DE102022211931A1

DE102022211931A1 - Verfahren zur Prüfung der Verletzung einer Grenze eines befahrbaren Bereichs durch ein Fahrzeug und Fahrerassistenzsystem

Info

Publication number: DE102022211931A1
Application number: DE102022211931.2A
Authority: DE
Inventors: Qiangqiang Zhu
Original assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2022-11-10
Filing date: 2022-11-10
Publication date: 2024-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, insbesondere computerimplementiertes Verfahren, zur Prüfung der Verletzung einer Grenze eines befahrbaren Bereichs durch ein Fahrzeug (1), das sich entlang einer Trajektorie bewegt, ein Fahrerassistenzsystem, ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt. Zur Überprüfung der Verletzung der Grenze des befahrbaren Bereichs werden anhand von Informationen über die Grenzlinie (G) und einen Fahrkorridor des Fahrzeugs (1) Winkelbeziehungen zwischen Geraden durch selektierte Punkte auf der Grenzlinie (G) und auf dem Rand des Fahrkorridors (1) ausgewertet. Eine Prüfung der Verletzung der Grenze des befahrbaren Bereichs wird in Abhängigkeit des Ergebnisses der Auswertung der Winkelbeziehungen vorgenommen.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Fahrerassistenzsysteme von Fahrzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein robustes Verfahren zur Prüfung, ob ein von einem Fahrerassistenzsystem geführtes Fahrzeug beim Fahren entlang einer Trajektorie die Grenzen des zulässigen Freiraums verletzt.
Fahrerassistenzsysteme bei Fahrzeugen sind grundsätzlich bekannt. Zudem sind abstandsbasierte Verfahren bekannt, die prüfen, ob das Fahrzeug, das auf einer Trajektorie bewegt werden soll, entlang der gesamten von der Trajektorie beschriebenen Bewegungsbahn den vorgegebenen Abstand zu den Grenzen des befahrbaren Bereichs einhält. Dies erfolgt unter Berücksichtigung der Fahrzeuggeometrie, d.h. insbesondere der Fläche, die durch Projektion der Fahrzeugkarosseriekontur auf die Fahrbahn entsteht.
Des Weiteren sind Verfahren bekannt, die prüfen, ob zwischen dem Fahrkorridor des Fahrzeugs, d.h. dem Bereich, der bei Bewegung des Fahrzeugs entlang der Trajektorie durch Projektion der Fahrzeugkarosseriekontur auf die Fahrbahn überstrichen wird, und den Grenzlinien des befahrbaren Bereichs ein Schnittpunkt entsteht, d.h. ob der Fahrkorridor eine Grenze des befahrbaren Bereichs kreuzt. Bei bekannten Verfahren muss der Schnittpunkt mit der Grenze des befahrbaren Bereichs berechnet werden.
Problematisch bei den bekannten Verfahren ist, dass diese sehr rechenaufwendig sind, da jeweils Gleichungssysteme gelöst werden müssen, um den Abstand des Fahrzeugs zu den Grenzlinien des befahrbaren Bereichs bzw. den Schnittpunkt eines Abschnitts der Fahrzeugkarosseriekontur mit einer Grenzlinie zu bestimmen. Zudem kann nicht immer garantiert werden, dass die Lösung des Gleichungssystems zu reellen Lösungen führt. Wenn keine reellen Lösungen gefunden werden, muss eine weitergehende Überprüfung erfolgen.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das eine zuverlässige Prüfung der Verletzung einer Grenze eines befahrbaren Bereichs mit geringem Rechenaufwand ermöglicht.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das eine zuverlässige Prüfung der Verletzung einer Grenze eines befahrbaren Bereichs mit geringem Rechenaufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1, durch das Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 8, das Computerprogramm nach Anspruch 9 und das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren, zur Prüfung der Verletzung einer Grenze eines befahrbaren Bereichs durch ein Fahrzeug, das sich entlang einer Trajektorie bewegt. Dabei umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

a) Empfangen von Informationen zu zumindest einer Grenzlinie des befahrbaren Bereichs;
b) Empfangen von Informationen zu einem Fahrkorridor des Fahrzeugs, wobei der Fahrkorridor der Bereich ist, der beim Durchfahren der Trajektorie durch eine Projektion der Fahrzeugkarosseriekontur auf die Fahrbahn überstrichen wird;
c) Selektieren eines ersten und eines zweiten Punkts auf der Grenzlinie des befahrbaren Bereichs, wobei der erste Punkt in Fahrtrichtung des Fahrzeugs hinter dem zweiten Punkt liegt;
d) Festlegen mindestens eines ersten Fahrkorridor-Punkts, der auf dem Rand des Fahrkorridors des Fahrzeugs liegt;
e) Bestimmen von zumindest einem ersten Winkel zwischen einer ersten Gerade durch den ersten und zweiten Punkt und einer zweiten Gerade durch den ersten Punkt und den ersten Fahrkorridor-Punkts, und einem zweiten Winkel zwischen der ersten Gerade und einer dritten Gerade durch den zweiten Punkt und den ersten Fahrkorridor-Punkt; und
f) Falls zumindest der erste und zweite Winkel kleiner gleich 90° sind, ermitteln, ob das Fahrzeug die mindestens eine Grenzlinie des befahrbaren Bereichs verletzt.

Die Informationen zu zumindest einer Grenzlinie des befahrbaren Bereichs können beispielsweise von einer Umgebungserfassungseinheit des Fahrzeugs bereitgestellt werden, die ein Umfeldmodell der Umgebung um das Fahrzeug herum erstellt. Die Grenzlinie kann beispielsweise eine Grenze im Freiraum festlegen, die insbesondere eine Fahrspur oder Fahrbahn definiert, auf der das Fahrzeug bewegt werden soll. Der befahrbare Bereich kann auch eine rechte und eine linke Grenzlinie aufweisen, die zueinander beabstandet sind und eine Fahrspur definieren. Dann kann die Prüfung auf eine Verletzung der Grenzlinie auf die rechte und/oder linke Grenzlinie bezogen werden.
Alternativ kann die Grenzlinie ein Umgebungsobjekt im Umfeld des Fahrzeugs charakterisieren. Das Umgebungsobjekt wird durch einen Begrenzungsrahmen beschrieben. Der erste und zweite Punkt definieren eine Linie des Begrenzungsrahmens, die sich auf eine dem Fahrzeug zugewandte Seite des Umgebungsobjekts bezieht. Dadurch kann geprüft werden, ob beim Durchfahren der Trajektorie eine Kollision des Fahrzeugs mit dem Umgebungsobjekt auftritt.
Vorzugsweise ist die Grenzlinie durch eine Vielzahl von Punkten, d.h. durch einen Linienzug aus mehreren Geraden definiert, wobei sich die Geraden jeweils zwischen zwei benachbarten Punkten erstrecken. Alternativ kann die Grenzlinie auch durch eine stetige Linie gebildet sein.
Beispielsweise kann die Grenzlinie des befahrbaren Bereichs durch mehrere zueinander beabstandete Punkte approximiert und Punktepaare der Grenzlinie zeitlich nacheinander als erste und zweite Punkte ausgewählt und für die Prüfung auf das Vorliegen einer Grenzlinienverletzung verwendet werden. Dadurch kann allein basierend auf Punktepaaren der Grenzlinie ohne ein Gleichungssystem iterativ die Prüfung der Verletzung des befahrbaren Bereichs vollzogen werden.
Bei dem Fahrkorridor handelt es sich um jenen Bereich, der beim Durchfahren der Trajektorie durch eine Projektion der Fahrzeugkarosseriekontur auf die Fahrbahn überstrichen wird. In anderen Worten ist der Fahrkorridor ein schlauchartiger Bereich zumindest mit einer Breite gleich der Fahrzeugbreite (im Falle des Einbeziehens eines Sicherheitspuffers auch breiter). Der Fahrkorridor des Fahrzeugs kann entweder durch stetige Linien definiert sein oder aber durch eine Vielzahl von an unterschiedlichen Positionen entlang der Trajektorie positionierten Fahrzeugkarosseriekonturen. Die Fahrzeugkarosseriekontur kann größer gewählt sein als die tatsächliche Fahrzeugkarosseriekontur, um einen Sicherheitspuffer zu erhalten.
Durch den ersten und zweiten Punkt auf der Grenzlinie wird ein Abschnitt der Grenzlinie definiert, bezogen auf den die Prüfung erfolgt, ob eine Verletzung der Grenzlinie beim Durchfahren der Trajektorie vorliegt oder nicht. Zudem wird ein erster Fahrkorridor-Punkt festgelegt, der auf dem Rand des Fahrkorridors des Fahrzeugs liegt. Der erste und zweite Punkt und der erste Fahrkorridor-Punkt bilden ein Dreieck, welches durch drei sich jeweils an den genannten Punkten schneidende Geraden definiert wird. Anhand der Größe verschiedener Winkel innerhalb dieses Dreiecks lässt sich feststellen, ob überhaupt eine Gefahr eines Grenzlinienübertritts besteht. Es handelt sich somit um eine Relevanzprüfung, mit welcher nicht zur Feststellung eines Grenzlinienübertritts notwendige Rechenoperationen vermieden werden können. Auf diese Weise kann die Überprüfung einer Grenzlinienverletzung genau auf die Fälle begrenzt werden, in denen ein solches Risiko überhaupt besteht, was zu einer deutlich reduzierten Rechenaufwand führt. Dies ist insbesondere von Vorteil bei einer Implementierung des Verfahrens in Systemen mit begrenzter verfügbarer Rechenleistung, beispielsweise im Falle von eingebetteten Systemen (engl. Embedded systems).
Nur, wenn die Winkel zwischen einer ersten Geraden durch den ersten und zweiten Punkt und den Geraden durch den ersten bzw. zweiten Punkt und den ersten Fahrkorridor-Punkt kleiner oder gleich 90° sind, wenn es sich also um spitze Winkel handelt, ist eine Überprüfung auf eine Grenzlinienverletzung notwendig. Notwendig ist eine Überprüfung ebenfalls, wenn einer der beiden Winkel ein rechter Winkel ist. Dann ist der jeweils andere Winkel in jedem Fall <90°.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Ermitteln, ob das Fahrzeug die mindestens eine Grenzlinie des befahrbaren Bereichs verletzt, die folgenden Verfahrensschritte:

a) Prüfen der Lage des mindestens ersten Fahrkorridor-Punkts relativ zur Linie zwischen dem ersten und zweiten Punkt, wobei zumindest für den ersten Fahrkorridor-Punkt eine Rotationsrichtungsbestimmung durchgeführt wird, und wobei geprüft, wird, ob die bestimmte Rotationsrichtung im oder gegen den Uhrzeigersinn orientiert ist; und
b) Ermitteln basierend auf der geprüften Rotationsrichtung des mindestens ersten Fahrkorridor-Punkts, ob das Fahrzeug die mindestens eine Grenzlinie des befahrbaren Bereichs verletzt.

Der erste und zweite Punkt sowie der erste Fahrkorridor-Punkt werden durch einen Linienzug verbunden. Die Prüfung der Rotationsrichtung ergibt sich insbesondere, wenn ein Durchlauf des Linienzugs derart erfolgt, dass die Strecke zwischen dem ersten und zweiten Punkt auf der Grenzlinie des befahrbaren Bereichs in Fahrtrichtung durchlaufen wird. Die Rotationsrichtungsbestimmung kann beispielsweise durchgeführt werden, indem für den ersten Fahrkorridor-Punkt beim Durchlaufen eines Linienzuges, der ausgehend vom ersten Punkt über den zweiten Punkt zum ersten Fahrkorridor-Punkt gebildet wird, eine Rotationsrichtung bestimmt wird. Eine Nichtübereinstimmung der bestimmten Rotationsrichtung mit einer erwarteten Rotationsrichtung zeigt insbesondere an, dass eine Grenzüberschreitung vorliegt.
Eine auf der Rotationsrichtung basierende Prüfung ist technisch einfach und mit geringem Rechenaufwand möglich, weil das Prüfungsverfahren punktebasiert ist, so dass recheneffiziente Methoden der Vektorrechnung eingesetzt werden können und damit ein Lösen eines rechenaufwendigen Gleichungssystems nicht nötig ist.
Zudem ist es mittels des Prüfungsverfahrens möglich, festzustellen, ob der befahrbare Bereich bereits vollständig verlassen wurde, was die Sicherheit des Prüfverfahrens verbessert.
Die Rotationsrichtungsbestimmung kann beispielsweise durchgeführt werden, indem für den ersten Fahrkorridor-Punkt beim Durchlaufen eines Linienzuges, der ausgehend vom ersten Punkt über den zweiten Punkt zum dritten Punkt gebildet wird, eine Rotationsrichtung bestimmt wird. Eine Nichtübereinstimmung der bestimmten Rotationsrichtung mit einer erwarteten Rotationsrichtung zeigt insbesondere an, dass eine Grenzüberschreitung vorliegt.
In diesem Zusammenhang wird ferner auf die bisher unveröffentlichte, deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2022 203 827.4 verwiesen, auf welche hinsichtlich der Prüfung der Lage des mindestens ersten Fahrkorridor-Punkts relativ zur Linie zwischen dem ersten und zweiten Punkt anhand einer Rotationsrichtungsbestimmung vollumfänglich verwiesen wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zudem die folgenden Verfahrensschritte:

a) Festlegen zumindest eines zweiten Fahrkorridor-Punkts, der auf dem Rand des Fahrkorridors des Fahrzeugs liegt und von dem ersten Fahrkorridor-Punkt verschieden ist;
b) Bestimmen von zumindest einem dritten Winkel zwischen der ersten Gerade und einer vierten Gerade durch den ersten Punkt und den zweiten Fahrkorridor-Punkts, und einem vierten Winkel zwischen der ersten Gerade und einer fünften Gerade durch den zweiten Punkt und den zweiten Fahrkorridor-Punkt; und
c) Falls zumindest der dritte und vierte Winkel kleiner gleich 90° sind, ermitteln, ob das Fahrzeug die mindestens eine Grenzlinie des befahrbaren Bereichs verletzt.

Die Relevanzprüfung wird also für zwei unterschiedliche Fahrkorridor-Punkte durchgeführt.
In diesem Falle ist es von Vorteil, wenn das Ermitteln, ob das Fahrzeug die mindestens eine Grenzlinie des befahrbaren Bereichs verletzt, die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

a) Ermitteln der Lage des ersten Fahrkorridor-Punkts relativ zu der Linie zwischen dem ersten und zweiten Punkt durch Prüfen, ob beim Durchlaufen eines Linienzuges, der ausgehend vom ersten Punkt über den zweiten Punkt zum ersten Fahrkorridor-Punkt gebildet wird, eine erste Rotationsrichtung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn oder eine Kollinearität des ersten und zweiten Punkts und des ersten Fahrkorridor-Punkts vorliegt;
b) Ermitteln der Lage des zweiten Fahrkorridor-Punkts relativ zu der Linie zwischen dem ersten und zweiten Punkt durch Prüfen, ob beim Durchlaufen eines Linienzuges, der ausgehend vom ersten Punkt über den zweiten Punkt zum zweiten Fahrkorridor-Punkt gebildet wird, eine zweite Rotationsrichtung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn oder eine Kollinearität des ersten und zweiten Punkts und des zweiten Fahrkorridor-Punkts vorliegen;
c) Prüfen der Verletzung der Grenze des befahrbaren Bereichs durch Vergleichen der ersten und zweiten Rotationsrichtung und/oder den Ergebnissen der Prüfung auf Kollinearität.

Die Lagen des ersten und zweiten Fahrkorridor-Punktes relativ zur Geraden durch den ersten und zweiten Punkt werden also durch Prüfen, ob beim Durchlaufen eines Polygonlinienzuges, der ausgehend vom ersten Punkt über den zweiten Punkt zum dritten Punkt gebildet wird, jeweils eine Rotationsrichtung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn vorliegt, ermittelt. Die Punkte werden durch einen Linienzug verbunden, welcher sowohl offen, also am ersten oder zweiten Fahrkorridor-Punkt endend, oder geschlossen sein kann. Im letzteren Fall wird durch den Linienzug ein Dreieck gebildet. Bei der Rotationsrichtung handelt es sich um die Rotationsrichtung, die sich ergibt, wenn ein Durchlauf des Linienzugs derart erfolgt, dass die Strecke zwischen dem ersten und zweiten Punkt auf der Grenzlinie des befahrbaren Bereichs in Fahrtrichtung durchlaufen wird. Alternativ oder zusätzlich kann geprüft werden, ob die Punkte kollinear sind, d.h. auf einer Geraden liegen. Zum Überprüfen des Vorliegens einer Verletzung der Grenze des befahrbaren Bereichs werden die Rotationsrichtungen hinsichtlich des ersten und zweiten Fahrkorridor-Punktes miteinander verglichen. Wenn diese identisch sind, ist dies ein Indiz dafür, dass keine Verletzung der Grenze des befahrbaren Bereichs vorliegt. Unterschiedliche Rotationsrichtungen hingegen sind ein Indiz für eine Verletzung der Grenze des befahrbaren Bereichs. Wenn die erste und zweite Rotationsrichtung gleich sind, kann daraus gefolgert werden, dass der erste und zweite Fahrkorridor-Punkt auf der gleichen Seite der Grenzlinie liegen. Bei unterschiedlichen Rotationsrichtungen kann gefolgert werden, dass der erste und zweite Fahrkorridor-Punkt auf unterschiedlichen Seiten der Grenzlinie liegen und damit das Fahrzeug beim Durchfahren der Trajektorie in einen nicht zum Befahren vorgesehenen Bereich gelangen wird bzw. eine Kollision mit einem Umgebungsobjekt droht. Alternativ oder zusätzlich können die Ergebnisse der Kollinearitätsprüfung verwendet werden, um festzustellen, ob eine Verletzung der Grenze des befahrbaren Bereichs vorliegt.
Dieses Vorgehen erlaubt ebenfalls eine technisch einfach realisierbare Prüfung mit geringem Rechenaufwand, da auch in diesem Falle das Prüfungsverfahren punktebasiert ist. Zudem ist es auch basierend auf dieser Ausgestaltung des Verfahrens möglich, festzustellen, ob der befahrbare Bereich bereits vollständig verlassen wurde, was die Sicherheit des Prüfverfahrens verbessert.
Es wird ferner auf die bisher unveröffentlichte, deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2022 203 826.6 verwiesen, auf welche hinsichtlich der Prüfung der Lagen des mindestens ersten und zweiten Fahrkorridor-Punkts relativ zur Linie zwischen dem ersten und zweiten Punkt durch einen Vergleich von Rotationsrichtungen vollumfänglich verwiesen wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird zumindest einer der Winkel anhand eines Skalarprodukts bestimmt, wobei ermittelt wird, ob das Skalarprodukt größer gleich null ist. Eine Winkelbestimmung anhand eines Skalarprodukts ist besonders einfach realisierbar.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Falle, dass keiner der zumindest zwei Winkel kleiner gleich 90° ist, zumindest ein dritter Punkt auf der Grenzlinie des befahrbaren Bereichs selektiert.
Dann ist es von Vorteil, wenn zumindest ein fünfter Winkel zwischen einer sechsten Gerade durch den zweiten und dritten Punkt und einer siebten Gerade zwischen dem zweiten Punkt und dem ersten Fahrkorridor-Punkt, und ein sechster Winkel zwischen der sechsten Gerade und einer achten Gerade zwischen dem dritten Punkt und dem ersten Fahrkorridor-Punkt bestimmt wird, und wenn ermittelt wird, ob das Fahrzeug die mindestens eine Grenzlinie des befahrbaren Bereichs verletzt, falls zumindest der fünfte und sechste Winkel kleiner gleich 90° sind.
Noch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass der erste und/oder zweite Fahrzeugkorridor-Punkt ein Fahrzeugeckpunkt eines Polygons ist/sind, das die Fahrzeugkarosseriekontur des Fahrzeugs nachbildet. Für den Fall, dass zwei Fahrkorridor-Punkte festgelegt werden, ist es von Vorteil, wenn der erste und zweite Fahrkorridor-Punkt Fahrzeugeckpunkte einer gemeinsamen Seitenlinie der Fahrzeugkarosseriekontur sind. Dann kann geprüft werden, ob die Seitenlinie der Fahrzeugkarosseriekontur die Grenzlinie des befahrbaren Bereichs kreuzt. Aus ggf. vorhandenen weiteren Informationen, beispielsweise ob es sich um eine linke Ecke oder eine rechte Ecke der Fahrzeugkarosseriekontur handelt oder ob der erste und zweite Punkt auf einer Grenzlinie links oder rechts vom Fahrzeug liegen, können weitere relevante Rückschlüsse gezogen werden, beispielsweise ob das Fahrzeug insgesamt außerhalb des befahrbaren Bereichs liegt.
Es ist von Vorteil, wenn die Fahrzeugkarosseriekontur durch ein Rechteck mit vier Ecken approximiert wird.
Im Falle, dass die Grenzlinie ein Umgebungsobjekt im Umfeld des Fahrzeugs charakterisiert, kann dann das Umgebungsobjekt durch einen rechteckförmigen Begrenzungsrahmen mit vier Ecken approximiert werden. Die Grenzlinienverletzungsprüfung kann dann für jede Linie des rechteckförmigen Begrenzungsrahmens relativ zu dem Rechteck der Fahrzeugkarosseriekontur erfolgen. Dadurch ist es möglich, zu prüfen, ob eine Kollision mit dem Umgebungsobjekt in longitudinaler oder lateraler Richtung vorliegt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Fahrerassistenzsystem, das zur Prüfung der Verletzung einer Grenze eines befahrbaren Bereichs durch ein Fahrzeug ausgebildet ist, wobei das Fahrerassistenzsystem mehrere um ein Fahrzeug herum verteilt angeordnete Sensoren und eine Recheneinheit zur Verarbeitung der von den Sensoren bereitgestellten Informationen umfasst, wobei die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Computerprogramm mit Anweisungen, die, wenn das Computerprogramm von einem Computer ausgeführt wird, den Computer veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, sowie durch ein Computerprogrammprodukt, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.
Die in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Ausgestaltung sind mutatis mutandis auch auf das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem, sowie auf das Computerprogramm und Computerprogrammprodukt anwendbar.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 beispielhaft eine schematische Draufsichtdarstellung eines Fahrzeugs, das ein Fahrerassistenzsystem mit mehreren Sensoren und einer Recheneinheit aufweist;
2 beispielhaft unterschiedliche Anordnungen von Punkten A, B, C, die bei vorgegebener Umlaufrichtung der Punkte die sich daraus ergebenden Rotationsrichtungen verdeutlichen;
3 beispielhaft die Bewegung eines Fahrzeugs entlang einer Trajektorie durch ein Paar von Grenzlinien, die eine Fahrspur definieren und die beispielhafte Anwendung des Rotationsrichtungsverfahrens zur Prüfung der Verletzung der Grenzlinien der Fahrspur; und
4 beispielhaft ein die Bewegung eines Fahrzeugs basierend auf einer Trajektorie entlang einer Fahrspur, wobei eine Verletzung der linken Grenzlinie der Fahrspur auftritt;
5 beispielhaft die Bewegung eines Fahrzeugs basierend auf einer Trajektorie durch eine Fahrgasse, die durch mehrere Umgebungsobjekte seitlich begrenzt ist, wobei beim Fahren entlang Trajektorie eine Kollision mit einem Umgebungsobjekt auftritt; und
6 eine erste Ausgestaltung zur Überprüfung der Erforderlichkeit einer Prüfung auf Verletzung einer Grenze eines befahrbaren Bereichs; und
7 eine zweite Ausgestaltung zur Überprüfung der Erforderlichkeit einer Prüfung auf Verletzung einer Grenze eines befahrbaren Bereichs.

In den Figuren sind gleiche Elemente mit demselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt beispielhaft und schematisch ein Fahrzeug 1, das ein Fahrerassistenzsystem zur Durchführung von automatischen oder teilautomatischen Fahrvorgängen aufweist. Das Fahrerassistenzsystem kann insbesondere dazu ausgebildet sein, von dem Fahrzeug 1 automatisiert bzw. teilautomatisiert befahrbare Bereiche zu erkennen und eine Steuerung des Fahrzeugs 1 derart zu vollziehen, dass das Fahrzeug keine Grenzen des befahrbaren Bereichs verletzt. Der befahrbare Bereich kann beispielsweise eine Fahrspur sein, die eine linke und eine rechte Grenzlinie aufweist. Alternativ kann der befahrbare Bereich durch ein oder mehrere Umgebungsobjekte eingeschränkt sein, mit denen eine Kollision vermieden werden soll.
Das Fahrzeug 1 weist mehrere Sensoren 2 auf, mittels denen der Umgebungsbereich des Fahrzeugs 1 erfassbar ist. Die Sensoren 2 sind mit einer Recheneinheit 3 des Fahrerassistenzsystems gekoppelt, die die Sensorinformationen verarbeitet und Informationen zu zumindest einer Grenzlinie des befahrbaren Bereichs bereitstellt. Durch diese Umgebungserfassung ist das Fahrerassistenzsystem in der Lage, örtliche Bereiche festzulegen, auf denen das Fahrzeug 1 kollisionsfrei geführt werden kann.
Das Fahrerassistenzsystem ist zudem dazu ausgebildet, eine Trajektorie zu bestimmen, auf der das Fahrzeug 1 beim autonom bzw. teilautonom durchgeführten Fahrvorgang bewegt wird. Beim Durchfahren der Trajektorie wird das Fahrzeug auf einem Fahrkorridor bewegt. Der Fahrkorridor ergibt sich aus dem Bereich, der beim Bewegen des Fahrzeugs von der Fahrzeugkarosserie überstrichen bzw. zeitweise belegt wird. Das Fahrzeugs weist eine umfangsseitige Fahrzeugkarosseriekontur auf, die sich beispielsweise bei Draufsicht auf das Fahrzeug 1 von oben, d.h. aus der Vogelperspektive ergibt. Die Projektion dieser Fahrzeugkarosseriekontur senkrecht nach unten auf die Fahrbahn definiert den von dem Fahrzeug 1 belegten Bereich der Fahrbahn. Dieser Bereich muss zum Durchfahren zwingend frei sein, um das Fahrzeug 1 kollisionsfrei bewegen zu können. Der Fahrkorridor ist damit schlauchartig und weist eine Breite zumindest gleich der Breite der Fahrzeugkarosseriekontur auf. Der Fahrkorridor kann auch breiter als die Fahrzeugbreite ausgebildet sein, um die Sicherheit des Verfahrens zu erhöhen.
Um feststellen zu können, ob das Fahrzeug 1 eine Grenze des befahrbaren Bereichs verletzt, kann ein erfindungsgemäßes Prüfverfahren angewendet werden. Dieses kann auf einer Prüfung der Rotationsrichtung bzw. anhand eines Vergleichs von Rotationsrichtungen eines Linienzugs hinsichtlich des ersten oder zweiten Fahrkorridor-Punkts erfolgen.
2 zeigt drei Möglichkeiten, wie ein Triple aus dem ersten P1 und zweiten Punkt P2 sowie dem ersten Fahrkorridor-Punkt FP1 angeordnet sein können. Die Linie zwischen dem ersten Punkt P1 und dem zweiten Punkt P2 bildet einen Abschnitt einer Grenzlinie des befahrbaren Bereichs. Der erste Fahrkorridor-Punkt FP1 kann beispielsweise ein Eckpunkt der Fahrzeugkarosseriekontur des Fahrzeugs 1 sein.
Die drei Punkte P1, P2 und FP1 bilden ein Dreieck, im Allgemeinen ein Polygon. Beim Durchlaufen eines Linienzugs entlang der Punkte in einer vorgegebenen Reihenfolge, beispielsweise im Uhrzeigersinn (2a) oder entgegen dem Uhrzeigersinn (2b), kann eine Lageinformation des ersten Fahrkorridor-Punkts FP1 relativ zur Linie zwischen dem ersten P1 und zweiten Punkt P2 ermittelt werden. Ergibt sich beim Durchlaufen des Linienzugs eine Rotationsrichtung im Uhrzeigersinn, kann rückgeschlossen werden, dass der erste Fahrkorridor-Punkt FP1 rechts von der durch P1 und P2 definierten Grenzlinie liegt. Im umgekehrten Fall kann rückgeschlossen werden, dass der erste Fahrkorridor-Punkt FP1 links von der Grenzlinie liegt. In 2c ist darüber hinaus der kollineare Fall dargestellt, bei dem alle drei Punkte P1, P2 und FP1 auf einer Gerade liegen.
3 zeigt ein Anwendungsbeispiel des beschriebenen Verfahrens, bei dem das Fahrzeug 1 auf einer Trajektorie T in Fahrtrichtung FR auf einer Fahrspur bewegt wird, die durch eine linke Grenzlinie G1 und eine rechte Grenzlinie G2 definiert wird. Die Grenzlinien G1, G2 können durch diskrete Punkte nachgebildet werden, die zueinander beabstandet sind. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind die Punkte P1 und P2 zwei Punkte der linken Grenzlinie G1 und die Punkte P1' und P2' sind zwei Punkte der rechten Grenzlinie G2.
Die Fahrzeugkarosseriekontur des Fahrzeugs 1 ist durch ein Rechteck nachgebildet. Die Größe des Rechtecks ist derart gewählt, dass alle Bereiche des Fahrzeugs 1 innerhalb dieser Fahrzeugkarosseriekontur liegen, beispielsweise auch die Seitenspiegel des Fahrzeugs 1.
Um sicherzustellen, dass das Fahrzeug 1 kollisionsfrei auf der Trajektorie T bewegt werden kann, muss geprüft werden, dass der Fahrkorridor des Fahrzeugs 1, der sich aus der Bewegung der Fahrzeugkarosseriekontur entlang der Trajektorie T ergibt, keinen Schnittpunkt mit der den Grenzlinien G1, G2 aufweist. Der Fahrkorridor des Fahrzeugs 1 kann insbesondere ein schlauchartiger Bereich sein, der innerhalb der Grenzlinien G1, G2 liegen muss, um die Kollisionsfreiheit der Trajektorie T zu garantieren.
Die Prüfung der Kollisionsfreiheit der Trajektorie T kann iterativ basierend auf diskreten Fahrzeugpositionen des Fahrzeugs 1 erfolgen, wie dies in 3 durch die Vielzahl von Rechtecken angedeutet ist, die das Fahrzeug 1 repräsentieren.
An einer definierten Fahrzeugposition ist zu prüfen, ob die linke Fahrzeugkonturlinie sich rechts von der linken Grenzlinie G1 und sich die rechte Fahrzeugkonturlinie links von der rechten Grenzlinie G2 befindet. Diese Prüfung kann im gezeigten Ausführungsbeispiel anhand der vorderen linken und hinteren linken Ecke bzw. der vorderen rechten und der hinteren rechten Ecke erfolgen. Mehr im Detail muss geprüft werden, ob die vordere linke und hintere linke Ecke in Bezug auf die linke Grenzlinie G1 die gleiche Lage haben, d.h. beide rechts von der linken Grenzlinie G1 liegen. Analoges gilt für die vordere rechte und hintere rechte Ecke in Bezug auf die rechte Grenzlinie G2. Auch diese beiden Ecken müssen relativ zur rechten Grenzlinie G2 die gleiche Lage haben, d.h. beide müssen links von der rechten Grenzlinie G2 liegen.
Bei dieser Prüfung wird beispielsweise ein Punktepaar der linken Grenzlinie G1 der Fahrspur bestimmt, das in der Nähe der linken Fahrzeugkonturlinie liegt. Dies sind im gezeigten Ausführungsbeispiel die Punkte P1 und P2. Die vordere linke Ecke des Fahrzeugs 1 ist mit FP1 bezeichnet. Für den Linienzug aus der Punktefolge P1-P2-FP1 ergibt sich eine Rotationsrichtung im Uhrzeigersinn.
Die gleiche Prüfung kann auch für die hintere linke Ecke des Fahrzeugs 1 relativ zu den Punkten P1 und P2 vollzogen werden. Wird der Polygonlinienzug von dem Punkt P1 nach P2 über die hintere linke Ecke zurück zu P1 durchlaufen, ergibt sich ebenfalls eine Rotationsrichtung im Uhrzeigersinn. Damit ergibt die Prüfung, dass beide Eckpunkte der linken Fahrzeugkonturlinie auf derselben Seite der linken Grenzlinie G1 liegen, d.h. die linke Fahrzeugkonturlinie nicht die linke Grenzlinie G1 kreuzt, d.h. Kollisionsfreiheit mit der linken Grenzlinie G1 vorliegt. Zudem kann festgestellt werden, dass beide Eckpunkte der linken Fahrzeugkonturlinie rechts von der linken Grenzlinie G1 liegen.
Eine analoge Prüfung erfolgt bezüglich der beiden Eckpunkte der rechten Fahrzeugkonturlinie relativ zur rechten Grenzlinie G2, welche ebenfalls durch eine Vielzahl von Punkten repräsentiert wird, wobei die Punkte P1' und P2' eine Linie definieren, die ein Teilstück der rechten Grenzlinie G2 bildet. Um feststellen zu können, ob das Fahrzeug 1 beim Durchfahren des Fahrkorridors diese rechte Grenzlinie G2 nicht durchquert, wird der vorbeschriebene Algorithmus in analoger Weise für die Eckpunkte der rechten Fahrzeugkonturlinie vollzogen. So wird für die vordere rechte Ecke der Fahrzeugkonturlinie FP1' und des sich daraus ergebenden Linienzug P1 `-P2`-FP1 ` die Rotationsrichtung bestimmt, die sich beim Durchlaufen des Polygonlinienzugs mit der vorbeschriebenen Laufrichtung ergibt. Diese ist im gezeigten Ausführungsbeispiel entgegen dem Uhrzeigersinn. Eine ähnliche Prüfung kann auch hierfür die hintere rechte Ecke des Fahrzeugs 1 vollzogen werden.
Die vorbeschriebenen Prüfschritte werden vorzugsweise iterativ für mehrere Fahrzeugpositionen entlang des Fahrkorridors und für unterschiedliche Abschnitte (definiert durch Paare von Punkten P1-P2 bzw. P1'-P2') der Grenzlinien G1 und G2 vollzogen, um die Kollisionsfreiheit der Trajektorie T zu garantieren.
4 zeigt ein Beispiel, bei dem die Trajektorie T derart bestimmt ist, dass der Fahrkorridor des Fahrzeugs 1 in dem mit dem Oval gekennzeichneten Bereich die linke Grenzlinie G1 kreuzt und dadurch eine Verletzung einer Grenze des befahrbaren Bereichs auftritt.
Der Abschnitt der Grenzlinie G1 im Bereich des Fahrzeugs 1 wird durch die Punkte P1_L und P2_L definiert. Die vordere linke Ecke des Fahrzeugs 1 ist als Punkt FP1_FL bezeichnet. Für den Linienzug aus der Punktefolge P1_L- P2_L- FP1_FL ergibt sich eine Rotationsrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn. Bei Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens auf die hintere linke Ecke des Fahrzeugs 1, ergibt sich beim Durchlaufen des Linienzuges entlang der Punkte P1_L- P2_L- FP1_RL eine Rotationsrichtung im Uhrzeigersinn. Da die Rotationsrichtungen für die vordere und hintere Ecke unterschiedlich sind, kann durch das vorgeschlagene Verfahren eine Verletzung der Grenzlinie G1 erkannt werden.
Um zu erkennen, dass das Fahrzeug 1 nicht völlig außerhalb des befahrbaren Bereichs liegt, kann es sinnvoll sein, in jedem Zyklus oder in größeren Zeitintervallen zu überprüfen, wie die Lage der linken bzw. rechten Eckpaare der Fahrzeugkonturlinie relativ zu zumindest einer Grenzlinie G1, G2 liegen. Für den Fall, dass sich beispielsweise für die linken Ecken der Fahrzeugkonturlinie des Fahrzeugs 1 relativ zu der Linie, die durch die Punkte P1_L und P2_L festgelegt wird, eine Rotationsrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn ergibt und diese Rotationsrichtung indiziert, dass die linken Ecken der Fahrzeugkarosseriekontur links von der linken Grenzlinie G1 liegen, kann daraus gefolgert werden, dass sich das Fahrzeug 1 an diesem Punkt der Trajektorie T bereits außerhalb des befahrbaren Bereichs befindet und damit eine Verletzung der Grenze des befahrbaren Bereichs vorliegt.

Zur Prüfung der Rotationsrichtung kann beispielsweise ermittelt werden, ob eine Nichtübereinstimmung mit der erwarteten Rotationsrichtung vorliegt, welche insbesondere anzeigt, dass eine Grenzüberschreitung vorliegt. Für den Fall von 3 ergeben sich die erwarteten Rotationsrichtungen für den Linienzug der jeweiligen Fahrzeugeckpunkte FP1_FL, FP1_RL, FP1_FR, FP1_RR beispielsweise wie folgt:

Geordnete Punktefolge des Linienzugs	Erwartete Rotationsrichtung
(vorderer linker Fahrzeu,qeckpunkt FP1_FL, P1_L, P2_L)	Im Uhrzeigersinn
(hinterer linker Fahrzeu,qeckpunkt FP1_RL P1_L, P2_L)	Im Uhrzeigersinn
(vorderer rechter Fahrzeu,qeckpunkt FP1_FR, P1_R, P2_R)	Entgegen dem Uhrzeigersinn
(hinterer rechter Fahrzeugeckpunkt FP1_RR, P1_R, P2_R)	Entgegen dem Uhrzeigersinn

Dabei ist die vordere linke Ecke des Fahrzeugs 1 ist als Punkt FP1_FL bezeichnet. Für den Linienzug aus der Punktefolge P1_L- P2_L- FP1_FL ergibt sich eine Rotationsrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn. Bei Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens auf die hintere linke Ecke des Fahrzeugs 1, die als Punkt FP1_RL bezeichnet ist, in Bezug auf die Grenzlinie G1, ergibt sich beim Durchlaufen des Linienzuges entlang der Punkte P1_L- P2_L- FP1_RL eine Rotationsrichtung im Uhrzeigersinn. Da die Rotationsrichtungen für die vordere und hintere Ecke unterschiedlich sind, kann durch das vorgeschlagene Verfahren eine Verletzung der Grenzlinie G1 erkannt werden.
Um zu erkennen, dass das Fahrzeug 1 nicht völlig außerhalb des befahrbaren Bereichs liegt, kann es sinnvoll sein, in jedem Zyklus oder in größeren Zeitintervallen zu überprüfen, wie die Lage der linken bzw. rechten Eckpaare der Fahrzeugkonturlinie relativ zu zumindest einer Grenzlinie G1, G2 liegen. Für den Fall, dass sich beispielsweise für die linken Ecken der Fahrzeugkonturlinie des Fahrzeugs 1 relativ zu der Linie, die durch die Punkte B_L und C_L festgelegt wird, eine Rotationsrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn ergibt und diese Rotationsrichtung indiziert, dass die linken Ecken der Fahrzeugkarosseriekontur links von der linken Grenzlinie G1 liegen, kann daraus gefolgert werden, dass sich das Fahrzeug 1 an diesem Punkt der Trajektorie T bereits außerhalb des befahrbaren Bereichs befindet und damit eine Verletzung der Grenze des befahrbaren Bereichs vorliegt.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Grenze des befahrbaren Bereichs nicht durch eine Grenzlinie im freien Raum definiert wird, sondern der befahrbare Bereich durch Umgebungsobjekte U mit einer begrenzten örtlichen Erstreckung lateral begrenzt ist. Das Verfahren kann damit direkt dazu verwendet werden, eine Kollision entlang der Trajektorie T mit den Umgebungsobjekten U zu verhindern.
Das Umgebungsobjekt U kann durch eine Umgebungsobjekt-Kontur approximiert werden, die beispielsweise ein Polygon mit mehreren Eckpunkten, insbesondere als Rechteck geformt ist. Um sicherzustellen, dass keine Kollision des Fahrzeugs 1 mit dem Umgebungsobjekt U erfolgt, muss eine Kollisionsfreiheit in lateraler Richtung (d.h. zur linken bzw. rechten Grenzlinie der Umgebungsobjekt-Kontur) und in longitudinaler Richtung (d.h. zur vorderen bzw. hinteren Grenzlinie der Umgebungsobjekt-Kontur) vorliegen.
In 5 sind die Ecken der Fahrzeugkarosseriekontur des Fahrzeugs 1 wieder durch die Punkte FP1_FL, FP1_RL, FP1_FR, FP1_RR bezeichnet. Die Ecken der Umgebungsobjekt-Kontur sind mit P1_L, P2_L, P1_R, P2_R bezeichnet. Um festzustellen, ob das Fahrzeug 1 kollisionsfrei zu dem Umgebungsobjekt U ist, können folgende Schritte vollzogen werden:

Zunächst wird geprüft, ob eine laterale Kollisionssituation vorliegt. Dazu wird für jede Ecke der Fahrzeugkarosseriekontur des Fahrzeugs 1, deren Lage relativ zu den Seitenkonturlinien P1_L-P2_L und P1_R-P2_R des Umgebungsobjekts U basierend auf dem vorbeschriebenen Rotationsrichtungsverfahren bestimmt. Dies bedeutet, dass für die Punkte-Triplets P1_L-P2_L-FP1_FL, P1_L-P2_L- FP1_RL, P1_L-P2_L-FP1_FR und P1_L-P2_L-A_RR sowie für die Punkte-Triplets P1_R-P2_R- FP1_FL, P1_R- P2_R- FP1_RL, P1_R-P2_R- FP1_FR und P1_R- P2_R-FP1_RR jeweils die Rotationsrichtung beim Durchlauf der durch diese Punkte aufgespannten Linienzüge bestimmt wird. Wenn die Durchläufe durch sämtliche Linienzüge nicht zu der gleichen Rotationsrichtung führen, liegt eine laterale Kollisionssituation mit dem Umgebungsobjekt vor.

Anschließend wird geprüft, ob eine longitudiale Kollisionssituation vorliegt. Dazu wird für jede Ecke der Fahrzeugkarosseriekontur des Fahrzeugs 1 deren Lage relativ zu der vorderen und hinteren Konturlinien P2_L-P2_R und P1_L-P1_R des Umgebungsobjekts U basierend auf dem vorbeschriebenen Rotationsrichtungsverfahren bestimmt. Dies bedeutet, dass für die Punkte-Triplets P2_L- P2_R-FP1_FL, P2_L- P2_R- FP1_RL, P2_L- P2_R- FP1_FR und P2_L- P2_R- FP1_RR sowie für die Punkte-Triplets P1_L- P1_R- FP1_FL, P1_L- P1_R- FP1_RL, P1_L- P1_R- FP1_FR und P1_L-P1_R- FP1_RR jeweils die Rotationsrichtung beim Durchlauf der durch diese Punkte aufgespannten Linienzüge bestimmt wird. Wenn die Durchläufe durch sämtliche Linienzüge nicht zu der gleichen Rotationsrichtung führen, liegt eine longitudinale Kollisionssituation mit dem Umgebungsobjekt vor.
Wenn durch die vorbeschriebenen Verfahrensschritte festgestellt wird, dass weder eine laterale noch eine longitudinale Kollisionssituation vorliegt, kann das Fahrzeug 1 in Bezug auf dieses geprüfte Umgebungsobjekt kollisionsfrei entlang der Trajektorie bewegt werden.
Wenn, wie in 5 gezeigt, eine Vielzahl von Umgebungsobjekten U entlang der Trajektorie T angeordnet sind, muss das vorbeschriebene Verfahren iterativ angewendet werden, um die Kollisionsfreiheit gegenüber sämtlichen Umgebungsobjekten entlang der Trajektorie des Fahrzeugs 1 zu gewährleisten.
Die vorliegende Erfindung dient einer Minimierung des Rechenaufwandes zur Überprüfung der Verletzung einer Grenzlinie. Eine Prüfung auf Vorliegen eines Grenzlinienübertritts anhand einer Rotationsrichtungsbestimmung soll nur dann durchgeführt werden, wenn dies auch tatsächlich erforderlich ist.
Wie die Erforderlichkeit einer Prüfung abgeschätzt werden kann, wird im Folgenden anhand von 6 und 7 erläutert. Dargestellt in 6 ist eine Grenzlinie G, entlang welcher zwei Punkte P1 und P2 selektiert wurden, und ein erster Fahrkorridor-Punkt FP1. In einem nächsten Schritt werden ein erster α1 und ein zweiter Winkel α2 ermittelt. Der erste Winkel α1 ist der Winkel zwischen einer ersten Gerade g1 durch den ersten P1 und zweiten Punkt P2 und einer zweiten Gerade g2 durch den ersten Punkt P1 und den ersten Fahrkorridor-Punkt FP1. Der zweite Winkel α1 ist der Winkel zwischen der ersten Gerade g1 und einer dritten Gerade g3 durch den zweiten Punkt P2 und den ersten Fahrkorridor-Punkt FP1. Für den hier betrachteten Fall ist α1<90° und α2>90°. Der durch die Punkte P1 und P2 definierte Abschnitt der Grenzlinie G ist demnach zur Überprüfung eines Grenzlinienübertritts hinsichtlich des ersten Fahrkorridor-Punkts FP1 nicht relevant.
Anders sieht es in Bezug auf den zweiten Fahrkorridor-Punkt FP2 aus. Für diesen werden ein dritter α3 und ein vierter Winkel α4 ermittelt. Der dritte Winkel α3 ist der Winkel zwischen der ersten Gerade g1 und einer vierten Geraden g4 durch den ersten Punkt P1 und den zweiten Fahrkorridor-Punkt FP2. Der vierte Winkel α4 ist der Winkel zwischen der ersten Gerade g1 und einer fünften Geraden g5 durch den zweiten Punkt P2 und den zweiten Fahrkorridor-Punkt FP2. Für den hier betrachteten Fall ist α3<90° und α4<90°. Der durch die Punkte P1 und P2 definierte Abschnitt der Grenzlinie G ist demnach zur Überprüfung eines Grenzlinienübertritts hinsichtlich des zweiten Fahrkorridor-Punkts FP2 relevant.
In 7 ist eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung illustriert. Hinsichtlich des durch die Punkte P1 und P2 definierten Abschnitts der Grenzlinie ist die Situation analog zu derjenigen für den ersten Fahrkorridor-Punkt FP1 aus 6. Hierauf wird deshalb nicht erneut eingegangen.
Für den Fall, dass der erste Winkel α1 oder der zweite Winkel α2 größer als 90° sind, ist der jeweils betrachtete Abschnitt der Grenzlinie G für die Überprüfung auf einen Grenzlinienübertritt nicht relevant. In diesem Fall wird ein dritter Punkt P3 auf der Grenzlinie G selektiert und dieselbe Betrachtung für den durch den zweiten P2 und dritten Punkt P3 definierten Abschnitt der Grenzlinie durchgeführt.
Um die Relevanz für den durch den zweiten P2 und dritten Punkt P3 definierten Abschnitt zu ermitteln, werden ein fünfter α5 und sechster Winkel α7 betrachtet. Der fünfte Winkel α5 ist der Winkel zwischen einer sechsten Gerade g6 durch den zweiten P2 und dritten Punkt P3 und einer siebten Gerade g7 zwischen dem zweiten Punkt P2 und dem ersten Fahrkorridor-Punkt FP1. Der sechste Winkel α6 wiederum ist der Winkel zwischen der sechsten Gerade g6 und einer achten Gerade g8 zwischen dem dritten Punkt P3 und dem ersten Fahrkorridor-Punkt FP1.
Da für dieses Ausführungsbeispiel eine gerade Grenzlinie G gewählt wurde, sind die erste Gerade g1 und die sechste Gerade g6 identisch. Im Falle gekrümmter Grenzlinien G wäre dies aber nicht der Fall. Außerdem sind für das gezeigte Beispiel die dritte g3 und siebte Gerade g7 identisch. Dies liegt daran, dass der zweite Punkt P2 sowohl für die Definition des ersten Abschnitts (P1-P2) als auch des zweiten Abschnitts (P2-P3) herangezogen wurde. Werden beide Abschnitte vollständig durch unterschiedliche Punkte definiert, so unterscheiden sich auch die entsprechenden Geraden.
Für den Abschnitt der Grenzlinie G, welcher durch den zweiten P2 und dritten Punkt P3 definiert ist, sind der fünfte Winkel α5<90° und der sechste Winkel α6<90°. Entsprechend wird in der Folge ermittelt, ob das Fahrzeug 1 die mindestens eine Grenzlinie G des befahrbaren Bereichs verletzt.
Die vorliegende Erfindung bietet somit den Vorteil, dass eine Prüfung auf einen Grenzlinienübertritt nur dann durchgeführt wird, wenn dies notwendig ist, d.h. wenn der jeweils betrachtete Abschnitt der Grenzlinie G relevant ist. Die Relevanzprüfung oder Relevanzklassifikation erfolgt anhand einer Betrachtung verschiedener Winkelbeziehungen zwischen sich jeweils paarweise schneidenden Geraden, wobei jeweils zwei Punkte P auf der Grenzlinie G und ein Fahrkorridor-Punkt FP ein Dreieck bilden. Sofern in dem jeweils betrachteten Dreieck zumindest einer der an die Grenzlinie G angrenzenden Winkel ein stumpfer Winkel (α>90°) ist, ist der betrachtete Abschnitt der Grenzlinie G nicht relevant. Durch die erfindungsgemäße Relevanzprüfung können unnötige Rechenoperationen vermieden werden. Insbesondere kann vermieden werden, dass unnötiger Weise Gleichungen gelöst werden, welche nicht-reelle Lösungen aufweisen. Die Relevanzprüfung findet vorzugsweise einerseits Verwendung zur Prüfung hinsichtlich eines möglichen Grenzübertritts; aber auch eine Verwendung für eine automatisierte Fahrfunktion, wie beispielsweise einer kinematischen Fahrzeugkontrolle, bei welcher ebenfalls jeweils ein relevanter Bereich einer Zieltrajektorie relativ zur jeweils aktuellen Fahrzeugposition gefunden werden muss, ist denkbar und fällt unter die vorliegende Erfindung.

Claims

Verfahren, insbesondere computerimplementiertes Verfahren, zur Prüfung der Verletzung einer Grenze eines befahrbaren Bereichs durch ein Fahrzeug (1), das sich entlang einer Trajektorie bewegt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Empfangen von Informationen zu zumindest einer Grenzlinie (G) des befahrbaren Bereichs; b) Empfangen von Informationen zu einem Fahrkorridor des Fahrzeugs (1), wobei der Fahrkorridor der Bereich ist, der beim Durchfahren der Trajektorie (T) durch eine Projektion der Fahrzeugkarosseriekontur auf die Fahrbahn überstrichen wird; c) Selektieren eines ersten (P1) und eines zweiten Punkts (P2) auf der Grenzlinie (G) des befahrbaren Bereichs, wobei der erste Punkt (P1) in Fahrtrichtung des Fahrzeugs (1) hinter dem zweiten Punkt (P2) liegt; d) Festlegen mindestens eines ersten Fahrkorridor-Punkts (FP1), der auf dem Rand des Fahrkorridors des Fahrzeugs (1) liegt; e) Bestimmen von zumindest einem ersten Winkel (α1) zwischen einer ersten Gerade (g1) durch den ersten (P1) und zweiten Punkt (P2) und einer zweiten Gerade (g2) durch den ersten Punkt (P1) und den ersten Fahrkorridor-Punkt (FP1), und einem zweiten Winkel (α2) zwischen der ersten Gerade (g1) und einer dritten Gerade (g3) durch den zweiten Punkt (P2) und den ersten Fahrkorridor-Punkt (FP1); und f) Falls zumindest der erste (α1) und zweite Winkel (α2) kleiner gleich 90° sind, ermitteln, ob das Fahrzeug (1) die mindestens eine Grenzlinie (G) des befahrbaren Bereichs verletzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln, ob das Fahrzeug (1) die mindestens eine Grenzlinie (G) des befahrbaren Bereichs verletzt, die folgenden Verfahrensschritte umfasst: a) Prüfen der Lage des mindestens ersten Fahrkorridor-Punkts (FP1) relativ zu einer Linie zwischen dem ersten (P1) und zweiten Punkt (P2), wobei zumindest für den ersten Fahrkorridor-Punkt (FP1) eine Rotationsrichtungsbestimmung durchgeführt wird, und wobei geprüft, wird, ob die bestimmte Rotationsrichtung im oder gegen den Uhrzeigersinn orientiert ist; und b) Ermitteln basierend auf der geprüften Rotationsrichtung des mindestens ersten Fahrkorridor-Punkts (FP1), ob das Fahrzeug (1) die mindestens eine Grenzlinie (G) des befahrbaren Bereichs verletzt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Festlegen zumindest eines zweiten Fahrkorridor-Punkts (FP2), der auf dem Rand des Fahrkorridors des Fahrzeugs (1) liegt und von dem ersten Fahrkorridor-Punkt (FP1) verschieden ist; b) Bestimmen von zumindest einem dritten Winkel (α3) zwischen der ersten Gerade (g1) und einer vierten Gerade (g4) durch den ersten Punkt (P1) und den zweiten Fahrkorridor-Punkt (FP1), und einem vierten Winkel (α4) zwischen der ersten Gerade (g1) und einer fünften Gerade (g5) durch den zweiten Punkt (P2) und den zweiten Fahrkorridor-Punkt (FP2); und c) Falls zumindest der dritte (α3) und vierte Winkel (α4) kleiner gleich 90° sind, ermitteln, ob das Fahrzeug (1) die mindestens eine Grenzlinie (G) des befahrbaren Bereichs verletzt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Ermitteln, ob das Fahrzeug (1) die mindestens eine Grenzlinie (G) des befahrbaren Bereichs verletzt, die folgenden Verfahrensschritte umfasst: a) Ermitteln der Lage des ersten Fahrkorridor-Punkts (FP1) relativ zu der Linie zwischen dem ersten (P1) und zweiten Punkt (P2) durch Prüfen, ob beim Durchlaufen eines Linienzuges, der ausgehend vom ersten Punkt (P1) über den zweiten Punkt (P2) zum ersten Fahrkorridor-Punkt (FP1) gebildet wird, eine erste Rotationsrichtung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn oder eine Kollinearität des ersten (P1) und zweiten Punkts (P2) und des ersten Fahrkorridor-Punkts (FP1) vorliegt; b) Ermitteln der Lage des zweiten Fahrkorridor-Punkts (FP2) relativ zu einer Linie zwischen dem ersten (P1) und zweiten Punkt (P2) durch Prüfen, ob beim Durchlaufen eines Linienzuges, der ausgehend vom ersten Punkt (P1) über den zweiten Punkt (P2) zum zweiten Fahrkorridor-Punkt (FP2) gebildet wird, eine zweite Rotationsrichtung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn oder eine Kollinearität des ersten (P1) und zweiten Punkts (P2) und des zweiten Fahrkorridor-Punkts (FP2) vorliegen; c) Prüfen der Verletzung der Grenze des befahrbaren Bereichs durch Vergleichen der ersten und zweiten Rotationsrichtung und/oder den Ergebnissen der Prüfung auf Kollinearität.
Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest einer der Winkel (α) anhand eines Skalarprodukts bestimmt wird, und wobei ermittelt wird, ob das Skalarprodukt größer gleich null ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Falle, dass keiner der zumindest zwei Winkel (α1, α2) kleiner gleich 90° ist, zumindest ein dritter Punkt (P3) auf der Grenzlinie des befahrbaren Bereichs selektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei zumindest ein fünfter Winkel (α5) zwischen einer sechsten Gerade (g6) durch den zweiten (P2) und dritten Punkt (P3) und einer siebten Gerade (g7) zwischen dem zweiten Punkt (P2) und dem ersten Fahrkorridor-Punkt (FP1), und ein sechster Winkel (α6) zwischen der sechsten Gerade (g6) und einer achten Gerade (g8) zwischen dem dritten Punkt (P3) und dem ersten Fahrkorridor-Punkt (FP1) bestimmt wird, und wobei ermittelt wird ob das Fahrzeug (1) die mindestens eine Grenzlinie (G) des befahrbaren Bereichs verletzt, falls zumindest der fünfte (α5) und sechste Winkel (α6) kleiner gleich 90° sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste (FP1) und/oder zweite Fahrzeugkorridor-Punkt (FP2) ein Fahrzeugeckpunkt eines Polygons ist/sind, das die Fahrzeugkarosseriekontur des Fahrzeugs (1) nachbildet.
Fahrerassistenzsystem, das zur Prüfung der Verletzung einer Grenze eines befahrbaren Bereichs durch ein Fahrzeug (1) ausgebildet ist, wobei das Fahrerassistenzsystem mehrere um ein Fahrzeug (1) herum verteilt angeordnete Sensoren (2) und eine Recheneinheit (3) zur Verarbeitung der von den Sensoren (2) bereitgestellten Informationen umfasst, wobei die Recheneinheit (3) dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen.
Computerprogramm mit Anweisungen, die, wenn das Computerprogramm von einem Computer ausgeführt wird, den Computer veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, auf welchem das Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.