DE102020213588A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines automatisierten Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Verfahren (300) und Vorrichtung zum Betreiben eines automatisierten Fahrzeugs, umfassend einen Schritt des Bestimmens (310) einer Position des automatisierten Fahrzeugs, einen Schritt des Bestimmens (320) wenigstens eines Erfassungsbereichs einer Umfeldsensorik des automatisierten Fahrzeugs, abhängig von der Position, einen Schritt des Erfassens (330) einer Umgebung des automatisierten Fahrzeugs, basierend auf dem Erfassungsbereich, einen Schritt des Bestimmens (340) von Objekten in der Umgebung des automatisierten Fahrzeugs und einen Schritt des Betreibens (350) des automatisierten Fahrzeugs, abhängig von den Objekten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem ein Verfahren zum Betreiben eines automatisierten Fahrzeugs, umfassend einen Schritt des Bestimmens einer Position des automatisierten Fahrzeugs, einen Schritt des Bestimmens wenigstens eines Erfassungsbereichs einer Umfeldsensorik des automatisierten Fahrzeugs, einen Schritt des Erfassens einer Umgebung des automatisierten Fahrzeugs, einen Schritt des Bestimmens von Objekten in der Umgebung des automatisierten Fahrzeugs und einen Schritt des Betreibens des automatisierten Fahrzeugs, abhängig von den Objekten.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines automatisierten Fahrzeugs umfasst einen Schritt des Bestimmens einer Position des automatisierten Fahrzeugs, einen Schritt des Bestimmens wenigstens eines Erfassungsbereichs einer Umfeldsensorik des automatisierten Fahrzeugs, abhängig von der Position, und einen Schritt des Erfassens einer Umgebung des automatisierten Fahrzeugs, basierend auf dem Erfassungsbereich. Das Verfahren umfasst weiterhin einen Schritt des Bestimmens von Objekten in der Umgebung des automatisierten Fahrzeugs und einen Schritt des Betreibens des automatisierten Fahrzeugs, abhängig von den Objekten.
  • Unter einem automatisierten Fahrzeug ist ein Fahrzeug, welches gemäß einem der SAE-Level 1 bis 5 (siehe Norm SAE J3016) ausgebildet ist, zu verstehen.
  • Unter einer Umfeldsensorik ist wenigstens ein Video- und/oder wenigstens ein Radar- und/oder wenigstens ein Lidar- und/oder wenigste einen Ultraschall- und/oder wenigstens ein weiterer Sensor - welcher dazu ausgebildet ist, eine Umgebung des automatisierten Fahrzeugs, insbesondere in Form von Umgebungsdatenwerten, zu erfassen - zu verstehen. Die Umfeldsensorik ist insbesondere dazu ausgebildet, Umgebungsmerkmale in der Umgebung (Straßenverlauf, Verkehrszeichen, Fahrbahnmarkierung, Gebäude, Fahrbahnbegrenzungen, etc.) und/oder Verkehrsobjekte (Fahrzeuge, Radfahrer, Fußgänger, etc.) zu erfassen. In einer Ausführungsform umfasst die Umfeldsensorik beispielsweise eine Recheneinheit (Prozessor, Arbeitsspeicher, Festplatte) mit einer geeigneten Software und/oder ist mit solch einer Recheneinheit verbunden, wodurch diese Umgebungsmerkmale erfasst und/oder klassifiziert bzw. zugeordnet werden können. Dies ermöglicht beispielsweise auch das Bestimmen von Objekten in der Umgebung des automatisierten Fahrzeugs.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren löst vorteilhafterweise die Aufgabe, das Betreiben eines automatisierten Fahrzeugs zu optimieren, indem unter anderem der Verbrauch von Energie bzw. Rechenressourcen reduziert wird. Diese Aufgabe wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere dadurch gelöst, indem wenigstens ein Erfassungsbereich einer Umfeldsensorik des automatisierten Fahrzeugs, abhängig von der vorab bestimmten Position des automatisierten Fahrzeugs, bestimmt wird.
  • Dadurch werden beispielsweise die Rechenressourcen, welche üblicherweise zum Erfassen der Umgebung verwendet werden, reduziert, wobei die Umgebung dennoch gezielt abgetastet wird und somit keine wichtigen Informationen verloren gehen. Dies steigert auch die Sicherheit beim Betreiben, da die entsprechenden Ressourcen gezielt dazu verwendet werden, eine relevante Umgebung zu erfassen, was dazu führt, dass unter Umständen wichtige Umgebungsmerkmale nicht richtig erfasst bzw. erkannt werden können, da diese aus einer zu großen Datenmenge nicht mehr bzw. nicht rechtzeitig herausgefiltert werden können.
  • Vorzugsweise wird die Position mittels einer hochgenauen Karte und/oder mittels eines satellitenbasierten Ortungsverfahren und/oder mit Hilfe von Fahrzeugkommunikationssignalen bestimmt.
  • Die hochgenaue Karte ist beispielsweise derart ausgebildet, dass eine oder mehrere Kartenschichten umfasst werden, wobei eine Kartenschicht beispielsweise eine Karte aus der Vogelperspektive (Verlauf und Position von Straßen, Gebäuden, Landschaftsmerkmalen, etc.) zeigt. Dies entspricht beispielsweise einer Karte eines Navigationssystems. Eine weitere Kartenschicht umfasst beispielsweise eine Radarkarte, wobei die Umgebungsmerkmale, welche von der Radarkarte abgebildet werden, mit einer Radarsignatur hinterlegt sind. Eine weitere Kartenschicht umfasst beispielsweise eine Lidarkarte, wobei die Umgebungsmerkmale, welche von der Lidarkarte abgebildet werden, mit einer Lidarsignatur hinterlegt sind.
  • Die hochgenaue Karte ist insbesondere derart ausgebildet, dass sie sich zur Navigation eines Fahrzeugs, insbesondere eines automatisierten Fahrzeugs, eignet. Dazu umfassen die einzelnen Kartenschichten beispielsweise Umgebungsmerkmale mit einer GNSS-Position, wobei diese Position hochgenau bekannt ist. Unter einer hochgenauen Position ist eine Position zu verstehen, welche innerhalb eines vorgegebenen Koordinatensystems, beispielsweise GNSS-Koordinaten, derart genau ist, dass diese Position eine maximal zulässige Unschärfe nicht überschreitet. Dabei kann die maximale Unschärfe beispielsweise von der Umgebung - beziehungsweise der Anzahl und/oder Ausgestaltung der Umgebungsmerkmale - abhängen. Weiterhin kann die maximale Unschärfe beispielsweise vom SAE-Level des automatisierten Fahrzeugs abhängen. Grundsätzlich ist die maximale Unschärfe so gering, dass insbesondere ein sicheres Betreiben des automatisierten Fahrzeugs gewährleistet ist. Für ein vollautomatisiertes Betreiben des automatisierten Fahrzeugs (SAE-Level 5) liegt die maximale Unschärfe beispielsweise in einer Größenordnung von etwa 10 Zentimeter.
  • Unter einem satellitenbasierten Ortungsverfahren ist beispielsweise eine Positionsbestimmung mittels eines GNSS-Sensors zu verstehen, wobei Satellitendaten unterschiedlicher Satellitenkonstellationen (GPS, Glonass, Galileo, Baidu, usw.) beispielsweise auf einem VMPS (Vehicle Motion Position Sensor) zu einer hochgenauen Fahrzeugposition in einem Weltkoordinatensystem verarbeitet und zur Umsetzung des Verfahrens verwendet werden.
  • Unter einer Positionsbestimmung mittels einer hochgenauen Karte ist beispielsweise zu verstehen, dass in einem ersten Schritt ein Umgebungsmerkmal, dessen GNSS-Position von der hochgenauen Karte umfasst wird, mittels der Umfeldsensorik des automatisierten Fahrzeugs erfasst wird. Dabei wird insbesondere eine relative Position (Abstand und/oder Ausrichtung: beispielsweise in Form eines Vektors) des automatisierten Fahrzeugs zu dem entsprechenden Umgebungsmerkmal bestimmt. Mittels einer Vektoraddition (Vektor + Position des Umgebungsmerkmals) kann somit in einem zweiten Schritt die Position des automatisierten Fahrzeugs bestimmt werden.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform erfolgt das Bestimmen der Position beispielsweise mittels Kommunikationssignalen relativ zu einer Verkehrsinfrastruktureinheit und/oder relativ zu weiteren Verkehrsteilnehmern, welche beispielsweise ihre Positionen an das automatisierte Fahrzeug übertragen. Alternativ kann auch ein Bestimmen der Position ausgehend von der hochgenauen Karte anhand der Signallaufzeiten von Car-to-X Kommunikationssignalen zwischen festen Infrastrukturpunkten und dem automatisierten Fahrzeug erfolgen.
  • Vorzugsweise umfasst der Erfassungsbereich einen Abtastwinkel und/oder einen Abtastbereich und/oder eine Abtastrate wenigstens eines Sensors der Umfeldsensorik.
  • In einer möglichen Ausführungsform erfolgt das Bestimmen des wenigstens einen Erfassungsbereichs mithilfe der hochgenauen Karte und der Position des automatisierten Fahrzeugs. Beispielsweise sind auf der hochgenauen Karte Kreuzungen verzeichnet, wobei sich das automatisierte Fahrzeug vor einer Einfahrt in eine dieser Kreuzungen befindet. Hierbei sind vor allem die Sensoren, welche nach vorne und/oder seitlich ausgerichtet sind, von Vorteil, um insbesondere weitere Verkehrsteilnehmer und/oder Fußgänger, etc. vor bzw. links und/oder rechts von dem automatisierten Fahrzeug zu erfassen. In diesem Beispiel kann der Abtastwinkel beispielsweise 90° nach links und 90° nach rechts [insgesamt 180°] oder 135° nach links und 135° nach rechts [insgesamt 270°] (ausgehend von einer Längsachse des automatisierten Fahrzeugs) umfassen. Die Sensoren, welche hier nach hinten gerichtet sind, sind hierbei beispielsweise weniger relevant, so dass der entsprechende Erfassungsbereich dieser Sensoren nicht erfasst wird.
  • Prinzipiell sind eine Vielzahl verschiedener Erfassungsbereiche - beispielsweise vorne und/oder seitlich, vorne und/oder hinten, etc. und/oder verschiedene Entfernungen (beispielsweise 0 bis 5 Meter, 5 bis 20 Meter, 10 bis 50 Meter, etc.), abhängig von der Umgebung des automatisierten Fahrzeugs (Kreuzung, Brücke, Tunnel, Landstraße, Anzahl der Fahrspuren, etc.), möglich. In einer möglichen Ausführungsform werden die Erfassungsbereiche von der hochgenauen Karte umfasst. In einer weiteren Ausführungsform werden die Erfassungsbereiche auf einem Speichermedium von dem automatisierten Fahrzeug umfasst.
  • In einer alternativen Ausführungsform erfolgt das Bestimmen des Erfassungsbereichs zusätzlich abhängig von einer vorgegebenen Trajektorie. Dabei wird beispielsweise gezielt der Bereich des automatisierten Fahrzeugs erfasst, welcher sich entsprechend dieser vorgegebenen Trajektorie in Fahrtrichtung vor dem automatisierten Fahrzeug befindet. In einer weiteren Ausführungsform ist dies beispielsweise der Bereich neben und/ oder hinter dem automatisierten Fahrzeug, wenn das automatisierte Fahrzeug einen Parkvorgang ausführt. Das Bestimmen des Erfassungsbereichs, abhängig von der vorgegebenen Trajektorie erfolgt beispielsweise mittels der hochgenauen Karte, indem relevante Erfassungsbereiche entlang der vorgegebenen Trajektorie hinterlegt und entsprechend ausgelesen werden können.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird beispielsweise auch die Abtastrate einzelner Sensoren der Umfeldsensorik angepasst. Biegt das automatisierte Fahrzeug beispielsweise nach rechts in eine Kreuzung ab, wird kurz vor dem Abbiegen in der Kreuzung wenigstens einmalig auf der linken Seite des automatisierten Fahrzeugs die Umgebung erfasst. Anschließend werden dann die erfassten Objekte bestimmt und beispielsweise Abstände zu diesen Objekten abgeleitet. Sofern diese Abstände gegenüber vorgegebenen Kriterien groß genug sind, kann das automatisierte Fahrzeug in die Kreuzung einfahren, wenn nicht kommt es beispielsweise zu einem zum Stillstand oder Abbremsen (dieses Verfahren entspricht beispielsweise einem Schulterblick bei einem Fahrer). Ein erneutes Erfassen der Umgebung ist dann nur noch notwendig, wenn das automatisierte Fahrzeug beispielsweise warten muss, bis weitere Verkehrsteilnehmer den Bereich der Trajektorie verlassen haben. Dieses Vorgehen erlaubt ebenfalls den Verbrauch von Energie bzw. Rechenressourcen zu reduzieren. Falls es zu einem Stillstand kommt, kann somit beispielsweise eine Geschwindigkeit des weiteren Verkehrsteilnehmers mittels der erfassten Sensordaten bestimmt werden. Ein erneutes Erfassen der entsprechenden Umgebung erfolgt dann erneut, wenn dieser weitere Verkehrsteilnehmer ausgehend von der vorab bestimmten Geschwindigkeit sich dem Bereich der Trajektorie um einen bestimmten Abstand genähert haben muss.
  • Vorzugsweise umfasst das Betreiben eine Planung einer Trajektorie für das automatisierte Fahrzeug und/oder ein automatisiertes Abfahren der Trajektorie und/oder ein Ausführen einer Fahrassistenzfunktion.
  • Weiterhin ist unter einem Betreiben des automatisierten Fahrzeugs beispielsweise eine automatisierte Quer- und/oder Längssteuerung und/oder das Ausführen sicherheitsrelevanter Funktionen („Scharfmachen“ bzw. Auslösen eines Airbags, Straffen eines Gurtes, Ausführen eines notfallbedingten Anhaltvorgangs, etc.) und/oder das Ausführen sogenannter Fahrassistenzfunktionen (Ausführen eines Spurhalteassistenten, etc.) zu verstehen.
  • In einer Ausführungsform werden beispielsweise die erfassten Objekte dazu verwendet, um eine Trajektorie des automatisierten Fahrzeugs derart zu bestimmen, dass beim Abfahren der Trajektorie eine Kollision mit diesen Objekten vermieden wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät, ist dazu eingerichtet, alle Schritte des Verfahrens gemäß einem der Verfahrensansprüche zum Betreiben eines automatisierten Fahrzeugs auszuführen.
  • Die Vorrichtung ist beispielsweise als Steuergerät ausgebildet. Dabei umfasst die Vorrichtung beispielsweise eine Sende- und/oder Empfangseinheit, welche zum Senden und/oder Empfangen von Signalen bzw. Datenwerten ausgebildet ist. In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung die Sende- und/oder Empfangseinheit nicht direkt, sondern ist mit dieser verbunden. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Datenschnittstelle um Datenwerte bzw. Signale mit der Umfeldsensorik des automatisierten Fahrzeugs auszutauschen. Weiterhin umfasst die Recheneinheit Mittel (Prozessor, Arbeitsspeicher, Speichermedium, Software) zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Weiterhin wird ein Computerprogramm beansprucht, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß einem der Verfahrensansprüche zum Betreiben eines automatisierten Fahrzeugs auszuführen. In einer Ausführungsform entspricht das Computerprogramm der von der Vorrichtung umfassten Software.
  • In einer weiteren zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform basiert das Computerprogramm einen intelligenten Algorithmus, wie beispielsweise ein neuronales Netz oder eine Kl. Das neuronale Netz und/oder die KI ist beispielsweise dazu ausgebildet, ausgehend von einer bestimmten Position und gegebenenfalls weiteren Eingangsgrößen (Geschwindigkeit, Beschleunigung, Umgebungshelligkeit, Ausgestaltung der Umfeldsensorik, Wetterzustand in der Umgebung, geplante Trajektorie, Informationen aus der hochgenauen Karte, etc.) einen momentan günstigen Erfassungsbereich zu bestimmen. Das neuronale Netz und/oder die KI werden dabei mittels der oben genannten Eingangsdaten (Position und/oder Eingangsgrößen) angelernt und sind dann in der Lage die Objekte in der Umgebung des automatisierten Fahrzeugs gezielt zu erfassen.
  • Diese Eingangsgrößen, wie beispielsweise der Wetterzustand, können mittels der Umfeldsensorik des automatisierten Fahrzeugs und/oder mittels einer Funkverbindung aus einer Cloud erfasst bzw. angefordert und/oder empfangen werden.
  • Der Wetterzustand kann beispielsweise wichtig sein, um innerhalb des neuronalen Netzes oder der KI eine Auswahl der zu verwendeten Sensoren der Umfeldsensorik zu bestimmen, welche abhängig vom tatsächlichen Wetterzustand die bestmögliche Performance für einen bestimmten Erfassungsbereich aufweisen. Beispielsweise wird eine Kamera bei Nebel nicht in die Berechnungen mit einbezogen, auch wenn diese Kamera genau in die relevante Richtung blickt. Stattdessen wird auf alternative Sensoren wie beispielsweise Radar und/oder Lidar zurückgegriffen, welche auch bei Nebel eine gute Performance aufweisen.
  • Aus diesen entsprechenden Eingangsdaten wird dann der wenigstens eine Erfassungsbereich bestimmt. Dies erlaubt beispielsweise das Bestimmen eines relevanten Abtastwinkels für das Erfassen der Umgebung an genau dieser Position des automatisierten Fahrzeugs und/oder das Auswählen der relevanten Sensoren der Umfeldsensorik, welche für die gezielte Objekterkennung im entsprechend bestimmten relevanten Abtastwinkel dieser Sensoren notwendig sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann beispielsweise in einem weiteren neuronalen Netz oder in mehreren neuronalen Netzen anschließend eine gezielte Objekterkennung in den bestimmten Erfassungsbereichen der ausgewählten Sensoren stattfinden. Sofern es sich um intelligente Sensoren mit einer eigenen Objekterkennung handelt, sind diese bereits mit neuronalen Netzen für die Objekterkennung ausgestattet. Hier erfolgt eine Befehlsübermittlung der Verarbeitungseinheit an diese Sensoren gezielt, um in bestimmten Erfassungsbereichen nach bestimmten Objekten zu suchen (Steuerung der Sensor-Kl durch die Verarbeitungseinheit). Sofern die Objekterkennung jedoch auf der Verarbeitungseinheit selbst durchgeführt wird, kann die Objekterkennung auch ein Teil der erst genannten KI sein oder aus einer nachgelagerten KI oder einem nachgelagerten neuronalen Netz für die Objekterkennung basierend auf den obigen Ausgangsdaten implementiert sein. Sofern es sich um ein großes neuronales Netz handelt, werden die erfassten Sensordaten selbst als zusätzliche Eingangsdaten dem neuronalen Netz zugeführt. Dies ermöglicht direkt das Ausgeben der erfassten Objekte in den relevanten Erfassungsbereichen der Sensoren.
  • Weiterhin wird ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist, beansprucht.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung aufgeführt.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines automatisierten Fahrzeugs in Form eines Ablaufdiagramms.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 300 zum Betreiben eines automatisierten Fahrzeugs.
  • In Schritt 301 startet das Verfahren 300.
  • In Schritt 310 wird eine Position des automatisierten Fahrzeugs bestimmt.
  • In Schritt 320 wird wenigstens ein Erfassungsbereich einer Umfeldsensorik des automatisierten Fahrzeugs, abhängig von der Position, bestimmt.
  • In Schritt 330 wird eine Umgebung des automatisierten Fahrzeugs, basierend auf dem Erfassungsbereich, erfasst. Dabei werden nun die vorab bestimmten Erfassungsbereiche mittels der Umfeldsensorik des automatisierten Fahrzeugs erfasst.
  • In Schritt 340 werden Objekte in der Umgebung des automatisierten Fahrzeugs bestimmt.
  • In Schritt 350 wird das automatisierte Fahrzeug, abhängig von den Objekten, betrieben.
  • In einer möglichen Ausführungsform werden die Schritte 310 bis 350 über einen längeren Zeitraum hinweg zyklisch - beispielsweise nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne (10ms, 1s, 10s, etc.) wiederholt. Die vorgegebene Zeitspanne ist dabei beispielsweise abhängig von der Position des automatisierten Fahrzeugs.
  • In einer weiteren Ausführungsform werden alle Umfeldsensoren beispielsweise in einem Zeitraster von 100ms abgetastet und nach relevanten Objekten in den Bilddaten gesucht. Parallel dazu erfolgt im 10ms Takt zehnmal die Bestimmung eines relevanten Sensorbereichs und die gezielte Abtastung dieses Sensorbereichs. Auf diese Weise gehen keine Informationen in den nichtrelevanten Umfeldsensoren verloren, da diese trotzdem noch im 100ms Takt parallel zum Verfahren oben abgetastet und nach relevanten Objekten gesucht wird. Auch diese Ausführungsform der Erfindung führt zu einer Steigerung der Effizienz des Verfahrens, wenn auch zufällig in den nichtrelevanten Umfeldsensoren erkannte Objekte für eine Erweiterung des Blickbereichs und damit der relevanten Umfeldsensoren und deren relevante Blickwinkel verwendet werden.
  • In Schritt 360 endet das Verfahren 300.

Claims (7)

  1. Verfahren (300) zum Betreiben eines automatisierten Fahrzeugs, umfassend: - Bestimmen (310) einer Position des automatisierten Fahrzeugs; - Bestimmen (320) wenigstens eines Erfassungsbereichs einer Umfeldsensorik des automatisierten Fahrzeugs, abhängig von der Position; - Erfassen (330) einer Umgebung des automatisierten Fahrzeugs, basierend auf dem Erfassungsbereich; - Bestimmen (340) von Objekten in der Umgebung des automatisierten Fahrzeugs; und - Betreiben (350) des automatisierten Fahrzeugs, abhängig von den Objekten.
  2. Verfahren (300) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position mittels einer hochgenauen Karte und/oder mittels eines satellitenbasierten Ortungsverfahren und/oder mit Hilfe von Fahrzeugkommunikationssignalen bestimmt wird.
  3. Verfahren (300) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich einen Abtastwinkel und/oder einen Abtastbereich und/oder eine Abtastrate wenigstens eines Sensors der Umfeldsensorik umfasst.
  4. Verfahren (300) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betreiben (350) eine Planung einer Trajektorie für das automatisierte Fahrzeug und/oder ein automatisiertes Abfahren der Trajektorie und/oder ein Ausführen einer Fahrassistenzfunktion umfasst.
  5. Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät, die eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen.
  6. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen.
  7. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 6 gespeichert ist.
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