch die zeitliche Folge der prädizierten Fahreingriffe beschrieben. Um jedoch eine Repräsentation der Trajektorie im Ortsraum zu erhalten, kann beispielsweise ein Kinematik-Modell, beispielsweise ein Ein- oder Zweispurmodell für Kraftfahrzeuge, genutzt werden, um in Abhängigkeit der Fahreingriffe, insbesondere von genutzten Lenkwinkeln und/oder Beschleunigungen, die Trajektorie zu ermitteln. Ergänzend oder alternativ können auch Positionen und/oder Geschwindigkeiten der Verkehrsteilnehmer zu verschiedenen Zeiten in der Zukunft, beispielsweise in einer, zwei oder drei Sekunden, prädiziert werden. Wie eingangs erläutert können solche Informationen hochrelevant zur Planung eines automatisierten Fahrbetriebs beziehungsweise für andere Assistenzfunktionen sein.The method according to the invention can be used, for example, to determine a trajectory for one's own vehicle and/or other vehicles. Such a trajectory is already described by the time sequence of the predicted driving interventions. However, in order to obtain a representation of the trajectory in spatial space, a kinematic model, for example a one- or two-lane model for motor vehicles, can be used to determine the trajectory depending on the driving interventions, in particular on the steering angles and/or accelerations used. In addition or as an alternative, the positions and/or speeds of the road users can also be predicted at different times in the future, for example in one, two or three seconds. As explained at the beginning, such information can be highly relevant for planning automated driving operations or for other assistance functions.
Das Verfahren kann genutzt werden, um sowohl das Verhalten des Verkehrsteilnehmers als auch das Verhalten aller weiterer Verkehrsteilnehmer zu prognostizieren. Dies kann z.B. zweckmäßig sein, wenn das Verhalten des Fahrers des eigenen Fahrzeugs im Rahmen eines Assistierten Fahrens bzw. zur Bereitstellung von Zusatzinformationen vorausgesagt werden soll. Alternativ kann jedoch z.B. auch eine feste Trajektorie für den Verkehrsteilnehmer angenommen werden, die beispielsweise durch ein separates Verfahren, z.B. im Rahmen eines hoch- oder vollautomatisierten Fahrens, geplant worden ist. Die Position, Orientierung und/oder Geschwindigkeit des Verkehrsteilnehmers kann somit in allen prognostizierten Verkehrssituationen durch diese Trajektorie vorgegeben sein, so dass nur die Fahreingriffe des wenigstens einen weiteren Verkehrsteilnehmers prognostiziert werden und sich die prognostizierten Verkehrssituationen somit beispielsweise nur bezüglich der Positionen, Orientierungen und/oder Geschwindigkeiten der weiteren Verkehrsteilnehmer unterscheiden. Dies kann z.B. dazu dienen, zu prüfen, ob eine geplante Trajektorie problemlos fahrbar ist oder ob hierdurch problematische Fahrsituationen, z.B. Situationen mit hohem Kollisionsrisiko, resultieren. Falls problematische Fahrsituationen erkannt werden, kann in diesem Fall z.B. eine Neuplanung der Trajektorie für das eigene Fahrzeug angestoßen werden. Prinzipiell kann auch das Fahrverhalten weiterer Verkehrsteilnehmer, die berücksichtigt werden, fest vorgegeben sein, z.B. wenn eine geplante Trajektorie eines weiteren Verkehrsteilnehmers empfangen wird. In diesem Fall kann die Prädiktion der Fahreingriffe z.B. nur für das eigene Fahrzeug und/oder für weitere Verkehrsteilnehmer, für die keine geplante Trajektorie bekannt ist, erfolgen.The method can be used to predict both the behavior of the road user and the behavior of all other road users. This can be useful, for example, if the behavior of the driver of the host vehicle is to be predicted as part of assisted driving or to provide additional information. Alternatively, however, a fixed trajectory can also be assumed for the road user, for example, which has been planned using a separate method, e.g. as part of highly or fully automated driving. The position, orientation and/or speed of the road user can thus be predetermined by this trajectory in all predicted traffic situations, so that only the driving interventions of the at least one other road user are predicted and the predicted traffic situations thus change, for example, only with regard to the positions, orientations and/or Distinguish between the speeds of other road users. This can be used, for example, to check whether a planned trajectory can be driven without any problems or whether this results in problematic driving situations, e.g. situations with a high risk of collision. If problematic driving situations are detected, a replanning of the trajectory for the own vehicle can be initiated in this case, for example. In principle, the driving behavior of other road users that are taken into account can also be specified, e.g. if a planned trajectory of another road user is received. In this case, the driving interventions can be predicted, e.g. only for the own vehicle and/or for other road users for whom no planned trajectory is known.
Als Algorithmus kann beispielsweise ein neuronales Netz verwendet werden. Die Bereitstellung verschiedener Fahreingriffe kann in diesem Fall beispielsweise dadurch realisiert werden, dass in einer ersten oder mehreren ersten Schichten eine gemeinsame Verarbeitung der Eingangsdaten für alle zu ermittelnden Fahreingriffe erfolgt, wobei das Verarbeitungsergebnis dieser ersten Schicht oder Schichten durch eine oder mehrere weiteren Schichten weiter verarbeitet wird, die unterschiedlich parametrisiert sind, um unterschiedliche Fahreingriffe zu prädizieren.A neural network, for example, can be used as the algorithm. The provision of different driving interventions can be realized in this case, for example, that in a first or several first shifts a common Same processing of the input data for all driving interventions to be determined takes place, the processing result of this first layer or layers being further processed by one or more further layers, which are parameterized differently in order to predict different driving interventions.
Der Algorithmus kann auch als trainierter Algorithmus bezeichnet werden. Das Training des Algorithmus kann als Lernverfahren bzw. auch als eine Art Regressionsverfahren aufgefasst werden.The algorithm can also be referred to as a trained algorithm. The training of the algorithm can be understood as a learning process or as a type of regression process.
Das Training, also insbesondere die Durchführung der Trainingsschritte beziehungsweise des Verfahrens des Maschinenlernens, kann als vorbereitender Schritt betrachtet werden, der nicht Teil des beanspruchten Verfahrens ist. Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft somit die Verwendung eines auf bestimmte Weise trainierten beziehungsweise parametrisierten Algorithmus. In einer Weiterbildung des Verfahrens kann das Training des Algorithmus jedoch auch als zusätzlicher Verfahrensschritt in das beanspruchte Verfahren aufgenommen werden.The training, ie in particular the implementation of the training steps or the machine learning method, can be regarded as a preparatory step which is not part of the claimed method. The method according to the invention thus relates to the use of an algorithm that has been trained or parameterized in a specific way. In a development of the method, however, the training of the algorithm can also be included as an additional method step in the claimed method.
Die Umgebungsdaten können beispielsweise sensorisch erfasst und/oder über eine Kommunikationseinrichtung empfangen werden. Die Verarbeitung der Umgebungsdaten zur Prädiktion der Fahreingriffe kann beispielsweise durch den Verkehrsteilnehmer erfolgen, jedoch auch durch eine externe Einrichtung, beispielsweise durch einen Backendserver. Das Training des Algorithmus kann insbesondere auf einer separaten Einrichtung und auch im zeitlichen Abstand von der Durchführung des Verfahrens erfolgen. Es kann beispielsweise durch einen Fahrzeughersteller oder einen anderen Dienstleister durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass im laufenden Betrieb eines Kraftfahrzeugs im Kraftfahrzeug selbst ein weiteres Training erfolgt oder Ähnliches.The environmental data can, for example, be detected by sensors and/or received via a communication device. The environmental data for predicting the driving interventions can be processed, for example, by the road user, but also by an external device, for example by a backend server. The algorithm can be trained in particular on a separate device and also at a time interval from the implementation of the method. It can, for example, be carried out by a vehicle manufacturer or another service provider. However, it is also possible for further training or something similar to take place in the motor vehicle itself during ongoing operation of a motor vehicle.
Die Trainingsdatensätze können die Eingangsdaten direkt umfassen oder die Eingangsdaten können durch einen vorgelagerten Algorithmus aus dem Trainingsdatensatz ermittelt werden. Beispielsweise kann der jeweilige Trainingsdatensatz die gesamte Verkehrssituation beschreiben und die Eingangsdaten können einen Merkmalsvektor bilden, der die Verkehrssituation aus dem Blickwinkel des jeweiligen Verkehrsteilnehmers betrifft, also beispielsweise Eigenschaften der vorausliegenden Strecke, den Abstand zu einem vorausfahrenden und/oder nachfolgenden Kraftfahrzeug, die Belegung von Nachbarspuren, einen Abstand von bestimmten Merkmalen, also beispielsweise von einer Einmündung oder einem Kreisverkehr, etc. Ansätze zur Extraktion von Merkmalsvektoren aus einem Umgebungsmodell sind an sich im Stand der Technik bekannt und sollen nicht detailliert erläutert werden. Der Sollfahreingriff kann vorgeben, welcher Fahreingriff für die durch den jeweiligen Trainingsdatensatz beschriebenen Eingangsdaten im Idealfall durch den Algorithmus ermittelt werden sollte. Es kann sich hierbei insbesondere um einen in einer durch die Eingangsdaten beschriebenen Verkehrssituation tatsächlich erfolgten bzw. beobachteten Fahreingriff eines Verkehrsteilnehmers handeln. Der Sollfahreingriff kann somit ein beobachtetes Verhalten bzw. ein Verhalten, das vorausgesagt werden soll, abbilden.The training data sets can include the input data directly or the input data can be determined from the training data set by an upstream algorithm. For example, the respective training data set can describe the entire traffic situation and the input data can form a feature vector that relates to the traffic situation from the perspective of the respective road user, i.e., for example, properties of the route ahead, the distance to a preceding and/or following motor vehicle, the occupancy of neighboring lanes , a distance from specific features, for example from a junction or a roundabout, etc. Approaches to extracting feature vectors from an environment model are known per se in the prior art and will not be explained in detail. The target driving intervention can specify which driving intervention should ideally be determined by the algorithm for the input data described by the respective training data record. This can in particular be a driving intervention by a road user that actually took place or was observed in a traffic situation described by the input data. The target driving intervention can thus map an observed behavior or a behavior that is to be predicted.
Das jeweilige Fehlermaß kann durch Anwendung einer Verarbeitungsfunktion auf ein Abstandsmaß für den Abstand zwischen dem jeweiligen ermittelten Fahreingriff und dem durch den jeweiligen Trainingsdatensatz vorgegebenen Sollfahreingriff ermittelt werden, wobei die Steigung der Verarbeitungsfunktion zumindest in einem Wertebereich der Verarbeitungsfunktion mit zunehmenden Wert des Abstandsmaßes abnimmt. Wie bereits erwähnt, wird bei der Nutzung üblicher Fehlermaße, beispielsweise eines Fehlerquadrats, wie sie in der zitierten Veröffentlichung von C. Rupprecht et al. vorgeschlagen wird, eine Verteilung von Hypothesen erreicht, die deutlich von der Wahrscheinlichkeitsdichte in den Trainingsdaten abweicht. Es wurde erkannt, dass dieser Effekt insbesondere dadurch vermieden beziehungsweise reduziert werden kann, dass ein Fehlermaß genutzt wird, dessen Steigung mit zunehmenden Fehlern sinkt.The respective error measure can be determined by applying a processing function to a distance measure for the distance between the respective determined driving intervention and the target driving intervention specified by the respective training data set, with the slope of the processing function decreasing at least in a value range of the processing function as the value of the distance measure increases. As already mentioned, when using standard error measures, for example a squared error, as described in the cited publication by C. Rupprecht et al. is proposed, a distribution of hypotheses is achieved that deviates significantly from the probability density in the training data. It was recognized that this effect can be avoided or reduced in particular by using an error measure whose slope decreases with increasing errors.
Bei einer konkreten Umsetzung können beispielsweise der Fahreingriff und der Sollfahreingriff als Vektoren dargestellt werden und der Abstand kann als Summe von Potenzen, insbesondere von Quadraten, der Differenzen der Vektoreinträge beziehungsweise von Beträgen dieser Potenzen berechnet werden. Typischerweise werden entsprechende Abstandsmaße direkt als Summanden der Kostenfunktion genutzt. Abweichend hiervon wird vorgeschlagen, auf ein so ermitteltes Abstandsmaß zusätzlich eine Verarbeitungsfunktion anzuwenden, um zu einer unterschiedlichen Gewichtung von Abständen zu gelangen und hierdurch zu erreichen, dass zumindest näherungsweise Hypothesen mit gleicher Wahrscheinlichkeit generiert werden, so dass jede der Hypothesen stellvertretend für einen gleichen Teil der Wahrscheinlichkeitsmasse steht.In a specific implementation, for example, the driving intervention and the target driving intervention can be represented as vectors and the distance can be calculated as the sum of powers, in particular squares, of the differences between the vector entries or of amounts of these powers. Typically, corresponding distance measures are used directly as summands of the cost function. Deviating from this, it is proposed to additionally apply a processing function to a distance measure determined in this way in order to achieve a different weighting of distances and thereby achieve that hypotheses are generated at least approximately with the same probability, so that each of the hypotheses is representative of the same part of the probability measure stands.
Das jeweilige Fehlermaß kann als Algorithmus des oder eines Abstandsma-ßes für den Abstand zwischen dem jeweiligen ermittelten Fahreingriff und dem jeweiligen Sollfahreingriff ermittelt werden. Insbesondere kann somit ein Logarithmus als die obig erläuterte Verarbeitungsfunktion genutzt werden. Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass hierdurch eine besonders geringe Abweichung der Verteilung der Hypothesen von der Wahrscheinlichkeitsverteilung in den Trainingsdaten erreicht werden kann. Durch geeignete Wahl des Abstandsmaßes kann sogar erreicht werden, dass im theoretischen Fall der Generierung unendlich viele Hypothesen, also unendlich viele mögliche Fahreingriffe, die Wahrscheinlichkeitsverteilung, die durch die Trainingsdatensätze vorgegeben wird, exakter reproduziert werden kann. Es kann vorteilhaft sein, wenn das Abstandsmaß so gewählt wird, dass ein gewisser konstanter, insbesondere kleiner, Offset genutzt wird wodurch vermieden werden kann, dass das Abstandsmaß Null erreicht und somit der negative Logarithmus unendlich wird.The respective error measure can be determined as an algorithm of the or a distance measure for the distance between the respective determined driving intervention and the respective target driving intervention. In particular, a logarithm can thus be used as the processing function explained above. In the context of the invention, it was found that this means that there is a particularly small deviation in the distribution of the hypotheses from the truth probability distribution can be achieved in the training data. With a suitable choice of the distance measure, it can even be achieved that in the theoretical case of generating an infinite number of hypotheses, i.e. an infinite number of possible driving interventions, the probability distribution that is specified by the training data sets can be reproduced more precisely. It can be advantageous if the distance is selected in such a way that a certain constant, in particular smaller, offset is used, which can prevent the distance from reaching zero and thus the negative logarithm becoming infinite.
Andere Beispiele für Verarbeitungsfunktionen, deren Steigung mit zunehmendem Wert des Abstandsmaßes abnimmt, sind beispielsweise Wurzeln höherer Ordnung oder die tanh-Funktion.Other examples of processing functions that decrease in slope as the value of the distance measure increases are higher-order roots or the tanh function.
Der Fahreingriff und der Sollfahreingriff können jeweils durch einen Vektor definiert sein, wobei das Abstandsmaß proportional zu der 2-Norm des Differenzvektors zwischen Fahreingriff und Sollfahreingriff oder einer beliebigen Potenz dieser 2-Norm ist. Es wurde erkannt, dass durch diese Wahl des Abstandsmaßes Wahrscheinlichkeitsverteilungen in den Trainingsdaten besonders genau abgebildet werden können. Wird z.B. ein Logarithmus als Verarbeitungsfunktion verwendet, entspricht eine Änderung der Potenz einer Änderung des Vorfaktors des Fehlermaßes, der bei der Minimierung der Kostenfunktion typischerweise unerheblich ist. Beispielsweise kann das Quadrat der 2-Norm als Abstandsmaß verwendet werden.The driving intervention and the target driving intervention can each be defined by a vector, with the distance being proportional to the 2-norm of the difference vector between driving intervention and target driving intervention or to any power of this 2-norm. It was recognized that this choice of distance measure allows probability distributions to be mapped particularly precisely in the training data. For example, if a logarithm is used as the processing function, a change in the power corresponds to a change in the prefactor of the error measure, which is typically insignificant when minimizing the cost function. For example, the square of the 2-norm can be used as a distance measure.
In zumindest einem der Prädiktionsschritte kann ein Clusterbildungsverfahren verwendet werden, um jeweils ein Clusterzentrum aufzufinden, das einen Cluster mehrerer Fahreingriffe und/oder mehrerer Verkehrssituationen und/oder mehrerer Eingangsdaten repräsentiert und dieses Clusterzentrum kann statt den einzelnen Fahreingriffen und/oder Verkehrssituationen und/oder Eingangsdaten des jeweiligen Clusters weiter verarbeitet werden. Dies kann vorteilhaft sein, da ansonsten in späten Prädiktionsschritten eine sehr große Anzahl möglicher Verkehrssituationen berücksichtigt werden muss. Ohne ein Clustering erhöht sich die Anzahl der zu berücksichtigenden Verkehrssituationen mit jedem Iterationsschritt um einen Faktor, der dem Produkt der Anzahl der berücksichtigten Verkehrsteilnehmer und der Anzahl der für jeden Verkehrsteilnehmer prädizierten verschiedenen Fahreingriffe entspricht. Durch Nutzung eines Clusterings kann somit der Rechenaufwand zur Prädiktion erheblich reduziert werden beziehungsweise bei gleichem Rechenaufwand kann die Länge des Voraussagehorizonts vergrößert und/oder die Zeitauflösung der Voraussage verbessert werden.In at least one of the prediction steps, a clustering method can be used to find a cluster center that represents a cluster of multiple driving interventions and/or multiple traffic situations and/or multiple input data, and this cluster center can be used instead of the individual driving interventions and/or traffic situations and/or input data of the respective clusters are further processed. This can be advantageous since otherwise a very large number of possible traffic situations must be taken into account in late prediction steps. Without clustering, the number of traffic situations to be considered increases with each iteration step by a factor that corresponds to the product of the number of road users considered and the number of different driving interventions predicted for each road user. By using clustering, the computing effort for the prediction can thus be significantly reduced or, with the same computing effort, the length of the prediction horizon can be increased and/or the time resolution of the prediction can be improved.
Wird wie obig erläutert zumindest näherungsweise erreicht, dass die Verteilung der generierten Hypothesen der tatsächlichen durch die Trainingsdatensätze vorgegebenen bedingten Wahrscheinlichkeitsverteilung entspricht, ist ein solches Clustering problemlos möglich, da es letztlich einem Resampling der durch die einzelnen Hypothesen beziehungsweise ermittelten Fahreingriffe definierten Wahrscheinlichkeitsverteilung mit geringerer Auflösung entspricht. Ansätze zur Clusterbildung sind im Stand der Technik wohl bekannt und sollen nicht detailliert erläutert werden. Im Wesentlichen werden beim Clustering Clusterzentren gewählt, so dass Abstände der im jeweiligen Cluster liegenden Punkte von diesen Clusterzentren minimal werden. Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn, wie obig zum Fehlermaß erläutert, auch zur Ermittlung der Abstände von Clusterzentren eine Verarbeitungsfunktion auf ein übliches Abstandsmaß angewandt wird, deren Steigung zumindest in einem Wertebereich mit zunehmendem Wert des Abstandsmaßes abnimmt. Beispielsweise kann, wie obig erläutert, ein Logarithmus verwendet werden.If, as explained above, it is at least approximately achieved that the distribution of the hypotheses generated corresponds to the actual conditional probability distribution specified by the training data sets, such clustering is possible without any problems, since it ultimately corresponds to a resampling of the probability distribution defined by the individual hypotheses or determined driving interventions with a lower resolution . Approaches to clustering are well known in the art and will not be discussed in detail. Essentially, cluster centers are selected during clustering so that the distances between the points in the respective cluster and these cluster centers are minimal. It is particularly advantageous here if, as explained above for the error measure, a processing function is also applied to a standard distance measure to determine the distances between cluster centers, the slope of which decreases at least in a value range as the value of the distance measure increases. For example, as explained above, a logarithm can be used.
Aus der Verkehrssituation kann für den einzelnen Verkehrsteilnehmer ein Merkmalsvektor ermittelt werden, der als Einträge zumindest eine Position und/oder eine Relativgeschwindigkeit bezüglich wenigstens einem weiteren der Verkehrsteilnehmer und/oder bezüglich der Fahrbahn und/oder der wenigstens ein Merkmal eines voranliegenden Streckenabschnitts umfasst, wobei die Eingangsdaten des Algorithmus aus dem Merkmalsvektor bestehen oder den Merkmalsvektor umfassen. Beispielsweise kann der Merkmalsvektor den Abstand zum Vorderfahrzeug, zum Fahrbahnrand, zu Streckenmerkmalen, wie beispielsweise einer Kurve, einer Einmündung, einer Kreuzung oder einem Kreisverkehr, oder Ähnliches beschreiben. Ergänzend kann eine jeweilige Relativgeschwindigkeit berücksichtigt werden. Ergänzend oder alternativ können Informationen, wie beispielsweise eine Zeit bis zur einer Kollision mit einem anderen Verkehrsteilnehmer bei unverändertem Fahrbetrieb, eine Fahrtrichtung, beispielsweise bezüglich der Mittellinie und/oder des Fahrbahnrandes, eine Querposition des eigenen beziehungsweise eines Vorfahrzeugs auf der jeweiligen Spur und Ähnliches als Teil des Merkmalsvektors berücksichtigt werden. Die Verkehrssituation kann auch als Bild repräsentiert sein bzw. der Merkmalsvektor kann die Bilddaten eines solchen Bildes umfassen.From the traffic situation, a feature vector can be determined for the individual road user, which contains at least one position and/or a relative speed with respect to at least one other road user and/or with respect to the roadway and/or the at least one feature of a preceding route section as entries, with the Input data to the algorithm consists of or includes the feature vector. For example, the feature vector can describe the distance to the vehicle in front, to the edge of the road, to route features such as a curve, a junction, an intersection or a roundabout, or the like. In addition, a respective relative speed can be taken into account. In addition or as an alternative, information such as the time until a collision with another road user with unchanged driving, a direction of travel, for example with regard to the center line and/or the edge of the road, a transverse position of your own vehicle or that of a vehicle in front of you in the respective lane and the like can be included as part of the feature vector are taken into account. The traffic situation can also be represented as an image or the feature vector can include the image data of such an image.
Die jeweilige Verkehrssituation kann ermittelt werden, indem ein Kinematikmodell, insbesondere ein Einspur- oder Zweispurmodell, für den jeweiligen Verkehrsteilnehmer gemäß dem Fahreingriff parametrisiert wird. Beispielsweise kann anhand der durch den Fahreingriff beschriebene Beschleunigung eine aktuelle Geschwindigkeit für den Verkehrsteilnehmer ermittelt werden. Auf Basis dieser Geschwindigkeit und eines durch den Fahreingriff vorgegebenen aktuellen Lenkwinkels kann mithilfe bekannter Kinematikmodelle, beispielsweise mithilfe des Einspurmodells, ermittelt werden, an welcher Position sich der Verkehrsteilnehmer mit welcher Orientierung nach einem bestimmten verstrichenen Zeitintervall befindet.The respective traffic situation can be determined by parameterizing a kinematic model, in particular a one-lane or two-lane model, for the respective road user according to the driving intervention. For example, based on the acceleration described by the driving intervention, a current speed for the ver road users are identified. Based on this speed and a current steering angle specified by the driving intervention, known kinematic models, for example using the single-lane model, can be used to determine the position of the road user with which orientation after a certain elapsed time interval.
In Abhängigkeit wenigstens eines der ermittelten Fahreingriffe und/oder einer durch die zeitliche Abfolge der Fahreingriffe für den Verkehrsteilnehmer und/oder dem weiteren Verkehrsteilnehmer definierten jeweiligen Trajektorie kann wenigstens ein Aktor des Verkehrsteilnehmers zur Durchführung eines Fahreingriffs angesteuert werden und/oder eine Hinweiseinrichtung des Verkehrsteilnehmers zur Ausgabe eines Hinweises angesteuert werden. Hinweise können insbesondere an Insassen des Verkehrsteilnehmers, also beispielsweise einen Fahrer eines Fahrzeugs, oder an Personen außerhalb des Verkehrsteilnehmers, beispielsweise weitere Verkehrsteilnehmer, gegeben werden.Depending on at least one of the determined driving interventions and/or a respective trajectory defined by the chronological sequence of the driving interventions for the road user and/or the other road user, at least one actuator of the road user can be controlled to carry out a driving intervention and/or an information device of the road user for output be controlled by a notice. Information can be given in particular to the occupants of the road user, for example a driver of a vehicle, or to persons outside the road user, for example other road users.
Neben dem Verfahren zur Prädiktion von Fahreingriffen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Training eines Algorithmus, der zur Prädiktion von Fahreingriffen für einen jeweiligen Verkehrsteilnehmer dient und der durch mehrere Parameter parametrisiert ist, durch ein Verfahren des Maschinenlernens, wobei mehrere Trainingsdatensätze verwendet werden, die jeweils Eingangsdaten für den Algorithmus und einen Sollfahreingriff betreffen, wobei das Verfahren des Maschinenlernens mehrere Trainingsschritte umfasst, wobei in dem jeweiligen Trainingsschritt
- - der Algorithmus mit einer zu Beginn des jeweiligen Trainingsschritts vorliegenden Anfangsparametrisierung auf die jeweiligen Eingangsdaten der Trainingsdatensätze angewandt wird, um für jeden der Trainingsdatensätze mehrere verschiedene Fahreingriffe zu ermitteln,
- - für den jeweiligen Trainingsdatensatz ein jeweiliges Fehlermaß für die Abweichung jedes der ermittelten Fahreingriffe von dem jeweiligen Sollfahreingriff ermittelt wird,
- - für jeden Trainingsdatensatz das kleinste der für diesen Trainingsdatensatz in diesem Trainingsschritt bestimmten Fehlermaße ausgewählt wird, und
- - die Parameter des Algorithmus in Abhängigkeit einer Kostenfunktion angepasst werden, wobei die Kostenfunktion ausschließlich von den ausgewählten Fehlermaßen abhängt oder wobei die ausgewählten Fehlermaße in der Kostenfunktion stärker gewichtet werden als die anderen Fehlermaße.
- - the algorithm with an initial parameterization present at the beginning of the respective training step is applied to the respective input data of the training data sets in order to determine several different driving interventions for each of the training data sets,
- - a respective error measure for the deviation of each of the determined driving interventions from the respective target driving intervention is determined for the respective training data set,
- - the smallest of the error measures determined for this training data set in this training step is selected for each training data set, and
- - the parameters of the algorithm are adapted as a function of a cost function, the cost function depending exclusively on the selected error measures or the selected error measures being weighted more heavily in the cost function than the other error measures.
Die bereits obig erläuterten weiteren Ausgestaltungsmöglichkeiten bezüglich des Trainings des Algorithmus können auch auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Training eines Algorithmus übertragen werden. Insbesondere kann das Fehlermaß, wie obig erläutert, durch Anwendung einer Verarbeitungsfunktion auf ein Abstandsmaß ermittelt werden, wobei als Verarbeitungsfunktion insbesondere ein Logarithmus verwendet werden kann.The further possible configurations already explained above with regard to the training of the algorithm can also be transferred to the method according to the invention for training an algorithm. In particular, as explained above, the error measure can be determined by applying a processing function to a distance measure, it being possible in particular to use a logarithm as the processing function.
Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen Sensor und/oder wenigstens eine Kommunikationseinrichtung zur Erfassung von das Umfeld des Kraftfahrzeugs betreffenden Umgebungsdaten und eine Verarbeitungseinrichtung, wobei die Verarbeitungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Prädiktion von Fahreingriffen für einen Verkehrsteilnehmer eingerichtet ist, wenn das Kraftfahrzeug als der Verkehrsteilnehmer verwendet wird. Geeignete Sensoren und Kommunikationseinrichtungen zur Erfassung von Umgebungsdaten sind im Stand der Technik bekannt und sollen nicht detailliert erläutert werden.The invention also relates to a motor vehicle, comprising at least one sensor and/or at least one communication device for detecting environmental data relating to the area surrounding the motor vehicle and a processing device, the processing device being set up to carry out the method according to the invention for predicting driving interventions for a road user if the Motor vehicle is used as the road user. Suitable sensors and communication devices for acquiring environmental data are known in the prior art and will not be explained in detail.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung zeigen die folgenden Ausführungsbeispiele sowie die zugehörigen Zeichnungen. Hierbei Zeigen schematisch:
-
1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sowie eine Verkehrssituation, in der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Prädiktion von Fahreingriffen durchgeführt wird, -
2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Prädiktion von Fahreingriffen, und -
3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Training eines Algorithmus beziehungsweise das Training des im erfindungsgemäßen Verfahren zur Prädiktion von Fahreingriffen genutzten Algorithmus.
-
1 an exemplary embodiment of the motor vehicle according to the invention and a traffic situation in which an exemplary embodiment of the method according to the invention for predicting driving interventions is carried out, -
2 a flowchart of an exemplary embodiment of the method according to the invention for predicting driving interventions, and -
3 a flow chart of an exemplary embodiment of the method according to the invention for training an algorithm or the training of the algorithm used in the method according to the invention for predicting driver interventions.
Eine mögliche Implementierung des Verfahrens wird im Folgenden mit Bezug auf das in
In Schritt S2 werden auf Basis der Umgebungsdaten 10 Eingangsdaten 13 für einen Algorithmus 20 ermittelt, der zur Prädiktion von Fahreingriffen 21 dient. Die Eingangsdaten können in Form eines Merkmalsvektors 14 ermittelt werden, der relevante Merkmale der Verkehrssituation aus Sicht des Verkehrsteilnehmers 2 beschreibt. Beispielsweise können einzelne Einträge dieses Merkmalsvektors die relative Position 15 bzw. den Abstand des Verkehrsteilnehmers 2 zum vorausfahrenden Verkehrsteilnehmer 5 und/oder eine Relativgeschwindigkeit zu diesem Verkehrsteilnehmer beschreiben. Weitere Einträge des Merkmalsvektors 14 können beispielsweise entsprechende Informationen bezüglich der Relativposition bzw. Geschwindigkeit zum Verkehrsteilnehmer 6 und/oder zu Merkmalen 16, 17 des Streckenabschnitts, also beispielsweise zu einer Kurve bzw. einer Einmündung bzw. Parameter entsprechender Merkmale, beispielsweise einen Kurvenradius, beschreiben. Es kann auch zweckmäßig sein, die relative Position des Verkehrsteilnehmers 2 und des voranfahrenden Verkehrsteilnehmers 5 bezüglich der befahrenen Fahrspur 18 zu berücksichtigen. Die genannten Einträge des Merkmalsvektors 14 sind beispielhaft zu verstehen und typischerweise werden Merkmalsvektoren mit einer relativ großen Zahl von Einträgen, beispielsweise mit 30 berücksichtigenden Parametern, genutzt.In step S2, input data 13 for an
In
In Schritt S4 wird ein Algorithmus 20 auf die Eingangsdaten 13 angewandt, der auf Basis dieser Eingangsdaten 13 mehrere verschiedene Fahreingriffe 21 prädiziert, durch die beispielsweise unterschiedliche mögliche Fahrerreaktionen in der Verkehrssituation 1 berücksichtigt werden können. Wie später noch genauer erläutert werden wird, ist der Algorithmus 20 durch ein Verfahren des Maschinenlernens trainiert, wobei durch ein spezielles Trainingsverfahren erreicht wird, dass die Verteilung der verschiedenen ermittelten Fahreingriffe zumindest weitgehend einer bedingten Wahrscheinlichkeit für Fahreingriffe in ähnlichen Verkehrssituationen 1 entspricht, die durch im Rahmen des Trainings genutzten Trainingsdatensätze 25 vorgegeben ist. Ein solcher Algorithmus kann beispielsweise als neuronales Netz implementiert sein, wobei eine Eingangsschicht bzw. mehrere erste Schichten zur Ermittlung aller Fahreingriffe genutzt werden können, und eine Differenzierung zwischen den verschiedenen zu generierenden Fahreingriffen dadurch erfolgen kann, dass die letzte Schicht des Netzes bzw. die letzten Schichten des Netzes mehrfach vorliegen und verschieden parametrisiert sind, um die verschiedenen Fahreingriffe zu generieren.In step S4, an
Da in dem erläuterten Verfahren auch das Verhalten der weiteren Verkehrsteilnehmer 5, 6 berücksichtigt werden soll, werden die erläuterten Schritte für den weiteren Verkehrsteilnehmer 5 wiederholt, wobei abgesehen davon, dass die ermittelten Eingangsdaten hierbei auf den Verkehrsteilnehmer 5 statt auf den Verkehrsteilnehmer 2 bezogen sind, das gleiche Vorgehen genutzt wird. Somit entspricht das Vorgehen in Schritt S5 dem Vorgehen in Schritt S2, das Vorgehen in Schritt S6 dem Vorgehen in Schritt S3 und das Vorgehen in Schritt S7 dem Vorgehen in Schritt S4. Wie durch die Punkte 24 symbolisch dargestellt ist, erfolgt eine entsprechende Wiederholung der Ermittlung der Fahreingriffe auch für alle anderen relevanten Verkehrsteilnehmer, beispielsweise auch für den Verkehrsteilnehmer 6.Since the behavior of the
In Schritt S8 werden auf Basis der in den Schritten S4, S7, usw. prädizierte Fahreingriffe 21 für die verschiedenen Verkehrsteilnehmer 2, 5, 6 zukünftige Verkehrssituationen 15 prädiziert, indem ein Kinetikmodell 23 gemäß dem jeweiligen Fahreingriff, also beispielsweise mit einer vorgegebenen Beschleunigung und einem vorgegebenen Lenkwinkel, parametrisiert wird, um beispielsweise eine zukünftige Position und Orientierung der einzelnen Verkehrsteilnehmer 2, 5, 6 zu ermitteln. Somit wird für die verschiedenen Kombinationen der ermittelten Fahreingriffe eine jeweilige Verkehrssituation ermittelt. Hierbei wird im ersten Prädiktionsschritt von der Verkehrssituation 1 ausgegangen, die durch die Umgebungsdaten 10 beschrieben ist. In späteren Prädiktionsschritten wird die im jeweiligen vorangehenden Schritt prädizierte Verkehrssituation 22 gemäß dem Kinematikmodell modifiziert, um die aktuelle Verkehrssituation 15 aufzufinden.In step S8, based on the driving
Da, wie erläutert, für jeden der Verkehrsteilnehmer 2, 5, 6 mehrere verschiedene Fahreingriffe 21 ermittelt werden, wird für jede der Kombinationen der Fahreingriffe eine separate Verkehrssituation 15 prädiziert. Da somit in folgenden Prädiktionsdurchgängen von mehreren vorangehend prädizierten Verkehrssituationen 22 ausgegangen wird, steigt die Zahl der prädizierten Verkehrssituationen 15 mit einer zunehmenden Zahl der Prädiktionsschritte relativ rasch. Durch geeignete Wahl der Zeitauflösung der Prädiktion, also des jeweiligen Zeitintervalls, für das in dem jeweiligen Prädiktionsschritt eine Vorausberechnung erfolgt, und des Zeithorizonts der Prädiktion kann dennoch eine Prädiktion mit vertretbarem Rechen- und Speicherbedarf erreicht werden.Since, as explained, several
In Schritt S9 wird geprüft, ob weitere Prädiktionsschritte durchgeführt werden sollen. Insbesondere kann die Zahl der bereits durchgeführten Prädiktionsschritte mit einem Grenzwert verglichen werden. Sollen weitere Prädiktionsschritte durchgeführt werden, kann das Verfahren ab Schritt S2 bzw. S5 wiederholt werden.In step S9 it is checked whether further prediction steps should be carried out. In particular, the number of prediction steps already carried out can be compared with a limit value. If further prediction steps are to be carried out, the method can be repeated from step S2 or S5.
Die weiteren Prädiktionsschritte entsprechen im Wesentlichen dem vorangehend mit Bezug zu den Schritten S2 bis S9 erläuterten Vorgehen, mit dem Unterschied, dass die Eingangsdaten 13 bzw. die Merkmalsvektoren 14 statt auf Basis der Umgebungsdaten 10 und somit auf Basis der tatsächlichen Verkehrssituation 1 auf Basis der prädizierten Verkehrssituationen 15 ermittelt werden. Da, wie erläutert, in Schritt S8 stets mehrere Verkehrssituationen 15 prädiziert werden, werden somit in Schritt S2 in den nachfolgenden Prädiktionsschritten auch mehrere Sätze von Eingangsdaten 13 bzw. mehrere Merkmalsvektoren 14 generiert, nämlich jeweils ein Satz Eingangsdaten bzw. ein Merkmalsvektor 14 für jede der im vorangehenden Prädiktionsschritt ermittelten Verkehrssituationen 15.The other prediction steps essentially correspond to the procedure explained above with reference to steps S2 to S9, with the difference that the input data 13 or the feature vectors 14 are based on the predicted instead of on the basis of the
Wie bereits obig zur Ermittlung der Verkehrssituationen 15 erläutert, führt dies zu einem raschen Anstieg der zu berücksichtigten Sätze von Eingangsdaten 13 mit zunehmender Zahl der Prädiktionsschritte. Eine Möglichkeit, den hieraus resultierenden Speicher- und Rechenaufwand zu reduzieren, ist es, in dem optionalen zusätzlichen Schritt S3 eine Clusterbildung durchzuführen und somit beispielsweise eine fest vorgegebene Anzahl von Clusterzentren 19 zu ermitteln, die jeweils einen Cluster von Merkmalsvektoren 14 repräsentieren. Entsprechende Verfahren zur Clusterbildung sind an sich bekannt und sollen daher nicht detailliert erläutert werden. Da durch das im Folgenden erläuterte Training des Algorithmus 20, wie bereits erläutert, erreicht werden kann, dass die Verteilung der ermittelten Fahreingriffe 21 und somit auch der ermittelten Verkehrssituationen 15 der durch die Trainingsdatensätze 25 vorgegebenen bedingten Wahrscheinlichkeit für die Entwicklung der Verkehrssituation entspricht, entspricht eine solche Clusterbildung einem Resampling der bedingten Wahrscheinlichkeitsverteilung mit geringerer Auflösung, was bei ausreichend großer gewählter Clusterzahl im Wesentlichen ohne einen Genauigkeitsverlust der Prädiktion möglich ist.As already explained above for determining the
Wurde in Schritt S9 ermittelt, dass bereits ausreichend viele Prädiktionsschritte durchgeführt wurden, können in Schritt S10 die ermittelten Fahreingriffe bzw. die aus Abfolgen dieser Fahreingriffen resultierenden Trajektorien ausgewertet werden und beispielsweise genutzt werden, um einen Aktor 8 des Kraftfahrzeugs zur Durchführung eines Fahreingriffs, beispielsweise zur Durchführung eines automatischen Beschleunigens oder Bremsens und/oder eines Lenkeingriffs, und/oder einen Hinweiseinrichtung 9 zur Ausgabe eines Hinweises an einen Fahrzeuginsassen anzusteuern. Beispielsweise kann es sich bei den Hinweisen um Kollisionswarnungen, Hinweise zu einem möglichen oder unmöglichen Überholen des Verkehrsteilnehmers 5 oder Ähnliches handeln. Die Fahreingriffe bzw. Trajektorien können auch zur Planung einer automatisierten Fahrt des Kraftfahrzeugs 2 herangezogen werden, in deren Rahmen dann die Ansteuerung der Aktoren des Fahrzeugs erfolgt..If it was determined in step S9 that a sufficient number of prediction steps have already been carried out, the determined driving interventions or the trajectories resulting from sequences of these driving interventions can be evaluated in step S10 and used, for example, to activate an
Die vorangehende Erläuterung geht davon aus, dass Fahreingriffe sowohl für den Verkehrsteilnehmer 2 als auch für die weiteren Verkehrsteilnehmer 5, 6 prädiziert werden. Es wäre jedoch beispielsweise auch möglich, eine Trajektorie für den Verkehrsteilnehmer 2 oder z.B. für einen der weiteren Verkehrsteilnehmer 5, 6 fest vorzugeben und nur für die verbleibenden Verkehrsteilnehmer Fahreingriffe zu prädizieren, womit sich die prädizierten Verkehrssituationen z.B. nur bezüglich der Positionen, Orientierungen und Geschwindigkeiten dieser verbleibenden Verkehrsteilnehmer unterscheiden können. Wie bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung dargestellt, kann dies beispielsweise dazu dienen, eine geplante Trajektorie für ein hoch- oder vollautomatisiertes Fahren zu validieren bzw. eine Konsequenzabschätzung, insbesondere bezüglich Reaktionen anderer Verkehrsteilnehmer auf eine geplante Trajektorie, im Rahmen der Trajektorienplanung durchzuführen.The preceding explanation is based on the assumption that driving interventions are predicted both for
Eine mögliches Training des Algorithmus 20 wird im Folgenden mit Bezug auf
Der Algorithmus 20 ist durch eine Vielzahl von Parametern 28 parametrisiert, bei denen es sich beispielsweise um Eingangsgewichte von künstlichen Neuronen eines neuronalen Netzes handeln kann. Für diese Parameter werden zunächst, beispielsweise zufällig, Anfangswerte bestimmt und der Algorithmus 20 wird mit dieser Anfangsparametrisierung auf die jeweiligen Eingangsdaten 26 der Trainingsdatensätze angewandt, um die mehreren Fahreingriffe 21 zu ermitteln.The
Für jeden der ermittelten Fahreingriffe 21 wird ein Fehlermaß 31 ermittelt, das die Abweichung des jeweiligen ermittelten Fahreingriffs 21 von dem Sollfahreingriff 27 des Trainingsdatensatzes 25 betrifft, für dessen Eingangsdaten 26 der jeweilige Fahreingriff 21 ermittelt wurde. Hierbei wurde erkannt, dass es vorteilhaft ist, zunächst ein Abstandsmaß 29 zu ermitteln, das beispielsweise einem üblichen quadratischen Fehler oder einer anderen Potenz des Fehlers entsprechen kann, und dieses Abstandsmaß 29 anschließend dadurch zu modifizieren, dass eine Verarbeitungsfunktion 30 auf das Abstandsmaß 29 angewandt wird, um das jeweilige Fehlermaß 31 zu ermitteln. Die Verarbeitungsfunktion 30 ist hierbei so gewählt, dass ihre Steigung mit zunehmendem Abstandsmaß abnimmt. Als besonders vorteilhaft hat sich die Nutzung eines Logarithmus als Verarbeitungsfunktion 30 herausgestellt, da hierdurch die durch die Trainingsdatensätze 25 vorgegebenen bedingten Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Sollfahreingriffe 27 besonders gut abgebildet werden kann, das heißt ein Training erreicht wird, bei dem die verschieden ermittelten Fahreingriffe 21 nach abgeschlossenem Training im Wesentlichen gleichwahrscheinlich sind und somit gleich große Bereiche des Wahrscheinlichkeitsraums abdecken.An
Um eine solche Verteilung zu erreichen, hat es sich zudem als besonders vorteilhaft herausgestellt, einen „winner takes it all“-Ansatz zur Ermittlung der Kostenfunktion zu nutzen, bei dem für den jeweiligen Trainingsdatensatz ausschließlich das kleinste Fehlermaß 32, das für diesen Trainingsdatensatz 25 im aktuellen Trainingsschritt ermittelt wurde, aus den Fehlermaßen 31 ausgewählt und berücksichtigt wird. Die jeweiligen kleinsten Fehlermaße 32 für die verschiedenen Trainingsdatensätze 25 werden, wie durch die geschweifte Klammer 33 symbolisch dargestellt ist, zur Kostenfunktion 34 zusammengefasst, beispielsweise addiert. Die Kostenfunktion 34 kann dann, wie üblich, beispielsweise durch ein Gradientenabstiegsverfahren, minimiert werden, in dem die Parameter 28 variiert werden.In order to achieve such a distribution, it has also turned out to be particularly advantageous to use a "winner takes it all" approach to determine the cost function, in which for the respective training data set only the
Anders ausgedrückt entspricht die Wahl des kleinsten Fehlermaßes 32 für die Kostenfunktion 34 einer ausschließlichen Berücksichtigung jener Hypothese des Algorithmus 20, also jenes Fahreingriffs 21, der dem Sollfahreingriff 27 am nächsten kommt. Hierdurch wird erreicht, dass die bedingten Wahrscheinlichkeiten für die Sollfahreingriffe 27 unter der Bedingung der Eingangsdaten 26, die durch die Trainingsdatensätze 25 vorgegeben werden, durch den Trainierten Algorithmus besonders gut modelliert werden.In other words, the choice of the
In einzelnen Fällen kann es möglich sein, dass die Anfangswerte der Parameter 28 dazu führen, dass eine oder mehrere der erzeugten Hypothesen, also der ermittelten Fahreingriffe 21, niemals oder nur sehr selten zum geringsten Fehlermaß führt oder führen. Dies kann dazu führen, dass für jene Parameter 28, von denen ausschließlich diese Hypothese abhängt, nur ein sehr langsames Training erfolgt. Es kann daher vorteilhaft sein, zumindest in einigen der Trainingsschritte nicht ausschließlich das ausgewählte Fehlermaß 32 in der Kostenfunktion 34 zu berücksichtigen, sondern auch die weiteren der Fehlermaße 31 zu berücksichtigen, wobei für diese ein deutlich geringeres Gewicht, beispielsweise ein um einen Faktor zwischen 10 und 100 kleineres Gewicht, als für das ausgewählte Fehlermaß 32 gewählt wird.In individual cases it may be possible that the initial values of the
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