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Diese Anwendung betrifft eine autonome Umgebung, die für zumindest teilautonome Fahrzeuge Informationen zum lokalen Berechnen ihres Verhaltens bereitstellt.
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Wahrnehmungstechnologie für autonomes Fahren ist kostspielig, da die Anzahl von Sensoren zur Bereitstellung von Umgebungswahrnehmung in zukünftigen autonomen Fahrzeugen immens sein wird und die aufsummierten Kosten für die einzelnen Fahrzeuge enorm sein werden. Außerdem handelt es sich bei der von allen erforderlichen Wahrnehmungssensoren benötigten Verarbeitungsleistung und dem Zusammenführen der Sensormessungen um komplexe Aufgabenstellungen, die dazu führen, dass jedes einzelne Fahrzeug über leistungsstarke verarbeitende Einheiten, wie GPUs, verfügen muss. Alle diese Parameter erhöhen die Kosten für das einzelne Fahrzeug immens, sodass dieser Faktor die individuelle Mobilität in der Zukunft beeinträchtigen könnte.
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Alternative Lösungen sind Systeme zur aktiven Interaktion, die eine Interaktion zwischen einem externen System und einem Fahrzeug bereitstellen, wie sie etwa aus der
WO2018/132378A2 bekannt sind, in denen Steuereinheiten wie TCCs [„traffic control centers“, Verkehrsleitzentralen] und TCUs [„traffic control units“, Verkehrsleitgeräte] Informationen zur Verkehrssteuerung und -optimierung von Fahrzeugen empfangen. Die automatisierten Fahrzeuge werden von diesen externen Systemen gesteuert, die detaillierte zeitkritische Steuerinformationen an die Fahrzeuge senden, die sich dann den bereitgestellten Steuerinformationen entsprechend verhalten müssen. TCC und TCU übernehmen das Verarbeiten der Daten, der Netzoptimierung und der Verkehrssteuerung für die Fahrzeuge und somit die Steuerung des Verhaltens der Fahrzeuge. Das Senden zeitkritischer Informationen von einer externen Einheit an ein Fahrzeug ist jedoch ein kritischer Faktor, der aufgrund der derzeit verfügbaren Sendetechnik weiterhin mit dem Nachteil zeitlicher Verzögerungen verbunden ist.
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Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes System, das autonomes Fahren ermöglicht, bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird eine autonome Umgebung, die für zumindest teilautonome Fahrzeuge Informationen zum lokalen Berechnen ihres Verhaltens bereitstellt, wobei die autonome Umgebung an vordefinierten Stellen platziert wird, die einen vordefinierten Bereich von mindestens einer Straße überblicken, und mindestens eine SPT-Einheit aufweist, die Folgendes aufweist:
- - mindestens eine erfassende Einheit, die dazu eingerichtet ist, in dem von ihr überblickten Bereich mindestens die Objektbewegung und die Straßengeometrie zu erfassen und entsprechende Ausgangsdaten bereitzustellen, und
- - mindestens eine verarbeitende Einheit, die dazu eingerichtet ist, die Ausgangsdaten derart zu verarbeiten, dass Informationen ausgegeben werden, die ausreichen, um das Verhalten des Fahrzeugs zu berechnen, und
- - mindestens eine sendende Einheit, die dazu eingerichtet ist, die von der verarbeitenden Einheit bereitgestellten Informationen zur Weiterverarbeitung an das mindestens eine teilautonome Fahrzeug und/oder an mindestens eine SPT-Einheit innerhalb des Bereichs zu senden.
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Die vorgeschlagene autonome Umgebung reduziert die Kosten für ein System, das autonomes Fahren ermöglicht, sodass die Akzeptanz und Verfügbarkeit autonomer Fahrzeuge zukünftig erhöht wird. Da die Berechnung des Fahrzeugverhaltens innerhalb des Fahrzeugs erfolgt, entstehen zudem keine zeitlichen Verzögerungen durch das Senden von Informationen von einem externen System an das Fahrzeug.
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Gemäß einem Aspekt ist die erfassende Einheit dazu eingerichtet, ihre Umgebung in einer 360-Grad-Ansicht zu erfassen. Gemäß einem weiteren Aspekt ist jede erfassende Einheit in einer vordefinierten Höhe über der Straße angeordnet. Gemäß einem weiteren Aspekt sind die erfassenden Einheiten an einem Straßenbegrenzungspfosten und/oder einer Bushaltestelle und/oder einer Verkehrsampel und/oder einer Stadtbeleuchtung positioniert. Je höher die erfassenden Einheiten angebracht sind, desto besser ist der Überblick über die Straße.
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Gemäß einem weiteren Aspekt sind die erfassenden Einheiten in der Mitte einer Straße und/oder an einer Ecke einer Kreuzung von zwei oder mehr Straßen angeordnet. Je nach der zu überblickenden Umgebung können die erfassenden Einheiten an verschiedenen Stellen und an unterschiedlichen Positionen platziert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt sind die erfassende Einheit, die verarbeitende Einheit und die sendende Einheit alle Teil einer SPT-Einheit. Somit sind alle Einheiten in einem einzigen Gehäuse untergebracht, sodass die Signalwege kurz sind und die SPT-Einheit eine kompakte Einheit ist.
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Darüber hinaus wird ein System vorgeschlagen, das die autonome Umgebung sowie mindestens ein Fahrzeug beinhaltet, wobei jedes der Fahrzeuge dazu eingerichtet ist, die Informationen von der sendenden Einheit zu empfangen und auf Basis dieser Informationen sein Bewegungsverhalten zu berechnen.
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Ferner wird ein Verfahren zum Bereitstellen von Informationen über die Umgebungswahrnehmung an mindestens ein Fahrzeug zum lokalen Berechnen seines Bewegungsverhaltens vorgeschlagen, wobei Sensordaten zum Erzeugen eines Wahrnehmungsmodells der umliegenden Umgebung des Fahrzeugs durch mindestens eine SPT-Einheit erfasst und verarbeitet werden, und durch dieselbe SPT-Einheit an das mindestens eine Fahrzeug gesendet werden, wobei das Bewegungsverhalten des Fahrzeugs innerhalb des Fahrzeugs berechnet wird. Ferner beinhalten die Sensordaten zumindest die Objektbewegung und die Straßengeometrie.
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Ausführungsformen dieser Offenbarung sind beispielhaft und nicht einschränkend veranschaulicht in den Figuren der beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen und in denen:
- die 1 eine schematische Darstellung einer autonomen Umgebung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bereitstellt,
- die 2 eine schematische Darstellung einer autonomen Umgebung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bereitstellt,
- Die 3 eine schematische Darstellung einer autonomen Umgebung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bereitstellt.
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Um möglichst vielen Nutzern autonomes Fahren zu ermöglichen, müssen die Kosten des vollständig autonomen Fahrzeugs so gering wie möglich gehalten werden. Dies kann durch die Nutzung einer autonomen Umgebung wie vorgeschlagen erreicht werden. Diese autonome Umgebung stellt ein Wahrnehmungssystem bereit, das ein erfassendes System zusammen mit einem Berechnungssystem in einer gemeinsamen Umgebung anstatt in jedem Fahrzeug V aufweist. Das Fahrzeug V nutzt diese Informationen, um sein eigenes Verhalten zu berechnen. Daher werden innerhalb des Fahrzeugs V viel weniger Sensoren und Berechnungsmittel benötigt.
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Um die erforderlichen Informationen bereitzustellen, weist die autonome Umgebung mindestens eine SPT-Einheit 1 bis 3 auf. Eine SPT-Einheit 1 bis 3 stellt das Erfassen [„sensing“] (S), Verarbeiten [„processing“] (P) und Senden [„transmission“] (T) von Umgebungsinformationen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs R1 bis R3 bereit, d.h. sie erfasst die Umgebung in 360 Grad, verarbeitet die erfassten Daten und überträgt alle relevanten Informationen an das Fahrzeug V. Der Erfassungsbereich entspricht dem Verarbeitungsbereich R1 bis R3.
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Jede SPT-Einheit 1 bis 3 ist an einer vordefinierten Stelle in einer vordefinierten Höhe montiert und überblickt einen vordefinierten Bereich R1 bis R3. Die SPT-Einheiten 1 bis 3 können sich an Straßenbegrenzungspfosten, Bushaltestellen, einigen hoch gelegenen Bereichen, wie Ampeln, Stadtbeleuchtungen etc. befinden. Beispiele für verschiedene Positionen der SPT-Einheiten 1 bis 3 sind in den 1 und 2 dargestellt. In der 1 ist eine einzelne SPT-Einheit 1 in der Mitte einer einzelnen Straße mit einem Bereich R1 platziert, der 360 Grad überblickt, wodurch alle Spuren der einzelnen Straße eingeschlossen sind. In der 2 ist eine einzelne SPT-Einheit 1 an einer Ecke einer Kreuzung von vier Straßen mit einem Bereich R1 platziert, der sowohl die Kreuzung selbst, als auch alle Fahrspuren der zur Kreuzung führenden Straßen überblickt.
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Wie in den Abbildungen gezeigt, ist die SPT-Einheit 1 bis 3 vorzugsweise eine einzige Einheit, die ein erfassendes System, ein verarbeitendes System und ein sendendes System aufweist.
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Jede SPT-Einheit 1 bis 3 kann durchgehend über 24 Stunden an 7 Tagen und vorzugsweise innerhalb eines Winkels von 360 Grad arbeiten, sodass Fahrzeuge V, die in den Bereich R1 bis R3 einer SPT-Einheit 1 bis 3 einfahren, erfasst werden können und Informationen über die Umgebung, d.h. über andere Fahrzeuge V sowie Straßeninformationen, von der verarbeitenden Einheit an die Fahrzeuge V gesendet werden können. Wie bereits erwähnt, hat außerdem jede SPT-Einheit 1 bis 3 einen vordefinierten Bereich R1 bis R3 zum Erfassen und Senden, wie in den Figuren gezeigt.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise jeder SPT-Einheit 1 bis 3 im Detail erläutert. Die SPT-Einheit 1 bis 3 besteht im Wesentlichen aus drei eng zusammenwirkenden Teilen.
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Der erste Teil ist eine erfassende Einheit, die dazu eingerichtet ist, innerhalb ihres Erfassungsbereichs R1 bis R3 zumindest die Objektbewegung und die Straßengeometrie zu erfassen und entsprechende Ausgangsdaten bereitzustellen. Diese erfassende Einheit nutzt einen oder mehrere Sensoren wie Lidar, Radar, 360°-Kamera etc., um die Umgebung innerhalb ihres Erfassungsbereichs R1 bis R3 zu erfassen. Die Anzahl und Art der Sensoren wird in Abhängigkeit von der Komplexität der Umgebung gewählt. Beispielsweise werden in städtischen Gebieten aufgrund der Anzahl an Fahrzeugen und anderen Verkehrsteilnehmern, wie Fußgängern, die mit ihren Bewegungsmustern erfasst werden müssen, mehr Sensoren benötigt als in ländlichen Gebieten oder im Bereich von Autobahnen.
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Der nächste Teil ist das verarbeitende System, das einige fortgeschrittene Prozessoren mit hoher Rechenleistung, wie GPUs, etc. erfordert. Dieses verarbeitende System verarbeitet die von dem erfassenden System ausgegebenen Sensordaten, fusioniert die Ausgangsdaten verschiedener Sensoren, verwendet komplexe Algorithmen zur Verfolgung erfasster Objekte und bereitet die für die Fahrzeuge auf der Straße erforderlichen Informationen so auf, dass diesen Fahrzeugen V ermöglicht wird, ihr Fahrverhalten lokal zu berechnen. Die verarbeitende Einheit verarbeitet die Daten auch zum Erfassen der Straßengeometrie, der Anbindung und der Querungsrichtung der Straße etc., was von jedem Fahrzeug V ebenfalls für die Verhaltensplanung benötigt wird. Diese Informationen können jedoch auch vorgegebene Informationen sein, da sie sich normalerweise nur bei Bauarbeiten ändern. Daher kann die Straßeninformation statisch sein und muss nur von Zeit zu Zeit aktualisiert werden.
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Der dritte Teil ist das sendende System, welches für das Senden von Informationen von den SPT-Einheiten 1 bis 3 an die Fahrzeuge V eine geeignete Sendetechnik verwendet. Es kann Informationen auch an andere, benachbarte SPT-Einheiten 1 bis 3 senden. Das Senden von Informationen an andere SPT-Einheiten 1 bis 3 verbessert die Informationsverarbeitung und die genaue Detektion von fahrenden Fahrzeugen V und Fußgängern. Das sendende System sendet Informationen, wie sich bewegende Objekte, Fußgänger, Straßengeometrie und Straßenanbindung, an die Fahrzeuge V innerhalb seines Sendebereichs R1 bis R3. Wie bereits erwähnt und in den Figuren dargestellt, entspricht der Sendebereich R1 bis R3 vorzugsweise dem Erfassungsbereich R1 bis R3. Wie in den Figuren dargestellt, ist der Bereich R1 bis R3 ein Radius mit der SPT-Einheit 1 bis 3 als Mittelpunkt.
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Basierend auf den Erfordernissen des Erfassens und Sendens müssen der Bereich R1 bis R3 der Sensoren des erfassenden Systems und der Bereich R1 bis R3 des sendenden Systems spezifiziert und festgelegt werden. Der Abstand zwischen mehreren SPT-Einheiten 1 bis 3 basiert auf dem festgelegten Bereich R1 bis R3, wobei jeder Bereich R1 bis R3 vorzugsweise direkt an den Bereich R1 bis R3 einer benachbarten SPT-Einheit 1 bis 3 angrenzt und sich auch (minimal) überlappen kann, um eine vollständige Abdeckung der überblickten Straße zu gewährleisten, wie in der 3 zu sehen ist.
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Da vorzugsweise alle SPT-Einheiten 1 bis 3 miteinander verbunden sind, können sich bewegende Objekte, die von einer SPT-Einheit 1 detektiert werden, an andere, vorzugsweise benachbarte SPT-Einheiten 2, 3 übergeben werden. Dies führt zu einer Verbesserung der Leistung des Wahrnehmungsalgorithmus, d.h. des Algorithmus, der das Wahrnehmungsmodell der Umgebung bereitstellt.
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Aus der obigen Beschreibung wird deutlich, dass durch die vorgeschlagene autonome Umgebung ein einziges System bereitgestellt wird, das alle Objektbewegungen im überblickten Bereich R1 bis R3 sowie Straßenmerkmale erfasst, diese Informationen so verarbeitet, dass es die Umgebung „versteht“, d.h. so, dass das Wahrnehmungsmodell der Umgebung erzeugt wird, und diese verarbeiteten Informationen über entsprechende Signale an ein oder mehrere Fahrzeuge V in seinem Bereich R1 bis R3 sendet. Die Fahrzeuge V benötigen keine Wahrnehmungssensoren und benötigen somit nur eine minimale Verarbeitungsleistung, die ausreicht, um die verfügbaren Informationen, wie sie von der autonomen Umgebung gesendet werden, zur Verarbeitung der Informationen zu nutzen, um die Fahrzeugbewegung, d.h. das Fahrzeugverhalten, zu bestimmen.
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Diese Technologie zielt auf individuelle Mobilität und Privatsphäre ab, weshalb keine Informationen von einzelnen Fahrzeugen V übergeben werden. Allerdings könnten Informationen von einem Fahrzeug V übergeben werden, wenn die Privatsphäre eines bestimmten Fahrzeugs für bessere Fahrzeugvorhersagen nicht zwingend erforderlich ist.
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Wie zu erkennen ist, ist die vorgeschlagene autonome Umgebung ein allgemeines, externes System, das alle erforderlichen Sensoren, Algorithmen und Verarbeitungseinheiten, d.h. die SPT-Einheiten 1 bis 3, enthält, um ein Wahrnehmungsmodell der Umgebung zu erzeugen. Wie schematisch in der 3 dargestellt ist, können diese SPT-Einheiten 1 bis 3 in zur Verfügung stehenden Straßen, vorzugsweise in einer vorgegebenen Höhe über der Straße, durchgehend, d.h. ohne nicht-überblickte Zwischenräume zwischen benachbarten SPT-Einheiten 1 bis 3, platziert werden, um eine durchgehende Überwachung einer Fahrstrecke zu ermöglichen.
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Die erforderliche Anzahl von Sensoren der erfassenden Einheit und der verarbeitenden Einheit richtet sich nach der Umgebung und der erforderlichen Erfassung. Die relevantesten Informationen, die von den Fahrzeugen V verwendet werden, sind die Objektbewegung und die Straßengeometrie. Da diese Informationen von der autonomen Umgebung bereitgestellt werden, können die Fahrzeuge V mit einer verarbeitenden Einheit ohne hohe Rechenleistung ausgestattet werden, um auf Basis der bereitgestellten Informationen über die Umgebung ihr erforderliches Verhalten zu berechnen. Das bedeutet, dass nur die Umgebungsdaten übergeben werden, während die Steuerdaten lokal, d.h. in jedem Fahrzeug V, berechnet werden.
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Die vorgeschlagene autonome Umgebung kann sowohl in städtischen Gebieten unter Verwendung von präzisen erfassenden Systemen mit vielen Sensoren, als auch in ländlichen Gebieten und im Bereich von Autobahnen mit einer geringeren Anzahl von Sensoren eingesetzt werden, da die Fahrzeugdetektion und - Verarbeitung in ländlichen Gebieten und im Bereich von Autobahnen geringer ist.
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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Technologie vollständig autonome Fahrzeuge durch eine autonome Umgebung mit Fahrzeugen V, die über minimale Verarbeitungsleistung verfügen, ersetzt. Diese Technologie könnte auch für andere Anwendungszwecke unter Einsatz autonomer Fahrzeuge, wie z.B. Postzustellung, Produktauslieferung etc., genutzt werden. Somit können viele Mobilitätsanwendungen miteinander verknüpft werden.
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Wie leicht zu verstehen ist, bezieht sich im Rahmen dieser Offenbarung der Begriff „Fahrzeug V“ nicht nur auf Automobile, sondern auf beliebige, zumindest teilweise autonome Fahrzeuge, wie Landmaschinen, Personentransportfahrzeuge, Motorräder, LKWs etc.. Die autonome Umgebung kann auch für Luftfahrzeuge, wie Drohnen, und für Wasserfahrzeuge implementiert werden. Dies gilt, solange die erforderlichen SPT-Einheiten 1 bis 3 an geeigneten Stellen platziert werden können, um die Erfassungs- und Sendeaufgaben zu übernehmen.
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Weitere durch die Implementierung dieser Methodik erzielbare Vorteile sind, dass die Kosten der einzelnen Fahrzeuge V für das autonome Fahren so gering wie möglich, z.B. auf dem Niveau der Kosten aktueller Fahrzeuge gehalten werden können. Da die Kosten der Technologie zur Verbesserung der Umwelt von der Regierung oder für Fabriken und zusammenstehende Villen von privaten Organisationen übernommen werden könnten, könnte darüber hinaus individuelle autonome Mobilität zu günstigeren Kosten bereitgestellt werden.
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Außerdem bleibt die beschriebene Technologie für alle Teile der Welt die gleiche, und die Algorithmen bleiben ebenfalls gleich, sodass für verschiedene Länder oder Gebiete keine internen Änderungen erforderlich sind. Darüber hinaus könnte diese Technologie auch mit dem aktuellen Ampelsystem verknüpft werden und kann die Bewegung von Fahrzeugen in einer erweiterten Betrachtung beschreiben.
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Durch die Verwendung der autonomen Umgebung kann die Komplexität der Wahrnehmungsalgorithmen reduziert werden, da sich die in dem erfassenden System genutzten Sensoren an einer ortsfesten, globalen Position befinden, anstatt in jedem Fahrzeug V.
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Bezugszeichenliste
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- 1-3
- SPT-Einheiten
- R1 bis R3
- Bereich der SPT-Einheiten 1 bis 3
- V
- Fahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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