DE102013201796A1

DE102013201796A1 - Verfahren zur Bereitstellung eines Fahrkorridors für ein Fahrzeug und Fahrassistenzsystem

Info

Publication number: DE102013201796A1
Application number: DE102013201796.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Lang; Thomas Gussner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2033-02-06
Also published as: GB2513222A; GB201401875D0; DE102013201796B4; FR3001686B1; GB2513222B; FR3001686A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Fahrkorridors für ein Fahrzeug (21), wobei anhand von Umfelderfassungsdaten ein Fahrkorridor mit geschwindigkeitsabhängiger Begrenzung (55, 56, 57) ermittelt wird, wobei aus dem Fahrkorridor mit geschwindigkeitsabhängiger Begrenzung (55, 56, 57) ein Fahrkorridor mit geschwindigkeitsunabhängiger Begrenzung (55a, 56a, 57) für das Fahrzeug (21) ermittelt wird. Gegenstand der Erfindung sind außerdem ein Computerprogramm sowie ein Fahrassistenzsystem, die insbesondere zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Fahrkorridors für ein Fahrzeug. Gegenstand der Erfindung sind außerdem ein Computerprogramm und ein Fahrassistenzsystem, welche insbesondere zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet sind.
Es bestehen verschiedene Systeme, die einen Fahrer aktiv bei der Querführung eines Fahrzeugs unterstützen. Bekannt sind hier insbesondere so genannte Spurhaltesysteme (LKS, Lane Keeping System) und Spurverlassenswarner (LDW, Lane Departure Warning). Diese Systeme reagieren üblicherweise auf Linien, die beispielsweise mittels eines Kamerasystems erfasst werden.
DE 10 2010 051 492 A1 zeigt ein Spurhaltesystem, welches zur Vermeidung von Kollisionen mit weiteren Fahrzeugen außerdem eine Vorrichtung zum Erfassen von Nachbarfahrzeugsinformationen für ein Nachbarfahrzeug auf einem Fahrstreifen neben dem Fahrstreifen aufweist. In Abhängigkeit von den Nachbarfahrzeuginformationen wird eine Fahrspur für das so genannte Ego-Fahrzeug bereitgestellt und ggf. die Querposition geregelt. Derartige Nachbarfahrzeuginformationen umfassen beispielsweise einen Abstand zwischen einem abgetasteten Nachbarfahrzeug und dem Ego-Fahrzeug, die Querposition und die Geschwindigkeit des abgetasteten Nachbarfahrzeugs.
DE 10 2005 039 895 A1 zeigt ein System zur Spurverlassenswarnung und/oder mit Spurhaltefunktion in einem Kraftfahrzeug, wobei eine in Fahrtrichtung ausgerichtete Sensoreinheit Fahrspuren erkennt.
Aus der DE 10 2007 027 494 A1 ist ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers eines Fahrzeugs bei der Fahrzeugführung entlang einer Fahrspur bekannt, wobei zur Erkennung von seitlich befindlichen Objekten ein videobasiertes Umfelderfassungssystem verwendet wird, welches durch ein Radarsystem ergänzt wird. Vom Fahrer einstellbar ist ein Sollzeitabstand zu erfassten, seitlich angeordneten Objekten, eine so genannte Time-to-lateral-collision.
Offenbarung der Erfindung
Bei dem Verfahren zur Bereitstellung eines Fahrkorridors für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ist vorgesehen, dass anhand von Umfelderfassungsdaten ein Fahrkorridor mit geschwindigkeitsabhängiger Begrenzung ermittelt wird und aus dem Fahrkorridor mit geschwindigkeitsabhängiger Begrenzung ein Fahrkorridor mit geschwindigkeitsunabhängiger Begrenzung für das Fahrzeug ermittelt wird.
Vorteilhaft werden Informationen über bewegte als auch unbewegte Objekte ermittelt, beispielsweise über dynamische Objekte, die überholt werden. Das Verfahren ist insbesondere vorteilhaft in Autobahnbaustellen anwendbar, wo Fahrzeuge nicht exakt in ihrer Fahrspur fahren, sondern beispielsweise gewollt umgeleitet werden. Dabei wird explizit nicht die Spurmarkierung benötigt, da diese in Baustellen falsch sein kann.
Der Fahrkorridor kann dabei beispielsweise durch die Abwesenheit von erkannten Objekten oder Begrenzungselementen gekennzeichnet sein oder als voraussichtlich kollisionsfrei vom Fahrzeug überstreichbarer Bereich.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Bevorzugt werden sich vor dem Fahrzeug und/oder seitlich des Fahrzeugs befindende bewegte Objekte ermittelt. Eine Objekterkennung ermittelt Objekte auf Umfelderfassungsdaten und stellt dabei fest, ob das jeweilig ermittelte Objekt ein bewegliches oder ein statisches Objekt ist.
Vorzugsweise werden weitere Bewegungsgrößen der ermittelten bewegten Objekte bestimmt, nämlich deren Absolutgeschwindigkeit, laterale Geschwindigkeit und Längsgeschwindigkeit, anhand welcher Daten sich die entsprechenden Relativgeschwindigkeiten zum Ego-Fahrzeug ermitteln lässt. Aus der Relativgeschwindigkeit und dem ermittelten Abstand zum bewegten Objekt lässt sich ermitteln, zu welchem Zeitpunkt sich das Objekt auf gleicher Höhe wie das Fahrzeug befindet. Mit dem Ausdruck „auf gleicher Höhe” kann dabei eine beliebige quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs befindliche Bezugslinie bezeichnet sein, etwa die Vorderachse, die vordere Stoßstange oder eine Linie durch eine definierte Umfelderfassungseinrichtung, beispielsweise eine Frontkamera.
Das Fahrzeug, dessen Fahrkorridor ermittelt wird, wird im Rahmen der Erfindung auch als so genanntes Ego-Fahrzeug bezeichnet. Bevorzugt werden bei der Ermittlung des Fahrkorridors mit geschwindigkeitsunabhängiger Begrenzung Bewegungseigenschaften des Fahrzeugs berücksichtigt. Derartige Bewegungseigenschaften können beispielsweise eine Bewegungsrichtung sein, Geschwindigkeit, Quergeschwindigkeit in Bezug auf die eigene Spur, Gierrate, oder auch Einschränkungen für die Bewegung des Fahrzeugs umfassen, wie beispielsweise eine maximale Gierrate oder ein maximal einstellbarer Lenkwinkel. Vorteilhaft wird bei der Ermittlung der Bewegungseigenschaften von seitlich des Fahrzeugs und/oder vor dem Fahrzeug befindlichen Objekten eine Kompensation der Bewegung des Ego-Fahrzeugs vorgenommen. Insbesondere kann eine Gierrate des Ego-Fahrzeugs berücksichtigt werden, die eine laterale Annäherung oder Entfernung zu ermittelten Objekten bedeutet.
Vorteilhaft wird anhand des Fahrkorridors mit geschwindigkeitsunabhängiger Begrenzung eine Solltrajektorie für das Fahrzeug ermittelt. Die Solltrajektorie kann weiteren Fahrassistenzsystemen bereitgestellt werden, die Querführungen anbieten, insbesondere beispielsweise einem Spurverlassenswarnsystem oder einem Spurhaltesystem.
Vorteilhaft wird zunächst eine Freifläche anhand einer Disparitätskarte eines Kamerasystems ermittelt. Bei der Ermittlung der Bewegungseigenschaften von Objekten anhand von Kameradaten, insbesondere von seitlich des Fahrzeugs und/oder vor dem Fahrzeug befindlichen Objekten, werden beispielsweise Kalman-Filter angewendet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass dem Kamerasystem eine Objekterkennungseinrichtung und eine Objektverfolgungseinrichtung nachgeschaltet ist, sodass auf Informationen zurückgegriffen werden kann, welche hierdurch bereitgestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich wird die Freifläche anhand von Abstandsignalen der Ultraschallsensoren ermittelt. Bei der Ermittlung der Bewegungseigenschaften von seitlich des Fahrzeugs und/oder vor dem Fahrzeug befindlichen Objekten erfolgt bevorzugt eine angepasste Filterung der Ultraschallsignale, vorteilhaft eine Minimumsfilterung.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zur Implementierung eines Fahrassistenzsystems oder eines Subsystems hiervon in einem Fahrzeug handeln oder um eine Applikation für Fahrassistenzfunktionen, welche auf einem tragbaren Gerät, wie etwa einem Smartphone oder einem Tablet-Computer ausführbar ist. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung oder auf einer tragbaren Einheit, beispielsweise auf einer entfernbaren CD-ROM, DVD, einer Speicherkarte oder einem USB-Stick. Zusätzlich oder alternativ kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung wie etwa auf einem Server zum Herunterladen bereitgestellt werden, z. B. über ein Datennetzwerk wie das Internet oder eine Kommunikationsverbindung wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst ein Fahrassistenzsystem, das insbesondere zur Ausführung eines der hierin beschriebenen Verfahren eingerichtet ist, ein Kamerasystem zur Bereitstellung von Umfelddaten eines Fahrzeugs, eine Einheit zur Ermittlung eines Fahrkorridors mit geschwindigkeitsabhängiger Begrenzung und eine Einheit zur Ermittlung eines Fahrkorridors mit geschwindigkeitsunabhängiger Begrenzung.
Das Fahrassistenzsystem kann weitere Umfelderfassungseinrichtungen aufweisen, beispielsweise ein Radarsystem, Lidarsystem oder Infrarotsensoren. Besonders bevorzugt weist das Fahrassistenzsystem ein Ultraschallsystem zur Bereitstellung von Umfelddaten des Fahrzeugs auf.
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Querführungsassistent bereitgestellt, der insbesondere beim Überholen von Fahrzeugen in Baustellen vorteilhaft einsetzbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren und System unterstützt den Fahrer oder die Fahrerin bei der Querführung in Überholszenarien insbesondere in Autobahnbaustellen. Dabei wird explizit nicht die Spurmarkierung verwendet, da diese in Baustellen falsch sein kann. Das System reagiert auch in solchen Situationen angemessen, in denen das überholte Fahrzeug nicht spurtreu fährt, da insbesondere in Baustellen z. B. ein Lkw eine sehr enge Spur gelegentlich verlassen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung von Komponenten des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine Draufsicht auf eine Situation mit einem überholenden Fahrzeug,
3 eine Draufsicht auf eine Situation mit einem versetzt auffahrenden Fahrzeug,
4 eine Draufsicht auf eine Situation mit einem überholenden Fahrzeug,
5 eine digitale Umsetzung der Draufsicht auf die Situation mit dem versetzt auffahrenden Fahrzeug aus 3,
6 ein Bild einer Frontkamera der in 2 dargestellten Situation,
7 ein Bild einer Frontkamera der in 2 dargestellten Situation zu einem späteren Zeitpunkt,
8 ein Bild einer Frontkamera der in 3 dargestellten Situation,
9 ein Bild einer Frontkamera der in 4 dargestellten Situation und
10 ein Ultraschallsignal beim Überholen eines Lkws.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine schematische Darstellung von Komponenten des erfindungsgemäßen Verfahrens. In ersten Schritten 11 und 12 werden von Umfelderfassungseinrichtungen des Fahrzeugs Informationen über das Fahrzeugumfeld bereitgestellt.
Eine erste Umfelderfassungseinrichtungen umfasst einen oder mehrere Bildsensoren, insbesondere Frontkameras, Heckkameras, BSD-Kameras („blind spot detection”-Kameras), SVA-Kameras („side view assistant”-Kameras) und/oder SVS-Kameras („surround view system”-Kameras), welche beispielsweise von weiteren Fahrerassistenzsystemen für andere Zwecke eingesetzt werden können. Die Kameras können monokulare Kameras oder Kameras eines Stereokamerasystems sein. Zur Auswertung der Kameradaten wird bekanntermaßen eine Bildverarbeitungssoftware herangezogen.
Bevorzugt werden in optischen Systemen ein Videosensor im Frontbereich, vorzugsweise mittig, ein Videosensor im Heckbereich, ebenfalls vorzugsweise mittig, und jeweils ein Videosensor auf jeder Seite des Kraftfahrzeugs angeordnet. Die Videosensoren im Frontbereich und im Heckbereich können z. B. im Bereich der Windschutzscheibe, beispielsweise in der Halterung des Innenspiegels, und im Bereich der Heckscheibe positioniert sein. Bevorzugt werden zusätzlich Videosensoren im Bereich der Stoßfänger angeordnet. Hierdurch ist es möglich, das gesamte Umfeld um das Kraftfahrzeug zu erfassen.
Eine zweite Umfelderfassungseinrichtungen umfasst ein Ultraschallsystem, ein Radarsystem, ein Infrarotsystem und/oder ein Lidarsystem. Ein Ultraschallsystem kann eine Gruppe von Ultraschallsensoren umfassen, welche gemeinsam ein Teilumfeld des Fahrzeugs erfassen, beispielsweise können die Ultraschallsensoren im Frontbereich zur Erfassung einer vorderseitigen Fahrzeugumfeld und/oder die Ultraschallsensoren im Seitenbereich zur Erfassung eines Seitenbereichs des Fahrzeugs und/oder Ultraschallsensoren im Heckbereich zur Erfassung eines rückwärtigen Umfelds des Fahrzeugs jeweils einem Ultraschallsystem zugeordnet sein. Dabei können zum Beispiel vier bis sechs Sensoren in einem Stoßfänger verbaut werden, wobei im Allgemeinen nur maximal vier Sensoren mit ungefähr derselben Blickrichtung montiert sind. Insbesondere, um auch den Bereich neben dem Kraftfahrzeug zu erfassen, werden im vorderen Stoßfänger Sensoren positioniert, die ihren Erfassungsbereich nach links und nach rechts haben. Zusätzlich oder alternativ können auch im hinteren Stoßfänger Sensoren derart positioniert sein, dass diese einen Bereich links und rechts neben dem Kraftfahrzeug erfassen. Das Ultraschallsystem kann darüber hinaus auch eine der jeweiligen Gruppe zugeordnete oder eine gemeinsame Ansteuereinrichtung und eine Signalverarbeitungseinrichtung umfassen.
Daten und/oder Messwerte der Umfelderfassungseinrichtungen werden einer Verarbeitungseinheit zugeführt, welche hieraus in einem weiteren Schritt 13 eine zeitabhängige Freifläche mit Geschwindigkeitsinformation ermittelt. Für den Fall, dass ein Stereokamerasystem eingerichtet ist, insbesondere einen Bereich vor dem eigenen Fahrzeug zu erfassen und ein Ultraschallsystem eingerichtet ist, einen Bereich neben dem eigenen Fahrzeug zu erfassen, wird basierend auf der Disparitätskarte der Stereokamera und den Abstandssignalen der Ultraschallsensoren eine Freifläche berechnet, welche die Zeit als Parameter enthält.
Die zeitabhängige Freifläche wird als Polygonzug repräsentiert. Die Knotenpunkte der Freifläche, d. h. die Stützpunkte des Polygonzugs, haben neben der Position auch eine Geschwindigkeit als Attribut. Endet die Freifläche an einem statischen Hindernis, wie z. B. einer Mauer, so ist diese Geschwindigkeit gleich Null. Endet die Freifläche jedoch an einem fahrenden Hindernis, wie etwa einem Lkw, so entspricht die Geschwindigkeit der des fahrenden Objekts.
Aus dieser Freifläche wird in einem weiteren Schritt 14 ein Fahrkorridor abgeschätzt, der durch zwei Polygonzüge repräsentiert wird, welche die rechte und die linke Grenze des Fahrkorridors festlegen. Dazu wird die Freifläche vom Ego-Fahrzeug aus schrittweise durchlaufen und es werden jeweils alle möglichen Pfade durch die Freifläche bestimmt. Anschließend werden solche Pfade ausgeschlossen, die nicht durchfahren werden können, etwa weil die Durchfahrbreite die Breite des Ego-Fahrzeugs überschreitet, oder weil die nötige Krümmung der Trajektorie zu groß (d. h. die Kurve zu eng) wäre, um bei der aktuellen Geschwindigkeit diesen Pfad zu erreichen. Die rechte Begrenzung des am weitesten rechts verlaufenden, nicht ausgeschlossenen Pfades bildet dann die rechte Begrenzung des Fahrkorridors, die linke Begrenzung des am weitesten links verlaufenden Pfades bildet analog die linke Begrenzung des Fahrkorridors. Zusätzlich hierzu kann ein dritter Polygonzug ermittelt werden, um den rechten und den linken Polygonzug miteinander zu verbinden und das Ende des Sichtbereichs der Kamera anzugeben. Der dritte Polygonzug bildet eine hintere Begrenzung des Fahrkorridors. Die Knotenpunkte dieses Fahrkorridors weisen als Attribut weiterhin Geschwindigkeiten auf, daher wird im Rahmen der Erfindung der Fahrkorridor auch als geschwindigkeitsabhängiger Korridor bezeichnet.
In einem weiteren Schritt 15 wird aus dem Fahrkorridor mit geschwindigkeitsabhängiger Begrenzung ein Fahrkorridor mit geschwindigkeitsunabhängiger Begrenzung ermittelt, d. h. die Geschwindigkeitsabhängigkeit des Fahrkorridors durch Prädiktion des Fahrkorridors entfernt. Fahrkorridorgrenzen, die Knoten mit Geschwindigkeiten enthalten, welche nicht gleich Null sind, werden hierbei neu berechnet. Der in Schritt 15 resultierende Korridor entspricht einem Korridor einer statischen Szene. Beispielsweise entspricht der prädizierte Korridor einer Szene, in der ein Fahrzeug rechts neben dem Ego-Fahrzeug geradeaus fährt, dem einer Szene, in der rechts neben dem Ego-Fahrzeug eine gerade Mauer verläuft.
In einem weiteren Schritt 16 wird anhand des Korridors mit geschwindigkeitsunabhängiger Begrenzung eine kollisionsfreie Solltrajektorie geplant und diese in einem weiteren Schritt 17 zur Querführung verwendet und/oder einem weiteren Fahrassistenzsystem bereitgestellt, welches diese beispielsweise zur Querführung verwendet. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mithilfe eines von einem Regler berechneten Lenkmoments die berechnete Solltrajektorie automatisch abgefahren wird. Dadurch wird das Fahrzeug von statischen Hindernissen sowie von fahrenden Fahrzeugen weggelenkt. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Fahrer ein Gegenmoment am Lenkrad spürt, wenn er auf fahrende und statische Hindernisse zu lenkt, was das subjektive Sicherheitsempfinden in engen Situationen erhöht. Die Trajektorienplanung selbst unterscheidet dabei nicht zwischen dynamischen und statischen Hindernissen.
In 2 bis 9 sind Situationen dargestellt, in denen das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft angewendet wird.
2 zeigt den Fall, in dem ein Ego-Fahrzeug 21 ein anderes Fahrzeug 24 überholt. Das Fahrassistenzsystem soll durch entsprechende Lenkeingriffe das Ego-Fahrzeug 21 von dem überholten Fahrzeug 24 entfernt halten, bzw. ein spürbares Gegenmoment aufbauen, wenn der Fahrer in Richtung des zu überholenden Fahrzeugs 24 lenkt. Ein prädizierter Fahrkorridor 50, der dies leistet, ist in 6 zum in 2 dargestellten Zeitpunkt und in 7 zu einem späteren Zeitpunkt des Überholmanövers dargestellt.
Das Ego-Fahrzeug 21 hat beim Überholmanöver eine Bewegungsrichtung 22 auf seiner Fahrspur 23. Das zu überholende Fahrzeug 24 befindet sich, wie dargestellt, auf der rechten Spur 26 der Straße und hat seinerseits eine Bewegungsrichtung, die schematisch mit dem Pfeil 25 angedeutet ist. Die Straße 23 wird linksseitig durch eine feste Fahrbahnbegrenzung 27 begrenzt, welche, wie in 6 dargestellt, beispielsweise aus einer Reihe von Pylonen 27a bestehen kann. Rechtsseitig ist die Straße 23 ebenfalls durch eine Fahrbahnbegrenzung 28 begrenzt. Ein am Ego-Fahrzeug 21 angeordnetes Kamerasystem 30 erfasst außerdem Fahrspurmarkierungen 29 der Straße 23, welche die linke und die rechte Fahrspur voneinander trennen. Ein Erfassungsbereich des Kamerasystems 30 ist hier beispielhaft mit dem Bezugszeichen 32 dargestellt. Das Ego-Fahrzeug 21 weist außerdem Ultraschallsensoren 31 auf, welche Erfassungsbereiche 33 mit typischer Keulenform aufweisen. Um den Bereich neben dem Ego-Fahrzeug 21 zu erfassen, sind die Ultraschallsensoren 31 im vorderen Stoßfänger mit Erfassungsbereich nach links und nach rechts positioniert. Auch die Sensoren im hinteren Stoßfänger sind so positioniert, dass diese einen Bereich links und rechts neben dem Ego-Fahrzeug 21 erfassen. Das zu überholende Fahrzeug 24 liegt teilweise im Erfassungsbereich 32 des Kamerasystems 30 und wird außerdem von dem vorderen rechten Ultraschallsensor 31 erfasst. Anhand der erfassten Daten ist der Abstand 34 des Ego-Fahrzeugs 21 zum überholten Fahrzeug 24 ermittelbar.
3 zeigt eine weitere Situation mit dem Ego-Fahrzeug 21 und dem zu überholenden Fahrzeug 24, wobei im vorliegenden Fall ein so genanntes versetztes Auffahren dargestellt ist, d. h. ein Fall, in dem das Ego-Fahrzeug 21 mit einem leichtem Versatz 34 auf das Fahrzeug 24 zufährt, das überholt werden soll. Die Funktion leitet den Fahrer durch ein definiertes Lenkmoment nach links neben das zu überholende Fahrzeug 24. Ist links neben der Spur ein Hindernis, wie etwa die Mauer 27, so wird das Fahrzeug zwischen der Mauer 27 und dem zu überholenden Fahrzeug 24 ausgerichtet. Der vom erfindungsgemäßen Verfahren prädizierte Fahrkorridor ist in dargestellt.
Anhand der Auswertung der Signale des Kamerasystems 30 und des Ultraschallsystems 31 besteht im dargestellten Fall wiederum Information über den lateralen Abstand 34, welcher in diesem Fall einen negativen Wert einnimmt und als Versatz bezeichnet ist. Beim linksseitigen Überholen berechnet sich der laterale Abstand 34 bevorzugt durch Inbeziehungsetzen der rechten Seitenfront 36 des Ego-Fahrzeugs 21 zur linken Seitenfront 39 des zu überholenden Fahrzeugs 24. Weiterhin besteht Information über einen Längsabstand 35, welcher im dargestellten Fall der Abstand der Heckfront 38 des zu überholenden Fahrzeugs 24 zur Front 37 des Ego-Fahrzeugs 21 ist.
4 zeigt eine weitere Situation mit dem Ego-Fahrzeug 21 und dem zu überholenden Fahrzeug 24, wobei hier das zu überholende Fahrzeug 24 in die Fahrspur 23 des Ego-Fahrzeugs 21 hineindriftet. Ist ein entsprechend knapper Abstand 40 erreicht, soll das Ego-Fahrzeug 21 durch einen Lenkeingriff nach links von dem auf das Ego-Fahrzeug 21 zufahrende Fahrzeug 24 weggelenkt werden, um eine seitliche Kollision zu vermeiden. Der durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens prädizierte Fahrkorridor ist in 9 dargestellt. Die Bewegungsrichtung 25 des überholten Fahrzeugs 24 ist nicht parallel zur Bewegungsrichtung 22 des Ego-Fahrzeugs 21.
5 zeigt eine weitere Darstellung der in 2 dargestellten Situation des versetzten Auffahrens. Das Umfeld des Ego-Fahrzeugs 21 wird von den Umfelderfassungseinheiten 30, 31 erfasst und die darin ermittelten Objekte, hier die linke Fahrbahnbegrenzung 27, die rechte Fahrbahnbegrenzung 28 und das zu überholende Fahrzeug 24 werden in Polygonzüge 55, 56, 57 umgesetzt. Ein erster Polygonzug 55 stellt die linksseitige Fahrbahnbegrenzung 27 dar und umfasst Stützpunkte 41. Ein zweiter Polygonzug 56 stellt die rechtsseitige Fahrbahnbegrenzung 28 dar und umfasst Stützpunkte 42, welche der rechtsseitigen Fahrbahnbegrenzung 28 entsprechen, sowie Stützpunkte 43, 44, welche dem zu überholenden Fahrzeug 24 zugeordnet sind.
Bei der Berechnung des Fahrkorridors kann folgendermaßen vorgegangen werden: Den Stützpunkten 41, 42, 43, 44 der Polygonzüge 55, 56 wird neben einer Ortsangabe auch eine Geschwindigkeitsangabe beigefügt. Zunächst werden alle Stützpunkte mit Geschwindigkeit ungleich Null gesucht. Übersteigt die Anzahl dieser Stützpunkte einen definierten Schwellwert, so wird ein dynamisches Objekt erkannt und der Korridor muss entsprechend angepasst werden. In dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Stützpunkte 43, 44, welche dem zu überholenden Fahrzeug 24 zugeordnet sind, Geschwindigkeitswerte ungleich Null auf. Der Fahrkorridor für das dynamische Hindernis wird auf den Fahrkorridor für ein entsprechendes statisches Hindernis umgerechnet. Aus den geschwindigkeitsabhängigen Stützpunkten 43, 44 werden hierzu geschwindigkeitsunabhängige Stützpunkte 43a, 44a anhand ermittelter Absolutgeschwindigkeit oder anhand ermittelter Relativgeschwindigkeit zu dem Ego-Fahrzeug 21 errechnet. Für die geschwindigkeitsabhängigen Stützpunkte 43, 44 wird dabei die Zeit bestimmt, zu der sie die Vorderkante 37 des Fahrzeugs 21 passieren werden. Der Stützpunkt 44 mit der kleinsten so berechneten Zeit wird als Aufpunkt 44 für die anschließende Berechnung der geschwindigkeitsunabhängigen Stützpunkte 43a, 44a verwendet. Zunächst wird die Position des Aufpunktes in Längs- und Querrichtung verschoben. Die Größe der Verschiebung entspricht der berechneten Zeit, zu der der Aufpunkt 44 die Vorderkante 37 des Fahrzeugs 21 passiert, multipliziert mit der Längs- bzw. Quergeschwindigkeit des geschwindigkeitsabhängigen Stützpunktes. Alle weiteren geschwindigkeitsunabhängigen Stützpunkte 43a, 44a des geschwindigkeitsunabhängigen Fahrkorridors liegen auf einem Geradensegment, das im verschobenen Aufpunkt startet und an einem maximalen Wert in Längsrichtung, der z. B. der Sensorsichtweite entspricht, endet. Die Steigung des Geradensegments entspricht dem Verhältnis aus Quergeschwindigkeit und Längsgeschwindigkeit der Stützpunkte des geschwindigkeitsabhängigen Fahrkorridors.
Die ermittelten geschwindigkeitsunabhängigen Stützpunkte 41a, 42a, 43a, 44a bilden schließlich geschwindigkeitsunabhängige Polygonzüge 55a, 56a, 57a, die einen kollisionsfrei überstreichbaren Bereich für das Fahrzeug, mit anderen Worten, den geschwindigkeitsunabhängigen Fahrkorridor begrenzen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass dem Fahrer erlaubt wird, ohne störenden Lenkeingriff auch noch knapp hinter dem vorausfahrenden Fahrzeug 24 einzuscheren. Hierbei wird zunächst aus den dynamischen Stützpunkten 43, 44 derjenige gesucht, der den minimalen euklidischen Abstand zur Vorderkante 37 des Ego-Fahrzeugs 21 hat, im dargestellten Ausführungsbeispiel derjenige Stützpunkt mit Bezugszeichen 44. Für den so gefundenen Stützpunkt 44 wird die Zeit bestimmt, zu der die Vorderkante 37 des Fahrzeugs 21 diesen Punkt passiert. Fährt das Ego-Fahrzeug 21 bereits neben dem anderen Fahrzeug 24, wie in der in 7 dargestellten Situation, so ist diese Zeit gleich Null. Überschreitet diese Zeit einen festgelegten Wert, beispielsweise eine definierte Zeit zwischen 0,5 und 5 Sekunden, bevorzugt zwischen 1 und 3 Sekunden, besonders bevorzugt 1,5 oder 2 Sekunden, so wird der entsprechende Stützpunkt 44, 43 vollständig entfernt. Dadurch wird dem Fahrer erlaubt, ohne störenden Lenkeingriff auch noch knapp hinter dem vorausfahrenden Fahrzeug 24 einzuscheren. Ist die berechnete Zeitdifferenz zum gewählten dynamischen Stützpunkt kleiner als die festgelegte Schwelle, so wird ein neuer geschwindigkeitsunabhängiger Stützpunkt 44a berechnet.
Anhand des geschwindigkeitsunabhängigen Stützpunkts 44a wird eine Halbgerade berechnet, welche ihren Ansatzpunkt im neu berechneten Stützpunkt 44a aufweist und deren Steigung sich anhand einer Auswertung der lateralen Geschwindigkeit des Objekts bestimmt. Die laterale Geschwindigkeit kann beispielsweise mittels Kalman-Filter aus der Änderung der lateralen Position geschätzt werden. Im Prädiktionsschritt kann die Ego-Bewegung als Kontrollgröße aufgeschaltet werden, um Änderungen in der relativen Lateralgeschwindigkeit, die durch Bewegung des Ego-Fahrzeugs verursacht werden, schneller folgen zu können.
6 zeigt die in 2 dargestellte Situation aus Sicht einer Frontkamera des Ego-Fahrzeugs. Linksseitig erweist sich die Fahrbahnbegrenzung 27 als eine Reihe von Pylonen 27a und rechtsseitig ist das zu überholende Fahrzeug 24 dargestellt, welches sich im Erfassungsbereich der Frontkamera des Ego-Fahrzeugs befindet. Wie mit Bezug zu 5 beschrieben, wurden für die dargestellte Situation Polygonzüge 55a, 56a, 57a ermittelt, welche in Geradensegmente 45, 46, 51 umgerechnet wurden, die einen Fahrkorridor 50 des Ego-Fahrzeugs 21 begrenzen.
Die Geradensegmente 45, 46 gehen jeweils durch einen ausgewählten Korridorpunkt, beispielsweise durch denjenigen mit minimalem euklidischem Abstand zur Vorderkante des Ego-Fahrzeugs. Da sich das zu überholende Fahrzeug 24 in der dargestellten Situation bereits zum Teil neben dem Ego-Fahrzeug 21 aufhält, beginnt in diesem Fall die Halbgerade 46 auf Höhe der Vorderkante des Ego-Fahrzeugs.
In 7 ist dieselbe Situation wie in 6 zu einem späteren Zeitpunkt dargestellt, in welchem sich das überholte Fahrzeug 24 vollständig neben dem Ego-Fahrzeug 21 befindet. Das zu überholende Fahrzeug 24 ist durch das Videosystem alleine nicht mehr sichtbar, wird dennoch durch die Ultraschallsensoren erfasst. Anhand der Auswertung der Abstandsinformationen des Ultraschallsystems wird das Geradensegmente 46 ermittelt, welches rechtsseitig den Fahrkorridor 50 des Ego-Fahrzeugs 21 begrenzt. Die Geradensegmente 45, 51 werden wie beschrieben berechnet und begrenzen den Fahrkorridor 50 des Ego-Fahrzeugs 21 linksseitig und nach vorne.
Um der Bewegung des Ego-Fahrzeugs 21 Rechnung zu tragen, wird bei der Filterung der Ultraschallsignale und, gemäß einigen Ausführungsformen auch bei der Filterung der Kamerasignale, eine so genannte Ego-Kompensation durchgeführt. Hierzu werden bei der Filterung der Ultraschallsignale die N vergangenen Abstandswerte in einem Vektor dk = [d_k, d_k-1, ..., d_k-N-1]^T abgelegt. Dabei bezeichnet k den Index des aktuellen Zeitschritts. Zu diesem Abstandsvektor wird ein Δy addiert, nämlich dk = dk + Δy mit Δy = [Δy₁, Δy₂, ..., Δy_N]^T, wobei Δy_i = υ_xΔtsinΣ i / j=1ω_jΔt ist. Hierbei bezeichnet υ_x die Ego-Geschwindigkeit, Δt die Abtastzeit des Systems und ω_j die Gierrate zum Abtastzeitpunkt vor j Zeitschritten. Es wird also die laterale Veränderung des Abstands zum überholten Fahrzeug 24 kompensiert, die durch das Ego-Fahrzeug 21 verursacht wird. Dann kann anschließend durch eine Minimumsbildung über den Vektor eine gegenüber Ausreißern nach oben robuste Abstandsschätzung des USS-Signals gewonnen werden, ohne dass ein unerwünschtes „Nachhängen” des Signals entsteht, wenn sich das Ego-Fahrzeug 21 vom überholten Fahrzeug in seitlicher Richtung entfernt. Letzteres würde sich in einem zu lange aktiv bleibenden Lenkeingriff äußern, was in einem starken Abprallen des Ego-Fahrzeugs 21 vom überholten Fahrzeug 24 resultiert. Die beschriebene Ego-Kompensation verhindert dies.
In 8 ist die in 5 dargestellte Situation des versetzten Auffahrens gezeigt. Durch die Umrechnung in geschwindigkeitsunabhängige Koordinaten beginnt der Ansatzpunkt 47 der den Fahrkorridor 50 rechtsseitig begrenzenden Geraden 46, wie anhand Bezugszeichen 44a in 5 ersichtlich, aufgrund der detektieren Geschwindigkeitsverhältnisse beispielhaft noch hinter dem zu überholenden Fahrzeug 24. Die Geradensegmente 45, 51 werden wie beschrieben berechnet und begrenzen den Fahrkorridor 50 des Ego-Fahrzeugs 21 linksseitig und nach vorne. Der Fahrkorridor 50, welcher für die Planung der Solltrajektorie des Fahrzeugs bereitgestellt wird, umfasst somit auch den Ort, an dem sich das zu überholende Fahrzeug 24 zum dargestellten Zeitpunkt befindet.
Bei Fahrzeugen 24, die in die Fahrbahn 23 des Ego-Fahrzeugs 21 hineinlenken, und somit eine entsprechende Quergeschwindigkeit haben, wird die prädizierte Fahrkorridorgrenze 46 in die Fahrbahn 23 des Ego-Fahrzeugs 21 hineinragen, wie in 9 dargestellt. Die Geradensegmente 45, 51 werden wie beschrieben berechnet und begrenzen den Fahrkorridor 50 des Ego-Fahrzeugs 21 linksseitig und nach vorne. Überholte Fahrzeuge, die sich vom eigenen Ego-Fahrzeug 21 lateral entfernen, führen analog zu einem prädizierten Fahrkorridor 50, der nach außen zeigt. Der Fahrkorridor ist durch ein gerade neben dem Ego-Fahrzeug fahrenden Fahrzeug 24 schließlich analog zu einer entlang der Fahrspur des überholten Fahrzeugs verlaufenden Mauer begrenzt.
10 zeigt beispielhaft ein Ultraschallsignal beim Überholen eines Lkws. Da den Ultraschallsensor zwischenzeitlich Reflektionen innerhalb des Unterbaus des Lkw erreichen, wird der seitliche Abstand an den markierten Stellen 53, 54 überschätzt. Das Signal springt stark. Der tatsächliche Abstand des Lkw wird im dargestellten Beispiel durch den ersten Spitzenwert 52 definiert, welcher durch Anwendung einer Minimumoperation unter Berücksichtigung der Bewegung des Egofahrzeugs herausgefiltert werden kann. Das weitere Vorgehen entspricht dem zuvor unter dem Stichwort „Ego-Kompensation” erläuterten Vorgehen, d. h. die Werte werden in einem Vektor abgelegt, mit Ego-Bewegung korrigiert und anschließend wird das Minimum aus diesem Vektor verwendet.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010051492 A1 [0003]
DE 102005039895 A1 [0004]
DE 102007027494 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Bereitstellung eines Fahrkorridors (50) für ein Fahrzeug (21), wobei anhand von Umfelderfassungsdaten ein Fahrkorridor mit geschwindigkeitsabhängiger Begrenzung (55, 56, 57) ermittelt wird, wobei aus dem Fahrkorridor (50) mit geschwindigkeitsabhängiger Begrenzung (55, 56, 57) ein Fahrkorridor (50) mit geschwindigkeitsunabhängiger Begrenzung (45, 46, 51) für das Fahrzeug (21) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich vor dem Fahrzeug (21) und/oder seitlich des Fahrzeugs (21) befindende bewegte Objekte (24) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelt wird, zu welchem Zeitpunkt sich das bewegte Objekt (24) auf gleicher Höhe wie das Fahrzeug (21) befindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass laterale Geschwindigkeiten und Längsgeschwindigkeiten der bewegten Objekte (24) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Fahrkorridors (50) mit geschwindigkeitsunabhängiger Begrenzung (45, 46, 51) Bewegungseigenschaften des Fahrzeugs (21) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des ermittelten Fahrkorridors (50) mit geschwindigkeitsunabhängiger Begrenzung (45, 46, 51) eine Solltrajektorie für das Fahrzeug (21) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Umfelderfassungsdaten von Ultraschallsensoren (31) bereitgestellt werden und die Ultraschallsignale einer Minimumsfilterung unterworfen werden.
Computerprogramm zur Ausführung eines der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn das Computerprogramm auf einer programmierten Computereinrichtung ausgeführt wird.
Fahrassistenzsystem, insbesondere zur Ausführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Kamerasystem (11, 30) zur Bereitstellung von Umfelddaten eines Fahrzeugs (21), einer Einheit zur Ermittlung eines Fahrkorridors mit geschwindigkeitsabhängiger Begrenzung (55, 56, 57) und einer Einheit zur Ermittlung eines Fahrkorridors (50) mit geschwindigkeitsunabhängiger Begrenzung (45, 46, 51).
Fahrassistenzsystem nach Anspruch 9, weiterhin aufweisend ein Ultraschallsystem (12, 31) zur Bereitstellung von Umfelddaten des Fahrzeugs (21).