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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Umfelddaten der Umgebung eines Fahrzeugs umfassend das Erhalten von Reflexionspunkten unter Verwendung mindestens eines Umfeldsensors des Fahrzeugs durch Aussenden eines Signals und Empfangen von an Objekten in der Umgebung reflektierten Signalreflexionen. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Computerprogramm sowie ein Fahrerassistenzsystem, welche zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, welches ein solches Fahrerassistenzsystem umfasst.
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Stand der Technik
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Moderne Fahrzeuge verfügen über eine Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen, welche einen Fahrer bei der Ausführung verschiedener Fahrmanöver unterstützen. Beispielsweise sind Einparkassistenten bekannt, welche Parklücken erkennen und ein Fahrzeug automatisch in die Parklücke führen können. Für ihre Funktion sind die Fahrerassistenzsysteme auf Umfelddaten angewiesen, welche die Umgebung des Fahrzeugs beschreiben. Entsprechend verfügen die Fahrzeuge über Umfeldsensoren wie beispielsweise Radarsensoren, Lidarsensoren, Kameras oder Ultraschallsensoren, um Umfelddaten zu erfassen.
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Aus
DE 10 2016 209 810 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung einer Parklücke bekannt, bei dem zunächst die Umgebung eines Fahrzeuges mit einem Sensor erfasst wird. Anschließend erfolgt eine Klassifizierung der aufgenommenen Daten. Bei dieser Klassifizierung wird beispielsweise zwischen parkenden Fahrzeugen und Bordsteinkanten unterschieden.
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DE 10 2016 220 075 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur 360°-Umfelderfassung. Bei dem Verfahren werden die Sensordaten zunächst einer Vorverarbeitungseinrichtung zugeführt. Diese Vorverarbeitungseinrichtung ist dazu ausgelegt, die Sensordaten in eine Fences-Darstellung umzuwandeln, wobei eine solche Fences-Darstellung auch als Linienzugdarstellung bezeichnet werden kann, welche geeignet ist Freiräume darzustellen.
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DE 10220837 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Parklückensuche mittels Radar, wobei Echosignale der Sensoren zu zweidimensionalen Datenfeldern kombiniert werden können.
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Problematisch an den bekannten Verfahren zur Verarbeitung von Umfelddaten ist, dass eine große Datenmenge anfällt, welche viel Speicher und Ressourcen benötigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Verfahren zur Verarbeitung von Umfelddaten der Umgebung eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst das Erhalten von Reflexionspunkten unter Verwendung mindestens eines Umfeldsensors des Fahrzeugs durch Aussenden eines Signals und Empfangen von an Objekten in der Umgebung reflektierten Signalreflexionen, wobei die Reflexionspunkte eine relative Lage des Reflexionspunkts umfassen. Die erhaltenen Reflexionspunkte werden in einer Umfeldkarte gespeichert. Zudem ist vorgesehen, dass in der Umfeldkarte gespeicherte Reflexionspunkte Datenobjekten zugeordnet werden, wobei die Datenobjekte in der Umfeldkarte gespeichert werden und die einem Datenobjekt zugeordneten Reflexionspunkte aus der Umfeldkarte entfernt werden.
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Bei dem Verfahren werden unter Verwendung eines oder mehrerer Umfeldsensoren Daten über die Umgebung eines Fahrzeugs erfasst. Dabei werden über die Umfeldsensoren Reflexionspunkte erhalten, welche jeweils zumindest eine relative Lage eines Punkts beschreiben, von dem aus ein Signal eines Umfeldsensors an einem Objekt in der Umgebung reflektiert wurde. Diese relative Lage wird vom Umfeldsensor beispielsweise mit Bezug zur Position des Umfeldsensors oder mit Bezug zu einem Referenzpunkt am Fahrzeug angegeben. Des Weiteren können den Reflexionspunkten Attribute zugeordnet werden, welche insbesondere das reflektierende Objekt näher charakterisieren können. Beispielsweise können diese Attribute Oberflächeneigenschaften des Objekts wie stark reflektierend oder schwach reflektierend beschreiben.
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Die Reflexionspunkte werden in einer Umfeldkarte gespeichert. Dabei kann vorgesehen sein, anstelle von relativen Koordinaten, beispielsweise mit Bezug zu einem Referenzpunkt am Fahrzeug, auch absolute Koordinaten zu verwenden. Bei Verwendung absoluter Koordinaten erfolgt bevorzugt eine Lokalisierung des Fahrzeugs unter Verwendung eines Positionierungssystems, beispielsweise unter Verwendung von satellitengestützten Systemen, durch das Erkennen von Landmarken mit Umfeldsensoren des Fahrzeugs und/oder durch Auswerten von Funksignalen, welche für eine Positionsbestimmung geeignet sind.
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Bei dem Verfahren ist vorgesehen, in der Umfeldkarte gespeicherte Reflexionspunkte Datenobjekten zuzuordnen und, wenn eine derartige Zuordnung erfolgt, den ursprünglichen Reflexionspunkt aus der Umfeldkarte zu löschen. Auf diese Weise wird die Anzahl der in der Umfeldkarte zu speichernden Informationen erheblich reduziert. Des Weiteren stellen die Datenobjekte eine Form der Vorverarbeitung der von den Umfeldsensoren erhaltenen Daten dar, die die Nutzung der Umfelddaten für nachgeschaltete Assistenzsysteme erleichtert.
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Bevorzugt wird ein Datenobjekt in der Umfeldkarte durch Angaben zu dessen geometrischen Abmessungen repräsentiert. Da die Refelxionspunkte jeweils von einem bestimmten Objekt in der Umgebung stammen, repräsentiert das erhaltene Datenobjekt üblicherweise ebenfalls ein Objekt in der Umgebung. Selbstverständlich ist es dabei möglich, dass ein Datenobjekt weitere Eigenschaften speichert, welche insbesondere aus der Lage der ursprünglichen Relexionspunkte und insbesondere aus den den ursprünglichen Reflexionspunkten zugeordneten Attributen ermittelt werden können. Somit kann ein Datenobjekt verschiedene Eigenschaften des repräsentierten Objekts speichern.
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Bevorzugt enthält ein Datenobjekt als Eigenschaft eine Angabe darüber, ob das von dem Datenobjekt repräsentierte Objekt in der Umgebung durch das Fahrzeug überfahrbar ist oder nicht überfahrbar ist.
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Für eine Ermittlung, ob das repräsentierte Objekt überfahrbar ist oder nicht, kann insbesondere eine als Attribut den Reflexionspunkten zugeordnete Höheninformation ausgewertet werden. Werden einem Datenobjekt Reflexionspunkte mit als niedrig gekennzeichneter Höheninformation zugeordnet, so wird das Datenobjekt als überfahrbar eingestuft. Werden Reflexionspunkte mit als hoch gekennzeichneter Höheninformation dem Datenobjekt zugeordnet, so wird das Datenobjekt entsprechend als nicht überfahrbar eingestuft.
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Für die Zuordnung der Reflexionspunkte zu einem Datenobjekt können verschiedene dem Fachmann grundsätzlich bekannte Algorithmen zum Clustern von Punkten verwendet werden. Dabei können insbesondere jeweils die Abstände und die relative Lage zwischen zwei Reflexionspunkten bewertet werden.
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Bevorzugt sind die Datenobjekte im Fall einer zweidimensionalen Umfeldkarte als Linienobjekte und im Fall einer dreidimensionalen Umfeldkarte als Wandobjekte ausgebildet. Dabei ist vorgesehen, dass im zweidimensionalen Fall jeweils auf einer Linie liegende Reflexionspunkte einem Linienobjekt und im dreidimensionalen Fall auf einer Fläche liegende Reflexionspunkte einem Wandobjekt zugeordnet werden.
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Bei einer Prüfung, ob ein Reflexionspunkt auf einer Linie oder einer Fläche liegt, sind vorgegebene Toleranzen mit umfasst, so dass alle Reflexionspunkte, die sich in einem durch die Toleranzen vorgegebenen Bereich befinden, als auf der Linie bzw. auf der Fläche liegend angesehen werden.
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Die erhaltenen Linienobjekte können beispielsweise durch Ihre jeweiligen Anfangspunkte und Endpunkte in der Umfeldkarte abgespeichert werden. Dadurch ist der für die Speicherung des Linienobjekts erforderliche Speicherplatz konstant und erhöht sich nicht, egal wie viele Reflexionspunkte auf dieser Linie lagen. Alternativ wäre es auch denkbar, ein Linienobjekt durch den Schwerpunkt der Linie und Angaben zur Ausrichtung und Länge des Linienobjekts in der Umfeldkarte zu speichern.
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Erhaltene Wandobjekte können beispielsweise durch ihren Anfangsunterpunkt, Anfangsoberpunkt, Endunterpunkt und Endoberpunkt in der Umfeldkarte gespeichert werden. Es sind jedoch auch andere Möglichkeiten der Speicherung denkbar. Beispielsweise kann ein Wandobjekt auch durch eine Grundlinie mit Anfangspunkt und Endpunkt sowie einer Höhe repräsentiert werden.
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Das Verfahren ist auf alle Umfeldsensoren anwendbar, mit denen neben einem Abstand auch die relative Lage eines Reflexionspunkts bestimmt werden kann. Bevorzugt ist der mindestens eine Umfeldsensor ein scannender Sensor, wobei jeweils ein einziger Umfeldsensor Richtung und Entfernung eines Reflexionspunkts bestimmt. Bei einem scannenden Sensor werden die Signale des Sensors nacheinander in verschiedene Richtungen ausgesendet, so dass nach und nach ein Sichtfeld des Sensors mit dem ausgesendeten Signal überstrichen wird.
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Bevorzugt ist der mindestens eine scannende Umfeldsensor ein Radarsensor, ein Lidarsensor oder eine Kombination mehrerer dieser Sensoren.
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Für das Anwenden des vorgeschlagenen Verfahrens ist ein einziger scannender Umfeldsensor ausreichend, es können jedoch selbstverständlich auch mehrere solcher scannenden Umfeldsensoren eingesetzt werden. Dabei können auch unterschiedliche Typen von Sensoren gemischt werden.
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Zusätzlich oder alternativ zu dem Einsatz zumindest eines scannenden Umfeldsensors ist es auch denkbar, mehrere Umfeldsensoren zu verwenden, welche jeweils den Abstand zu einem Reflexionspunkt bestimmen, wobei die relative Lage eines Reflexionspunkts durch Lateration erhalten wird. Ein Beispiel für einen derartigen Umfeldsensor ist ein ultraschallbasierter Abstandssensor. In diesem Fall werden zumindest zwei derartige Umfeldsensoren verwendet, deren Sichtbereiche zumindest teilweise überlappen. Der Sichtbereich gibt dabei jeweils den Bereich an, in dem die Umfeldsensoren Objekte in der Umgebung erkennen können.
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Die erstellte Umfeldkarte wird bevorzugt einem nachgelagerten Fahrerassistenzsystem oder einem nachgelagerten Modul des Fahrerassistenzsystems zur Verfügung gestellt. Dabei kann es sich insbesondere um einen Spurhalteassistenten oder um einen Parkassistenten handeln.
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Entsprechend ist bevorzugt, dass Fahrspuren und/oder Parkplätze, insbesondere Parklücken zwischen zwei geparkten Fahrzeugen, unter Verwendung der in der Umfeldkarte gespeicherten Datenobjekte erkannt werden.
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Beispielsweise kann eine Parklücke zwischen zwei geparkten Fahrzeugen durch das Prüfen eines Abstands zwischen zwei benachbarten Datenobjekten ermittelt werden. Eine Lage einer Fahrspur kann beispielsweise unter Verwendung von Position und Ausrichtung eines eine Fahrbahnbegrenzung repräsentierenden Datenobjekts erfolgen. Beispielsweise kann ein als überfahrbar eingestuftes Linienobjekt, welches parallel zu einer Fahrtrichtung verläuft, als eine Bordsteinkante eingestuft werden und entsprechend als eine Referenz für eine Fahrspurerkennung dienen.
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Das Erkennen der Fahrspuren und der Parkplätze kann insbesondere durch Auswerten geometrischer Abmessungen sowie der Position der von den Datenobjekten repräsentierten Objekte erfolgen.
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Das Verfahren wird bevorzugt wiederholt durchlaufen, solange eine Umfelderfassung mit dem mindestens einen Umfeldsensor erfolgt.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zur Implementierung eines Fahrassistenzsystems oder eines Subsystems hiervon in einem Fahrzeug handeln oder um eine Applikation für Fahrassistenzfunktionen, welche beispielsweise auf einem Smartphone oder Tablet ausführbar ist. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung oder auf einer entfernbaren CD-ROM, DVD, Blu-Ray Disc oder einem USB-Stick. Zusätzlich oder alternativ kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung wie etwa auf einem Server zum Herunterladen bereitgestellt werden, z.B. über ein Datennetzwerk wie das Internet oder eine Kommunikationsverbindung wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.
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Erfindungsgemäß wird außerdem ein Fahrassistenzsystem mit den Merkmalen des weiteren unabhängigen Anspruchs vorgeschlagen, welches sich insbesondere zur Ausführung eines der oben beschriebenen Verfahren eignet.
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Das Fahrerassistenzsystem umfasst mindestens einen Umfeldsensor und ein Steuergerät, wobei das Fahrerassistenzsystem eingerichtet ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren auszuführen. Der mindestens eine Umfeldsensor ist dabei bevorzugt dazu eingerichtet, eine relative Lage eines Reflexionspunkts zu erfassen.
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Das Fahrerassistenzsystem ist ferner insbesondere eingerichtet, einen Fahrer beim Ein- und/oder Ausparken und/oder beim Halten einer Fahrspur zu unterstützen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, welches ein solches Fahrerassistenzsystem umfasst.
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Vorteile der Erfindung
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Bei der Erfassung des Umfelds eines Fahrzeugs, wobei insbesondere Objekte in der Umgebung erfasst werden, fallen insbesondere bei Radarsensoren und LiDAR-Sensoren große Datenmengen in Form einer Vielzahl von Reflexionspunkten an. Jeder der Reflexionspunkte repräsentiert dabei einen Ort, von dem ein von einem Umfeldsensor ausgesendetes Signal reflektiert wurde.
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Durch diese große Anzahl an Reflexionspunkten fallen bei der Speicherung und Auswertung der Sensordaten große Datenmengen an. Entsprechende Steuergeräte für Fahrerassistenzsystem benötigen daher üblicherweise viel Speicher und Rechenleistung. Durch das vorgeschlagene Verfahren wird die zu speichernde und zu verarbeitende Menge an Daten erheblich reduziert, da jeweils anstelle einer Vielzahl von Reflexionspunkten lediglich die geometrischen Angaben zu einem einzigen Datenobjekt wie einem Linienobjekt oder einem Wandobjekt gespeichert werden müssen.
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Ist ein Speicher für das Speichern der Umfeldkarte beispielsweise als Ringspeicher ausgelegt, bei dem neuere Daten nach und nach die jeweils ältesten Daten ersetzen, so kann durch die sich ergebende Datenreduktion die Menge der gleichzeitig in der Umfeldkarte erfassten Objekte erhöht werden. Objekte in der Umfeldkarte können für einen längeren Zeitraum gespeichert werden und es ist möglich, größere und/oder detaillierte Umfeldkarten bei gleichem Speicherbedarf zu erstellen.
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Auch die spätere Verarbeitung der Umfelddaten in nachgelagerten Fahrerassistenzsystemen gestaltet sich durch das Zusammenfassen der Reflexionspunkte zu Datenobjekten erheblich, da beispielsweise für das Erkennen einer Parklücke zwischen zwei geparkten Fahrzeugen lediglich ein Abstand zwischen zwei benachbarten Datenobjekten geprüft werden muss. Ebenso kann beispielsweise eine Lage einer Fahrspur einfach mit Bezug zur Position und Ausrichtung eines eine Fahrbahnbegrenzung repräsentierenden Datenobjekts erfolgen.
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Ebenfalls vereinfacht sich die Validierung der Ergebnisse des Systems, da nicht die Richtigkeit einer Unzahl an Rohdatenpunkten validiert werden muss, sondern lediglich validiert werden muss inwiefern logisch zusammenfassbare Objekte (z.B. Bordsteinkante oder Begrenzungsmauer) korrekt erfasst werden. Die erfindungsgemäß erstellten Datenobjekte können vorteilhafterweise für eine solche Validierung eingesetzt werden.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 zeigt schematisch das Erkennen eines Umfelds eines Fahrzeugs auf einer Straße und
- 2 zeigt das Zusammenfassen von Reflexionspunkten zu Datenobjekten für die in 1 dargestellte Situation.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt ein Fahrzeug 1, welches auf einer Straße 2 fährt. Die Straße 2 weist für jede Fahrtrichtung eine Fahrspur 6 auf. In der dargestellten Situation befinden sich verschiedene Objekte 20 im Umfeld des Fahrzeugs 1. Die Straße 2 ist an beiden Seiten jeweils durch einen Bordstein 4 begrenzt. Am Rand der Straße 2 befinden sich zwei geparkte Fahrzeuge 30. Der Abstand zwischen den beiden geparkten Fahrzeugen 30 ist groß genug, dass dort ein weiteres Fahrzeug parken kann, so dass sich zwischen den beiden geparkten Fahrzeugen 30 ein Parkplatz 32 befindet. Des Weiteren ist angrenzend an einer Seite der Straße 2 ein Fußgänger 8 unterwegs.
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Das Fahrzeug 1 verfügt über ein Fahrerassistenzsystem 10 mit einem Umfeldsensor 12 und einem Steuergerät 14. Durch den Umfeldsensor 12 werden Signale ausgesendet und an den Objekten 20 reflektierte Signalreflexionen werden wieder Empfangen. Über die empfangen Signalreflexionen werden Reflexionspunkte 16 erhalten, welche jeweils einen Ort auf der Oberfläche eines der Objekte 20 repräsentieren, an dem das ausgesandte Signal reflektiert wurde. Die Reflexionspunkte 16 werden jeweils in eine Umfeldkarte eingetragen, welche beispielsweise in einem Speicher des Steuergeräts 14 abgelegt ist.
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In dem in 1 dargestellten Beispiel ist der Umfeldsensor 12 in der Lage, die Höhe eines Objekts 20 zu bestimmen und die ermittelte Höhe als Attribut den Reflexionspunkten 16 zuzuordnen. Dadurch kann zwischen niedrigen Reflexionspunkten 17 und hohen Reflexionspunkten 18 unterschieden werden.
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Wie aus der Darstellung der 1 ersichtlich, wird durch den Umfeldsensor 12 eine Punktwolke mit vielen Reflexionspunkten 16 generiert, welche jeweils gespeichert und verarbeitet werden müssen, um Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs 1 wie die Lage der Fahrspuren 6 und Positionen von Parkplätzen 32 zu erhalten. Für eine dauerhafte Speicherung aller Reflexionspunkte 16 in der Umfeldkarte sind erhebliche Speicher- und Rechenressourcen in dem Steuergerät 14 erforderlich.
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Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Reflexionspunkte 16 zu Datenobjekten zusammenzufassen.
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2 zeigt für die in 1 dargestellte Situation das Ergebnis des Zusammenfassens der Reflexionspunkte 16 zu Linienobjekten 40, 42. Ein Linienobjekt 40, 42 repräsentiert dabei alle Reflexionspunkte 16, welche auf bzw. in der Nähe einer Linie liegen. Ein Linienobjekt 40, 42 wird dabei durch Start- und Endpunkte repräsentiert, so dass für ein Linienobjekt 40, 42 nur die Positionen von zwei Punkten in der Umfeldkarte gespeichert werden müssen.
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In der in 1 und 2 dargestellten Situation können bis auf einen dem Fußgänger 8 zugeordneten Reflexionspunkt 16 alle Reflexionspunkte 16 einem Linienobjekt 40, 42 zugeordnet werden. Die die Bordsteine 4 repräsentierenden niedrigen Reflexionspunkte 17 werden dabei jeweils einem niedrigen Linienobjekt 42 zugeordnet, die die geparkten Fahrzeuge 30 repräsentierenden hohen Reflexionspunkte 18 werden jeweils einem hohen Linienobjekt 40 zugeordnet. Niedrige Linienobjekte 42 werden zudem als überfahrbar eingestuft und hohe Linienobjekte 40 werden entsprechend als nicht-überfahrbar eingestuft.
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Die Umfeldkarte mit den darin gespeicherten Linienobjekten 40, 42 kann anschließend für das Bereitstellen von Fahrerassistenzfunktionen verwendet werden. Beispielsweise kann die Lage der Fahrspuren 6 mit Bezug auf die als niedrige Linienobjekte 42 eingestuften Bordsteine 4 ermittelt werden und die Lücke zwischen den beiden geparkten Fahrzeugen 30 kann beispielsweise über einen Abstand zwischen den hohen Linienobjekten 40 als Parkplatz 32 identifiziert werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016209810 A1 [0003]
- DE 102016220075 A1 [0004]
- DE 10220837 A1 [0005]
