DE102016205867A1

DE102016205867A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Pose eines wenigstens teilautomatisiert fahrenden Fahrzeugs mittels verschiedener Landmarkentypen

Info

Publication number: DE102016205867A1
Application number: DE102016205867.3A
Authority: DE
Inventors: Jan Rohde; Holger Mielenz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2017-10-12
Also published as: WO2017174228A1; US20200317222A1; US11077867B2; CN108885109A

Abstract

Verfahren zur Bestimmung einer Pose eines wenigstens teilautomatisiert fahrenden Fahrzeugs (1) mittels verschiedener Landmarkentypen (10, 11), wobei zur Bestimmung der Pose des Fahrzeugs (1) von einem Fahrzeugsteuerungssystem (100) mittels wenigstens eines Detektoralgorithmus Landmarkendaten der erfassten Landmarkentypen (10, 11) verarbeitet werden. Erfindungsgemäß wird in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen wenigstens ein Detektionsalgorithmus zur Verarbeitung der Landmarkendaten bestimmter Landmarkentypen (10, 11) ausgewählt und verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Pose eines wenigstens teilautomatisiert fahrenden Fahrzeugs mittels verschiedener Landmarkentypen, wobei zur Bestimmung der Pose des Fahrzeugs von einem Fahrzeugsteuerungssystem mittels wenigstens eines Detektoralgorithmus Landmarkendaten der erfassten Landmarkentypen verarbeitet werden.
STAND DER TECHNIK
Unter Pose wird im Technikbereich die räumliche Lage eines Objekts, nämlich die Position und die Orientierung eines Objektes im zweidimensionalen Raum oder im dreidimensionalen Raum verstanden.
Das Verfahren zur Bestimmung der Pose des Fahrzeugs beruht dabei wenigstens zusätzlich auf Landmarken verschiedener Typen in der Umgebung des Fahrzeugs, wobei eine Posenbasis beispielsweise GPS-Daten darstellen können. Dabei können Posendaten des Fahrzeugs basierend auf GPS-Daten angereichert werden mit Daten, die aus der Erkennung von Landmarken generiert werden. Insbesondere die Ausrichtung, beispielsweise die Fahrtrichtung des Fahrzeugs kann mit Hilfe von Landmarken weitgehend bestimmt werden. Die Genauigkeit der Bestimmung der Pose des Fahrzeugs basierend auf Landmarken ist dabei größer als die Genauigkeit der Bestimmung mit GPS-Daten. Bei teilautomatisiert fahrenden Fahrzeugen, insbesondere bei zukünftig vollautomatisiert fahrenden Fahrzeugen ist dabei die reine GPS-Navigation zur Führung des Fahrzeuges nicht mehr ausreichend, und es müssen Systeme Anwendung finden, die die unmittelbare Umgebung des Fahrzeuges erfassen und insbesondere unter Erkennung von Landmarken die Führung des Fahrzeugs vornehmen. Der Begriff des Fahrzeugsteuerungs-systems umfasst dabei im Wesentlichen alle Komponenten, die zur Erfassung der Pose, der Auswertung der Daten und schließlich der Steuerung des Fahrzeuges notwendig sind. Insbesondere umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem Detektoren wie Laser-, Radar-, Infrarotsensoren, kapazitive Sensoren, LIDAR-Sensoren und/oder eine Videobilderfassung.
Hierzu offenbart beispielsweise die DE 10 2014 206 901 A1 ein Verfahren zur Bestimmung der Pose eines wenigstens teilautomatisiert fahrenden Fahrzeugs in einer Umgebung. Die Situationserkennung beruht dabei zum einen auf einer Umfelderfassung mittels Umfeldsensorik, umfassend Ultraschall-, Laser-, Radar-, Infrarot- und kapazitive Sensoren, LIDAR-Sensoren und/oder eine Videobilderfassung. Dabei soll die Situationserkennung bei der Bewegung des Fahrzeugs im Verkehr auf der Detektion von Objekten außerhalb des Fahrzeugs beruhen, wobei Hinweisgeber relevant sind, welche auch auf eine bestimmte Situation hinweisen. Diese können beispielsweise optische Markierungen, Objekte oder Begrenzungen sein. Zusätzlich oder alternativ können zur Verbesserung der Genauigkeit der Situationserkennung weitere Technologien zur Lokalisierung eingesetzt werden, so können Geodaten mittels eines GPS-Systems oder digitale Karten mit Landmarken in Kombination mit einer Odometrie ermittelt werden. Landmarken sind dabei Objekte in der unmittelbaren Umgebung des Fahrzeugs, beispielsweise jedoch auch Verkehrszeichen wie Ampeln und dergleichen sowie Fahrbahnmarkierungen. Die verschiedenen Landmarkentypen werden dabei von verschiedenen Detektoren erfasst und mit jeweils zugeordneten Detektoralgorithmen verarbeitet.
Als Grundlage für die Wahrnehmung des Umfeldes des Fahrzeugs werden also Sensormessdaten verwendet, aus welchen mit Hilfe der Detektoralgorithmen Objekte extrahiert werden können. Anhand dieser Objekte kann das Fahrzeugumfeld modelliert werden, um somit beispielsweise eine Trajektorie für das eigene Fahrzeug zu planen und sonstige Handlungsentscheidungen treffen zu können. Die Güte des Umfeldmodells hängt dabei stark von der verwendeten Umfeldsensorik ab. Diese unterscheiden sich systembedingt in ihren Messeigenschaften bezüglich der Genauigkeit und der Reichweite, und deren Leistungsfähigkeit weist in der Regel eine signifikante Abhängigkeit von Umweltbedingungen wie zum Beispiel Regen, Nebel, Sonneneinstrahlung und dergleichen auf. Beispielsweise kann eine Fahrbahnmarkierung bei nasser Fahrbahn nicht zuverlässig als Landmarkentyp dienen, da eine nasse Fahrbahn insbesondere bei Dunkelheit spiegeln kann, sodass entsprechende Detektoren nicht aktiviert werden können. Neben Wettereinflüssen zählen auch Verdeckungseffekte, zum Beispiel durch andere Verkehrsteilnehmer, sowie die Tageszeit zu den zuvor genannten Umwelteinflüssen. Von diesen Einflussfaktoren sind jedoch nicht alle Arten von Landmarken gleichermaßen betroffen. Beispielsweise sind Signalanlagen auch unabhängig von den Witterungsverhältnissen in aller Regel gut erfassbar, wohingegen bei beispielsweise optisch arbeitenden Erfassungssystemen mit gegenständlichen Objekten in der unmittelbaren Umgebung des Fahrzeugs nicht bei allen Lichtverhältnissen zuverlässig ein entsprechendes Umfeld modelliert werden kann.
Werden mit dem Fahrzeugsteuerungssystem sämtliche Detektoren aktiviert und werden für jeden Detektor ein oder mehrere Detektoralgorithmen im Fahrzeugsteuerungssystem verarbeitet, so fordert die volle Ausschöpfung der Erfassung sämtlicher Landmarkentypen erhebliche Hardwareressourcen. Insbesondere aus Kostengründen sind die in einem Fahrzeug verfügbaren Hardwareressourcen als beschränkt anzusehen. Sämtliche Detektoralgorithmen müssen mit der zur Verfügung stehenden Rechenleistung auskommen. Ziel ist es damit, die absorbierte Rechenleistung des Fahrzeugsteuerungssystems im Fahrzeug möglichst minimal zu halten, wobei die Sicherheit bei der Führung des Fahrzeugs möglichst nicht beeinträchtig werden soll.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zur Bestimmung einer Pose wenigstens eines teilautomatisiert fahrenden Fahrzeugs, wobei das Verfahren derart ausgebildet sein soll, dass die notwendige Rechenleistung und die zu verarbeitende Datenmenge reduziert wird. Dabei soll das teilautomatisiert fahrende Fahrzeug unverändert sicher geführt werden können.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ausgehend von einem Fahrzeugsteuerungssystem gemäß Anspruch 8 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen wenigstens ein Detektionsalgorithmus zur Verarbeitung der Landmarkendaten bestimmter Landmarkentypen ausgewählt und verwendet wird.
Kern der Erfindung ist die Einbeziehung von sensierbaren Umwelteinflüssen auf die Auswahl von Landmarkentypen zur entsprechenden Auswahl zugeordneter Detektionsalgorithmen, um nur solche Detektionsalgorithmen im Fahrzeugsteuerungssystem zu verarbeiten, die tatsächlich für die Führung des Fahrzeugs notwendig sind. Landmarkentypen, die durch bestimmte Umwelteinflüsse nicht oder nicht sinnvoll erfasst und mit entsprechenden Detektionsalgorithmen verarbeitet werden können, werden erst gar nicht in den Steuerungsalgorithmus mit aufgenommen. Damit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Auswahl von Detektionsalgorithmen, also von spezialisierten Algorithmen zur Detektion eines bestimmten Objekttyps wie zum Beispiel Verkehrszeichen, die vorliegend als Landmarkentypen bezeichnet werden. Landmarkentypen, welche unter gegebenen Umwelteinflüssen wie zum Bespiel Regen oder entsprechender Beleuchtung mit einer zu geringen Güte detektierbar sind, werden nicht betrachtet. Mit Vorteil ermöglicht das Verfahren damit, dass durch die getroffene Auswahl der Landmarkentypen die auf der Perzeption aufbauenden funktionalen Komponenten eine hinreichend hohe Leistungsfähigkeit besitzen und gleichzeitig die zur Detektion benötigte Rechenleistung des Fahrzeugsteuerungssystems möglichst klein gehalten wird. Beispielsweise kann die Umschaltung zwischen den Detektionsalgorithmen zu einer günstigen Beeinflussung der benötigten Computerressourcen und dadurch zu einem stabilen Verhalten des Gesamtsystems führen.
Die Umwelteinflüsse sind beispielsweise gebildet durch das Wetter, den Verkehr, die Sicht, die Lichtverhältnisse und/oder Nässe, wie auch Straßenmarkierungen, Stau, starker Gegenverkehr, der Landmarkentypen abdecken kann, vorausfahrende Fahrzeuge und dergleichen. Die Umwelteinflüsse werden mittels Umweltsensoren des Fahrzeugs detektiert und werden an das Fahrzeugsteuerungssystem übermittelt.
Jeder Art von Landmarkentyp ist dabei wenigstens ein eigener Detektionsalgorithmus zugeordnet, wobei der Detektionsalgorithmus oder eine Anzahl von Detektionsalgorithmen durch das Fahrzeugsteuerungssystem aktiviert wird beziehungsweise werden, der oder die abhängig von Umwelteinflüssen den höchsten Informationsgehalt liefern. Beispielsweise werden bei nasser, spiegelnder Straße, insbesondere bei Dunkelheit, Straßenmarkierungen außer Acht gelassen, sodass entsprechende Detektoren zur Erfassung von Straßenmarkierungen nicht aktiviert werden oder ein zugeordneter Detektionsalgorithmus nicht aktiviert wird. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, bei Gegenlicht Beleuchtungseinrichtungen, beispielsweise Verkehrssignalanlagen oder die Beleuchtung von vorausfahrenden Fahrzeugen, nicht zu betrachten, da insbesondere bei Gegenlicht eine entsprechende Erfassung nicht sinnvoll möglich ist und eine entsprechende Detektionsgüte nicht erzielbar ist, sodass beispielsweise bei Gegenlicht entsprechende Signalanlagen nur einen geringeren Informationsgehalt bieten.
Zur verbesserten Ausführung des Verfahrens kann vorgesehen werden, dass das Fahrzeugsteuerungssystem mit zu bevorzugenden Landmarkentypen abhängig von den Umwelteinflüssen selbsttätig angelernt wird. Beispielsweise können empirisch analysierte Zusammenhänge zwischen Landmarkentypen und erreichbarer Güte der Detektion in Abhängigkeit vom Umwelteinfluss wie Wetter, Lichtverhältnisse, Beleuchtung und dergleichen erkannt werden, sodass das Fahrzeugsteuerungssystem vor dem Hintergrund eines bestimmten Umweltszenarios entsprechende Landmarkentypen zuordnet und weitere Landmarkentypen beispielsweise kategorisiert und außer Acht lässt. Ein derartiges Anlernen führt zu einer stetigen Verbesserung der Funktionsweise des Fahrzeugsteuerungssystems und zur zunehmend ressourcenschonenden Nutzung.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Verbesserung des Verfahrens wird die Auswahl des Detektionsalgorithmus zur Verarbeitung der Landmarkendaten bestimmter Landmarkentypen zusätzlich in Abhängigkeit von Lokalisierungsszenarien ausgeführt. Dadurch kann eine weitere Verbesserung des Fahrens erzielt werden, und wird die Menge der Landmarkendaten in Abhängigkeit der Lokalisierungsszenarien bedarfsabhängig vergrößert oder verkleinert, entsteht der Vorteil eines kleineren Datenaufkommens zur Bestimmung der Pose des Fahrzeugs, wobei das Datenaufkommen zur Verarbeitung in dem Fahrzeugsteuerungssystem verringert wird, ferner wird ein zu übertragendes Datenvolumen verringert, das beispielsweise mit einem Back-End Server ausgetauscht wird.
Die Auswahl von Detektionsalgorithmen kann so von dem Fahrzeugsteuerungssystem vorgenommen werden, dass zwischen verschiedenen Detektionsalgorithmen umgeschaltet werden kann, beispielsweise können auch Detektionsalgorithmen zu- oder abgeschaltet werden.
Die Erfindung richtet sich weiterhin auf ein Fahrzeugsteuerungssystem zur Ausführung eines Verfahrens zur Bestimmung der Pose eines wenigstens teilautomatisiert fahrenden Fahrzeugs mittels verschiedener Landmarkentypen, wobei zur Bestimmung der Pose des Fahrzeugs mit dem Fahrzeugsteuerungssystem mittels wenigstens eines Detektionsalgorithmus Landmarkendaten der erfassten Landmarkentypen verarbeitet werden. Dabei ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen wenigstens ein Detektionsalgorithmus zur Verarbeitung der Landmarkendaten bestimmter Landmarkentypen ausgewählt und verwendet wird. Weitere Merkmale und zugeordnete Vorteile des vorstehend beschriebenen Verfahrens finden für das Fahrzeugsteuerungssystem ebenfalls Berücksichtigung.
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 ein Fahrzeugsteuerungssystem zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einzelnen Komponenten und
2 ein Beispiel eines Detektionsszenarios zur Bestimmung der Pose eines Fahrzeugs anhand verschiedener Landmarkentypen.
1 zeigt ein Fahrzeugsteuerungssystem 100 mit einer detaillierten Darstellung einzelner Komponenten. Das Fahrzeugsteuerungssystem 100 weist als wesentliche Komponente zur Verarbeitung der Detektoralgorithmen eine Relevanzbewertung 22 auf, die zwei wesentliche Schritte des Verfahrens ausführt. Zunächst erfolgt eine Abschätzung 15 der Umwelteinflüsse, also beispielsweise des Wetters und der Beleuchtungsbedingungen. Nach der Abschätzung 15 erfolgt eine Gütebestimmung 16 zur Bestimmung der Güte unterschiedlicher Landmarkendetektoren. Schließlich liefert die Relevanzbewertung 22 an ein Steuermodul 17 zur Detektorumschaltung eine Entscheidung, mit welchen Detektoren zugeordnete Landmarkentypen erfasst werden sollen.
Beispielhaft gezeigt sind zwei Detektoren 12 und 13, und es ist ein Schalter S1 zur Aktivierung des Detektors 12 gezeigt, und der Schalter S2 dient zur Aktivierung des Detektors 13. Die Schalter S1 und S2 können mit dem Steuermodul 17 angesteuert werden.
Wird entweder der Detektor 12 oder der Detektor 13 oder beide Detektoren 12 und 13 aktiviert, kann ein Umfeldmodell 18 ermittelt werden, sodass nach einer Situationsanalyse 19 schließlich eine Funktion 20 bereitgestellt werden kann, mit der mit einer Aktorik 21 eine Handlung zur Führung des Fahrzeugs ausgegeben wird.
2 zeigt ein Lokalisierungsszenario eines Fahrzeugs 1, und es sind verschiedene Landmarkentypen 10 und 11 beispielhaft gezeigt. Die Landmarkentypen 10 sind durch eine Straßenmarkierung gebildet, und die Landmarkentypen 11 bilden beispielsweise Verkehrssignalanlagen, oder es können einfache Verkehrsschilder oder dergleichen sein. Mit dem Fahrzeugsteuerungssystem 100 werden über die dargestellten Detektoren 12 und 13 die Landmarkentypen 10 oder 11 erfasst, wobei abhängig von den Umwelteinflüssen wie das Wetter oder die Beleuchtung entschieden wird, dass lediglich ein Detektor 12 oder ein Detektor 13 eine Art von Landmarkentyp 10 oder 11 sensiert, um eine Lokalisierung des Fahrzeugs in der entsprechenden Situation vorzunehmen. Die Erfassung der Umwelteinflüsse erfolgt über Umweltsensoren, die beispielsweise ein Lichtsensor, ein Regensensor, Staumeldungen, die gefahrene Geschwindigkeit und dergleichen darstellen können.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014206901 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Pose eines wenigstens teilautomatisiert fahrenden Fahrzeugs (1) mittels verschiedener Landmarkentypen (10, 11), wobei zur Bestimmung der Pose des Fahrzeugs (1) von einem Fahrzeugsteuerungssystem (100) mittels wenigstens eines Detektoralgorithmus Landmarkendaten der erfassten Landmarkentypen (10, 11) verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen wenigstens ein Detektionsalgorithmus zur Verarbeitung der Landmarkendaten bestimmter Landmarkentypen (10, 11) ausgewählt und verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwelteinflüsse das Wetter, den Verkehr, die Sicht, die Lichtverhältnisse und/oder Nässe umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwelteinflüsse mittels Umweltsensoren des Fahrzeugs (1) detektiert werden und an das Fahrzeugsteuerungssystem (100) übermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Art von Landmarkentypen (10, 11) ein eigener Detektionsalgorithmus zugeordnet ist, wobei der Detektionsalgorithmus oder eine Anzahl von Detektionsalgorithmen durch das Fahrzeugsteuerungssystem (100) aktiviert wird bzw. werden, der oder die abhängig von Umwelteinflüssen den höchsten Informationsgehalt liefern.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugsteuerungssystem (100) mit zu bevorzugenden Landmarkentypen (10, 11) abhängig von den Umwelteinflüssen selbsttätig angelernt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des Detektionsalgorithmus zur Verarbeitung der Landmarkendaten bestimmter Landmarkentypen (10, 11) zusätzlich in Abhängigkeit von Lokalisierungsszenarien ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugsteuerungssystem (100) während der Bestimmung einer Pose des Fahrzeugs (1) zwischen verschiedenen Detektionsalgorithmen umschaltet und/oder verschiedene Detektionsalgorithmen zu- oder abschaltet.
Fahrzeugsteuerungssystem (100) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche.