DE102020213451A1

DE102020213451A1 - Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs und Steuergerät

Info

Publication number: DE102020213451A1
Application number: DE102020213451.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Stelzer; Florian Martin; JanHendrik Emmel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2022-04-28
Also published as: WO2022089990A1

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs (12) hat die folgenden Schritte:- Erkennen eines Verkehrsteilnehmers (22) anhand von Fahrzeugumgebungsdaten (U),- Bestimmen einer ersten Trajektorie (48) für den Verkehrsteilnehmer (22) und einer zweiten Trajektorie (50) für das Kraftfahrzeug (12), und- Bestimmen einer Kollisionswahrscheinlichkeit (K) zwischen dem Verkehrsteilnehmer (22) und dem Kraftfahrzeug (12) anhand einer Überlappung (60) einer ersten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung (WV, W'V) und einer zweiten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung (WK, W'K).Ferner sind ein Steuergerät, ein Kraftfahrzeug sowie ein Computerprogramm gezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug sowie ein Computerprogramm zum Durchführen des Verfahrens.
Eine der Hauptherausforderungen für Fahrassistenzsysteme, die eine Längsbewegung und/oder eine Querbewegung eines Kraftfahrzeugs teilweise automatisiert oder vollständig automatisiert steuern, besteht darin, drohende Kollisionen mit anderen Verkehrsteilnehmern zu erkennen. Ein Verkehrsteilnehmer kann dabei ein weiteres Kraftfahrzeug, eine Straßenbahn, ein Fahrrad, ein Fußgänger, ein Tier und im Allgemeinen jede Art von Objekt sein, das im Straßenverkehr vorkommt.
Bei einer erkannten drohenden Kollision mit einem Verkehrsteilnehmer leitet das Fahrassistenzsystem dann ein entsprechendes Fahrmanöver ein, beispielsweise ein Bremsmanöver oder einen Ausweichvorgang, um die drohende Kollision zu verhindern.
Zu diesem Zweck nehmen Umfeldsensoren des Kraftfahrzeugs, wie eine Kamera und/oder Radarsensoren, das Umfeld des Kraftfahrzeugs auf, also einen Bereich um das Kraftfahrzeug herum, und erzeugen damit ein Abbild der Umgebung. Dieses Abbild der Umgebung wird im Folgenden als Fahrzeugumgebungsdaten bezeichnet und vom Steuergerät verwendet, um das Kraftfahrzeug zu steuern.
Ein besonderes Problem bei der Kollisionserkennung stellt dabei die schnelle Erkennung einer drohenden Kollision mit einem der möglicherweise vielen Verkehrsteilnehmern dar.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie Steuergerät zum Steuern eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, das eine schnelle Erkennung einer drohenden Kollision ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, das zumindest einen Umfeldsensor und ein Steuergerät aufweist. Der Umfeldsensor ist dazu ausgebildet, zumindest einen in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs liegenden Bereich zu erfassen und entsprechende Fahrzeugumgebungsdaten bereitzustellen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Erhalten der Fahrzeugumgebungsdaten durch das Steuergerät,
- Erkennen eines Verkehrsteilnehmers, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, anhand der Fahrzeugumgebungsdaten durch das Steuergerät,
- Bestimmen einer ersten Trajektorie für den Verkehrsteilnehmer durch das Steuergerät,
- Erhalten und/oder Bestimmen einer zweiten Trajektorie für das Kraftfahrzeug durch das Steuergerät,
- Bestimmen einer zukünftigen Position des Verkehrsteilnehmers auf der ersten Trajektorie und Bestimmen einer zukünftigen Position des Kraftfahrzeugs auf der zweiten Trajektorie, und
- Bestimmen einer Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen dem Verkehrsteilnehmer und dem Kraftfahrzeug, wobei die Kollisionswahrscheinlichkeit von einer Überlappung einer ersten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung des Verkehrsteilnehmers um die zukünftige Position des Verkehrsteilnehmers und einer zweiten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung des Kraftfahrzeugs um die zukünftige Position des Kraftfahrzeugs abhängig ist.

Der Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass die Position des Kraftfahrzeugs und des Verkehrsteilnehmers anhand von entsprechenden Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen beschrieben werden. Die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen geben dabei die Wahrscheinlichkeit an, dass sich das Kraftfahrzeug und der Verkehrsteilnehmer an einem bestimmten Punkt in einem Koordinatensystem befinden. Bei einer drohenden Kollision überlappen sich die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen des Verkehrsteilnehmers und des Kraftfahrzeugs zumindest teilweise. Anhand der Überlappung der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen kann entsprechend eine Kollisionswahrscheinlichkeit ermittelt werden, also ein Wert, insbesondere im Bereich von 0 bis 1, der die Wahrscheinlichkeit einer drohenden Kollision des Kraftfahrzeugs mit dem Verkehrsteilnehmer angibt. Anhand der Kollisionswahrscheinlichkeit ist es dann möglich, schnell und frühzeitig kollisionsrelevante Verkehrsteilnehmer zu erkennen und eine Kollision zu verhindern.
Die Fahrzeugumgebungsdaten können von einer Vielzahl an Umfeldsensoren bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der zumindest eine Umfeldsensor eine Kamera, ein Radarsensor, ein Abstandssensor, ein LIDAR-Sensor und/oder eine beliebige andere Art Umfeldsensor sein, der dazu geeignet ist, die Umgebung des Kraftfahrzeugs zu erfassen.
Im Allgemeinen weist das Kraftfahrzeug eine Vielzahl solcher Umfeldsensoren auf und das Steuergerät kann insbesondere von allen Umfeldsensoren entsprechende Fahrzeugumgebungsdaten erhalten. Auf diese Weise kann der Bereich in der Umgebung des Kraftfahrzeugs sehr genau erfasst werden.
Dabei können die an das Steuergerät übermittelten Fahrzeugumgebungsdaten direkt die von den Umfeldsensoren generierten Daten umfassen oder zunächst zusammengeführt und/oder fusioniert werden.
Aus den zusammengeführten und/oder fusionierten Fahrzeugumgebungsdaten können dann beispielsweise zusätzliche Eigenschaften des Verkehrsteilnehmers abgeleitet werden, die ein einzelner Umfeldsensor nicht erfassen kann.
Im Allgemeinen kann natürlich auch das Steuergerät die Fahrzeugumgebungsdaten der verschiedenen Umfeldsensoren zusammenführen und/oder fusionieren.
Aus den Fahrzeugumgebungsdaten bestimmt das Steuergerät Objektparameter des Verkehrsteilnehmers und entsprechende Unsicherheiten der Objektparameter.
Beispielsweise kann ein Objektparameter eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine relative und/oder absolute Position, Abmessungen, wie Länge und Breite, und/oder eine Kontur des Verkehrsteilnehmers sein.
Dabei sind die Position, die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung insbesondere zweidimensionale Werte, beispielsweise entlang und senkrecht zu der Fahrspur oder der Trajektorie, auf der sich der Verkehrsteilnehmer bewegt.
Das Steuergerät bestimmt also insbesondere die longitudinale und laterale Beschleunigung, die longitudinale und laterale Geschwindigkeit, die longitudinale und laterale Position des Verkehrsteilnehmers sowie die Breite, Länge und/oder Höhe des Verkehrsteilnehmers als Objektparameter.
Im Allgemeinen kann das Steuergerät die Objektparameter auch aus einer zeitlichen Abfolge von Fahrzeugumgebungsdaten ermitteln.
Es ist denkbar, dass das Steuergerät aus den Objektparametern die erste Trajektorie für den Verkehrsteilnehmer bestimmt.
Um die zweite Trajektorie des Kraftfahrzeugs zu bestimmen, verwendet das Steuergerät beispielsweise entsprechende momentane Objektparameter des Kraftfahrzeugs, wie die aktuelle Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder Abmessungen, die durch entsprechende Sensoren des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden und/oder in einem Datenspeicher hinterlegt sind.
Im Allgemeinen kann das Steuergerät die zweite Trajektorie auch anhand eines vorbestimmten Fahrmanövers des Kraftfahrzeugs und/oder anhand eines Verhaltens eines Fahrers des Kraftfahrzeugs ermitteln.
Für die Bestimmung der zukünftigen Position des Verkehrsteilnehmers und/oder des Kraftfahrzeugs auf der entsprechenden Trajektorie kann das Steuergerät auch die entsprechenden Objektparameter verwenden.
Beispielsweise bestimmt das Steuergerät die zukünftige Position des Verkehrsteilnehmers und/oder des Kraftfahrzeugs anhand der Annahme, dass die aktuelle Beschleunigung des Verkehrsteilnehmers und/oder des Kraftfahrzeugs konstant bleibt.
Falls der Verkehrsteilnehmer beispielsweise keine Beschleunigung in Richtung der Fahrspur oder der zukünftigen Trajektorie aufweist, so würde sich der Verkehrsteilnehmer mit einer konstanten Geschwindigkeit entlang der entsprechenden ersten Trajektorie bewegen.
Die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen des Verkehrsteilnehmers und des Kraftfahrzeugs werden insbesondere auch anhand der Objektparameter des Kraftfahrzeugs und des Verkehrsteilnehmers bestimmt.
Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Steuergerät die erste und/oder zweite Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung anhand einer Trajektorienunsicherheit, einer Positionsunsicherheit, einer Geschwindigkeitsunsicherheit und/oder einer Beschleunigungsunsicherheit für einen Startzeitpunkt bestimmt. Auf diese Weise werden auch Unsicherheiten bei der Bestimmung der Objektparameter und der Trajektorien berücksichtigt.
Dabei kann das Steuergerät die Veränderung der Trajektorienunsicherheit, der Positionsunsicherheit, der Geschwindigkeitsunsicherheit und/oder der Beschleunigungsunsicherheit für das Bestimmen der zukünftigen Bewegung des Verkehrsteilnehmers und/oder des Kraftfahrzeugs entlang der Trajektorie modellieren. Auf diese Weise wird die Vorhersage der Bewegung entlang der entsprechenden Trajektorie verbessert.
Das Steuergerät bestimmt also für einen Startpunkt, der dem Aufnahmezeitpunkt der Umgebungsdaten entspricht, die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen für das Kraftfahrzeug und/oder den Verkehrsteilnehmer und modelliert dann die zukünftige Bewegung des Kraftfahrzeugs und/oder des Verkehrsteilnehmers.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste und/oder zweite Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung eine Gaußverteilung, insbesondere eine zweidimensionale Gaußverteilung. Gaußverteilungen können analytisch berechnet werden, sodass eine schnelle Berechnung der Kollisionswahrscheinlichkeit, insbesondere in Echtzeit möglich ist.
Die Gaußverteilungen (auch als Normalverteilungen bekannt) weisen ein Symmetriezentrum bezüglich zumindest einer, insbesondere aller Dimensionen auf, das auch als Erwartungswert, Median oder Modus bekannt ist, und eine Varianz, die ein Maß für die Streuung der entsprechenden Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung ist.
Dabei sind der Median und die Varianz auch zweidimensionale Werte, falls die Gaußverteilungen zweidimensional sind.
Beispielsweise werden die Varianzen der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen des Kraftfahrzeugs und/oder des Verkehrsteilnehmers für den Startzeitpunkt mittels Fehlerfortpflanzung, insbesondere Gaußscher Fehlerfortpflanzung aus den Unsicherheiten der Objektparameter bestimmt, also aus der Trajektorienunsicherheit, der Positionsunsicherheit, der Geschwindigkeitsunsicherheit, der Beschleunigungsunsicherheit und/oder der Abmessungsunsicherheit.
Um die Bewegung des Kraftfahrzeugs und/oder des Verkehrsteilnehmers entlang der entsprechenden Trajektorie zu modellieren, kann das Steuergerät die zukünftigen Positionen des Erwartungswerts entlang der entsprechenden Trajektorie und zusätzlich die Veränderungen der Varianzen der entsprechenden Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen modellieren. Dabei sind die zukünftigen Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen flacher, das heißt die Varianzen der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen sind größer verglichen mit dem Startzeitpunkt.
Mit anderen Worten verwendet das Steuergerät also die zum Startzeitpunkt bestimmten Varianzen und modelliert diese dann in die Zukunft. Das Steuergerät sagt also die Veränderung der Varianzen vorher.
Für die Modellierung der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen kann zusätzlich angenommen werden, dass die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen gaußverteilt bleiben. Diese Annahme führt zu einem Laufzeitvorteil, d. h. die Modellierung der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen und damit auch die Berechnung der Kollisionswahrscheinlichkeit kann sehr schnell erfolgen, insbesondere in Echtzeit.
Das Steuergerät kann den minimalen Abstand der zukünftigen Positionen des Verkehrsteilnehmers und des Kraftfahrzeugs während der Bewegung entlang der ersten Trajektorie und der zweiten Trajektorie und/oder den zukünftigen Zeitpunkt bestimmen, zu dem der Abstand der zukünftigen Positionen des Verkehrsteilnehmers und des Kraftfahrzeugs während der Bewegung entlang der ersten Trajektorie und der zweiten Trajektorie minimal ist. Auf diese Weise muss das Steuergerät die Kollisionswahrscheinlichkeit nur für einen Zeitpunkt bestimmen und die benötigte Zeit für einen Durchlauf des Verfahrens wird dementsprechend verringert.
Das Steuergerät kann zusätzlich eine Zeit und/oder eine Distanz bestimmen, bis das Kraftfahrzeug und/oder der Verkehrsteilnehmer an der Position entlang der entsprechenden Trajektorie ist, an der das Kraftfahrzeug den minimalen Abstand zu dem Verkehrsteilnehmer aufweist.
Das Steuergerät stellt also insbesondere einen Zeitwert und/oder Distanzwert bereit bis zu einer drohenden Kollision. Somit kann das zukünftige Fahrmanöver des Kraftfahrzeugs an den Zeitwert und/oder Distanzwert angepasst werden.
Falls beispielsweise ein vergleichsweise großer Zeitwert (mehrere Sekunden) bis zu einer drohenden Kollision berechnet wird, so genügt ein moderates Abbremsen des Kraftfahrzeugs.
Zusätzlich kann das Steuergerät anhand des Distanzwerts und der momentanen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abschätzen, ob ein Bremsmanöver zur Vermeidung der Kollision ausreicht oder ob zusätzlich ein Ausweichmanöver nötig ist.
Im Allgemeinen kann das Steuergerät auch einen Trajektorientrennungsindikator (auch bekannt als path separation indicator) bereitstellen, der die Wahrscheinlichkeit angibt, dass sich die Bewegungen des Kraftfahrzeugs und des Verkehrsteilnehmers entlang der entsprechenden Trajektorie überlappen.
Für die Bestimmung der Kollisionswahrscheinlichkeit werden die ersten und zweiten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen insbesondere (nur) zu dem Zeitpunkt verwendet, in dem der Abstand der zukünftigen Positionen des Verkehrsteilnehmers und des Kraftfahrzeugs zueinander minimal ist. Das Kraftfahrzeug und der Verkehrsteilnehmer können nur in diesem Zeitpunkt kollidieren, in dem sie auch den minimalen Abstand aufweisen, sodass die in einem Durchlauf des Verfahrens durchgeführten Rechenoperationen verringert werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung bestimmt das Steuergerät die Kollisionswahrscheinlichkeit anhand einer Integration über das Produkt der ersten und zweiten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung. Das Produkt der Aufenthaltsbeständigkeitsverteilungen stellt eine Schnittmenge der beiden Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen dar, sodass das Produkt eine räumlich aufgelöste Wahrscheinlichkeit für eine Kollision des Kraftfahrzeugs und des Verkehrsteilnehmers angibt. Der Integrationswert ist also ein gutes Maß für die Kollisionswahrscheinlichkeit.
Dabei ist die Integration insbesondere eine räumliche Integration über die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen.
Um eine Wahrscheinlichkeit zu erhalten, also einen Wert zwischen 0 und 1, kann der aus der Integration erhaltene Integrationswert normiert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der Integrationswert auch mit einem Bestrafungsterm multipliziert werden, der große Unsicherheiten der ersten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung des Verkehrsteilnehmers bestraft. Auf diese Weise wird in gewisser Weise ein Schwellwert für die notwendige Genauigkeit der Erkennung vorausgesetzt.
Alternativ kann die Integration auch nur dann durchgeführt werden, falls die Varianz der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung des Verkehrsteilnehmers kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Dabei ist der normierte und/oder mit dem Bestrafungsterm multiplizierte Integrationswert insbesondere die Kollisionswahrscheinlichkeit.
Beispielsweise kann die Kollisionswahrscheinlichkeit anhand der folgenden Formel ermittelt werden: $K = \frac{\int \int W_{K} (μ_{K}, σ_{K}^{2}) W_{V} (μ_{V}, σ_{V}^{2}) d x d y}{\int \int W_{K} (0, σ_{K}^{2}) W_{V} (0, σ_{V}^{2}) d x d y} * \frac{1}{max (σ_{V, x}^{0,25},1)} * \frac{1}{max (σ_{V, y}^{0,25},1)}$
wobei K die Kollisionswahrscheinlichkeit ist, W_K die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung des Kraftfahrzeugs, W_V die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung des Verkehrsteilnehmers, µ_K und $σ_{K}^{2}$
der Median bzw. die Varianz der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung W_K, µ_V und $σ_{V}^{2}$
der Median bzw. die Varianz der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung W_V, x und y die Achsen des Koordinatensystems und max die Maximumsfunktion, die den größeren Wert ihrer Argumente als Wert zurückgibt.
Die Mediane µ_K und µ_V und die Varianzen $σ_{K}^{2}$
und $σ_{V}^{2}$
sind in der obigen Gleichung zweidimensionale Werte, also µ_K = (µ_K,x,µ_K,y) $σ_{K}^{2} = (σ_{K, x}^{2}, σ_{K, y}^{2})$
bzw. µ_V = (µ_V,x,µ_V,y), $σ_{V}^{2} = (σ_{V, x}^{2}, σ_{V, y}^{2}),$
wobei µ_K,x,µ_V,x die Mediane der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen in der Richtung x, µ_K,y, µ_V,y die Mediane in der Richtung y, $σ_{K, x}^{2}, σ_{V, x}^{2}$
die Varianzen in der Richtung x sowie $σ_{K, y}^{2}, σ_{V, y}^{2}$
die Varianzen in der Richtung y sind.
Dabei stellt der Term $\int \int W_{K} (0, σ_{K}^{2}) W_{V} (0, σ_{V}^{2}) d x d y$
dxdy den Normierungswert dar, da über die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W_K und W_V mit demselben Median integriert wird. Der Normierungswert ist also der maximale Wert des Integrationswertes und damit ist die Kollisionswahrscheinlichkeit immer kleiner gleich 1.
Ferner ist der Term $\frac{1}{max (σ_{V, x}^{0,25},1)} * \frac{1}{max (σ_{V, y}^{0,25},1)}$
der Bestrafungsterm, der maximal einen Wert von 1 annehmen kann und Standardabweichungen σ_V > 1 bestraft, also Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen des Verkehrsteilnehmers, die eine große Unsicherheit aufweisen.
Falls die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung des Verkehrsteilnehmers also eine große Unsicherheit aufweist, so wird die Kollisionswahrscheinlichkeit, genauer gesagt der Quotient aus Integrationswert und Normierungswert, mit einem Wert zwischen 0 und 1 multipliziert und damit verringert (bestraft).
Die genaue Ausgestaltung des Terms ist exemplarisch zu verstehen. Der Term könnte beispielsweise auch eine der folgenden Formen annehmen: $\frac{1}{max (σ_{V, x}^{0,5},1)} * \frac{1}{max (σ_{V, y}^{0,5},1)}, \frac{1}{max (σ_{V, x},1)} * \frac{1}{max (σ_{V, y},1)} oder \frac{1}{max (σ_{V, x}^{2},1)} * \frac{1}{max (σ_{V, y}^{2},1)} .$
Zusätzlich ist es denkbar, dass der Bestrafungsterm nur von dem Betrag der Standardabweichung $| σ_{V} | = \sqrt{σ_{V, x}^{2} + σ_{V, y}^{2}}$
abhängt. Der Bestrafungsterm könnte also beispielsweise $\frac{1}{max (| σ_{V} |,1)}$
sein.
Natürlich kann der Bestrafungsterm auch abhängig von einer Potenz des Betrags der Standardabweichung sein, wie |σ_V|² oder |σ_V|^0,5.
In einer Ausgestaltung der Erfindung berücksichtigt das Steuergerät für die Bestimmung der Kollisionswahrscheinlichkeit die Abmessungen und/oder die Kontur des Verkehrsteilnehmers und/oder des Kraftfahrzeugs. Auf diese Weise ist die Kollisionswahrscheinlichkeit genauer.
Es ist denkbar, dass das Steuergerät auf der Kontur des Verkehrsteilnehmers und/oder des Kraftfahrzeugs einen Annäherungspunkt bestimmt, der dem jeweils anderen des Verkehrsteilnehmers und des Kraftfahrzeugs am nächsten liegt.
Dieser Annäherungspunkt ist auch als „impact location coordinate“ bekannt. Falls eine Kollision zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Verkehrsteilnehmer droht, wird der Punkt auch als Kollisionspunkt bezeichnet.
Der Annährungspunkt kann auch ein Annäherungsbereich sein, also ein Bereich auf der Kontur des Kraftfahrzeugs und/oder des Verkehrsteilnehmers, der dem Verkehrsteilnehmer bzw. dem Kraftfahrzeug während der entsprechenden Bewegung am nächsten kommt.
Das Steuergerät kann den Annäherungspunkt oder den Annäherungsbereich auch als Ausgabeparameter zur Verfügung stellen.
Im Allgemeinen kann die Kontur und/oder die Abmessungen auch bereits für die Bestimmung der Trajektorie und der zukünftigen Position des Verkehrsteilnehmers und/oder des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden.
Die Abmessungen von kleinen Verkehrsteilnehmern ohne feste Kontur, wie Fußgänger oder Fahrradfahrer, können als Kreis oder Ellipse angenommen werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Median der jeweiligen Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung auf den jeweiligen Annäherungspunkt gelegt. Auf diese Weise wird ein Puffer in die Berechnungen eingebaut, da die entsprechenden Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen von dem Masseschwerpunkt des Kraftfahrzeugs und/oder des Verkehrsteilnehmers in den entsprechenden Annäherungspunkt gelegt, also näher zusammengeschoben werden.
Mit anderen Worten werden die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen in den entsprechenden Annäherungspunkten aufgespannt.
Um vor der Berechnung der Kollisionswahrscheinlichkeit eine schnelle Abschätzung der Notwendigkeit der Berechnung zu erhalten, also eine Abschätzung ob das Kraftfahrzeug und der Verkehrsteilnehmer überhaupt kollidieren können, kann das Steuergerät eine vorläufige Kollisionswahrscheinlichkeit anhand des Mahalanobis-Abstandes der ersten und zweiten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung bestimmen.
Dabei ist der Mahalanobis-Abstand oder die Mahalanobis-Distanz für gaußverteilte Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen gegeben durch: $M = \sqrt{\frac{{(μ_{K, x} - μ_{V, x})}^{2}}{σ_{V, x}^{2}} + \frac{{(μ_{K, y} - μ_{V, y})}^{2}}{σ_{V, x}^{2}}} .$
Der Mahalanobis-Abstand wird insbesondere schnell berechnet, da das Steuergerät nur diese Gleichung auswerten muss. Dabei implizieren kleine Werte des Mahalanobis-Abstands große vorläufige Kollisionswahrscheinlichkeiten und umgekehrt.
Es ist denkbar, dass der Mahalanobis-Abstand zu dem Zeitpunkt bestimmt wird, in dem der Verkehrsteilnehmer und das Kraftfahrzeug den minimalen Abstand zueinander aufweisen.
Beispielsweise wird die Kollisionswahrscheinlichkeit nur dann berechnet, falls der Mahalanobis-Abstand kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert bzw. die vorläufige Kollisionswahrscheinlichkeit größer als ein entsprechender Schwellwert ist. Auf diese Weise wird die aufwendigere Integration über die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen nur für bestimmte Fälle ausgeführt, in denen eine Kollision als realistisch erscheint.
Mit anderen Worten berechnet das Steuergerät die Kollisionswahrscheinlichkeit zum Beispiel nicht, falls die vorläufige Kollisionswahrscheinlichkeit kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellwert.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die erste und/oder zweite Trajektorie mittels eines Kreissegmentmodells berechnet, insbesondere wobei die maximal zulässige Krümmung eines Kreissegments durch eine Geschwindigkeit und/oder eine geschwindigkeitsabhängige Gierrate bestimmt werden. Auf diese Weise können realistische Trajektorien sehr einfach abgebildet werden und die Veränderungen der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen analytisch berechnet werden.
Beispielsweise können mehrere Kreissegmente aneinander angesetzt werden, um komplexe Trajektorien darzustellen.
Das Steuergerät kann eine Warnmeldung und/oder ein zukünftiges Fahrmanöver für das Kraftfahrzeug bereitstellen, falls das Steuergerät eine hohe Kollisionswahrscheinlichkeit bestimmt, insbesondere wobei das Kraftfahrzeug durch das Steuergerät derart angesteuert wird, dass das Kraftfahrzeug das zukünftige Fahrmanöver ausführt. Bei einer drohenden Kollision stellt das Steuergerät also eine Warnmeldung für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs bereit und/oder steuert aktiv das Kraftfahrzeugs. Auf diese Weise kann die drohende Kollision vermieden werden.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug. Das Steuergerät ist dabei dazu ausgebildet, ein oben beschriebenes Verfahren durchzuführen. Hinsichtlich der Vorteile und Merkmale des Steuergeräts wird auf die obigen Ausführungen zum Verfahren verwiesen, die auch für das Steuergerät gelten und umgekehrt.
Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug, das ein vorhergehend beschriebenes Steuergerät hat. Auch hier wird hinsichtlich der Vorteile und Merkmale des Kraftfahrzeugs auf die obigen Erläuterungen bezüglich des Verfahrens und des Steuergeräts verwiesen, die entsprechend auch für das Kraftfahrzeug gelten und umgekehrt.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um die Schritte eines oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird, insbesondere einer Recheneinheit eines oben beschriebenen Steuergeräts. Hinsichtlich der Vorteile und Merkmale wird auf die obigen Erläuterungen bezüglich des Verfahrens verwiesen, die gleichermaßen auch für das Computerprogramm gelten und umgekehrt.
Unter „Programmcodemitteln“ sind dabei und im Folgenden computerausführbare Instruktionen in Form von Programmcode und/oder Programmcodemodulen in kompilierter und/oder in unkompilierter Form zu verstehen, die in einer beliebigen Programmiersprache und/oder in Maschinensprache vorliegen können.
Weitere Vorteile und Merkmal der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, auf im Folgenden Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine schematische Draufsicht einer Straßenverkehrssituation mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug,
- 2 eine schematische Draufsicht des Kraftfahrzeugs gemäß 1,
- 3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 4 bis 7 schematische Draufsichten auf die Straßenverkehrssituation gemäß 1 zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Verfahrens gemäß 3, und
- 8 perspektivische Ansichten von Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen, die während des Verfahrens gemäß 3 bestimmt wurden.

1 zeigt schematisch eine Straßenverkehrssituation 10, in der ein Kraftfahrzeug 12 auf einer Straße 14 in einer Fahrspur 16 fährt. Dabei bewegt sich das Kraftfahrzeug 12 in der Fahrtrichtung R, also in Richtung des in 1 dargestellten Pfeils.
Die Fahrspur 16 und alle weiteren Fahrspuren 18 der Straße 14 sind durch entsprechende Begrenzungsmarkierungen 20 begrenzt. Bei den Begrenzungsmarkierungen 20 handelt es sich zum Beispiel um eine Fahrbahnmarkierung, eine Fahrspurmarkierung, einen Mittelstreifen der Straße 14, einen Bordstein oder ähnliche Markierungen.
Auf einer der weiteren Fahrspuren 18 fährt ein Verkehrsteilnehmer 22 in Fahrtrichtung R des in 1 dargestellten Pfeils.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 1 nur ein Verkehrsteilnehmer 22 dargestellt. Im Allgemeinen können natürlich eine Vielzahl an Verkehrsteilnehmern 22 Bestandteil der Straßenverkehrssituation 10 sein.
In der Ausführungsform der 1 ist der Verkehrsteilnehmer 22 ein Kraftfahrzeug.
Denkbar ist aber auch, dass der Verkehrsteilnehmer 22 ein Fahrrad, eine Straßenbahn, ein Fußgänger, ein Tier oder ein beliebiger anderer Verkehrsteilnehmer ist.
Das Kraftfahrzeug 12 und der Verkehrsteilnehmer 22 fahren beide auf einen Kreuzungspunkt 24 der beiden Fahrspuren 16, 18 zu, in der das Kraftfahrzeug 12 und der Verkehrsteilnehmer 22 kollidieren könnten.
Wie in 2 gezeigt ist, weist das Kraftfahrzeug 12 ein System 26 zum Steuern des Kraftfahrzeugs 12 auf. Das System 26 umfasst mehrere Umfeldsensoren 28, ein Steuergerät 30, das mit den Umfeldsensoren 28 verbunden ist, und Komponenten 32 des Kraftfahrzeugs 12.
Die Umfeldsensoren 28 sind vorne, hinten und/oder seitlich am Kraftfahrzeug 12 angeordnet und dazu ausgebildet, die Umgebung des Kraftfahrzeugs 12 zu erfassen, entsprechende Fahrzeugumgebungsdaten U zu generieren und diese an das Steuergerät 30 weiterzuleiten. Das Weiterleiten der Fahrzeugumgebungsdaten U ist in 2 durch entsprechende, gestrichelt dargestellten Pfeile angedeutet.
Durch die Umfeldsensoren 28 wird also zumindest in Fahrtrichtung R des Kraftfahrzeugs 12 ein Bereich im Umfeld des Kraftfahrzeugs 12 erfasst.
Bei den Umfeldsensoren 28 handelt es sich beispielsweise um eine Kamera, einen Radarsensor, einen Abstandssensor, einen LIDAR-Sensor und/oder eine beliebige andere Art Umfeldsensor 28, der dazu geeignet ist, die Umgebung des Kraftfahrzeugs 12 zu erfassen.
Das Steuergerät 30 verarbeitet die von den Umfeldsensoren 28 erhaltenen Fahrzeugumgebungsdaten U und steuert das Kraftfahrzeug 12 basierend auf den verarbeiteten Fahrzeugumgebungsdaten U wenigstens teilweise automatisiert, insbesondere vollständig automatisiert.
Auf dem Steuergerät 30 ist also ein Fahrerassistenzsystem implementiert, das eine Querbewegung und/oder eine Längsbewegung des Kraftfahrzeugs 12 wenigstens teilweise automatisiert steuern kann, insbesondere vollständig automatisiert.
Das Steuergerät 30 stellt hierfür beispielsweise Steuerbefehle S für die Komponenten 32 des Kraftfahrzeugs 12 bereit, wie für den Antriebsstrang oder eine Lenkvorrichtung des Kraftfahrzeugs 12, und die Komponenten 32 sind dazu ausgebildet, die Steuerbefehle S auszuführen.
Im Allgemeinen kann das Steuergerät 30 die Komponenten 32 natürlich auch direkt ansteuern.
Eine besondere Herausforderung für das Steuergerät 30 ist es, eine drohende Kollision mit dem Verkehrsteilnehmer 22 zu erkennen, beispielsweise eine drohende Kollision des Kraftfahrzeugs 12 und des Verkehrsteilnehmers 22 am Kreuzungspunkt 24, und das Kraftfahrzeug 12 dann derart anzusteuern, dass die drohende Kollision vermieden wird.
Hierfür ist das Steuergerät 30 dazu ausgebildet, ein Verfahren auszuführen, das im Folgenden anhand der 3 bis 8 erläutert wird. Dabei zeigen die 4 bis 7 die Straßenverkehrssituation 10 der 1 zu unterschiedlichen Verfahrensschritten. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in den 4 bis 7 die Straße 14 der 1 nicht eingezeichnet.
Genauer gesagt umfasst das Steuergerät 30 einen Datenträger 34 und eine Recheneinheit 36, wobei auf dem Datenträger 34 ein Computerprogramm gespeichert ist, das auf der Recheneinheit 36 ausgeführt wird und das Programmcodemittel umfasst, um die Schritte des Verfahrens auszuführen.
Wie in 3 gezeigt ist, hat das Steuergerät 30 ein Erkennungsmodul 38, ein Trajektorienmodul 40, ein Modellierungsmodul 42, ein Kollisionsberechnungsmodul 44 und ein Fahrmanöverplanungsmodul 46.
In einem ersten Verfahrensschritt erhält das Steuergerät 30 die Fahrzeugumgebungsdaten U von dem Umfeldsensor 28.
Genauer gesagt werden die Fahrzeugumgebungsdaten U an das Erkennungsmodul 38 des Steuergeräts 30 übergeben und das Erkennungsmodul 38 ist dazu ausgebildet, anhand der Fahrzeugumgebungsdaten U andere Verkehrsteilnehmer 22 zu erkennen.
Beispielsweise erkennt das Erkennungsmodul 38 anhand der Fahrzeugumgebungsdaten U den Verkehrsteilnehmer 22 der 1.
Das Erkennungsmodul 38 bestimmt außerdem Objektparameter O des Verkehrsteilnehmers 22, wie die aktuelle Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung sowie die Abmessungen und/oder eine Kontur 47 des Verkehrsteilnehmers 22. Beispielsweise bestimmt das Erkennungsmodul 38 die Länge L und Breite B des Verkehrsteilnehmers 22 als Abmessungen des Verkehrsteilnehmers 22 (4).
Es ist denkbar, dass das Steuergerät 30 die Kontur 47 des Verkehrsteilnehmers 22 durch ein entsprechendes Rechteck, Kreis oder Ellipse annähert.
Anschließend werden die Objektparameter O und die Umgebungsdaten U an ein Trajektorienmodul 40 des Steuergeräts 30 übergeben.
Das Trajektorienmodul 40 ist dazu ausgebildet, eine erste Trajektorie 48 für den Verkehrsteilnehmer 22 und eine zweite Trajektorie 50 für das Kraftfahrzeug 12 zu bestimmen.
Die Trajektorien 48, 50 beschreiben den wahrscheinlichen zukünftigen Bewegungspfad des Kraftfahrzeugs 12 und des Verkehrsteilnehmers 22 und sind durch aneinandergesetzte Kreissegmente 52 bestimmt.
Beispielsweise ist die erste Trajektorie 48 durch zwei Kreissegmente 52 und die zweite Trajektorie 50 durch ein Kreissegment 52 dargestellt. Dabei sind die maximal zulässigen Krümmungen der entsprechenden Kreissegmente 52, also die minimalen Radien der Kreissegmente 52 durch eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 12 und/oder des Verkehrsteilnehmers 22 begrenzt.
Alternativ oder zusätzlich kann die maximal zulässige Krümmung auch durch eine geschwindigkeitsabhängige Gierrate bestimmt sein.
Für die Bestimmung der Trajektorien 48, 50 berücksichtigt das Steuergerät 30 beispielsweise die erkannten Begrenzungsmarkierungen 20 der Straße 14 aus 1.
Alternativ und/oder zusätzlich kann das Steuergerät 30 die erste Trajektorie 48 anhand einer Sequenz von Fahrzeugumgebungsdaten U bestimmen.
Im Allgemeinen ist es natürlich auch denkbar, dass das Steuergerät 30 die zweite Trajektorie 50 des Kraftfahrzeugs 12 von einem anderen Fahrassistenzsystem des Kraftfahrzeugs 12 erhält, beispielsweise von einem Fahrtplanungsmodul, das die Fahrt des Kraftfahrzeugs 12 zwischen der aktuellen Position und einem gewünschten Zielort plant.
In einem nächsten Verfahrensschritt bestimmt das Modellierungsmodul 42 dann die zukünftige Position P_K des Kraftfahrzeugs 12 und die zukünftige Position Pv des Verkehrsteilnehmers 22 entlang der entsprechenden Trajektorie 48, 50.
Hierfür berücksichtigt das Modellierungsmodul 42 zum Beispiel die Objektparameter O des Kraftfahrzeugs 12 und des Verkehrsteilnehmers 22.
Beispielsweise modelliert das Modellierungsmodul 42 die zukünftigen Positionen P_K P_V des Kraftfahrzeugs 12 und des Verkehrsteilnehmers 22 anhand der momentanen Geschwindigkeit und der momentanen Beschleunigung des Kraftfahrzeugs 12 bzw. des Verkehrsteilnehmers 22.
In der 4 sind beispielhaft jeweils eine zukünftige Position P_K, P_V für das Kraftfahrzeug 12 und den Verkehrsteilnehmer 22 eingezeichnet.
Im Allgemeinen bestimmt das Steuergerät 30 jedoch eine zeitaufgelöste Sequenz von zukünftigen Positionen P_K, P_V des Kraftfahrzeugs 12 und des Verkehrsteilnehmers 22, also mehrere zukünftige Positionen P_K, P_V, jeweils zum gleichen zukünftigen Zeitpunkt.
Die zeitliche Abfolge der zukünftigen Positionen P_K, P_V beschreibt dann die Bewegung des Kraftfahrzeugs 12 entlang der Trajektorie 50 und die Bewegung des Verkehrsteilnehmers 22 entlang der Trajektorie 48.
Aus dieser zeitaufgelösten Sequenz der zukünftigen Positionen P_K, P_V kann das Steuergerät 30 auch diejenige zukünftige Position P_K, P_V bestimmen, in der das Kraftfahrzeug 12 und der Verkehrsteilnehmer 22 den minimalen Abstand dmin zueinander aufweisen. Diese zukünftige Position P_K, P_V ist in 5 gezeigt.
Durch den minimalen Abstand dmin ist auf der Kontur 47 des Verkehrsteilnehmers 22 ein erster Annäherungspunkt 54 und auf einer Kontur 56 des Kraftfahrzeugs 12 ein zweiter Annäherungspunkt 58 definiert, wobei der Abstand genau zwischen diesen Annäherungspunkten 54, 58 minimal ist.
Die Annäherungspunkte 54, 58 sind also diejenigen Punkte auf der Kontur 47, 56 des Verkehrsteilnehmers 22 bzw. des Kraftfahrzeugs 12, die sich während der Bewegung des Verkehrsteilnehmers 22 entlang der ersten Trajektorie 48 und der Bewegung des Kraftfahrzeugs 12 entlang der zweiten Trajektorie 50 am nächsten kommen.
In einem nächsten Verfahrensschritt oder bereits zuvor bestimmt das Steuergerät 30, genauer gesagt das Kollisionsberechnungsmodul 44, momentane Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W_K, W_V (6) für das Kraftfahrzeug 12 und den Verkehrsteilnehmer 22.
Mit anderen Worten bestimmt das Kollisionsberechnungsmodul 44 eine erste Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung W_V für den Verkehrsteilnehmer 22 und eine zweite Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung W_K für das Kraftfahrzeug 12.
Beispielsweise werden in den Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W_K, W_V die Abmessungen, die Position, die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung sowie eine entsprechende Abmessungsunsicherheit, eine Positionsunsicherheit, eine Geschwindigkeitsunsicherheit und/oder eine Beschleunigungsunsicherheit des Verkehrsteilnehmers 22 bzw. des Kraftfahrzeugs 12 berücksichtigt. Zusätzlich können in den Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W_K, W_V auch Trajektorienunsicherheiten der Trajektorien 48, 50 berücksichtigt sein.
In der Ausgestaltung der 6 sind die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen WK, W_V jeweils zweidimensionale Gaußverteilungen.
Die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W_K, W_V weisen also jeweils einen Median µ_K, µ_V und eine Varianz $σ_{K}^{2}, σ_{V}^{2}$
auf (in der 6 sind die entsprechenden Standardabweichungen σ_K, σ_V eingezeichnet), wobei µ_K der Median und $σ_{K}^{2}$
die Varianz der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung W_K des Kraftfahrzeugs 12 sowie µ_V der Median und $σ_{V}^{2}$
die Varianz der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung W_V des Verkehrsteilnehmers 22 sind.
Die Varianzen $σ_{K}^{2}, σ_{V}^{2}$
werden beispielsweise aus den Objektparametern O und den entsprechenden Unsicherheiten für das Kraftfahrzeug 12 und/oder den Verkehrsteilnehmer 22 mittels Gaußscher Fehlerfortpflanzung berechnet, also beispielsweise aus den Abmessungen, der Geschwindigkeit, der Beschleunigung der Abmessungsunsicherheit, der Positionsunsicherheit, der Geschwindigkeitsunsicherheit und/oder der Beschleunigungsunsicherheit. Zusätzlich kann in den Varianzen $σ_{K}^{2}, σ_{V}^{2}$
die Trajektorienunsicherheiten der Trajektorien 48, 50 berücksichtigt sein.
Wie in 6 gezeigt ist, können die Mediane µ_K, µ_V und Varianzen $σ_{K}^{2}, σ_{V}^{2}$
in entsprechenden Trajektorienkoordinaten der Trajektorien 48, 50 angegebenen sein, also in einer longitudinaler Richtung I und in einer transversaler Richtung t der entsprechenden Trajektorie 48, 50.
Der Median µ_K der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W_K weist also entsprechend nur einen Wert entlang der Trajektorie 50 und die Varianz einen Wert $σ_{K, l}^{2}$
entlang der Trajektorie 50 sowie einen Wert $σ_{K, t}^{2}$
senkrecht zur Trajektorie 50 auf. Entsprechend hat der Median µ_V der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung Wv nur einen Wert entlang der Trajektorie 48 und die Varianz einen Wert $σ_{V, l}^{2}$
entlang der Trajektorie 48 sowie einen Wert $σ_{V, t}^{2}$
senkrecht zur Trajektorie 48.
In der 6 sind die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W_K, W_V durch entsprechende Konturlinien dargestellt. Zusätzlich zeigt 8 die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W_K, W_V in einer dreidimensionalen Darstellung, wobei die Hochrichtung z den Wert der entsprechenden Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W_V, W_K in einem Punkt (x, y) angibt.
In einem nächsten Verfahrensschritt bestimmt das Kollisionsberechnungsmodul 44 zukünftige Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W'_K, W'_V (6 und 8).
Insbesondere bestimmt das Kollisionsberechnungsmodul 44 die zukünftigen Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W'_K, W'_V, zu dem Zeitpunkt, in dem das Kraftfahrzeug 12 und der Verkehrsteilnehmer 22 den minimalen Abstand zueinander aufweisen.
Dabei modelliert das Kollisionsberechnungsmodul 44 die Standardabweichungen $σ_{K}^{'}, σ_{V}^{'}$
der zukünftigen Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W'_K, W'_V.
Mit anderen Worten modelliert das Kollisionsberechnungsmodul 44 die Veränderung der Positionsunsicherheit, der Geschwindigkeitsunsicherheit und/oder der Beschleunigungsunsicherheit des Verkehrsteilnehmers 22 bzw. des Kraftfahrzeugs 12 sowie die Trajektorienunsicherheiten der Trajektorien 48, 50.
Das Kollisionsberechnungsmodul 44 bestimmt also die Werte $μ_{K}^{'}, μ_{V}^{'}, σ_{K}^{'}, σ_{V}^{'}$
der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W'_K, W'_V.
Beispielsweise modelliert das Steuergerät 30 die Standardabweichungen $σ_{K}^{'}, σ_{V}^{'}$
der zukünftigen Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W'_K, W'_V ausgehend von den Standardabweichungen σ_K, σ_V der momentanen Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W_K, W_V.
Insbesondere modelliert das Steuergerät 30 die einzelnen Dimensionen unterschiedlich voneinander.
Mit anderen Worten sagt das Steuergerät 30 die die Standardabweichungen $σ_{K}^{'}, σ_{V}^{'}$
der zukünftigen Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W'_K, W'_V vorher.
Dabei ist in 6 zu sehen, dass sich die zukünftigen Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W'_K, W'_V über einen größeren Bereich erstrecken als die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W_K, W_V, also größere Standardabweichungen $σ_{K}^{'}, σ_{V}^{'}$
aufweisen.
Genauer gesagt ist die Standardabweichung $σ_{K, l}^{'}$
der zukünftigen Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung W'_K in longitudinaler Richtung größer als die Standardabweichung σ_K,l und entsprechend $σ_{K, t}^{'}$
größer als σ_K,t, $σ_{V, l}^{'}$
größer als σ_V,l sowie $σ_{V, t}^{'}$
größer als σ_V,t.
Zusätzlich weisen die zukünftigen Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W'_K, W'_V eine Überlappung 60 auf, also eine Schnittmenge der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung W'_K mit der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung W'_V.
Anschließend werden die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W'_K, W'_V in ein kartesisches Koordinatensystem 62 transformiert, das eine Ordinate x und eine Abszisse y hat.
Das Kollisionsberechnungsmodul 44 bestimmt also die Erwartungswerte µ_K,x, µ_K,y µ_V,x, µ_V,x entlang der Richtungen x und y sowie die Standardabweichungen σ_K,x, σ_K,y, σ_V,x, σ_V,y entlang der Richtungen x und y.
In einem nächsten Schritt bestimmt das Kollisionsberechnungsmodul 44 dann eine vorläufige Kollisionswahrscheinlichkeit K* anhand des Mahalanobis-Abstandes M der zukünftigen Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W'_K, W'_V: $M = \sqrt{\frac{{(μ_{K, x}^{'} - μ_{V, x}^{'})}^{2}}{{(σ_{V, x}^{'})}^{2}} + \frac{{(μ_{K, y}^{'} - μ_{V, y}^{'})}^{2}}{{(σ_{V, y}^{'})}^{2}}} .$
Der Mahalanobis-Abstand M ist dabei ein Distanzmaß für den Abstand der Mediane $μ_{K}^{'}, μ_{V}^{'}$
der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W'_K, W'_V in Abhängigkeit der Varianz $σ_{V}^{'}$
der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung W'_V.
Dementsprechend impliziert ein kleiner Mahalanobis-Abstand M eine hohe vorläufige Kollisionswahrscheinlichkeit K* und ein großer Mahalanobis-Abstand M eine kleine vorläufige Kollisionswahrscheinlichkeit K*.
Beispielsweise könnte die vorläufige Kollisionswahrscheinlichkeit K* daher gegeben sein durch: $K * = \frac{1}{M},$
also durch den Kehrwert des Mahalanobis-Abstandes M.
Falls die vorläufige Kollisionswahrscheinlichkeit K* größer als ein bestimmter Schwellwert ist (oder falls der Mahalanobis-Abstandes M kleiner als ein entsprechender Schwellwert ist), dann bestimmt das Kollisionsberechnungsmodul 44 eine genaue Kollisionswahrscheinlichkeit K.
Mit anderen Worten führt das Kollisionsberechnungsmodul 44 die im Folgenden beschriebenen Rechenschritte nicht durch, falls die vorläufige Kollisionswahrscheinlichkeit K* kleiner ist als der Schwellwert.
Für die Berechnung der Kollisionswahrscheinlichkeit K legt das Kollisionsberechnungsmodul 44 den Median $μ_{K}^{'}$
µ_K der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung W'K in den Annäherungspunkt 58 des Kraftfahrzeugs 12.
In 7 ist diese Verschiebung des Medians $μ_{K}^{'}$
dadurch gezeigt, dass das Symmetriezentrum der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung W'_K nicht im Masseschwerpunkt des Kraftfahrzeugs 12 ist, also in der zukünftigen Position P_K, sondern im Annäherungspunkt 58.
Ferner legt das Kollisionsberechnungsmodul 44 den Median $μ_{V}^{'}$
der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung W'_V in den Annäherungspunkt 54 des Verkehrsteilnehmers 22 und integriert anschließend über das Produkt der beiden verschobenen Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W'_K, W'_V:

Mit anderen Worten integriert das Steuergerät 30 über die Überlappung 60 der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W'_K, W'_V, da in dem Bereich außerhalb der Überlappung 60 das Produkt der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilungen W'_K, W'_V einen Wert von 0 ergibt.

Beispielsweise bestimmt das Steuergerät 30 die Kollisionswahrscheinlichkeit K anhand der folgenden Formel: $K = \frac{\int \int W_{K}^{'} (μ_{K}^{'}, σ_{K}^{'}^{2}) W_{V}^{'} (μ_{V}^{'}, σ_{V}^{'}^{2}) d x d y}{\int \int W_{K}^{'} (0, σ_{K}^{'}^{2}) W_{V}^{'} (μ_{V}^{'} 0, σ_{V}^{'}^{2}) d x d y} * \frac{1}{max (σ_{V, x}^{'}^{0,25},1)} * \frac{1}{max (σ_{V, y}^{'}^{0,25},1)} .$
Dabei wird der Integrationswert $\int \int W_{K}^{'} (μ_{K}^{'}, σ_{K}^{'}^{2}) W_{V}^{'} (μ_{V}^{'}, σ_{V}^{'}^{2}) d x d y$
dxdy zusätzlich durch den Term $\int \int W_{K}^{'} (0, σ_{K}^{'}^{2}) W_{V}^{'} (0, σ_{V}^{'}^{2}) d x d y$
dxdy normiert und mit dem Bestrafungsterm $\frac{1}{max (σ_{V, x}^{'}^{0,25},1)} * \frac{1}{max (σ_{V, y}^{'}^{2},1)}$
multipliziert, der Standardabweichungen $σ_{V}^{'} > 1$
bestraft.
Auf diese Weise stellt das Kollisionsberechnungsmodul 44 die Kollisionswahrscheinlichkeit K bereit, die einen Wert im Bereich von 0 bis 1 annimmt.
In einem letzten Schritt berechnet das Fahrmanöverplanungsmodul 46 dann ein zukünftiges Fahrmanöver für das Kraftfahrzeug 12 und/oder bestimmt eine entsprechende Warnmeldung A (3), falls die Kollisionswahrscheinlichkeit K größer als ein bestimmter Schwellwert ist.
Das Steuergerät 30 bestimmt also entsprechende Steuerbefehle S und übergibt diese an die Komponenten 32 des Kraftfahrzeugs 12, die dann das Fahrmanöver ausführen.
Beispielsweise bestimmt das Fahrmanöverplanungsmodul 46 in der Straßenverkehrssituation 10 für das Kraftfahrzeug 12 ein Bremsmanöver als zukünftiges Fahrmanöver und dementsprechend übergibt das Steuergerät 30 entsprechende Bremsbefehle als Steuerbefehl S an die Bremsen des Kraftfahrzeugs 12.
Durch die Berechnung der Kollisionswahrscheinlichkeit K des Steuergeräts wird also eine schnelle und frühzeitige Kollisionserkennung des Kraftfahrzeugs mit dem Verkehrsteilnehmer ermöglicht.
Insbesondere kann das Steuergerät 30, für den Fall, dass es mehrere Verkehrsteilnehmer 22 in einer Straßenverkehrssituation 10 gibt, einfach Verkehrsteilnehmer 22 ausschließen, mit denen keine Kollision droht. Beispielsweise werden die kollisionsrelevanten Verkehrsteilnehmer 22 dann gesondert überwacht.
Anhand der 1 bis 8 wurde das Verfahren beispielhaft für eine Straßenverkehrssituation 10 gezeigt, in der ein Kraftfahrzeug 12 und ein Verkehrsteilnehmer 22 auf einer Straße 14 fahren.
Jedoch sind auch solche Situationen denkbar, in denen das Kraftfahrzeug 12 und der Verkehrsteilnehmer 22 nicht auf einer Straße 14 mit vorgegebenen Fahrspuren 16, 18 fahren, sondern sich frei bewegen, beispielsweise auf einem Parkplatz (ohne vorgegebene Fahrspuren 16, 18).
Auch muss der Verkehrsteilnehmer 22 kein Kraftfahrzeug sein.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs (12), das zumindest einen Umfeldsensor (28) und ein Steuergerät (30) aufweist, wobei der Umfeldsensor (28) dazu ausgebildet ist, zumindest einen in Fahrtrichtung (R) des Kraftfahrzeugs (12) liegenden Bereich zu erfassen und entsprechende Fahrzeugumgebungsdaten (U) bereitzustellen, mit den folgenden Schritten: a) Erhalten der Fahrzeugumgebungsdaten (U) durch das Steuergerät (30), b) Erkennen eines Verkehrsteilnehmers (22), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, anhand der Fahrzeugumgebungsdaten (U) durch das Steuergerät (30), c) Bestimmen einer ersten Trajektorie (48) für den Verkehrsteilnehmer (22) durch das Steuergerät (30), d) Erhalten und/oder Bestimmen einer zweiten Trajektorie (50) für das Kraftfahrzeug (12) durch das Steuergerät (30), e) Bestimmen einer zukünftigen Position (Pv) des Verkehrsteilnehmers (22) auf der ersten Trajektorie (48) und Bestimmen einer zukünftigen Position (P_K) des Kraftfahrzeugs (12) auf der zweiten Trajektorie (50), und f) Bestimmen einer Kollisionswahrscheinlichkeit (K) zwischen dem Verkehrsteilnehmer (22) und dem Kraftfahrzeug (12), wobei die Kollisionswahrscheinlichkeit (K) von einer Überlappung (60) einer ersten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung (W_V, W'_V) des Verkehrsteilnehmers (22) um die zukünftige Position (P_V) des Verkehrsteilnehmers (22) und einer zweiten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung (W_K, W'_K) des Kraftfahrzeugs (12) um die zukünftige Position (P_K) des Kraftfahrzeugs (12) abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (30) die erste und/oder zweite Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung (W_K, W_K, W_V, W'_V) anhand einer Trajektorienunsicherheit, einer Positionsunsicherheit, einer Geschwindigkeitsunsicherheit und/oder einer Beschleunigungsunsicherheit für einen Startzeitpunkt bestimmt, insbesondere wobei das Steuergerät (30) die Veränderung der Trajektorienunsicherheit, der Positionsunsicherheit, der Geschwindigkeitsunsicherheit und/oder der Beschleunigungsunsicherheit für das Bestimmen der zukünftigen Bewegung entlang der Trajektorie (48, 50) modelliert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung (W_K, W'_K, W_V, W'_V) eine Gaußverteilung ist, insbesondere eine zweidimensionale Gaußverteilung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (30) den minimalen Abstand (dmin) der zukünftigen Positionen (P_K, P_V) des Verkehrsteilnehmers (22) und des Kraftfahrzeugs (12) während der Bewegung entlang der ersten Trajektorie (48) und der zweiten Trajektorie (50) und/oder den zukünftigen Zeitpunkt bestimmt, zu dem der Abstand der zukünftigen Positionen (P_K, P_V) des Verkehrsteilnehmers (22) und des Kraftfahrzeugs (12) während der Bewegung entlang der ersten Trajektorie (48) und der zweiten Trajektorie (50) minimal ist, insbesondere wobei die Kollisionswahrscheinlichkeit (K) zu dem Zeitpunkt bestimmt wird, in dem der Abstand der zukünftigen Positionen (P_K, P_V) des Verkehrsteilnehmers (22) und des Kraftfahrzeugs (12) zueinander minimal ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (30) die Kollisionswahrscheinlichkeit (K) anhand einer Integration über das Produkt der ersten und zweiten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung (W_K, W'_K, W_V, W'_V) bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Integration erhaltene Integrationswert normiert wird und/oder dass der Integrationswert mit einem Bestrafungsterm multipliziert wird, der große Unsicherheiten der ersten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung (W_V, W'_V) des Verkehrsteilnehmers (22) bestraft, insbesondere wobei der normierte und/oder mit dem Bestrafungsterm multiplizierte Integrationswert die Kollisionswahrscheinlichkeit (K) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (30) für die Bestimmung der Kollisionswahrscheinlichkeit (K) die Abmessungen (L, B) und/oder die Kontur (47, 56) des Verkehrsteilnehmers (22) und/oder des Kraftfahrzeugs (12) berücksichtigt, insbesondere wobei das Steuergerät (30) auf der Kontur (47, 56) des Verkehrsteilnehmers (22) und/oder des Kraftfahrzeugs (12) einen Annäherungspunkt (54, 58) bestimmt, der dem jeweils anderen des Verkehrsteilnehmers (22) und des Kraftfahrzeugs (12) am nächsten liegt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Median (µ_K, $μ_{K}^{'}$
µ_V, $μ_{V}^{'}$
der jeweiligen Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung (W_K, W'_K, W_V, W'_V) auf den jeweiligen Annäherungspunkt (54, 58) gelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (30) eine vorläufige Kollisionswahrscheinlichkeit (K*) anhand des Mahalonobis-Abstandes (M) der ersten und zweiten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung (W_K, W'_K, W_V, W'_V) bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (30) die Kollisionswahrscheinlichkeit (K) nicht berechnet, falls die vorläufige Kollisionswahrscheinlichkeit (K*) kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellwert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Trajektorie (48, 50) mittels eines Kreissegmentmodells berechnet werden, insbesondere wobei die maximal zulässige Krümmung eines Kreissegments (52) durch eine Geschwindigkeit und/oder eine geschwindigkeitsabhängige Gierrate bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (30) eine Warnmeldung (A) und/oder ein zukünftiges Fahrmanöver für das Kraftfahrzeug (12) bereitstellt, falls das Steuergerät (30) eine hohe Kollisionswahrscheinlichkeit (K) bestimmt, insbesondere wobei das Kraftfahrzeug (12) durch das Steuergerät (30) derart angesteuert wird, dass das Kraftfahrzeug (12) das zukünftige Fahrmanöver ausführt.
Steuergerät für ein Kraftfahrzeug (12), wobei das Steuergerät (30) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.