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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Bestimmung der Genauigkeit mindestens einer Infrastrukturkomponente eines Infrastruktursystems zur Fahrunterstützung von zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen. Die Erfindung betrifft ferner eine Servereinheit. Die Erfindung betrifft ferner eine Ermittlungsvorrichtung für ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner ein I nfrastru ktu rsystem.
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Stand der Technik
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Bei zukünftigen Services, die ein Infrastruktursystem zur Fahrunterstützung von voll- oder teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen bereitstellt, können solche voll- oder teilautomatisierten (hochautomatisierten) Fahrzeuge Informationen von umliegenden Fahrzeugen und insbesondere von Infrastruktursensoren empfangen. Dies kann zum Beispiel über Objektlisten (z.B. in Form einer „Collective Perception Message“ (CPM)) oder in Form von direkten Steuerbefehlen geschehen, welche über V2X, z.B. mit den Technologien DSRC oder C-V2X versendet werden. Auf Basis der Objektlisten kann das Fahrzeug selbstständig Entscheidungen über seine Quer- und Längsregelung vornehmen. Daher ist es in beiden Fällen unabdingbar, dass die Informationen, die das Infrastruktursystem bereitstellt richtig sind, da es sonst zu Unfällen kommen kann.
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Insbesondere in Szenarien, bei denen eine Onboard-Sensorik (z.B. Radar, Kamera) des voll- oder teilautomatisierten Fahrzeuges nicht richtig funktioniert (z.B. bei einem Tunneleingang) ist es wichtig, dass die Daten der Infrastruktur richtig und genau sind, da das Kraftfahrzeug selbst keine Überprüfung bzw. Plausibilisierung der Daten mittels der eigenen Sensorik durchführen kann. Gründe für Fehler in der Erkennung können zum Beispiel sein, dass ein Sensor sich verdreht hat oder verdreht wurde oder zum Beispiel eine Linse einer Kamera bzw. eine Antenne eines Radarsensors des Infrastruktursystems verdreckt ist oder vollgesprüht wurde. Es können aber auch programmtechnische Fehler auftreten, weil zum Beispiel ein Programm oder Teil des Systems abgestürzt ist.
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Die
US 2021/097854 A1 offenbart ein Verfahren zum Überprüfen der Genauigkeit einer Infrastrukturkomponente, wobei seitens der Infrastrukturkomponente erhobene Verkehrsbeobachtungen an in der Nähe befindliche Fahrzeuge gesendet werden.
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Die
EP3816945A1 offenbart ein Verfahren, bei dem eine seitens einer Infrastrukturkomponente gewonnene Information bezüglich eines Hindernisses mit einer durch ein ausgewähltes Fahrzeug gewonnene Information verglichen wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Es kann als eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe angesehen werden, verlässliche Informationen über eine Genauigkeit der durch eine Infrastrukturkomponente eines Infrastruktursystems erfasste Messwerte, auf deren Basis Informationen zur Fahrunterstützung an voll- oder teilautomatisiert geführte Kraftfahrzeuge, die sich innerhalb einer mit dem Infrastruktursystem ausgestatteten Infrastruktur bewegen, zu gewinnen und diese Informationen über die Genauigkeit den Fahrzeugen zur Verfügung zu stellen.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung der Genauigkeit mindestens einer Infrastrukturkomponente eines Infrastruktursystems zur Fahrunterstützung von zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen, vorgeschlagen.
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Das Verfahren umfasst zumindest die Schritte:
- - Erfassen von Umfeldinformationen durch die Infrastrukturkomponente und Erzeugen von Infrastrukturumfelddaten repräsentierend die durch die Infrastrukturkomponente erfassten Umfeldinformationen;
- - Übersenden der Infrastrukturumfelddaten an Fahrzeuge, die aktuell im Erfassungsbereich der Infrastrukturkomponente sind;
- - Vergleichen der empfangenen Infrastrukturumfelddaten mit fahrzeugseitig gewonnenen Umfelddaten und/oder Positionsdaten, wobei abhängig von dem Vergleich Genauigkeitsinformationen ermittelt werden;
- - Übermitteln der Genauigkeitsinformationen und/oder der Infrastrukturumfelddaten und fahrzeugseitig gewonnenen Umfelddaten und/oder Positionsdaten an eine zentrale Servereinheit, insbesondere ein Cloud-Backend;
- - Aggregieren und Statistische Auswertung von durch eine Vielzahl von Fahrzeugen ermittelten Genauigkeitsinformationen durch die zentrale Servereinheit, und hieraus Ermitteln von resultierenden Genauigkeitsinformationen der Infrastrukturkomponente;
- - Bereitstellen der resultierenden Genauigkeitsinformationen.
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Das Vergleichen bzw. das Ermitteln der Genauigkeitsinformationen kann hierbei beispielsweise durch das Fahrzeug bzw. eine Recheneinheit des Fahrzeugs erfolgen und/oder durch eine fahrzeugexterne Recheneinheit, die beispielsweise Teil der zentralen Servereinheit ist.
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Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Servereinheit zum Bereitstellen von Genauigkeitsinformationen mindestens einer Infrastrukturkomponente mindestens eines Infrastruktursystems zur Fahrunterstützung von zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen vorgeschlagen.
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Die Servereinheit umfasst zumindest:
- - eine Empfangseinheit zum Empfangen von
- - Genauigkeitsinformationen zu einer Infrastrukturkomponente von einer Vielzahl von Fahrzeugen und/oder
- - Infrastrukturumfelddaten repräsentierend die durch die Infrastrukturkomponente erfassten Umfeldinformationen und fahrzeugseitig gewonnene Umfelddaten und/oder Positionsdaten von einer Vielzahl von Fahrzeugen;
- - eine Aggregationseinheit, ausgebildet zum Aggregieren und statistischen Auswerten der empfangenen Genauigkeitsinformationen und/oder der durch die Infrastrukturkomponente erzeugten Infrastrukturumfelddaten und fahrzeugseitig gewonnenen Umfelddaten und/oder Positionsdaten zu der Infrastrukturkomponente und zum Erzeugen von resultierenden Genauigkeitsinformationen der Infrastrukturkomponente;
- - Eine Sendeeinheit zum Bereitstellen der resultierenden Genauigkeitsinformationen.
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Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Ermittlungsvorrichtung für ein Fahrzeug vorgeschlagen, welche umfasst:
- - mindestens ein Umfeldsensorsystem, das ausgebildet ist, Informationen über das Umfeld des Fahrzeugs zu erfassen und aus den Informationen fahrzeugseitig gewonnene Umfelddaten zu erzeugen und/oder ein Positionierungssystem, das ausgebildet ist aktuelle absolute und/oder relative Positionsdaten des Fahrzeugs zu bestimmen;
- - eine Empfangseinheit, die ausgebildet ist, Infrastrukturumfelddaten von einem Infrastruktursystem zu empfangen, wenn sich das Fahrzeug in einem Umfeld des Infrastruktursystems aufhält;
- - eine Recheneinheit, die ausgebildet ist die empfangenen Infrastrukturumfelddaten mit den fahrzeugseitig gewonnenen Umfelddaten und/oder Positionsdaten zu vergleichen und abhängig von dem Vergleich Genauigkeitsinformationen zu erzeugen;
- - eine Sendeeinheit, die ausgebildet ist, die Genauigkeitsinformationen und/oder durch die Infrastrukturkomponente erzeugte Infrastrukturumfelddaten und/oder die fahrzeugseitig gewonnenen Umfelddaten und/oder die Positionsdaten an eine zentrale Servereinheit gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zu übermitteln.
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Nach einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das eine Ermittlungsvorrichtung nach dem dritten Aspekt der Erfindung umfasst.
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Nach einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Infrastruktursystem zur Fahrunterstützung von zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen vorgeschlagen. Das Infrastruktursystem umfasst:
- - mindestens eine Infrastrukturkomponente, die ausgebildet ist, Umfeldinformationen zu erfassen und Infrastrukturumfelddaten repräsentierend die durch die Infrastrukturkomponente erfassten Umfeldinformationen zu erzeugen, und
- - eine Kommunikationseinheit, die ausgebildet ist, die Infrastrukturumfelddaten an Fahrzeuge, die gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung ausgebildet sind und sich in der Reichweite der Kommunikationseinheit aufhalten und/oder an eine Servereinheit, die insbesondere nach dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist, zu übermitteln.
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Nach einem sechsten Aspekt der Erfindung wird ein System zur Ermittlung der Genauigkeit einer Infrastrukturkomponente vorgeschlagen. Das System umfasst ein Infrastruktursystem nach dem fünften Aspekt der Erfindung und eine Mehrzahl von Fahrzeugen nach dem vierten Aspekt der Erfindung und eine Servereinheit dem zweiten Aspekt der Erfindung, wobei das Infrastruktursystem und die Mehrzahl von Fahrzeugen und die Servereinheit derart zusammenwirken, dass sie ein Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung ausführen.
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Vorrichtungsmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden Verfahrensmerkmalen und umgekehrt. Das heißt also, dass sich technische Funktionalitäten des Verfahrens aus entsprechenden technischen Funktionalitäten der Vorrichtungen und umgekehrt ergeben. Gleiches gilt für Systemmerkmale, welche sich analog aus Verfahrensmerkmalen und/oder Vorrichtungsmerkmalen und umgekehrt ergeben.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass zunächst Umfeldinformationen durch die Infrastrukturkomponente erfasst werden und daraus Infrastrukturumfelddaten repräsentierend die durch die Infrastrukturkomponente erfassten Umfeldinformationen erzeugt werden. Diese Infrastrukturumfelddaten werden an Fahrzeuge, die sich aktuell im Erfassungsbereich der Infrastrukturkomponente aufhalten übersendet. Die Fahrzeuge können mittels ihrer eigenen Umfeldsensorik und/oder Positionsbestimmungseinrichtungen selbst, also fahrzeugseitig, Umfelddaten und/oder Positionsdaten gewinnen. Diese fahrzeugseitig gewonnenen Informationen werden nun erfindungsgemäß mit den durch die Infrastrukturkomponente erzeugten Infrastrukturumfelddaten verglichen. Dieser Vergleich kann insbesondere durch das jeweilige Fahrzeug, dass die Umfeldinformationen mit denen die Infrastrukturumfelddaten verglichen werden sollen, erfasst hat, erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können die fahrzeugseitig gewonnenen Informationen und die Infrastrukturumfelddaten an eine externe Recheneinheit übermittelt werden, wo der Vergleich durchgeführt wird. Abhängig von dem Vergleich werden Genauigkeitsinformationen ermittelt. Diese Genauigkeitsinformationen werden nun an eine zentrale Servereinheit, insbesondere ein Cloud-Backend, übermittelt, wobei alternativ oder zusätzlich auch die Infrastrukturumfelddaten und fahrzeugseitig gewonnenen Umfelddaten und/oder Positionsdaten an die zentrale Servereinheit übermittelt werden können. Auf der Servereinheit werden Genauigkeitsinformationen, die mittels einer Vielzahl von Fahrzeugen ermittelt wurden, aggregiert und statistisch ausgewertet. Dadurch ergibt sich eine resultierende Genauigkeitsinformation der Infrastrukturkomponente. Diese weist eine höhere Zuverlässigkeit und Stabilität auf, als ein Vergleich der Infrastrukturumfelddaten mit fahrzeugseitig gewonnenen Informationen eines einzelnen Fahrzeugs. Die resultierende Genauigkeitsinformation kann nun für eine Fahrunterstützung von voll- oder teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen bereitgestellt werden, z.B. durch eine direkte Übertragung an ein anfragendes Kraftfahrzeug und/oder als Web-Service.
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Unter einer Infrastrukturkomponente eines Infrastruktursystems soll hierbei eine technische Komponente oder ein Verbund aus Einzelkomponenten verstanden werden, die bzw. der innerhalb einer Straßeninfrastruktur angeordnet ist und ausgebildet ist, zumindest einen Teil einer Straße bzw. Fahrbahn sensorisch zu überwachen und beispielsweise Objekte, Ereignisse oder Gefahren zu erfassen und Informationen darüber in Form von Daten zur weiteren Verarbeitung bereitzustellen. Eine Infrastrukturkomponente kann dazu einen oder mehrere Umfeldsensoren, einen oder mehrere Recheneinheiten zum Verarbeiten von erfassten Messdaten und Kommunikationsmittel umfassen. Ein Infrastruktursystem kann eine oder mehrere Infrastrukturkomponenten aufweisen.
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Unter dem Begriff Genauigkeit soll im Sinne der vorliegenden Erfindung gemäß der wissenschaftlichen bzw. messtechnischen Definition des Begriffs ein Maß dafür verstanden werden, wie nah ein Messwert bzw. eine Umfeldinformation an dem sogenannten „wahren Wert“ liegt. Eine Genauigkeitsinformation im Sinn der Erfindung kann somit Angaben enthalten über die Richtigkeit und die Präzision einer Messung einer bestimmten Umfeldinformation, wie beispielsweise der Position oder Geschwindigkeit eines Objektes. Eine solche Objekteigenschaft bzw. Umfeldinformation wird üblicherweise durch mehrere Messvorgänge ermittelt, wobei z.B. ein Mittelwert und eine Standardabweichung bestimmt werden können. Die Standardabweichung, die als Maß für die Streuung der Ergebnisse der Einzelmessungen um den Mittelwert definiert ist kann hierbei als Maß für die Präzision dienen und stellt eine mögliche Genauigkeitsinformation dar. Andere Maße für eine Streuung der Einzelmesswerte und/oder eine Berücksichtigung einer systematischen Abweichung des Mittelwerts von einem wahren Wert bzw. einem Referenzwert (z.B. einer durch Satellitennavigationsverfahren bestimmten Position oder Geschwindigkeit) sind denkbar. Diese Werte können in der Genauigkeitsinformation enthalten sein oder in die Bestimmung der Genauigkeitsinformation mit eingehen. Dem Fachmann sind weitere Methoden zur Bestimmung von Genauigkeitsinformationen geläufig.
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In einer bevorzugten Ausführung werden die resultierenden Genauigkeitsinformationen von der zentralen Servereinheit für eine Fahrunterstützung von zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen bereitgestellt, indem die resultierenden Genauigkeitsinformationen an anfragende, zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeuge zur Fahrunterstützung übermittelt werden und/oder indem die zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeuge vor ungenauen Infrastrukturkomponenten automatisch gewarnt werden.
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Bevorzugt werden die resultierenden Genauigkeitsinformationen der Infrastrukturkomponente ortsaufgelöst, ermittelt. Die Genauigkeit einer Infrastrukturkomponente kann ortsabhängig unterschiedlich gut oder schlecht sein, beispielsweise durch eine mit der Entfernung zu der Infrastrukturkomponente abnehmende Messgenauigkeit oder Empfindlichkeit eines verwendeten Umfeldsensors. Sehr nahe an der Infrastrukturkomponente kann beispielsweise eine Verschlechterung der Genauigkeit durch einen ungünstigen Messwinkel auftreten.
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Die Genauigkeitsinformationen können ortsaufgelöst bestimmt und zur Verfügung gestellt werden, indem beispielsweise der räumliche Erfassungsbereich der Infrastrukturkomponente in eine Mehrzahl von Gitterzellen unterteilt wird und jeder Gitterzelle spezifische Genauigkeitsinformationen zugeordnet werden. Es kann jeder Gitterzelle beispielsweise ein Wert zugewiesen werden, der z.B. einen gemittelten Genauigkeitswert der Infrastrukturkomponente für den durch die Gitterzelle repräsentierten Raumbereich bzw. Flächenbereich repräsentiert.
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Es kann dazu beispielsweise bei der statistischen Auswertung der Genauigkeitsinformationen berücksichtigt werden, wo, also an welcher Position relativ zu der Infrastrukturkomponente Objekte durch die jeweiligen Umfeldsensoriken der Infrastrukturkomponente und der Fahrzeuge erfasst wurden.
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Dadurch wird der technische Vorteil erzielt, dass die Genauigkeitsinformationen ortsaufgelöst zur Verfügung gestellt werden können und ein anfragendes zumindest teilautomatisiertes Fahrzeug abhängig von seiner aktuellen Position eine dieser Position zugeordnete Genauigkeitsinformation erhalten kann. So kann das zumindest teilautomatisierte Fahrzeug effizient abhängig von seiner aktuellen Position oder alternativ oder zusätzlich zu Positionen die das Kraftfahrzeug zukünftig einnehmen wird, entscheiden, ob die Genauigkeit der von der Infrastrukturkomponente für die jeweilige Position bereitgestellten Umfeldinformationen für eine teil- oder vollautomatisierte Fahrt ausreichend ist.
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Zur statistischen Auswertung der durch eine Vielzahl von Fahrzeugen ermittelten Genauigkeitsinformationen durch die zentrale Servereinheit und/oder dem Ermitteln von resultierenden Genauigkeitsinformationen der Infrastrukturkomponente können bevorzugt Machine-Learning Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel könnte ein Neuronales Netz lernen, ob die Vergleichs- bzw. Referenzdaten von bestimmten Fahrzeug- oder Sensortypen sinnvoller sind als die von anderen und mithilfe dieser Informationen bei der Aggregation anders gewichten. Ein weiteres Beispiel ist das Reinforcement Learning (zu Deutsch „Bestärkendes Lernen“), bei dem das System mit dem Feedback aus den Fahrzeugen gespeist wird, ob die Genauigkeit den Fahrzeugen für die teil- oder vollautomatisierte Fahrt ausreichend ist und dadurch ein sinnvoller Schwellwert für die Aussendung der Warnungen lernt.
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Dadurch wird der technische Vorteil erzielt, dass das Ermitteln von resultierenden Genauigkeitsinformationen der Infrastrukturkomponente besonders effizient erfolgen kann.
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Bevorzugt werden die Infrastrukturumfelddaten und/oder die fahrzeugseitig gewonnenen Umfelddaten in Form einer Objektliste erzeugt. Dadurch wird der technische Vorteil erzielt, dass die Infrastrukturumfelddaten und/oder die fahrzeugseitig gewonnenen Umfelddaten besonders effizient verglichen werden können.
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Die Genauigkeitsinformationen umfassen insbesondere Informationen, insbesondere ortsaufgelöste Informationen, zu Richtigkeit und/oder Präzision und/oder Genauigkeit von durch die Infrastrukturkomponente erfassten Objekteigenschaften.
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Die Daten die durch die Infrastrukturkomponente bzw. deren Umfeldsensoren erzeugt werden können hierbei insbesondere durch eine Sensordatenfusion der Messdaten mehrerer Umfeldsensoren erzeugt werden.
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Eine Infrastrukturkomponente umfasst nach einer Ausführungsform einen oder mehrere Umfeldsensoren, welche räumlich verteilt innerhalb der Infrastruktur angeordnet sind, insbesondere stationär angeordnet sind.
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Die Infrastrukturkomponente des Infrastruktursystems weist bevorzugt mindestens einen Umfeldsensor auf, der derart innerhalb des Infrastruktursystems so angeordnet ist, dass er Umfeldinformationen zu Objekten, die sich auf einem der Infrastrukturkomponente zugeordneten Fahrbahnabschnitt befinden, erfassen kann.
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Ein Umfeldsensor der Infrastrukturkomponente ist zum Beispiel einer der folgenden Umfeldsensoren: ein Radarsensor, ein Ultraschallsensor, Videosensor, Infrarotsensor, ein Lidarsensor oder ein Magnetfeldsensor.
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Die durch die Infrastrukturkomponente und/oder die Ermittlungsvorrichtung erzeugten Daten umfassen zum Beispiel Sensordaten einzelner Umfeldsensoren und/oder durch eine Sensordatenfusion von Daten mindestens zweier Umfeldsensoren erzeugte Daten.
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Die Infrastrukturkomponente des Infrastruktursystems weist dazu bevorzugt mindestens zwei Umfeldsensoren mit zumindest teilweise überlappenden Messbereichen auf. Das Infrastruktursystem bzw. die Infrastrukturkomponente weist bevorzugt eine Fusionseinheit auf, die aus den von den mindestens zwei Umfeldsensoren generierten Messdaten durch Sensordatenfusion Umfeldinformationen und/oder Infrastrukturumfelddaten erzeugen kann.
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Die durch die Infrastrukturkomponente erzeugten Daten werden zum Beispiel in Form von Objektlisten erzeugt, wobei zu jedem erfassten Objekt beispielsweise eine Position und/oder eine Geschwindigkeit bestimmt und in die Objektliste übernommen wird.
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Das Umfeldsensorsystem der fahrzeugseitigen Ermittlungsvorrichtung umfasst nach einer Ausführungsform einen oder mehrere Umfeldsensoren, die ausgebildet sind ein Umfeld eines Fahrzeugs zu erfassen und dabei beispielsweise Objekte im Umfeld des Fahrzeugs zu erkennen und aktuelle Eigenschaften dieser Objekte, wie z.B. Abstand, Position, Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und/oder andere zu bestimmen. Aus den erfassten Objekten und Objekteigenschaft kann eine Objektliste erstellt werden.
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Es können absolute Positionsdaten des Fahrzeugs beispielsweise mittels eines satellitengestützten Positionsbestimmungssystems (GNSS wie z.B. GPS, GLONASS, Galileo) erzeugt werden.
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Zusätzlich oder alternativ können relative Positionsdaten des Fahrzeugs bestimmt werden, beispielsweise durch eine Abstandsbestimmung zu mehreren Referenzpunkten.
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Ein Umfeldsensor des Umfeldsensorsystems der fahrzeugseitigen Ermittlungsvorrichtung ist zum Beispiel einer der folgenden Umfeldsensoren: ein Radarsensor, ein Ultraschallsensor, Videosensor, Infrarotsensor, ein Lidarsensor oder ein Magnetfeldsensor.
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Die Ermittlungsvorrichtung weist bevorzugt eine Fusionseinheit auf, die aus den von den mindestens zwei Umfeldsensoren generierten Messdaten durch Sensordatenfusion fahrzeugseitig gewonnene Umfelddaten erzeugt.
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Die Übertragung der Infrastrukturumfelddaten an Fahrzeuge, die aktuell im Erfassungsbereich der Infrastrukturkomponente sind kann beispielsweise mittels sogenannter V2X-Nachrichten erfolgen.
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Unter einer V2X-Nachricht soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine digitale Nachricht verstanden werden, die von einem Infrastruktursystem an einen Verkehrsteilnehmer, z.B. ein Kraftfahrzeug, oder umgekehrt, insbesondere drahtlos übermittelt wird. Mittels V2X-Nachrichten werden insbesondere Eigenschaften (Position, Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung, ...) von Objekten übertragen.
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In einer Ausführungsform des Infrastruktursystems sind die Kommunikationseinheit und/oder Teile der Infrastrukturkomponente, z.B. Rechen- oder Speichereinheiten von einer RSU umfasst. Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass das Verfahren effizient ausgeführt werden kann.
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Die Abkürzung „RSU“ steht für „Road-Side-Unit“. Der Begriff „Road-Side-Unit“ kann ins Deutsche mit „straßenseitige Einheit“ oder mit „straßenseitige Infrastruktureinheit“ übersetzt werden. Anstelle des Begriffs „RSU“ können auch folgende Begriffe synonym verwendet werden: straßenseitige Einheit, straßenseitige Infrastruktureinheit, Kommunikationsmodul, straßenseitiges Kommunikationsmodul, straßenseitige Funkeinheit, straßenseitige Sendestation.
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Die Kommunikationseinheit ist bevorzugt eingerichtet, V2X-Nachrichten an Kraftfahrzeuge innerhalb der Infrastruktur zu senden, wobei die gesendeten V2X-Nachrichten Infrastrukturumfelddaten, z.B. in Form von Objektlisten umfassen, zu übermitteln. Die Empfangseinheit der Ermittlungsvorrichtung ist bevorzugt eingerichtet, die V2X-Nachrichten zu empfangen und die Infrastrukturumfelddaten daraus auszulesen.
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Die Erfindung löst damit die technische Aufgabe, dass bei einer Unterstützung der Fahraufgabe eines vernetzten, zumindest teilautomatisierten Fahrzeugs durch eine Straßeninfrastruktur sichergestellt sein muss, dass die Informationen aus der Infrastruktur zuverlässig sind und eine möglichst gute Genauigkeit besitzen.
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Die Erfindung ermöglicht das Überprüfen der Genauigkeit von Infrastruktursystemen durch vernetzte Fahrzeuge und das Weitergeben dieser Informationen an einen zentralen Server, z.B. ein Cloud-Backend. Die Informationen vieler Fahrzeuge soll dabei aggregiert werden, um eine zuverlässige und robuste Genauigkeitsbewertung zu ermöglichen. Die ermöglicht insbesondere eine qualitative Evaluation der Genauigkeit und die Option außerhalb des Infrastruktursystems resultierende Genauigkeitsinformationen einer Infrastrukturkomponente zu bestimmen.
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Diese resultierenden Genauigkeitsinformationen können z.B. für Betreiber von automatisierten Fahrzeugen oder von künftigen sog. „Vehicle Control Centern“ durch die gezielt Fahrunterstützung automatisierte Fahrzeugen bereitgestellt wird, sowie für Anbieter von hochgenauen Karten (HD Maps) von hohem Mehrwert, da die Erfindung ein Verfahren zur Erzielung von „trusted data“ darstellt.
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Die Formulierung „zumindest teilautomatisiert“ umfasst einen oder mehrere der folgenden Fälle: assistiertes Führen, teilautomatisiertes Führen, hochautomatisiertes Führen, vollautomatisiertes Führen eines Kraftfahrzeugs.
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Assistiertes Führen bedeutet, dass ein Fahrer des Kraftfahrzeugs dauerhaft entweder die Quer- oder die Längsführung des Kraftfahrzeugs ausführt. Die jeweils andere Fahraufgabe (also ein Steuern der Längs- oder der Querführung des Kraftfahrzeugs) wird automatisch durchgeführt. Das heißt also, dass bei einem assistierten Führen des Kraftfahrzeugs entweder die Quer- oder die Längsführung automatisch gesteuert wird.
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Teilautomatisiertes Führen bedeutet, dass in einer spezifischen Situation (zum Beispiel: Fahren auf einer Autobahn, Fahren innerhalb eines Parkplatzes, Überholen eines Objekts, Fahren innerhalb einer Fahrspur, die durch Fahrspurmarkierungen festgelegt ist) und/oder für einen gewissen Zeitraum eine Längs- und eine Querführung des Kraftfahrzeugs automatisch gesteuert werden. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs muss selbst nicht manuell die Längs -und Querführung des Kraftfahrzeugs steuern. Der Fahrer muss aber das automatische Steuern der Längs- und Querführung dauerhaft überwachen, um bei Bedarf manuell eingreifen zu können. Der Fahrer muss jederzeit zur vollständigen Übernahme der Kraftfahrzeugführung bereit sein.
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Hochautomatisiertes Führen bedeutet, dass für einen gewissen Zeitraum in einer spezifischen Situation (zum Beispiel: Fahren auf einer Autobahn, Fahren innerhalb eines Parkplatzes, Überholen eines Objekts, Fahren innerhalb einer Fahrspur, die durch Fahrspurmarkierungen festgelegt ist) eine Längs- und eine Querführung des Kraftfahrzeugs automatisch gesteuert werden. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs muss selbst nicht manuell die Längs -und Querführung des Kraftfahrzeugs steuern. Der Fahrer muss das automatische Steuern der Längs- und Querführung nicht dauerhaft überwachen, um bei Bedarf manuell eingreifen zu können. Bei Bedarf wird automatisch eine Übernahmeaufforderung an den Fahrer zur Übernahme des Steuerns der Längs- und Querführung ausgegeben, insbesondere mit einer ausreichenden Zeitreserve ausgegeben. Der Fahrer muss also potenziell in der Lage sein, das Steuern der Längs- und Querführung zu übernehmen. Grenzen des automatischen Steuerns der Quer- und Längsführung werden automatisch erkannt. Bei einem hochautomatisierten Führen ist es nicht möglich, in jeder Ausgangssituation automatisch einen risikominimalen Zustand herbeizuführen.
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Vollautomatisiertes Führen bedeutet, dass in einer spezifischen Situation (zum Beispiel: Fahren auf einer Autobahn, Fahren innerhalb eines Parkplatzes, Überholen eines Objekts, Fahren innerhalb einer Fahrspur, die durch Fahrspurmarkierungen festgelegt ist) eine Längs- und eine Querführung des Kraftfahrzeugs automatisch gesteuert werden. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs muss selbst nicht manuell die Längs -und Querführung des Kraftfahrzeugs steuern. Der Fahrer muss das automatische Steuern der Längs- und Querführung nicht überwachen, um bei Bedarf manuell eingreifen zu können. Vor einem Beenden des automatischen Steuerns der Quer- und Längsführung erfolgt automatisch eine Aufforderung an den Fahrer zur Übernahme der Fahraufgabe (Steuern der Quer- und Längsführung des Kraftfahrzeugs), insbesondere mit einer ausreichenden Zeitreserve. Sofern der Fahrer nicht die Fahraufgabe übernimmt, wird automatisch in einen risikominimalen Zustand zurückgeführt. Grenzen des automatischen Steuerns der Quer- und Längsführung werden automatisch erkannt. In allen Situationen ist es möglich, automatisch in einen risikominimalen Systemzustand zurückzuführen.
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Fahrerloses Steuern bzw. Führen bedeutet, dass unabhängig von einem spezifischen Anwendungsfall (zum Beispiel: Fahren auf einer Autobahn, Fahren innerhalb eines Parkplatzes, Überholen eines Objekts, Fahren innerhalb einer Fahrspur, die durch Fahrspurmarkierungen festgelegt ist) eine Längs- und eine Querführung des Kraftfahrzeugs automatisch gesteuert werden. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs muss selbst nicht manuell die Längs -und Querführung des Kraftfahrzeugs steuern. Der Fahrer muss das automatische Steuern der Längs- und Querführung nicht überwachen, um bei Bedarf manuell eingreifen zu können. Die Längs- und Querführung des Fahrzeugs werden somit zum Beispiel bei allen Straßentypen, Geschwindigkeitsbereichen und Umweltbedingungen automatisch gesteuert. Die vollständige Fahraufgabe des Fahrers wird somit automatisch übernommen. Der Fahrer ist somit nicht mehr erforderlich. Das Kraftfahrzeug kann also auch ohne Fahrer von einer beliebigen Startposition zu einer beliebigen Zielposition fahren. Potentielle Probleme werden automatisch gelöst, also ohne Hilfe des Fahrers.
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Ein Fernsteuern des Kraftfahrzeugs bedeutet, dass eine Quer- und Längsführung des Kraftfahrzeugs ferngesteuert werden. Das heißt beispielsweise, dass Fernsteuerungssignale zum Fernsteuern der Quer- und Längsführung an das Kraftfahrzeug gesendet werden. Das Fernsteuern wird zum Beispiel mittels einer Fernsteuerungseinrichtung durchgeführt.
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Figurenliste
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.
- 1 zeigt ein Infrastruktursystem sowie ein vernetztes Fahrzeug gemäß dem Stand der Technik.
- 2 a)-b) zeigt ein erfindungsgemäß ausgebildetes Infrastruktursystem sowie ein erfindungsgemäß ausgebildetes Fahrzeug gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung im zeitlichen Verlauf.
- 3 zeigt eine ortsabhängige Darstellung von Genauigkeitsinformationen in Form eines Gitters bzw. einer sogenannten Heatmap.
- 4 zeigt ein Beispiel für eine Darstellung einer digitalen Straßenkarte mit einer ungenauen Infrastrukturkomponente.
- 5 zeigt das Zusammenwirken einer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildeten Ermittlungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildeten Infrastruktursystem.
- 6 zeigt das Zusammenwirken einer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildeten Servereinheit zum Bereitstellen von Genauigkeitsinformationen einer Infrastrukturkomponente eines Infrastruktursystems zur Fahrunterstützung von zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen mit einer Mehrzahl von erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrzeugen.
- 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente gegebenenfalls verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt schematisch in Draufsicht ein Infrastruktursystem 100` nach dem Stand der Technik mit einer Infrastrukturkomponente 10`. Die Infrastrukturkomponente 10` umfasst zwei Kamerasensoren 12a und 12b, die stationär an einer Schilderbrücke 18 angeordnet sind und einen Straßenabschnitt 70 überwachen. Die Kamerasensoren 12a und 12b sind ausgebildet, Objekte, die sich innerhalb des Straßenabschnitts 70 befinden zu erfassen, in der dargestellten Situation beispielsweise die Fahrzeuge 50`, 52, 54, 56. Mittels Sensordatenfusion der durch die Kamerasensoren 12a und 12b erfassten Messdaten können Infrastrukturumfelddaten in Form einer Objektliste 20 erzeugt werden. Die Infrastrukturkomponente 10` umfasst außerdem eine Kommunikationseinheit 15, die ausgebildet ist, einem vernetzten Fahrzeug 50` die Objektliste 20 mittels einer V2X-Nachricht über eine drahtlose Datenverbindung 17 zu übermitteln. Dazu umfasst das Fahrzeug 50` eine Sende-/Empfangseinheit 35, durch die die V2X-Nachricht empfangen und ausgelesen werden kann.
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Für das vernetzte Fahrzeug 50` ist es schwierig zu entscheiden, ob die Informationen in der Objektliste 20 über die anderen Fahrzeuge 52, 54, 56 eine hohe Genauigkeit besitzen, insbesondere eine Genauigkeit die für die Sicherheitsanforderungen einer zumindest teilautomatisierten Fahrfunktion ausreichend ist.
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2 zeigt schematisch in Draufsicht ein Infrastruktursystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Infrastrukturkomponente 10. Der Aufbau entspricht im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Infrastruktursystem 100`. Die Infrastrukturkomponente 10 umfasst zwei Kamerasensoren 12a und 12b, die stationär an einer Schilderbrücke 18 angeordnet sind und einen Straßenabschnitt 70 überwachen. Die Kamerasensoren 12a und 12b sind ausgebildet, Objekte, die sich innerhalb des Straßenabschnitts 70 befinden zu erfassen, in der dargestellten Situation beispielsweise die Fahrzeuge 50, 52, 54, 56. Mittels Sensordatenfusion der durch die Kamerasensoren 12a und 12b erfassten Messdaten können Infrastrukturumfelddaten in Form einer Objektliste 20 erzeugt werden. Die Infrastrukturkomponente 10 umfasst außerdem eine Kommunikationseinheit 15, die ausgebildet ist, einem vernetzten Fahrzeug 50 die Objektliste 20 mittels einer V2X-Nachricht über eine drahtlose Datenverbindung 17 zu übermitteln. Das Fahrzeug 50 umfasst eine Sende-/Empfangseinheit 35, durch die die V2X-Nachricht empfangen und ausgelesen werden kann.
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Nachdem die Infrastrukturkomponente 10 die Objektliste 20 an das Fahrzeug 50 gesendet hat, vergleicht das Fahrzeug 50 die Informationen der Objektliste 20 mit Umfelddaten, die von dem Fahrzeug 50 selbst gewonnen wurden. Verglichen werden beispielsweise die folgenden Eigenschaften der Objekte 50, 52, 54, 56 aus der Objektliste 20: Position (z.B. Koordinaten), Geschwindigkeit, Beschleunigung, Fahrtrichtung, Objektdimensionen (z.B. Länge, Breite ...) mit den folgenden vom Fahrzeug 50 gewonnenen Daten: globale Position über GNSS (GPS, GLONASS, Galileo, ...) oder andere Positionierungsinformationen über den Zustand des eigenen Fahrzeugs 50, Umfeldinformationen, die mittels eines Umfeldsensorsystems 32 des Fahrzeugs 50 umfassend mindestens einen Umfeldsensor (Radar, Kamera, Lidar, Ultraschall) oder kombinierte Umfeldinformationen (Sensordatenfusion) aus den Messdaten mehrerer Umfeldsensoren 32 des Fahrzeugs 50 über die anderen Fahrzeuge 52, 54 56 im Umfeld.
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Abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs werden Genauigkeitsinformationen ermittelt, die z.B. angeben wie stark die vom Fahrzeug 50 selbst gewonnenen Umfeldinformationen bzw. Positionsdaten von den von Umfeldinformationen, die durch die Infrastrukturkomponente 10 erfasst werden, abweichen.
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Dieser Vergleich allein ergibt allerdings nur eine Momentaufnahme Infrastrukturumfelddaten mit fahrzeugseitig gewonnenen Umfelddaten und/oder Positionsdaten. Dies alleine ist nicht ausreichend, um die Genauigkeit eines Infrastruktursystems 100 in ausreichender Qualität zu bestimmen. Deshalb werden, wie in dargestellt, diese Genauigkeitsinformationen per Mobilfunkkommunikation 62 an eine als Cloud Backend ausgebildete Servereinheit 200 versendet.
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In der Cloud werden die übermittelten Genauigkeitsinformationen vieler Fahrzeuge aggregiert, also z.B. über einen gewissen Zeitraum gesammelt. Durch die so gewonnene Vielzahl an Genauigkeitsinformationen können z.B. fehlerhaften Daten und Ausreißer entfernt und ein Mittelwert vieler Fahrzeugevaluationen gebildet werden. Dazu können z.B. auch Machine Learning Ansätze verwendet werden.
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Aus den erzeugten resultierenden Genauigkeitsinformationen kann durch die Servereinheit 200 zum Beispiel eine ortsaufgelöste Darstellung der Genauigkeit eines Infrastruktursystems 100 erzeugt werden, wie in 3 dargestellt ist. In der in 3 beispielhaft gezeigten Darstellung wird der von der Infrastrukturkomponente 10 des Infrastruktursystems 100 überwachte Bereich 70 in eine Vielzahl von Gitterzellen 310 eingeteilt, die beispielsweise quadratisch mit einer Kantenlänge von 1 Meter ausgeführt sein können. Durch eine positionsabhängige Bestimmung der resultierenden Genauigkeitsinformationen kann jeder Gitterzelle 310 ein bestimmter Genauigkeitswert zugeordnet werden, der die mittlere Genauigkeit der Infrastrukturkomponente 10 in dieser Gitterzelle repräsentiert. In dem gezeigten Beispiel weist die Gitterzelle 312 einen schlechten Genauigkeitswert auf, während z.B. die Gitterzelle 314 einen guten Genauigkeitswert aufweist. Außerdem können für bestimmte Zellen bei denen keine Daten erhalten wurden, die Werte mithilfe der Nachbarzellen interpoliert werden. So entsteht eine sogenannte „Heatmap“ 300, die einem anfragenden Fahrzeug als resultierende Genauigkeitsinformation übermittelt werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich können, wie in 4 dargestellt, Warnungen über ungenaue Infrastruktursysteme 452, 454, 456, 458, 460, 462, 464, 466 entlang einer Route 450 in einer Navigationskarte 400 dargestellt und ausgesendet werden (zum Beispiel, wenn ein bestimmter Schwellwert an Ungenauigkeit überschritten wird). Das Infrastruktursystem 458 weist im gezeigten Beispiel eine Infrastrukturkomponente mit einer schlechten Genauigkeit auf und wird daher entsprechend markiert. Vernetzte und automatisierte Fahrzeuge können das Cloud Backend dann über die Genauigkeit kommender Infrastruktursysteme abfragen oder werden automatisch vor ungenauen Systemen gewarnt.
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5 zeigt das Zusammenwirken einer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildeten Ermittlungsvorrichtung 55 für ein Fahrzeug 50 mit einem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildeten Infrastruktursystem 100. Das Infrastruktursystem 100 umfasst eine Infrastrukturkomponente 10 mit zwei Umfeldsensoren 12a und 12b. Mit den Umfeldsensoren 12a und 12b werden Umfeldinformationen erfasst und einer Fusionseinheit 25 zugeführt. Die Fusionseinheit 25 erzeugt durch Sensordatenfusionsalgorithmen Infrastrukturumfelddaten in Form einer Objektliste 20. Das Infrastruktursystem 100 umfasst eine als V2X-Modem ausgebildete Kommunikationseinheit 15, die ausgebildet ist, die Infrastrukturumfelddaten, also die Objektliste 20 an Fahrzeuge, z.B. das Fahrzeug 50 zu übermitteln, wenn es sich in der Reichweite der Kommunikationseinheit 15 befindet.
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Das Fahrzeug 50 umfasst eine Ermittlungsvorrichtung 55 zur Bestimmung der Genauigkeit einer Infrastrukturkomponente eines Infrastruktursystems. Die Ermittlungsvorrichtung 55 umfasst ein Umfeldsensorsystem 32, das ausgebildet ist mittels einem oder mehreren Umfeldsensoren und gegebenenfalls einer Sensordatenfusion Informationen über das Umfeld des Fahrzeugs 50 zu erfassen und aus den Informationen fahrzeugseitig gewonnene Umfelddaten zu erzeugen. Die Ermittlungsvorrichtung 55 umfasst weiterhin eine als V2X-Modem ausgebildete Empfangseinheit 35, die ausgebildet ist, Infrastrukturumfelddaten von einem Infrastruktursystem zu empfangen, wenn sich das Fahrzeug 50 in einem Umfeld des Infrastruktursystems 100 aufhält. Die Ermittlungsvorrichtung 55 umfasst weiterhin eine Recheneinheit 34, die ausgebildet ist die empfangenen Infrastrukturumfelddaten mit den fahrzeugseitig gewonnenen Umfelddaten zu vergleichen und abhängig von dem Vergleich Genauigkeitsinformationen zu erzeugen. Die Ermittlungsvorrichtung 55 umfasst weiterhin eine Sendeeinheit 62, die ausgebildet ist per Mobilfunk die Genauigkeitsinformationen an eine zentrale Servereinheit zu übermitteln.
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6 zeigt das Zusammenwirken einer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildeten Servereinheit 200 zum Bereitstellen von Genauigkeitsinformationen einer Infrastrukturkomponente 10 eines Infrastruktursystems 100 zur Fahrunterstützung von zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen mit einer Mehrzahl von erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrzeugen. Die Servereinheit 200 ist in diesem Beispiel als Cloud-Server ausgebildet. Die Servereinheit 200 umfasst eine Sende-/Empfangseinheit 220 zum Empfangen von Genauigkeitsinformationen zu der Infrastrukturkomponente 10 von einer Vielzahl von Fahrzeugen 50a, 50b, 50c. Die Fahrzeuge 50a, 50b, 50c können ihre Genauigkeitsinformationen zu verschiedenen Zeitpunkten an die Servereinheit 200 senden. Weiterhin umfasst die Servereinheit 200 eine Aggregationseinheit 210, die ausgebildet ist, die zu der Infrastrukturkomponente empfangenen Genauigkeitsinformationen zu aggregieren und statistisch auszuwerten und so zum resultierenden Genauigkeitsinformationen 215 der Infrastrukturkomponente 10 ortsaufgelöst in Form einer „Heatmap“ zu erzeugen. Die resultierenden Genauigkeitsinformationen können durch fortlaufend weiter eingehende Genauigkeitsinformationen von anderen Fahrzeugen ständig aktualisiert werden. Mittel der Sende-/Empfangseinheit können die resultierenden Genauigkeitsinformationen z.B. anfragenden Fahrzeugen oder anderen Teilnehmern bereitgestellt werden, z.B. zur Fahrunterstützung von zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen.
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung der Genauigkeit mindestens einer Infrastrukturkomponente 10 eines Infrastruktursystems 100 zur Fahrunterstützung von zumindest teilautomatisiert geführten Kraftfahrzeugen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In einem Schritt 1010 werden Umfeldinformationen durch die Infrastrukturkomponente 10 erfasst und es werden daraus Infrastrukturumfelddaten repräsentierend die durch die Infrastrukturkomponente erfassten Umfeldinformationen erzeugt. In Schritt 1030 werden die Infrastrukturumfelddaten an Fahrzeuge, die aktuell im Erfassungsbereich der Infrastrukturkomponente sind gesendet, dies kann z.B. fortlaufend geschehen oder in bestimmten zeitlichen Abständen. In Schritt 1050 erfolgt auf Seiten jedes Fahrzeugs, das die Infrastrukturumfelddaten empfangen hat, ein Vergleich der empfangenen Infrastrukturumfelddaten mit fahrzeugseitig gewonnenen Umfelddaten und/oder Positionsdaten, wobei abhängig von dem Vergleich Genauigkeitsinformationen ermittelt werden. In Schritt 1070 werden die Genauigkeitsinformationen an eine zentrale Servereinheit, insbesondere ein Cloud-Backend übermittelt. In Schritt 1090 werden die durch eine Vielzahl von Fahrzeugen ermittelten Genauigkeitsinformationen durch die zentrale Servereinheit aggregiert und es erfolgt eine statistische Auswertung der durch eine Vielzahl von Fahrzeugen ermittelten Genauigkeitsinformationen, wodurch resultierende Genauigkeitsinformationen der Infrastrukturkomponente ermittelt werden. In Schritt 1100 werden die resultierenden Genauigkeitsinformationen bereitgestellt, so dass sie zur Fahrunterstützung eines oder mehrerer von zumindest teilautomatisiert geführter Kraftfahrzeuge genutzt werden können. Beispielsweise können die resultierenden Genauigkeitsinformationen einem teil- oder vollautomatisierten Kraftfahrzeug oder einem Webservice bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Vergleich und/oder das Ermitteln der Genauigkeitsinformationen gemäß Schritt 1050 durch eine externe Recheneinheit durchgeführt werden, an die die entsprechenden Daten zuvor übermittelt wurden, z.B. auf der zentralen Servereinheit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2021097854 A1 [0004]
- EP 3816945 A1 [0005]
