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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines ein Kraftfahrzeug zumindest zum Teil umgebenden und vom Kraftfahrzeug befahrbaren Freiraums, wobei die Umgebung um das Kraftfahrzeug betreffende Sensordaten erfasst werden und in Abhängigkeit von den erfassten Sensordaten der Freiraum bestimmt wird. Zur Erfindung gehören auch ein Computerprogrammprodukt, eine Freiraumbestimmungseinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug.
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Für viele Assistenzsysteme ist die Kenntnis über den das Kraftfahrzeug umgebenen Freiraum essenziell. Zur Erfassung der Umgebung des Kraftfahrzeugs können diverse Sensoren verwendet, wobei die Sensordaten der verschiedenen Sensoren fusioniert werden können. Solche Sensordatenfusions-Systeme stellen dann entsprechende Informationen über die dynamische und statische Umgebung des Kraftfahrzeugs bereit. Die Darstellung der statischen Umgebung ist dabei besonders schwierig zu beschreiben, da diese sehr komplex sein kann. Ein Belegungsgitter stellt dabei eine bewährte Maßnahme zur Darstellung der statischen Umgebung dar, jedoch stellt eine solche Belegungsgitter-Darstellung keine besonders geeignete Darstellung dar, um diese an andere Kraftfahrzeugkomponenten zu übermitteln, zum Beispiel um diese einer Steuereinrichtung eines Fahrerassistenzsystems bereitzustellen, da eine solche Belegungsgitter-Darstellung eine sehr große Bandbreite erfordert. Aufgrund der großen Datenmengen gestaltet sich auch die Auswertung und Verwendung dieser Daten, zum Beispiel zur Pfadplanung, sehr schwierig und rechnerisch aufwendig.
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Um die Bandbreite zur reduzieren, kann die erfasste statische Umgebung in eine Liste von Konturen transformiert werden, wie dies beispielsweise in der
DE 10 2013 019 264 A1 beschrieben wird. Einzelne in der Umgebung detektierte Objekte können dabei durch Linienzüge approximiert werden. Ein solcher Linienzug kann dann verschiedene Arten von Kanten aufweisen, wie beispielsweise nicht überfahrbare Hindernisse, überfahrbare Hindernisse und Sichtbereichsgrenzen der Sensorüberwachung. Dabei werden die Sensordaten eines jeweiligen Umfeldsensors in einen separaten Linienzug gewandelt. Die so erzeugten Linienzüge können dann weiterverarbeitet werden.
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Weiterhin beschreibt die
KR 10 2017 0 008 505 A ein Freiraumkartenerzeugungsverfahren sowie ein Freiraumkartenerzeugungssystem, gemäß welchen auf Basis der erfassten Sensordaten ein dreidimensionales Polygonnetz erzeugt wird und eine konkave Struktur, die von dem erzeugten Polygonnetz umgeben ist, erstellt wird, deren Inneres den Freiraum definiert.
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Sowohl die Linienzugdarstellungen als auch die dreidimensionale Approximation der Umgebungsgrenzen durch ein komplexes Netz aus Primitiven ist weiterhin relativ komplex und erfordert daher immer noch eine relativ große Bandbreite bei der Datenübertragung.
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Die
US 2016/0 272 199 A1 beschreibt ein Verfahren, gemäß welchem benachbarte Fahrzeuge erfasst werden und einem jeweiligen sich an die erfassten Kraftfahrzeuge anschließenden Bereich ein Potenzialfeld zugeordnet wird, welches den Grad des psychologischen Drucks wiedergibt, dem ein Fahrer eines Eigenfahrzeugs ausgesetzt ist. Das Eigenfahrzeug wird dann so geführt, dass hohe Potenzialfelder vermieden werden. In welcher Form hierbei die erfassen Sensordaten zur Weiterverarbeitung dargestellt werden, ist jedoch nicht beschrieben.
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DE 10 2015 115 012 A1 betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Umgebungskarte einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs, bei welchem mittels einer Auswerteeinrichtung von einer Kamera des Kraftfahrzeugs zumindest ein Bild von der Umgebung empfangen wird und in der Umgebungskarte anhand des zumindest einen Bilds ein Freiraum bestimmt wird, welcher einen Teil der Umgebung innerhalb eines Erfassungsbereichs der Kamera beschreibt, der frei von Hindernissen für das Kraftfahrzeug ist, wobei mittels der Auswerteeinrichtung in dem zumindest einen Bild zumindest ein Bereich erkannt wird, der mit dem Kraftfahrzeug befahrbar ist, in der Umgebungskarte zumindest ein Grenzelement bestimmt wird, welches eine räumliche Begrenzung des zumindest einen erkannten Bereichs beschreibt, und der Freiraum anhand des zumindest einen Grenzelements definiert wird.
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DE 10 2016 217 718 A1 offenbart ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein computerlesbares Speichermedium mit Instruktionen zum Bestimmen einer Position eines Fahrzeugs innerhalb einer Parkfläche. Die Vorrichtung hat eine Bildverarbeitungseinheit zum Detektieren von einem oder mehreren stehenden Objekten innerhalb der Parkfläche und zum Detektieren eines befahrbaren Bereichs innerhalb der Parkfläche. Die Vorrichtung hat weiterhin eine Positionsschätzungseinheit zum Bestimmen einer geschätzten Position des Fahrzeugs relativ zu den detektierten stehenden Objekten. Eine Transformationseinheit transformiert die detektierten stehenden Objekte und die geschätzte Position des Fahrzeugs in eine Umgebungskarte und fügt den detektierten befahrbaren Bereichs ausgehend von der geschätzten Position des Fahrzeugs in die Umgebungskarte ein. Eine Positionsbestimmungseinheit ermittelt mögliche Positionen des Fahrzeugs durch Zuordnen der Umgebungskarte zu einer Karte der Parkfläche und bestimmt eine endgültige Position des Fahrzeugs aus den möglichen Positionen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen eines ein Kraftfahrzeug zumindest zum Teil umgebenden befahrbaren Freiraums, ein Computerprogrammprodukt, eine Freiraumbestimmungseinrichtung und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche es ermöglichen, den Freiraum möglichst umfassend um gleichzeitig auf möglichst einfache Weise darzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, durch ein Computerprogrammprodukt, durch eine Freiraumbestimmungseinrichtung und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen eines ein Kraftfahrzeug zumindest zum Teil umgebenden und vom Kraftfahrzeug befahrbaren Freiraums werden eine Umgebung um das Kraftfahrzeug betreffende Sensordaten erfasst und in Abhängigkeit von den erfassten Sensordaten der Freiraum bestimmt. Dabei wird in Abhängigkeit von den erfassten Sensordaten und in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Referenzpunkt ein einzelnes geschlossenes Polygon mit mehreren Seiten als zweidimensionale Begrenzung des Freiraums um den vorgebbaren Referenzpunkt ermittelt, wobei der Innenbereich des Polygons den Freiraum definiert, und wobei einer jeweiligen Seite eine Bedeutung zugeordnet wird, indem in Abhängigkeit von den erfassten Sensordaten eine jeweilige Seite einer von mehreren definierten Bedeutung-Klassen zugeordnet wird, wobei zumindest eine erste der Bedeutungs-Klassen eine Grenze zu einem in der Umgebung vorhandenen Objekt betrifft und zumindest eine zweite der Bedeutungs-Klassen eine Erfassungsgrenze betrifft.
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Durch das geschlossene Polygon lässt sich vorteilhafterweise die gesamte Umgebung um den Freiraum auf besonders einfache Weise beschreiben, und gleichzeitig kann durch die Zuordnung der einzelnen Seiten des Polygons zu einer jeweiligen Bedeutungs-Klasse vorteilhafterweise auch eine umfassende Information darüber bereitgestellt werden, was sich in eine bestimmte Richtung an den Freiraum, der durch die jeweiligen Seiten des Polygons begrenzt ist, anschließt. Durch diese semantische Freiraumbeschreibung, die durch die den jeweiligen Seiten des Polygons zugeordnete Bedeutung bereitgestellt ist, kann die benötigte Bandbreite bei der Datenübertragung deutlich verringert werden und gleichzeitig können dennoch alle notwendigen Informationen, die für eine Weiterverarbeitung des Freiraums, zum Beispiel durch ein Fahrerassistenzsystem, erforderlich sind, bereitgestellt werden. Die Beschreibung des Freiraums durch ein einzelnes solches geschlossenes Polygon stellt dabei vorteilhafterweise zudem eine auf zwei Dimensionen beschränkte Darstellung des Freiraums dar. Dieses vereinfacht die Darstellung und deren Komplexität enorm, was wiederum der reduzierten Bandbreite zu Gute kommt.
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Darüber hinaus stellt der Referenzpunkt eine Art virtuellen Blickpunkt dar. Vom Referenzpunkt aus besteht zu jedem Eckpunkt des so definierten Polygons eine direkte Verbindung, insbesondere ohne dabei eine Kante des Polygons beziehungsweise eine Seite des Polygons zu schneiden. Das Polygon kann dabei konkav und/oder konvex sein, ist jedoch nicht überschlagen, das heißt, die Seiten des Polygons schneiden sich nicht. Dieser Referenzpunkt ist vorteilhafterweise vorgebbar und damit frei wählbar. Zweckmäßigerweise wird dieser im Bereich des Kraftfahrzeugs gewählt, muss aber nicht notwendigerweise innerhalb des Kraftfahrzeugs liegen und kann theoretisch auch außerhalb des Kraftfahrzeugs liegend gewählt werden. Die Klassifikation einer jeweiligen Seite beschreibt vorteilhafterweise, was diese Seite des Polygons begrenzt. Schließt sich also beispielsweise an eine Seite des Polygons ein detektiertes Objekt an, so wird diese Seite des Polygons der ersten Bedeutungs-Klasse, die eine Grenze zu einem in der Umgebung vorhandenen Objekt betrifft, zugeordnet. Befindet sich ausgehend vom Referenzpunkt in eine Richtung kein in der Umgebung befindliches Objekt, was anhand der erfassten Sensordaten festgestellt werden kann, so wird in diesem Bereich das Polygon durch eine oder mehrere Seiten begrenzt, die die Erfassungsgrenze definieren und damit der zweiten Bedeutungs-Klasse zuzuordnen sind. Die Erfassungsgrenze stellt dabei diejenige Grenze dar, innerhalb von welcher Objekte noch durch die Sensorik des Kraftfahrzeugs, das heißt durch zumindest einen Umfeldsensor des Kraftfahrzeugs erfassbar sind, zum Beispiel noch mit vorbestimmt hinreichend hoher Zuverlässigkeit. Diese Erfassungsgrenze muss dabei nicht notwendigerweise fest vorgegeben sein, sondern kann auch situationsabhängig variieren, zum Beispiel je nach aktueller Erfassungszuverlässigkeit des mindestens einen Umfeldsensors.
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Neben den beiden oben genannten definierten Bedeutungs-Klassen, können noch vielzählige weitere Bedeutungs-Klassen oder Unterklassen definiert werden, was später näher erläutert wird. Im Allgemeinen definieren die Bedeutungs-Klassen, was sich an die betreffende Seite des Polygons auf der dem Freiraum abgewandten Seite anschließt. Schließt sich ein nächstgelegenes detektiertes Objekt an, so wird die korrespondierende Seite der ersten Bedeutungs-Klasse zugeordnet, schließt sich die Erfassungsgrenze an, so wird die korrespondierende Seite der zweiten Bedeutungs-Klasse zugeordnet, stellt eine Seite eine Grenze zu einem vom gewählten Referenzpunkt aus nicht einsehbaren Umgebungsbereich dar, so kann auch hierfür eine entsprechende Bedeutungs-Klasse definiert sein.
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Vorzugsweise wird der Freiraum in einem Vollwinkel um das Kraftfahrzeug bestimmt. Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug auch eine Sensorik, insbesondere eine Umfeldsensorik auf, die dazu ausgelegt ist, die Umgebung in einem Vollwinkel um das Kraftfahrzeug zu erfassen und/oder abzutasten. Somit lässt sich vorteilhafterweise der Freiraum um das gesamte Kraftfahrzeug herum bestimmen.
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Weiterhin wird das Polygon in einer Ebene ermittelt, die vorzugsweise zu einer Hochachse des Kraftfahrzeugs senkrecht ist. Mit anderen Worten wird durch das Polygon die zweidimensionale sich in der Horizontalen erstreckende Begrenzung des Freiraums ermittelt. Gerade in der Horizontalen ist es für viele Fahrerassistenzsysteme wichtig zu wissen, wo die nächsten Objekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs und/oder Erfassungsgrenzen angeordnet sind und welche Bereiche gefahrenlos befahren werden können.
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Bei der weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Sensordaten durch mehrere Umfeldsensoren des Kraftfahrzeugs bereitgestellt, insbesondere in Form von fusionierten Sensordaten. Zur Umfelderfassung können grundsätzlich jede beliebige Art von Sensoren verwendet werden. Die Sensordaten können dabei zum Beispiel von mehreren Sensoren des gleichen Typs bereitgestellt werden, zum Beispiel von mehreren Laserscannern, oder von mehreren Radaren, oder von mehreren Kameras, oder von mehreren Ultraschallsensoren, usw. Die Sensordaten können aber auch von mehreren Sensoren verschiedenen Typs bereitgestellt werden, also von einer beliebigen Kombination der oben genannten Sensoren. Diese fusionierten Sensordaten werden dann entsprechend in das beschriebene Polygon gewandelt. Dies hat den großen Vorteil, dass die Gesamtheit der von den einzelnen Sensoren bereitstellbaren Informationen in umfassender und einfacher Weise durch nur ein einzelnes Polygon, dessen Seiten mit einer von mehreren vorbestimmten Bedeutungen durch eine Klassifikation assoziiert werden, dargestellt werden kann.
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Diese erfassten und fusionierten Sensordaten können vor der Erstellung des Polygons auch einer Vorverarbeitung unterzogen werden, im Rahmen von welcher beispielsweise auf Basis der fusionierten Sensordaten Objekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs detektiert und hinsichtlich ihrer Art und/oder ihrer dynamischen Eigenschaften klassifiziert werden. Auf Basis dieser in der Vorverarbeitung bereits gewonnenen Erkenntnisse kann anschließend eine besonders einfache Klassifikation der einzelnen Seiten des Polygons vorgenommen werden.
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Dabei ist es weiterhin bevorzugt, dass die erste Bedeutungs-Klasse, die die Grenze zu einem in der Umgebung vorhandenen Objekt betrifft, die folgenden Unterklassen umfasst: eine erste Unterklasse, die die Grenze zu einem in der Umgebung vorhandenen statischen Objekt betrifft, eine zweite Unterklasse, die die Grenze zu einem in der Umgebung vorhandenen dynamischen Objekt betrifft, und eine dritte Unterklasse, die die Grenze zu einem in der Umgebung vorhandenen Objekt betrifft, welches in Bezug auf seine statischen und dynamischen Eigenschaften nicht klassifiziert ist. Somit kann durch die jeweiligen Seiten des Polygons vorteilhafterweise auch zwischen angrenzenden dynamischen Objekten und angrenzenden statischen Objekten unterschieden werden. Dies ist für viele Fahrerassistenzsysteme ganz besonders relevant. Stellt also eine Seite des Polygons eine Grenze zu einem als dynamisch klassifizierten Objekt dar, so wird auch diese Seite als Grenze zu einem dynamischen Objekt klassifiziert und dieser Seite die entsprechende Bedeutung als an ein dynamisches Objekt angrenzend zugeordnet. Grenzt eine Seite des Polygons dagegen an ein als statisch klassifiziertes Objekt an, so wird dieser Seite analog die Bedeutung als eine an ein statisches Objekt grenzende Seite zugeordnet. Kann ein Objekt dagegen auf Basis der Sensordaten nicht ausreichend zuverlässig als statisch oder dynamisch klassifiziert werden, so kann ein solches Objekt einer Klasse von unklassifizierten Objekten zugeordnet werden und ebenso wird dann die an ein solches Objekt grenzende Seite des Polygons als an ein unklassifiziertes Objekt grenzende Seite klassifiziert. Dadurch können die Seiten des Polygons vorteilhafterweise mit umfassenden Umgebungsinformationen belegt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Seite des Polygons, welche sich an einer Grenze zu einem ausgehend vom vorgebbaren Referenzpunkt nicht einsehbaren Bereich befindet, einer dritten Bedeutungs-Klasse betreffend eine Grenze zu einem nicht einsehbaren Bereich zugeordnet. Dies ist besonders vorteilhaft, da nicht davon ausgegangen werden kann, dass ein bestimmter Bereich, welcher nicht einsehbar ist, befahren werden kann. Somit können vorteilhafterweise durch diese Bedeutungszuweisung zu den betreffenden Seiten des Polygons auch Grenzen zu nicht einsehbaren Bereichen kenntlich gemacht werden.
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Darüber hinaus kann auch einer jeweiligen Seite des Polygons ein Zuverlässigkeitswert zugeordnet werden. Ein solcher Zuverlässigkeitswert kann gemäß einer vorbestimmten Vorschrift ermittelt werden. Beispielsweise lässt sich ein solcher Zuverlässigkeitswert in Abhängigkeit von einer, insbesondere aktuellen, Genauigkeit und/oder Zuverlässigkeit der Sensordaten, insbesondere derjenigen Sensordaten, die dieser Seite des Polygons zugeordnet werden können, berechnen.
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Insgesamt lassen sich somit alle relevanten Informationen, die von üblichen Fahrerassistenzsystemen benötigt werden, durch ein einzelnes Polygon mit gemäß ihrer Klassifikation annotierten Seiten darstellen. Die Seiten des Polygons können auch mit weiteren optionalen Werten assoziiert werden, zum Beispiel mit Geschwindigkeiten, zum Beispiel wenn eine Seite des Polygons als an ein dynamisches Objekt angrenzen klassifiziert wurde, wobei sich dann die Geschwindigkeit auf die aktuelle Geschwindigkeit diese dynamischen Objekts bezieht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Ermittlung des Polygons der Umgebungsbereich um den vorgebbaren Referenzpunkt in mehrere, insbesondere aneinandergrenzende Sektoren, insbesondere Kreissektoren, gegliedert, wobei in Abhängigkeit von den einem jeweiligen der Sektoren zugeordneten Sensordaten ein Eckpunkt des Polygons innerhalb eines jeweiligen Sektors bestimmt wird, und wobei je zwei Eckpunkte benachbarter Sektoren über eine Seite des Polygons verbunden werden. Dabei stellt der Umgebungsbereich vorzugsweise einen 360°-Umgebungsbereich um den Referenzpunkt dar. Dieser Bereich um den Referenzpunkt, insbesondere in einem Vollwinkel um den Referenzpunkt, kann nunmehr in vielzählige einzelne Sektoren gegliedert werden. Diese Sektoren sind also durch entsprechende Sektorgrenzen voneinander separiert, wobei je zwei benachbart angeordnete Sektoren an einer gemeinsamen Sektorgrenze aneinander angrenzen. Diese Sektorgrenzen verlaufen geradlinig vom Referenzpunkt aus radial nach außen. Vorzugsweise wird der Umgebungsbereich dabei in mehrere 100 Sektoren gegliedert, insbesondere können dabei auch mehr als 1000 Sektoren, zum Beispiel 1024, vorgesehen sein. Weiterhin können diese Sektoren jeweils gleiche Mittelpunktswinkel beziehungsweise Öffnungswinkel aufweisen, was aber nicht notwendigerweise der Fall sein muss, jedoch die Berechnungen vereinfacht. Diese Mittelpunktswinkel sind dann entsprechend vorzugsweise deutlich kleiner als 1°. Hierdurch lässt sich eine besonders hohe Auflösung in der Darstellung der Grenzen des Freibereichs bereitstellen. Für einen jeweiligen Sektor werden nun in diesem Sektor fallende Sensordaten betrachtet, d.h. die Messpunkte die innerhalb eines jeweiligen dieser Sektoren von einem oder mehrerer Umfeldsensoren des Kraftfahrzeugs erfasst wurden. Wurden innerhalb eines Sektors keine Messpunkte erfasst, so bedeutet dies, dass der diesem Sektor zugeordnete Ortsbereich frei befahrbar ist, zumindest bis zu einer Erfassungsgrenze der Sensoren. Entsprechend kann dann in einem solchen Fall ein Eckpunkt des Polygons in einem solchen Sektor an der Erfassungsgrenze gewählt werden. Liegt in einem anderen der Sektoren beispielsweise ein Teil eines Objekts, so kann auch an dieser Stelle ein Eckpunkt des Polygons an der erfassten Objektgrenze gewählt werden. Erstreckt sich dieses Objekt über mehrere Sektoren, und wurde dieses Objekt beispielsweise als statisch klassifiziert, so können entsprechend auch die Verbindungslinien zwischen den in den Sektoren bestimmten Eckpunkten als an ein statisches Objekt angrenzend klassifiziert werden. Auf diese Weise lässt sich das Polygon besonders einfach konstruieren und den jeweiligen Polygonseiten ihre entsprechende Bedeutung zuweisen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine jeweilige Seite in Abhängigkeit von denjenigen Sensordaten, insbesondere in Abhängigkeit von nur denjenigen Sensordaten, klassifiziert, die den beiden benachbarten Sektoren zugeordnet sind, in welchen sich die Eckpunkte befinden, welche durch die betreffende Seite verbunden sind. Befinden sich zum Beispiel in 2 benachbart angeordneten Sektoren Messpunkte, die einem als dynamisch klassifizierten Objekt zugeordnet sind, so kann auch die Seite, die die in diesen beiden Sektoren liegenden Eckpunkte des Polygons miteinander verbindet auf einfache Weise als an ein dynamisches Objekt angrenzend klassifiziert werden. Für die Klassifikation der jeweiligen Seiten sind also insbesondere nur diese Sensordaten relevant, die sich auch in der Nähe dieser Seite, zum Beispiel in den beiden genannten Sektoren, oder auch darüber hinausgehend aber in vorbestimmter Nähe zu diesen Sektoren befinden.
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Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden für den Fall, dass ein Abstand zwischen zwei in der Umgebung des Kraftfahrzeugs detektierten Objekten kleiner ist als ein vorbestimmter Grenzwert, die beiden Objekte durch eine Linie verbunden, die eine Seite des Polygons bereitstellt, und die als Übergangsgrenze gemäß einer dritten der Bedeutungs-Klassen klassifiziert wird. Das Vorsehen einer solchen Übergangsklasse ist besonders vorteilhaft, denn auch Bereiche der Umgebung, die zwar prinzipiell frei und befahrbar wären, die sich jedoch andererseits zum Beispiel zwischen zwei Objekten befinden, die so nahe beieinander angeordnet sind, dass ein typisches Kraftfahrzeug mit einer typischen Breite nicht zwischen diese beiden Objekte passen würde, können somit ebenfalls kenntlich gemacht werden, insbesondere als genannte Übergangsgrenze, die damit ebenfalls als nicht überfahrbar gilt.
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Wie eingangs erwähnt kann der Referenzpunkt prinzipiell an jeder beliebigen Stelle im Raum gewählt werden. Vorteilhaft ist es dabei aber vor allem, wenn der vorgebbare Referenzpunkt innerhalb eines Bereichs, in welchen sich das Kraftfahrzeug aktuell befindet, vorgegeben wird. Damit wird vorteilhafterweise der Referenzpunkt in einem Bereich gewählt, welcher den einzelnen Blickpunkten der jeweiligen Umfeldsensoren des Kraftfahrzeugs sehr nahe ist. Mit anderen Worten, je näher der Referenzpunkt an den Sensoren des Kraftfahrzeugs gewählt wird, desto mehr Sensordaten können bei der Erstellung des Polygons verwendet werden, da dann der Blickpunkt der Sensoren auf die Umgebung und der Blick ausgehend vom Referenzpunkt auf die Umgebung sehr ähnlich sind. Zu Umgebungsbereichen, die zwar prinzipiell vom gewählten Referenzpunkt aus betrachtet einsehbar wären, die aber von keinem der Kraftfahrzeugsensoren einsehbar sind, können ohnehin keine Informationen bereitgestellt werden. Entsprechend ist es von Vorteil, den Referenzpunkt in vorbestimmter Nähe zu den Positionen der Sensoren des Kraftfahrzeugs zu wählen.
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Der Referenzpunkt definiert dabei in gewisser Weise, aus welcher Perspektive das Polygon erstellt wird. Mit anderen Worten definiert der Referenzpunkt den Punkt in der Umgebung, von welchem aus die Umgebung beziehungsweise die die Freibereichsgrenzen geometrisch betrachtet werden. Dadurch, dass der Referenzpunkt wählbar und zum Beispiel variierbar beziehungsweise veränderbar ist, lässt sich damit auch die Sicht auf die Umgebung beziehungsweise auf die Freibereichsgrenzen variieren. Dies ermöglicht wiederum vielzählige vorteilhafte weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten. Beispielsweise ist es vorteilhaft, wenn der vorgebbare Referenzpunkt in Abhängigkeit von einer Fahrsituation vorgegeben beziehungsweise gewählt wird, zum Beispiel in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrtrichtung. Fährt das Kraftfahrzeug beispielsweise vorwärts, so ist es bevorzugt, dass der Referenzpunkt im Bereich des Kraftfahrzeugs weiter vorne gewählt wird, als beispielsweise bei einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs. Bei einer Rückwärtsfahrt ist es vorteilhaft, den Referenzpunkt weiter hinten zu wählen. Somit kann bei der Vorwärtsfahrt die Sicht auf die Umgebung in Vorwärtsrichtung optimiert werden, während bei einer Rückwärtsfahrt eine entsprechende Sicht auf die Umgebung hinter dem Kraftfahrzeug optimiert werden kann, was zum Beispiel bei Einparkmanövern sehr vorteilhaft ist.
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Weist das Kraftfahrzeug beispielsweise nur einen einzelnen Umfeldsensor auf, mittels welchem die Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst wird, so wird der Referenzpunkt vorzugsweise am Ort dieses einzelnen Umfeldsensors gewählt. Damit stimmt dann der Blickpunkt des Sensors mit dem Referenzpunkt überein und die Informationsausbeute kann maximiert werden.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt aufweisend Programmcode, der in einem computerlesbaren Medium gespeichert ist, und der, wenn er durch einen Prozessor einer elektronischen Steuereinrichtung ausgeführt wird, den Prozessor dazu veranlasst, ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eines seiner Ausführungsformen auszuführen.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Freiraumbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines ein Kraftfahrzeug zumindest zum Teil umgebenden und vom Kraftfahrzeug befahrbaren Freiraums, wobei die Freiraumbestimmungseinrichtung mindestens einen Umfeldsensor aufweist, der dazu ausgelegt ist, eine Umgebung um das Kraftfahrzeug betreffende Sensordaten zu erfassen, und eine Steuereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von den erfassten Sensordaten den Freiraum zu bestimmen. Darüber hinaus ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von den erfassten Sensordaten und in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Referenzpunkt ein einzelnes geschlossenes Polygon mit mehreren Seiten als zweidimensionale Begrenzung des Freiraums um den vorgebbaren Referenzpunkt zu ermitteln, wobei der Innenbereich des Polygons den Freiraum definiert, und wobei einer jeweiligen Seite eine Bedeutung zugeordnet wird, indem in Abhängigkeit von den erfassten Sensordaten eine jeweilige Seite einer von mehreren definierten Bedeutungs-Klassen zugeordnet wird, wobei zumindest eine erste der Bedeutungs-Klassen eine Grenze zu einem in der Umgebung vorhandenen Objekt betrifft und zumindest eine zweite der Bedeutungs-Klassen eine Erfassungsgrenze betrifft.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Freiraumbestimmungseinrichtung.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt, die erfindungsgemäße Freiraumbestimmungseinrichtung sowie das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug. Zudem ermöglichen die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen Ausgestaltungen beschriebenen Verfahrensschritte die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts, der erfindungsgemäßen Freiraumbestimmungseinrichtung sowie des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs durch weitere korrespondierende gegenständliche Merkmale.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Freiraumbestimmungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Freiraumdarstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine schematische Veranschaulichung der Ermittlung eines Polygons als Freiraumdarstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 4 eine schematische Darstellung einer Freiraumdarstellung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer Freiraumbestimmungseinrichtung 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Freiraumbestimmungseinrichtung 2 umfasst dabei mindestens einen Umfeldsensor, und in diesem Beispiel fünf Sensoren 3, die um das Kraftfahrzeug 1 herum verteilt angeordnet sind, und die beispielsweise als Laserscanner ausgebildet sein können, oder auch als Kombination jeder beliebigen Art von Sensoren, zum Beispiel Ultraschallsensoren und/oder Radare und/oder Kameras. Dieses Sensorsystem bestehend aus den mehreren Sensoren 3 ist dazu ausgelegt, die Umgebung 4 um das Kraftfahrzeug 1 in einem Vollwinkel zu erfassen. Die Freiraumbestimmungseinrichtung 2 umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung 5. Die von den Umfeldsensoren 3 erfassten und die Umgebung 4 betreffenden Sensordaten SD werden nach jedem Erfassungszeitschritt an die Steuereinrichtung 5 übermittelt. Diese bestimmt in Abhängigkeit von den übermittelten Sensordaten SD den das Kraftfahrzeug 1 umgebenden und vom Kraftfahrzeug befahrbaren Freiraum 9 (siehe zum Beispiel 2). Zu diesem Zweck wird der Freiraum 9 vorteilhafterweise durch ein einzelnes geschlossenes Polygon 7 um einen vorgebbaren Referenzpunkt 8 mit mehreren Seiten 7a als zweidimensionale Begrenzung des Freiraums 9 dargestellt (siehe zum Beispiel 2), wobei weiterhin einer jeweiligen Seite 7a eine Bedeutung von mehreren definierten, insbesondere gemäß Bedeutungs-Klassen definierten, Bedeutungen zugeordnet wird, wobei diese Zuordnung beziehungsweise Klassifikation der einzelnen Seiten 7a des Polygons 7 ebenfalls auf einer Auswertung der Sensordaten SD beruht. Eine derartige Darstellung F des Freiraums 9, welche später näher beschrieben wird, umfasst weiterhin vorteilhafterweise alle für übliche Assistenzsysteme notwendigen Umfeldinformationen und erfordert bei der Übertragung an andere Kraftfahrzeugkomponenten nur eine äußerst geringe Bandbreite.
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Zum Erzeugen dieser Polygondarstellung F des Freiraums 9 können die an die Steuereinrichtung 5 übergebenen Sensordaten SD vorverarbeitet werden, um diese zum Beispiel zunächst zu fusionieren. Um aus den bereitgestellten Sensordaten SD, die optional fusioniert werden können, das genannte Polygon zu erzeugen, können die Sensordaten SD zunächst in einem Verarbeitungsschritt oder durch die Sensoren 3 selbst, geeignet dargestellt werden, zum Beispiel wie aus dem Stand der Technik bekannt, zum Beispiel mittels einer Belegungsgitter-Darstellung oder als Linienzugdarstellungen beziehungsweise sogenannte Fences-Darstellung. Aus den der Steuereinrichtung bereitgestellten Sensordaten SD erzeugt diese dann entsprechend das den Freiraum 9 begrenzende Polygon 7, dessen Seiten 7a mit Zusatzinformationen gemäß ihrer Klassifikation assoziiert sind, und stellt diese semantische Freiraumdarstellung F an einem Ausgang bereit und/oder übermittelt diese Darstellung an eine weitere Steuereinrichtung 6 eines Fahrerassistenzsystems, welches dann entsprechend auf Basis der übermittelten Freiraumdarstellung F entsprechende Fahrerassistenzfunktionen ausführen kann.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Freiraumdarstellung F gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In 2 ist zur besseren Veranschaulichung auch nochmal das Kraftfahrzeug 1 in der Freiraumdarstellung F abgebildet. Zur Erzeugung dieser Freiraumdarstellung F wird ein Polygon 7 um einen vorgebbaren Referenzpunkt 8 ermittelt, so dass der Innenbereich des Polygons 7 den vom Kraftfahrzeug 1 befahrbaren Freiraum 9 definiert. Das Polygon 7 kann dabei vielzählige Seite 7a aufweisen, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Weiterhin wird eine jeweilige Seite 7a in Abhängigkeit von den erfassten Sensordaten SD klassifiziert. Diese Klassen geben vorteilhafterweise an, wodurch der Freiraum 9 im Bereich der betreffenden Seite 7a des Polygons 7 begrenzt wird, also beispielsweise durch ein statisches Objekt, durch ein dynamisches Objekt, durch ein Objekt, welches jedoch hinsichtlich seiner Dynamik nicht klassifiziert werden konnte, durch die Erfassungsbereichsgrenze des oder der betreffenden Sensoren 3, durch einen Bereich, welcher ausgehend vom gewählten Referenzpunkt 8 nicht einsehbar ist oder einen Übergangsbereich beziehungsweise eine Übergangslinie, die zwei Objekte verbindet, die sich in einem Abstand kleiner als ein vorgegebener Grenzwert befinden, so dass das Kraftfahrzeug 1 aufgrund seiner Breite nicht zwischen diese Objekte hindurch fahren könnte.
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Die Seiten 7a des Polygons 7, die in 2 mit S bezeichnet sind, stellen Seiten dar, die als an ein statisches Objekt angrenzend klassifiziert wurden, die Seiten 7a, die mit D bezeichnet sind, stellen Seiten 7a dar, die an ein dynamisches Objekt angrenzend klassifiziert wurden, die Seiten 7a, die mit O bezeichnet sind, stellen Seiten 7a des Polygons 7 dar, die als an ein Objekt angrenzend klassifiziert wurden, welches jedoch nicht eindeutig als statisch oder dynamisch klassifiziert werden konnte, die Seiten 7a, die mit U bezeichnet sind, stellen Seiten 7a dar, die an einen Bereich grenzen, der vom Referenzpunkt 8 aus betrachtet nicht eingesehen werden kann, und die Seiten 7a, die mit T bezeichnet sind, stellen Übergangslinien dar, die zwei verschiedene Objekte miteinander verbinden, wie zum Beispiel ein anderes Kraftfahrzeug, welches nahe an eine Leitplanke fährt. Entsprechend ist üblicherweise der Freiraum zwischen diesem Kraftfahrzeug und der Leitplanke so gering, dass das Eigenfahrzeug 1 dazwischen nicht durch passen würde, so das in einem solchen Fall eine nicht überfahrbare Übergangslinie zwischen diesem Kraftfahrzeug und der Leitplanke als eine Seite 7a des Polygons 7 erstellt wird. Weiterhin sind in 2 die Seiten 7a, die mit G bezeichnet sind, als Erfassungsbereichsgrenzen klassifiziert worden.
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Eine solche semantische Freiraumdarstellung F kann nun vorteilhafterweise einen Fahrerassistenzsystem übergeben werden, zum Beispiel an ein Pfadplanungsmodul für ein Fahrerassistenzsystem zum automatischen beziehungsweise autonomen Fahren des Kraftfahrzeugs, welches auf Basis dieser Freiraumdarstellung F die Fahrtrajektorie für das Kraftfahrzeug 1 plant.
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Die Erstellung eines solchen Polygons 7 wird nunmehr anhand von 3 beschrieben. 3 zeigt dabei eine schematische Darstellung des Kraftfahrzeugs 1 in einer Draufsicht auf einer Straße 13, die von zwei Leitplanken 10 begrenzt wird, sowie zwei andere Verkehrsteilnehmer 11. Die Umgebung 4 des Kraftfahrzeugs 1 wird wiederum wie zu 1 beschrieben durch die entsprechenden in 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Umfeldsensoren 3 erfasst. Diese erfassten Sensordaten SD werden wiederum an der Steuereinrichtung 5 der Freiraumbestimmungseinrichtung 2 bereitgestellt. Weiterhin wird nun die Umgebung 4 des Kraftfahrzeugs 1, insbesondere ausgehend vom vorgebbaren Referenzpunkt 8 in mehrere Sektoren 12 gegliedert. Exemplarisch sind hierbei lediglich zu 24 Sektoren 12 dargestellt, vorzugsweise wird die 360° Umgebung jedoch in deutlich mehr Sektoren 12 gegliedert, insbesondere mehrere 100 Sektoren 12, vorzugsweise sogar über 1000 Sektoren 12. Im Allgemeinen können diese radial nach außen verlaufenden Sektoren 12 unterschiedlich groß sein, d.h. unterschiedliche Öffnungswinkel aufweisen, vorzugsweise sind die Öffnungswinkel der jeweiligen Sektoren 12 jedoch gleich groß, was die Berechnungen vereinfacht. Für einen jeweiligen Sektor 12 werden dann die diesem Sektor 12 zuordenbaren Sensordaten SD, d.h. diejenigen Sensordaten SD, die innerhalb eines solchen betreffenden Sektors 12 liegen, analysiert und auf deren Basis für einen jeweiligen Sektor 12 ein Eckpunkt E des Polygons 7 berechnet. Auch hier ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in 3 nur ein einzelner solcher Eckpunkt E mit einem Bezugszeichen versehen. Wird also beispielsweise innerhalb eines solchen Sektors 12 ein Objekt oder ein Teil davon detektiert, so kann aus den dieses Objekt betreffenden Messpunkten ein repräsentativer Eckpunkt E berechnet werden, zum Beispiel als Mittelwert oder als der dem Referenzpunkt 8 nächstgelegener Punkt, oder ähnliches. Wird in einem Sektor 12 kein Objekt detektiert, so kann als Eckpunkt E ein auf der Grenze des Erfassungsbereichs liegender Punkt gewählt werden. Die so ermittelten Eckpunkte E können dann durch entsprechende Linien miteinander verbunden werden, die dann die Seiten 7a des Polygons 7 bereitstellen. Weisen dabei Objekte Abstände zueinander auf, die kleiner sind als ein vorbestimmter Grenzwert, so werden diese Objekte durch eine Übergangslinie T miteinander verbunden, wie dies in 3 beispielsweise für die jeweiligen Verkehrsteilnehmer 11 und die benachbart angeordneten Leitplanken 10 der Fall ist. Diese Linien sind ebenfalls für das Kraftfahrzeug 1 nicht überfahrbar. Der Grenzwert für diesen Abstand kann in Anpassung an die Breite des Kraftfahrzeugs 1 geeignet gewählt werden, zum Beispiel zwischen 2 m und 4 m, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 3 m.
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Die so bereitgestellten Seiten 7a des Polygons 7 können dann wiederum wie zu 2 bereits beschrieben klassifiziert werden. Auch in diesem Beispiel in 3 wurden die mit S bezeichneten Seiten als an ein statisches Objekt grenzend klassifiziert, die mit D bezeichneten Seiten 7a als an ein dynamisches Objekt grenzende Seiten 7a klassifiziert, die mit T bezeichneten Seiten 7a als Übergangslinien klassifiziert und die mit G bezeichneten Seiten 7a als Erfassungsgrenzen klassifiziert. Darüber hinaus kann für jede Seite 7a auch noch ein entsprechender Zuverlässigkeitswert berechnet werden, wobei sich die Zuverlässigkeit hierbei zum Beispiel auf die Genauigkeit der Positionen der entsprechenden Seite 7a beziehen kann und/oder auch auf die Klassifikationsgenauigkeit, zum Beispiel auf die Wahrscheinlichkeit, dass zum Beispiel an eine Seite, die als an ein statisches Objekt angrenzend klassifiziert wurde, auch tatsächlich ein statisches Objekt angrenzt.
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Auch diese Zuverlässigkeitswerte können wiederum auf Basis der Sensordaten SD ermittelt werden, insbesondere unter Einbezug der Zuverlässigkeit und/oder Genauigkeit dieser Sensordaten SD.
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4 zeigt ein weiteres Beispiel einer Freiraumdarstellung F in Form eines einzelnen geschlossenen Polygons 7 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch hierbei bezeichnet wiederum das Bezugszeichen 1 das Eigenfahrzeug, und der Referenzpunkt 8 wurde wiederum innerhalb des Bereichs des Eigenfahrzeugs 1 gewählt, zum Beispiel auf einer Hinterachse, insbesondere in der Mitte der Hinterachse des Kraftfahrzeugs 1. Auf Basis der erfassten Sensordaten SD wurden wiederum andere Verkehrsteilnehmer 11 in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 detektiert. Zudem wurde auch wiederum zumindest bereichsweise eine Leitplanke 10 auf jeweiligen Seiten der Straße erfasst.
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Das Polygon 7 wurde hier in Bezug auf ein Koordinatensystem definiert, dessen Ursprung im Referenzpunkt 8 gewählt wurde und dessen Einheiten in der dargestellten x- und y-Richtung in Metern gewählt wurden. Weiterhin sind in diesem Beispiel nicht alle Seiten 7a des Polygons 7 im Detail dargestellt, sondern lediglich die Abschnitte, die sich aus mehreren Seiten 7a zusammensetzen können, die der gleichen Bedeutungs-Klasse zugeordnet wurden.
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Diese semantische Freirauminformation kann nun vorteilhafterweise bei der Pfadplanung verwendet werden, zum Beispiel um zu überprüfen, ob Kollisionen bevorstehen. In diesem dargestellten Beispiel würde prinzipiell eine Kollision in ca. 28 m bevorstehen. Allerdings beinhaltet, wie bereits beschrieben, diese Freiraumdarstellung F auch semantische Informationen, wie beispielsweise Informationen über dynamische Objekte, die bei der Kollisionsberechnung berücksichtigt werden können. Wenn ein solches dynamisches Objekt, wie in diesem Beispiel der dem Kraftfahrzeug 1 28 m voraus liegende andere Verkehrsteilnehmer 11, sich zum Beispiel mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Eigenfahrzeug 1 bewegt, entfällt die Notwendigkeit, irgendeine Korrektur für den geplanten Pfad zu berechnen. Andernfalls, zum Beispiel wenn sich der vorausfahrende Verkehrsteilnehmer 11 langsamer bewegt als das Eigenfahrzeug 1, wird ein Bremsvorgang und/oder ein Fahrspurwechsel geplant, und durch das Kraftfahrzeug durchgeführt.
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Auch hier sind wiederum manche Seiten 7a des Polygons 7 als nicht einsehbar U klassifiziert, da in diesem Fall ausgehend vom gewählten Referenzpunkt 8 nicht um die entsprechenden Ecken geblickt werden kann. Die Übergangsseiten T verbinden wiederum dynamische Objekte, wie die Verkehrsteilnehmer 11, mit der Straßenbegrenzung, zum Beispiel der Leitplanke 10.
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Wie in diesem Beispiel zu sehen, kombiniert die semantische Freiraumdarstellung Falle verfügbaren dynamischen und statischen Karteninformationen zu einem einzelnen Polygon mit hinsichtlich ihrer Bedeutung klassifizierten Kanten beziehungsweise Seiten. Diese kompakte Darstellung der Umgebung kann mit deutlich geringerer Bandbreite übermittelt werden. Gleichzeitig kann eine solch vereinfachte Darstellung auch deutlich einfacher von anderen Funktionen wie der Pfadplanung verwendet werden.
