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Die Erfindung betrifft die Bestimmung einer geografischen Position eines Fahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung die Absicherung der Positionsbestimmung gegen mögliche Fehler.
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Ein Fahrassistent in einem Fahrzeug ist dazu eingerichtet, eine Längs- oder Quersteuerung des Fahrzeugs zu beeinflussen. Beispielsweise kann ein Fahrspurassistent dazu eingerichtet sein, das Fahrzeug zwischen Fahrbahnmarkierungen zu halten, die mittels einer Kamera abgetastet und automatisch erkannt werden können. Für die Steuerung muss eine Position des Fahrzeugs mit hoher Genauigkeit und Sicherheit bestimmt werden.
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Die Bestimmung der Position unterliegt üblicherweise einer Reihe von Fehlern und Ungenauigkeiten. Sensoren stellen beispielsweise verrauschte und/oder verfälschte Informationen bereit oder können gelegentlich ganz ausfallen. Unterschiedliche Messbedingungen oder komplexe Verarbeitungsheuristiken führen zu unterschiedlich genauen oder verlässlichen Bestimmungen. Wird das Fahrzeug auf der Basis einer inkorrekten Position gesteuert, kann die Sicherheit des Fahrzeugs oder eines Insassen gefährdet sein.
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Es wurde vorgeschlagen, Abtastungen eines einzelnen Sensors, der Daten zur Bestimmung der Position bereitstellt, einzeln zu validieren. Dazu kann bestimmt werden, wie gut die Abtastungen des Sensors zu einer Positionshypothese passen. Dazu kann eine einzelne Position auf der Basis der Abtastungen bestimmt werden und es kann bestimmt werden, wie weit die einzelne Position von der Positionshypothese abweicht. Die einzelne Position kann auf der Basis von Karteninformationen bestimmt werden, die beobachtbare Objekte im Umfeld des Fahrzeugs umfassen. Die Validierung geht üblicherweise von einer gleichbleibenden Qualität der Karteninformationen aus. Die Karteninformationen können jedoch auch unbemerkt veralten, sodass eine Häufigkeit, mit der die Bestimmungen eines Sensors validiert werden, obwohl sie zur Bestimmung einer falschen Position führen, erhöht sein kann. Die Sicherheit der bestimmten Position kann reduziert sein, sodass die Steuerung des Fahrzeugs auf der Basis der Position riskant sein kann.
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Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Technik zur Bestimmung einer abgesicherten Position für ein Fahrzeug zu bereitzustellen. Die Erfindung löst die Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Absichern einer geografischen Position eines Fahrzeugs Schritte des Abtastens mehrerer Informationsquellen, die jeweils Informationen bereitstellen, die auf die Position des Fahrzeugs hinweisen; des Bestimmens einzelner Positionen jeweils auf der Basis von Informationen einer der Informationsquellen und Umgebungsinformationen im Bereich einer Positionshypothese; des Validierens von Informationen, deren zugeordnete einzelne Position nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Positionshypothese abweicht; und des Bestimmens der Position des Fahrzeugs auf der Basis der validierten Informationen; wobei eine Veränderung einer Qualität der Umgebungsinformationen bestimmt wird; und auf der Basis der Veränderung eine Wahrscheinlichkeit bestimmt wird, mit der die bestimmte Position um mehr als das vorbestimmte Maß von einer tatsächlichen Position abweicht.
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Es wurde erkannt, dass Umgebungsinformationen, die insbesondere in Form von Kartendaten vorliegen können, unbemerkt veralten oder sonstwie weniger genau die Wirklichkeit reflektieren können. Im Gegensatz zu bekannten Techniken, die eine vorbestimmte Degeneration der Qualität annehmen, kann eine tatsächliche Veränderung bestimmt und für die Bestimmung und Absicherung der Position berücksichtigt werden.
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So kann verbessert bestimmt werden, mit welcher Sicherheit die Position bestimmt ist, beziehungsweise mit welcher Wahrscheinlichkeit die Position als inkorrekt zu gelten hat.
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Ein Fahrzeug kann in Abhängigkeit der bestimmten Position gesteuert werden. Eine Sicherheit, mit der die Steuerung durchgeführt wird, kann noch von weiteren Faktoren oder Bedingungen abhängen, die eine niedrige Bestimmungssicherheit kompensieren können. Umgekehrt kann eine hohe Sicherheit bei der Positionsbestimmung eine niedrigere Sicherheit an anderer Stelle, beispielsweise bei der Verarbeitung von Steuersignalen, ausgleichen. Eine Abschätzung, ob das Fahrzeug in einer vorliegenden Situation sicher automatisch gesteuert werden kann, beziehungsweise ob ein dafür in Kauf zu nehmendes Risiko einer Fehlbestimmung akzeptabel ist oder nicht, kann durch die Erfindung in verbesserter Weise möglich sein. Auch eine Verbesserung der Qualität der Umgebungsinformationen kann berücksichtigt werden.
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Die Wahrscheinlichkeit kann auf der Basis eines Produkts von Wahrscheinlichkeiten bestimmt werden, mit denen jeweils Informationen validiert werden, obwohl die bestimmte Position um mehr als das vorbestimmte Maß von der tatsächlichen Position abweicht („false positive“). Die Änderung der Qualität kann einen Einfluss auf die Wahrscheinlichkeiten haben. Beispielsweise kann die Wahrscheinlichkeit einer false-positive Bestimmung einer einzelnen Position bei einer aktuellen Karte 1 aus 100.000 betragen und bei einer veralteten Karte 2 aus 100.000, was einer Verdoppelung entspricht.
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Die Wahrscheinlichkeit kann mittels einer Markov-Kette bestimmt werden, welche die Veränderung der Qualität der Umgebungsinformationen modelliert. Auf der Basis der Markov-Kette kann eine Fehlerbaum Analyse durchgeführt werden, um die Sicherheit der Positionsbestimmung oder, unter Berücksichtigung weiterer Einflussfaktoren, der Steuerung des Fahrzeugs zu bestimmen.
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Übergangswahrscheinlichkeiten zwischen Zuständen der Markov-Kette können auf der Basis bekannter Abtastungen bestimmt werden (Regressionstest), und/oder auf der Basis von Beobachtungen eines Systems, welches das Verfahren ausführt.
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Der Regressionstest kann sicherstellen, dass ein Übergang zwischen Zuständen der Markov-Kette erkannt wird, wenn er erfolgt. Eine Übergangswahrscheinlichkeit kann dabei zunächst irrelevant sein. Durch Beobachtung eines ausführenden Systems können dann weniger dramatische Verschlechterungen erkannt und abgefangen werden. Hierfür kann eine Übergangswahrscheinlichkeit eine Rolle spielen, da für eine gewisse Zeit auf Umgebungsinformationen mit einer geringeren Qualität als angenommenen gearbeitet wird. Durch Beobachtung der Ergebnisse der Beobachtungen des Systems können dann Übergangswahrscheinlichkeiten ermittelt und gegebenenfalls verbessert werden.
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Die Übergangswahrscheinlichkeiten können insbesondere permanent überwacht und verbessert werden, um die Markov-Kette immer genauer anzupassen. Eine Beobachtung des Systems kann als KPI (key performance indicator) -Messung angesehen werden, die eine Qualität der Umgebungsinformationen beschreibt. Mittels der Markov-Kette kann abgeschätzt werden, wie stark sich ein Unfallrisiko eines Fahrzeugs, das auf der Basis einer wie beschrieben bestimmten Position gesteuert wird, durch die Qualitätsveränderungen erhöht. Mittels der Beobachtung des Systems über KPIs, die sich auf die Validatoren beziehen, kann eine Veränderung der Qualität der Umgebungsinformation bestimmt werden, die mit den üblichen KPIs, die sich direkt auf Kartenattribute beziehen, nicht bemerkt werden kann.
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Die Bestimmung der Position mittels des Verfahrens kann bereits ohne Berücksichtigung der Veränderung der Qualität robust gegenüber kurzfristigen Qualitätssprüngen der Umgebungsinformationen sein. Mittels der vorgeschlagenen KPIs kann ein Trend der Qualität der Umgebungsinformationen erkannt werden. Mittels der Markov-Kette kann ein daraus durchschnittlich resultierendes Risiko abgeschätzt werden.
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Die Markov-Kette kann Wahrscheinlichkeiten für unterschiedlich schnelle Veränderungen der Qualität der Umgebungsinformationen modellieren oder abbilden. Es ist bevorzugt, die Markov-Kette rekursiv anzuwenden, um eine Qualitätsveränderung jeweils für einen vorbestimmten Zeitschritt zu bestimmen. Eine folgende Veränderung der Qualität kann von einer zuletzt bestimmten Qualität ausgehen.
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Eine Wahrscheinlichkeit für eine schnelle Verschlechterung der Qualität kann auf der Basis von Beobachtungen der Validator KPIs in der Vergangenheit bestimmt werden. Die Beobachtungen können aufgezeichnete Abtastungen umfassen, die beispielsweise im Rahmen einer Testfahrt eines Fahrzeugs gewonnen wurden. Tatsächliche Positionen dieses Fahrzeugs während der Abtastungen können bekannt sein oder mit hoher Sicherheit bestimmt werden. Eine schnelle Verschlechterung der Qualität kann auch mittels einer anderen Methode bestimmt werden. Üblicherweise genügen relativ wenige Abtastungen, um eine schnelle Verschlechterung der Umgebungsinformationen zu bestimmen, während zur Bestimmung einer langsamen Verschlechterung viele Abtastungen erforderlich sein können. Eine Verschlechterung bereits niedriger KPIs eines Validators kann auf der Basis relativ weniger Abtastungen bestimmt werden.
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Eine Wahrscheinlichkeit für eine langsame Verschlechterung der Qualität kann auf der Basis einer Häufigkeit bestimmt werden, mit der Informationen validiert werden, obwohl die bestimmte Position um mehr als das vorbestimmte Maß von der tatsächlichen Position abweicht. Eine solche Häufigkeit kann während der Ausführung eines hierin beschriebenen Verfahrens bestimmt werden. Bevorzugt wird die Häufigkeit fortlaufend bestimmt und zur Anpassung der Wahrscheinlichkeit angewandt.
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In einer weiteren Ausführungsform werden Häufigkeiten berücksichtigt, die an verschiedenen Fahrzeugen beobachtet wurden. So kann eine Wahrscheinlichkeit auf der Basis von Erkenntnissen bestimmt werden, die an Fahrzeugen einer ganzen Flotte gesammelt werden können. So kann eine große Anzahl von Testdaten innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums vorliegen, sodass die langsame Veränderung der Qualität bereits mit hoher Sicherheit bestimmt werden kann.
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Eine Unterscheidung zwischen einer schnellen und einer langsamen Veränderung der Qualität kann bezüglich eines vorbestimmten Schwellenwerts für die Veränderungsgeschwindigkeit erfolgen. Die Qualität kann in Form eines beliebigen Indikators ausgedrückt sein, der eine quantitative Betrachtung erlaubt. In einer Ausführungsform wird die Qualität bezüglich der beschriebenen Häufigkeit der false-positive Bestimmungen angegeben.
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Das Fahrzeug kann auf der Basis der bestimmten Position gesteuert werden und das Steuern kann beendet werden, falls eine Wahrscheinlichkeit, dass Informationen validiert werden, obwohl die bestimmte Position um mehr als das vorbestimmte Maß von der tatsächlichen Position abweicht, einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Diese Wahrscheinlichkeit wird auch false-positive- oder FP-Wahrscheinlichkeit genannt. Sie kann auf der Basis einer FP-Wahrscheinlichkeit bei guten Kartendaten, einer Wahrscheinlichkeit, dass vorliegende Kartendaten schlecht sind, und einer FP-Wahrscheinlichkeit bei schlechten Kartendaten bestimmt werden.
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Beispielsweise kann das Fahrzeug durch einen Fahrspurassistenten in Querrichtung gesteuert werden, solange die bestimmte Wahrscheinlichkeit ausreichend klein ist. Übersteigt die Wahrscheinlichkeit einen vorbestimmten Schwellenwert, so kann ein Fahrer an Bord dazu aufgefordert werden, die Steuerung des Fahrzeugs zu übernehmen, und der Fahrspurassistent kann abgeschaltet werden. Außer der Wahrscheinlichkeit einer false-positive Bestimmung der Position können noch andere Sicherheitskennziffern berücksichtigt werden, um eine Sicherheit der gesamten Steuerung zu bestimmen. Unterschreitet diese Sicherheit einen vorbestimmten Schwellenwert, so kann die Steuerung beendet werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Absicherung einer geografischen Position eines Fahrzeugs mehrere Informationsquellen, die jeweils zur Bereitstellung von Informationen eingerichtet sind, die auf die Position des Fahrzeugs hinweisen; wobei jeder Informationsquelle ein Anpasser und ein Validator zugeordnet sind; wobei der Anpasser dazu eingerichtet ist, auf der Basis der Informationen der Informationsquelle und Umgebungsinformationen im Bereich einer Positionshypothese eine einzelne Position zu bestimmen; und der Validator dazu eingerichtet ist, die bereitgestellten Informationen zu validieren, falls die einzelne Position um nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Positionshypothese abweicht; und eine Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung der Position des Fahrzeugs auf der Basis der validierten Informationen. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, eine Veränderung einer Qualität der Umgebungsinformationen zu bestimmen; und auf der Basis der Veränderung eine Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, mit der die bestimmte Position um mehr als das vorbestimmte Maß von einer tatsächlichen Position abweicht.
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Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden oder umgekehrt.
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Nach wieder einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Fahrzeug eine hierin beschriebene Vorrichtung. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Kraftfahrzeug umfassen, beispielsweise einen Personenkraftwagen oder ein Kraftrad. Auch ein Lastkraftwagen oder ein Bus können verwendet werden.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein System;
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens;
- 3 eine beispielhafte Markov-Kette; und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines weiteren Verfahrens;
illustriert.
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1 zeigt ein System 100, das ein Fahrzeug 105, insbesondere ein Kraftfahrzeug wie einen Personenkraftwagen oder ein Kraftrad, und eine Vorrichtung 110 umfasst, die an Bord des Fahrzeugs 105 angebracht ist. Das Fahrzeug 105 kann in Abhängigkeit einer bestimmten geografischen Position gesteuert werden kann, beispielsweise in Längs- und/oder Querrichtung. Die Vorrichtung 110 umfasst wenigstens eine Informationsquelle 115 zur Bereitstellung von Informationen, die auf eine Position und/oder Ausrichtung des Fahrzeugs 105 hinweisen. Wie später noch genauer ausgeführt wird, sind bevorzugt mehrere Informationsquellen 115 vorgesehen. Eine Informationsquelle 115 kann einen Sensor umfassen, der insbesondere zur Abtastung eines Umfelds des Fahrzeugs 105 eingerichtet sein kann. Mehrere Informationsquellen 115 können auch einen gemeinsamen Sensor verwenden. Der Sensor kann insbesondere eine Kamera, einen Radarsensor, einen LiDAR-Sensor oder einen Ultraschallsensor umfassen. Auch ein Empfänger für Signale eines bevorzugt satellitengestützten Navigationssystems kann als Sensor dienen. Bekannte solche Systeme umfassen GALILEO, GPS und GLONASS. Bestimmungen können jeweils auf der Basis von differenziellen Messungen (DGPS: differential GPS) verbessert werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass jede Informationsquelle 115 nur einen Sensor verwendet, um eine statistische Unabhängigkeit der bereitgestellten Informationen sicherzustellen. Eine Verarbeitungseinrichtung 120 ist zur Verarbeitung von Informationen vorgesehen, die von der Informationsquelle 115 bereitgestellt werden. Weiter kann eine Referenz 125 vorgesehen sein, die Informationen bereitstellt, die mehreren oder allen Informationsquellen 115 zugeordnet sein können. Beispielsweise kann die Referenz 125 einen Kartenspeicher zur Bereitstellung von Kartendaten oder ein Odometer zur Bereitstellung von Odometriedaten umfassen. Die Verarbeitungsvorrichtung 120 kann mit einer Schnittstelle 130 verbunden sein, die bevorzugt zur Bereitstellung einer bestimmten Position und/oder Ausrichtung eingerichtet ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Verarbeitungseinrichtung 120 dazu eingerichtet ist, auf der Basis von Informationen, die von verschiedenen Informationsquellen 115 bereitgestellt werden, jeweils eine einzelne Position des Fahrzeugs 105 zu bestimmen. Dazu kann sie Informationen der Referenz 125 verwenden. Beispielsweise kann die Informationsquelle eine Kamera umfassen, die Landmarken im Umfeld des Fahrzeugs 105 erfasst. Positionen der Landmarken können von geografischen Umgebungsinformationen der Referenz 125 umfasst sein, sodass die einzelne Position bestimmt werden kann, indem die Beobachtungen an die bekannten Informationen angepasst werden. Dieser Vorgang wird auch „matching“ und ein ausführendes Element auch „Matcher“ oder Anpasser genannt. Ein Anpasser ist üblicherweise spezifisch für eine vorbestimmte Informationsquelle 115 bereitgestellt. Für unterschiedliche Fahrsituationen können unterschiedliche, spezialisierte Anpasser vorgesehen sein.
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Die Verarbeitungseinrichtung 120 kann auch eine Positionshypothese bereitstellen, auf deren Basis beispielsweise bei einer folgenden Bestimmung arbeiten kann. Die Positionshypothese kann beispielsweise auf der Basis einer zuvor bestimmten Position und einer seitdem erfolgten Bewegung des Fahrzeugs 105 bestimmt werden. Alternativ kann die bestimmte Position als Positionshypothese verwendet werden. Beim Matching können Umgebungsinformationen der Referenz 125 in einem vorbestimmten Bereich um die Positionshypothese berücksichtigt werden.
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Auf der Basis der einzelnen Positionen kann die Verarbeitungseinrichtung 120 eine Position des Fahrzeugs 105 bestimmen. Außerdem ist die Verarbeitungseinrichtung 120 bevorzugt dazu eingerichtet, für die einzelnen Informationsquellen 115 jeweils zu bestimmen, wie gut die bereitgestellten Informationen zur bestimmten Position oder der Positionshypothese passen. Dazu können die jeweiligen Informationen und die daraus bestimmte einzelne Position betrachtet werden. Der Vorgang wird auch Validieren und eine ausführende Komponente Validator genannt. Ein Matcher und ein Validator können miteinander integriert ausgeführt sein.
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Sollten die Informationen weniger gut als ein vorbestimmtes Maß zur bestimmten Position passen, so kann die Verarbeitungseinrichtung 120 ein Signal bereitstellen, das über die Schnittstelle 130 bereitgestellt werden kann. Das Signal kann ausgegeben werden, wenn die Informationen wenigstens einer von mehreren Informationsquellen 115 schlechter als vorbestimmt zur bestimmten Position passen. Das Signal kann darauf hinweisen, dass keine Position bestimmt werden oder die Position nicht mit ausreichender Sicherheit bestimmt werden konnte. Eine von der bestimmten Position abhängige Steuerung, etwa für eine Bewegung des Fahrzeugs 105, kann daraufhin deaktiviert werden und ein Fahrer kann aufgefordert werden, die Steuerung des Fahrzeugs 105 zu übernehmen.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200, das insbesondere an Bord eines Fahrzeugs 105 und vorzugsweise mittels einer Vorrichtung 110 ausgeführt werden kann. Das Verfahren 200 umfasst mehrere Funktionsblöcke 205, die nebenläufig zueinander ausgeführt werden können. Dazu können die gleichen oder voneinander verschiedene Elemente der Vorrichtung 110 verwendet werden. Obwohl beliebig viele Funktionsblöcke 205 gebildet werden können, liegt ihre Zahl an einem üblichen Fahrzeug 105 allgemein bei ca. 2-4.
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In einem Funktionsblock 205 stellt eine Informationsquelle 115 Informationen bereit, die auf eine Position, eine Ausrichtung oder eine Pose des Fahrzeugs 105 hinweisen. Eine Pose umfasst allgemein eine Position und eine Ausrichtung. Im dreidimensionalen Raum kann eine Pose beispielsweise sechs Angaben umfassen, von denen drei translatorisch und drei rotatorisch bezüglich eines kartesischen Koordinatensystems sind. Obwohl die Erfindung auch auf der Basis einer Position oder einer Ausrichtung anstelle einer Pose ausgeführt werden könnte, ist im Folgenden von Posen die Rede.
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In einem Schritt 210 wird auf der Basis der von der Informationsquelle 115 bereitgestellten Informationen eine einzelne Pose bestimmt. Vorliegend wird von einer „einzelnen“ Pose gesprochen, wenn diese auf der Basis nur einer Informationsquelle 115 bestimmt ist. Die Pose des Fahrzeugs 105 ist auf der Basis mehrerer „einzelnen“ Posen bestimmt. Der Schritt 210 kann auf eine beliebige Weise durchgeführt werden und beispielsweise eine Mittelwertbildung, einen adaptiven Filter, ein physikalisches Modell des Fahrzeugs 105 oder ein trainiertes neuronales Netzwerk umfassen. Die Bestimmung kann auf der Basis noch weiterer Informationen erfolgen, die von der Referenz 125 bereitgestellt sind. Der Schritt 210 kann auch rückgekoppelt sein und eine zuvor selbst bereitgestellte einzelne Pose verarbeiten.
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Bezüglich einer bestimmten Pose kann eine grundlegende Überprüfung erfolgen. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob sich das Fahrzeug 105 auf einer Fahrstraße befindet, auf der eine zu steuernde Fahrfunktion überhaupt angeboten wird. Beispielsweise kann eine Voraussetzung für das Verfolgen einer Fahrspur sein, dass die Fahrstraße eine Autobahn oder eine Schnellstraße umfasst. Eine solche Überprüfung kann auch mittels eines separaten Funktionsblocks erfolgen. Ist eine erforderliche Voraussetzung nicht erfüllt, so kann das Verfahren 200 terminieren.
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In einem Schritt 215 werden die im Schritt 210 verwendeten Informationen der Informationsquelle 115 bewertet, indem geprüft wird, wie gut sie zu einer Pose des Fahrzeugs 105 passen. Diese Bestimmung kann auch Validieren genannt werden, und ein den Schritt 215 ausführendes Element kann als Validator bezeichnet werden. Die Pose des Fahrzeugs 105 wird auf der Basis bestimmter einzelner Posen bestimmt, wie unten genauer ausgeführt ist. Zur Bewertung kann bestimmt werden, wie gut Abtastungen der Informationsquelle 115 zu Umgebungsinformationen der Referenz 125 passen. In einer weiteren Ausführungsform kann auch ein Abstand bestimmt werden, der zwischen der einzelnen Position und der tatsächlichen Position des Fahrzeugs 105 liegt. Der Abstand kann für jeweils enthaltene Positionen einen euklidischen Abstand und für jeweils enthaltene Ausrichtungen einen zwischen ihnen liegenden Winkel umfassen. Der Abstand und der Winkel können zur Bildung einer kombinierten Kennzahl verwendet werden, um einen späteren Vergleich mit einem vorbestimmten Maß zu erleichtern. Das vorbestimmte Maß kann einem maximal tolerierbaren Fehler bei der bestimmten Pose entsprechen oder kleiner sein. Für jeden Funktionsblock 105 kann ein individuelles Maß vorbestimmt sein. Übersteigt der Abstand beziehungsweise die Kennzahl das vorbestimmte Maß, so kann ein Signal, insbesondere ein Warnsignal, an einen Schritt 225 bereitgestellt werden.
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Das vorbestimmte Maß kann in Abhängigkeit eines Fahrzustands und/oder einer Fahrfunktion des Fahrzeugs 105 bestimmt sein. Die Fahrfunktion kann insbesondere einen Fahrassistenten umfassen, der dazu eingerichtet ist, einen Fahrer des Fahrzeugs 105 zu entlasten oder zu unterstützen. Der Fahrassistent kann eine Längssteuerung und/oder eine Quersteuerung des Fahrzeugs 105 durchführen oder in eine davon bei Bedarf eingreifen. In einer Ausführungsform ist der Fahrassistent zur automatischen oder autonomen Führung des Fahrzeugs 105 eingerichtet.
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Sollte die einzelne Pose schlechter als vorbestimmt zur bestimmten Pose des Fahrzeugs 105 passen, beispielsweise indem der Abstand das vorbestimmte Maß übersteigt, so kann ein Signal bereitgestellt werden, das in einem Schritt 220 ausgewertet werden kann. Außerdem kann die Bestimmung der Pose im Schritt 210 in Abhängigkeit der bestimmten Qualität, des bestimmten Abstands oder des bestimmten Signals erfolgen. Beispielsweise kann im Schritt 210 ein adaptiver Filter berechnet werden, der neu initialisiert werden kann, falls die durch den Filter bereitgestellte einzelne Pose mehr als vorbestimmt von der Pose des Fahrzeugs 105 abweicht.
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In einem Schritt 220 wird die Pose des Fahrzeugs 105 bestimmt. Dazu werden bevorzugt die in den Funktionsblöcken 105, insbesondere den Schritten 210, bestimmten einzelnen Posen miteinander kombiniert. Die Kombination kann alle bestimmten einzelnen Posen in der gleichen Weise oder individuell berücksichtigen. Beispielsweise können einzelne Posen berücksichtigt werden, die auf der Basis verschiedener Verarbeitungen von Informationen desselben Sensors bestimmt sind. Einzelne Posen, bzw. ihnen zugrunde liegende Daten, die von einem der Schritte 215 als nicht vertrauenswürdig bestimmt wurden, können bei der Bestimmung der Pose des Fahrzeugs 105 verworfen werden. Die bestimmte Pose des Fahrzeugs 105 kann nach Außen bereitgestellt werden.
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In einem Schritt 225 können Validationssignale der Funktionsblöcke 205 ausgewertet werden. An der Schnittstelle 130 kann ein Signal, das auf eine möglicherweise nicht vertrauenswürdige bestimmte Pose des Fahrzeugs 105 hinweist, auf der Basis eines oder mehrerer Signale aus Schritten 215 der Funktionsblöcke 105 bestimmt und bereitgestellt werden.
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In einer Ausführungsform wird ein solches Signal an der Schnittstelle 130 bereits ausgegeben, wenn mindestens eine der bestimmten einzelnen Posen um mehr als das zugeordnete vorbestimmte Maß von der bestimmten Pose abweicht. Dies kann gleichbedeutend mit dem Vorliegen mindestens eines Warnsignals in einem der Schritte 215 sein.
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In einer anderen Ausführungsform kann in einem Schritt 215 ein Warnsignal nicht nur bereitgestellt oder nicht bereitgestellt werden, sondern es kann auch keine Aussage zu einer bestimmte Pose getroffen werden. Beispielsweise kann ein LiDAR-Sensor im Umfeld des Fahrzeugs ein weiteres Fahrzeug abtasten, das mit keinem in einem Kartenspeicher vermerkten Objekt korreliert. In diesem Fall kann eine auf der Basis anderer Abtastungen des LiDAR-Sensors bestimmte einzelne Pose weder bestätigt noch angezweifelt werden. Eine Beurteilung der bestimmten einzelnen Pose im Schritt 215 kann in einem solchen Fall unterbleiben. In der Folge kann im Schritt 225 das Warnsignal an der Schnittstelle 130 nicht auf der Basis des fehlenden Signals bestimmt werden. Allerdings kann das Warnsignal noch gegeben werden, falls ein anderer Validator 215 Zweifel an der Vertrauenswürdigkeit einer zugeordneten einzelnen Pose bestimmt, oder zu wenige Validatoren 215 die Pose beurteilen. Sollte in keinem der Schritte 215 der Funktionsblöcke 205 eine Aussage zur Vertrauenswürdigkeit der betrachteten Daten gemacht worden sein, kann im Schritt 225 ebenfalls das Warnsignal ausgegeben werden.
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Zur Betrachtung der Sicherheit einer Positionsbestimmung kann bestimmt werden, wie häufig beziehungsweise mit welcher Wahrscheinlichkeit eine Position des Fahrzeugs bestimmt wird, die mehr als ein vorbestimmtes Maß von der tatsächlichen Position abweicht, ohne dass eine Fehlbestimmung erkannt wird. In der folgenden Tabelle ist ein Sicherheitspuffer für unterschiedliche Fehlerraten und unterschiedlich große Mengen an Abtastungen bei einer vorbestimmten Bestimmungssicherheit angegeben. Die Abtastungen sind während der Fahrt von Messfahrzeugen durchgeführt, sodass sie in der Einheit dabei gefahrener Kilometer angegeben sind.
| Fehlerrate | 10.000 km | 50.000 km | 200.000 km | 500.000 km | 2.500.000 km |
| 1E-05 | 71,00 | 32,30 | 16,65 | 10,90 | 5,43 |
| 1E-03 | 8,00 | 4,13 | 2,57 | 1,99 | 1,44 |
| 1E-02 | 3,21 | 1,99 | 1,49 | 1,31 | 1,14 |
| 1E-01 | 1,70 | 1,31 | 1,16 | 1,10 | 1,04 |
| 1 | 1,22 | 1,10 | 1,05 | 1,03 | 1,01 |
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Wurde beispielsweise eine Fehlerrate von 1E-05 auf der Basis von Abtastungen auf nur 10.000 km bestimmt, so kommen auf eine erkannte Fehlbestimmung der Position (true negative) statistisch 71 nicht erkannte Fehlbestimmungen (false positive). Ist die Fehlerrate auf der Basis von 2,5 Mio. km bestimmt, so ist mit nur 5,43 mal so vielen unerkannten wie erkannten Fehlbestimmungen zu rechnen. Insgesamt lässt sich erkennen, dass um so mehr Testkilometer zurückgelegt werden müssen, je geringer die Fehlerrate ist. Alternativ muss eine vergrößerte Sicherheit auf die Fehlerrate addiert werden.
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Die Wahrscheinlichkeit einer false-positive Bestimmung einer einzelnen Abtastung kann verringert werden, indem ein spezieller Matcher für eine vorliegende Situation verwendet wird. Zur Verfügung stehende Abtastungen müssen dann aber auf mehr unterschiedliche Matcher aufgeteilt werden, sodass für einen einzelnen Matcher weniger Abtastungen bereitstehen. Die Situation, in welcher der spezialisierte Matcher angewendet wird, liegt vergleichsweise selten vor, sodass eine vergrößerte Sicherheitsmarge vorliegt und das Gesamtsystem schlechter abschneidet.
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3 zeigt eine beispielhafte Markov-Kette 300 zur Verfolgung der Veränderung einer Qualität von Umgebungsinformationen der Referenz 125. Die Qualität ist reflektiert durch eine Performanz eines Systems 100 bezüglich false-positive Bestimmungen der geografischen Position des Fahrzeugs 105.
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Die Markov-Kette 300 umfasst einen aktuellen Zustand 305, in dem die Qualität einen vorbestimmten Wert aufweist. Von diesem Zustand aus sind Übergänge in verschiedene andere Zustände möglich, die jeweils eine bestimmte Qualität anzeigen. Ein Zustand 305 zeigt eine erhöhte Qualität an, ein Zustand 310 eine gleichbleibende Qualität, ein Zustand 315 eine leicht verringerte Qualität, ein Zustand 320 eine signifikant verringerte Qualität und ein Zustand 325 eine dramatisch verringerte Qualität. Andere und insbesondere weitere Zustände können entsprechend gebildet werden. Quantitative Schwellenwerte zur Unterscheidung der jeweiligen Qualitätsveränderungen können nach Bedarf festgelegt werden.
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Jedem Übergang zwischen Zuständen 305 bis 325 ist eine Wahrscheinlichkeit zugeordnet, die auf der Basis von Tests oder laufenden Bestimmungen errechnet werden kann. Die Markov-Kette 300 wird bevorzugt auf einen vorbestimmten Zeitschritt von beispielsweise einem Tag oder einer Woche angewandt. Ein dann eingenommener Folgezustand 310 bis 325 kann als aktueller Zustand 305 für einen folgenden Durchlauf dienen.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Bestimmen einer abgesicherten Position für ein Fahrzeug 105. Das Verfahren 400 macht insbesondere Gebrauch von Techniken, die oben mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben sind.
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In einem Schritt 405 wird ein Umfeld des Fahrzeugs 105 abgetastet. In einem Schritt 410 kann eine Positionshypothese bestimmt werden, die zumindest ungefähr angibt, wo sich das Fahrzeug 105 befindet. Anschließend können in einem Schritt 415 Umgebungsinformationen in einem vorbestimmten Bereich um die Positionshypothese bestimmt werden.
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In einem Schritt 420 können einzelne Positionen jeweils auf der Basis einer Abtastung und den bestimmten Umgebungsinformationen bestimmt werden. Weicht eine Position um mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Positionshypothese ab, so kann die zugeordnete Abtastung negativ validiert werden, andernfalls positiv. Auf der Basis positiv validierter Abtastungen kann in einem Schritt 425 die Position des Fahrzeugs 105 bestimmt werden.
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In einem Schritt 430 kann eine Veränderung der Qualität der Umgebungsinformationen bestimmt werden. Dabei können unterschiedlich schnelle Veränderungen auf der Basis unterschiedlicher Ansätze prognostiziert und ihre Wahrscheinlichkeiten vorausgesagt werden. Sinkt die Qualität der Umgebungsformationen ab, so kann eine Wahrscheinlichkeit, mit der bei der im Schritt 420 unbemerkt eine einzelne Position bestimmt wird, die weiter als das vorbestimmte Maß von einer tatsächlichen Position des Fahrzeugs 105 entfernt liegt, ansteigen.
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In einem Schritt 435 kann eine Sicherheit der bestimmten Position auf der Basis eines Produkts von Wahrscheinlichkeiten bestimmt werden, mit denen die einzelnen Positionen bestimmt wurden. Verändert sich die Qualität der Umgebungsinformationen, so ändern sich üblicherweise auch die einzelnen Wahrscheinlichkeiten und dementsprechend die in diesem Schritt bestimmte Sicherheit. Die bestimmte Sicherheit kann mit anderen Parametern in Kontext gesetzt werden, die eine Steuerung des Fahrzeugs 105 betreffen. Wird dabei bestimmt, dass die Steuerung nicht mit einer vorbestimmten Sicherheit in einer vorbestimmten Güte durchgeführt werden kann, so kann die Steuerung abgeschaltet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- System
- 105
- Fahrzeug
- 110
- Vorrichtung
- 115
- Informationsquelle
- 120
- Verarbeitungseinrichtung
- 125
- Referenz
- 130
- Schnittstelle
- 200
- Verfahren
- 205
- Funktionsblock
- 210
- Pose bestimmen
- 215
- Signal auswerten, validieren
- 220
- Pose bestimmen
- 225
- Signal bereitstellen
- 300
- Markov-Kette
- 305
- bestimmte Qualität
- 310
- Qualität erhöht
- 315
- Qualität gleichbleibend
- 320
- geringe Verringerung der Qualität
- 325
- signifikante Verringerung der Qualität
- 330
- dramatische Verringerung der Qualität
- 400
- Verfahren
- 405
- Umfeld abtasten
- 410
- Positionshypothese bestimmen
- 415
- Umgebungsinformationen bestimmen
- 420
- Abtastungen validieren
- 425
- Position bestimmen
- 430
- Veränderung Qualität bestimmen
- 435
- Sicherheit ausreichend groß?
