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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs durch Betreiben des Fahrzeugs mit einer bestimmten Geschwindigkeit und Erfassen einer Gegebenheit in einer Umgebung des Fahrzeugs und Bereitstellen eines entsprechenden Erfassungssignals. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern eines Fahrzeugs mit einer Steuereinheit zum Betreiben des Fahrzeugs mit der bestimmten Geschwindigkeit sowie einer Erfassungseinheit zum Erfassen einer Gegebenheit in der Umgebung des Fahrzeugs und Bereitstellen eines entsprechenden Erfassungssignals.
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Beim autonomen Fahren besteht ein wesentlicher Aspekt darin, eine passende Geschwindigkeit zu finden. Prinzipiell sollten jedenfalls vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeiten nicht überschritten werden. Diese Bedingung kann dadurch eingehalten werden, dass Straßenschilder, die die Höchstgeschwindigkeit regeln, automatisch erfasst und für die Steuerung entsprechend berücksichtigt werden.
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Nicht in jeder Situation ist es jedoch angebracht, ein Fahrzeug mit der örtlich zulässigen Höchstgeschwindigkeit zu betreiben. Vielmehr erfordern gewisse Situationen, die Geschwindigkeit zu drosseln, um die Sicherheit im Straßenverkehr zu gewährleisten. Gleichzeitig sollen bei dem autonomen Fahren jedoch ein gewisser Komfort und ein vernünftiger Reisefortschritt gewährleistet sein. Dies bedeutet, dass ein rasches Fahren angestrebt wird, wenn dies sicher möglich ist. Andernfalls soll langsam gefahren werden, wenn die Sicherheit nicht gewährleistet ist.
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Aus der Druckschrift
US 2008/0137908 ist ein Verfahren zur Detektion und Identifizierung in einem computerunterstützten System bekannt, welches in einem Fahrzeug montiert ist. Das System umfasst eine Kamera, welche Verkehrszeichen in Echtzeit erfassen kann. Die erfassten Verkehrszeichen werden von dem Computer ausgewertet und klassiert. Durch die Klassierung der Verkehrszeichen können Fahrerassistenzsysteme oder Fahrzeugkontrollen ausgeführt werden.
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Darüber hinaus offenbart die Druckschrift
DE 101 11 421 A1 ein Fahrzeugüberwachungssystem, bei dem mit Hilfe eines Navigationsgerätes, einer Kamera und eines Steuergerätes Verkehrsschilder erfasst werden und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechend angepasst werden kann.
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Ferner beschreibt die Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2008 003 263 U1 eine Navigations-Geschwindigkeits-Regelanlage als Navi-Tempomat oder elektronisches Hilfsinstrument mit einer selbständigen Tempo-Limit-Anpassung. Es erfolgt eine Schilder-Erkennung mit der Navigations-Software, die eine Geschwindigkeitsänderung selbsttätig anpasst.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das (autonome) Fahren eines Fahrzeugs sicherer zu gestalten.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird demnach ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs durch Betreiben des Fahrzeugs mit einer ersten Geschwindigkeit und Erfassen einer Gegebenheit in einer Umgebung des Fahrzeugs und Bereitstellen eines entsprechenden Erfassungssignals zur Verfügung gestellt. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Straßenfahrzeug (insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Motorrad und dergleichen) aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff oder ein Flugzeug handeln. All diese Fahrzeuge können gegebenenfalls autonom betrieben werden. Es erfolgt ein Erfassen einer Gegebenheit in der Umgebung des Fahrzeugs. Bei einer solchen Gegebenheit handelt es sich um eine beliebige Eigenschaft der Umgebung beziehungsweise um eines oder mehrere Objekte in der Umgebung. Mit einer geeigneten Sensorik werden also diese Eigenschaft oder dieses Objekt beziehungsweise diese Objekte in der Umgebung registriert und es wird ein diesbezügliches Erfassungssignal bereitgestellt.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung besitzt das Erfassungssignal keinen inhärenten Bezug zu einer Geschwindigkeit. Dies bedeutet, dass das Erfassungssignal keine Information über eine Geschwindigkeit (zum Beispiel Höchstgeschwindigkeit), die beim Steuern des Fahrzeugs zu berücksichtigen ist, enthält. Die Gegebenheit in der Umgebung des Fahrzeugs kann also nicht ein Verkehrszeichen mit einer Geschwindigkeitsbegrenzung betreffen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung somit nicht darauf, einen Geschwindigkeitswert von einem Verkehrsschild abzulesen und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechend zu regeln. Vielmehr soll ein anderer, automatisch erfassbarer Parameter der Umgebung, das heißt eine Gegebenheit, registriert und in einen Geschwindigkeitswert uminterpretiert werden. Es wird also aus der Umgebung eine andere Eigenschaft oder ein anderes Objekt als ein Verkehrsschild zur Geschwindigkeitsregelung detektiert und das entsprechende Erfassungssignal wird einer Höchstgeschwindigkeit zugeordnet. Optional werden auch mehrere Gegebenheiten beziehungsweise Objekte oder Eigenschaften der Umgebung detektiert und zusammen einer möglichen Höchstgeschwindigkeit zugeordnet. Es wird also eine Information, die zunächst keinen unmittelbaren Bezug zu einer Geschwindigkeit hat, einer Höchstgeschwindigkeit zugeordnet. So kann beispielsweise das Erfassungssignal eine Information darüber enthalten, dass Kinder am Straßenrand spielen. Diese sensorisch erfasste Information kann dann beispielsweise einer Höchstgeschwindigkeit von 30 km/h zugeordnet werden. Dies schließt jedoch nicht aus, dass zusätzlich ein Geschwindigkeitsverkehrszeichen erfasst wird, und seine angezeigte Geschwindigkeit als aktuelle absolute Höchstgeschwindigkeit einfließt, die allenfalls durch eine weitere Gegebenheit aus der Umgebung des Fahrzeugs zu einer neuen Höchstgeschwindigkeit reduziert wird. Weitere Gegebenheiten, die erfasst und zur Ermittlung einer Höchstgeschwindigkeit herangezogen werden können, sind beispielsweise ländliche Gebiete, Autobahnen, Wildwechselgebiete, Querwindbereiche, Schlechtwettersituationen, Laubfall, Seniorenwohngebiete und viele andere beschilderte und unbeschilderte Situationen.
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In Abhängigkeit von der ersten Geschwindigkeit und der Höchstgeschwindigkeit wird dann ein Steuersignal für das Steuern des Fahrzeugs bereitgestellt. Es wird also beispielsweise die tatsächliche, aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs, das heißt die erste Geschwindigkeit, mit der durch die Umgebung des Fahrzeugs gebotene Höchstgeschwindigkeit verglichen. Je nach Ergebnis dieses Vergleichs kann dann ein entsprechendes Steuersignal zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise ist es also möglich, in Abhängigkeit von der Umgebung in Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit ein entsprechendes Steuersignal zu generieren.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt ein automatisches Betreiben des Fahrzeugs nach dem Erfassen der Gegebenheit mit einer zweiten Geschwindigkeit, die unter der Höchstgeschwindigkeit liegt. Dies bedeutet, dass beispielsweises autonomes Fahren vorliegt, und die aktuelle Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Umgebung automatisch angepasst wird. Dabei wird also beispielsweise die erste (aktuelle) Geschwindigkeit auf eine zweite Geschwindigkeit reduziert, die zumindest nicht höher als die dem Erfassungssignal zugeordnete Höchstgeschwindigkeit liegt. Die zweite Geschwindigkeit liegt also unter der Höchstgeschwindigkeit oder ist allenfalls gleich wie die Höchstgeschwindigkeit.
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Liegt beispielsweise manuelles oder halbautonomes Fahren vor, bei dem der Fahrer die Geschwindigkeit selbst regelt, kann das Steuersignal auch dazu verwendet werden, einen Warnhinweis zu erzeugen. Insbesondere wird der Warenhinweis nach dem Erfassen der Gegebenheit nur dann erzeugt, wenn die erste Geschwindigkeit über der Höchstgeschwindigkeit liegt. Wird also beispielsweise bei Regenwetter eine nasse Fahrbahn erkannt und dieser Situation eine Höchstgeschwindigkeit von 80 km/h zugeordnet, so wird dem Fahrer ein Warnhinweis gegeben, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit aktuell beispielsweise 100 km/h beträgt und über dieser Höchstgeschwindigkeit liegt. Der Fahrer kann dann diesen Warnhinweis für das weitere Fahren nutzen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung findet bei dem Zuordnen des Erfassungssignals zu einer Höchstgeschwindigkeit eine Klassierung des Erfassungssignals statt und jede von mehreren dazu verwendeten Klassen ist einer separaten Höchstgeschwindigkeit zugeordnet. So können beispielsweise verschiedene Umgebungssituationen klassifiziert werden, um die Geschwindigkeit für betroffene Fahrzeuge entsprechend einzustellen beziehungsweise entsprechende Warnhinweise zu geben. Die bei der Klassifizierung geschaffenen Klassen werden dann vom Fahrzeug genutzt, um die jeweilige Umgebungssituation, das heißt die erfasste Gegebenheit einer dieser Klassen zuzuordnen, das heißt zu klassieren.
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In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt das Erfassen der Gegebenheit auf der Basis einer Rundumsicht, welche durch ein Rundumsicht-Kamerasystem gewonnen wird. Ein derartiges Rundumsicht-Kamerasystem kann auch als Surround-View-System bezeichnet werden. Es ermöglicht die Umgebung des Fahrzeugs voll umfänglich, das heißt 360°, aufzunehmen. Eine derartige Rundumsicht hat den Vorteil, dass praktisch alle wesentlichen Aspekte der Umgebung optisch wahrgenommen werden können. Zum Erzeugen oder Rendern des Draufsichtbildes werden die Rohbilder durch Kraftfahrzeug-Weitwinkel-Mehrkamerasysteme mit hoher Auflösung und insbesondere ein Rundumsichtkamerasystem aufgenommen. Das Rundumsichtkamerasystem kann beispielsweise mit vier am Fahrzeug montierten Kameras ausgebildet sein. Das Rundumsichtkamerasystem kann eine Frontkamera zum Aufnehmen von Rohbilddaten aus dem Umgebungsbereich vor dem Kraftfahrzeug, eine Heckkamera zum Aufnehmen von Rohbilddaten aus dem Umgebungsbereich hinter dem Kraftfahrzeug und zwei Seitenkameras zum Aufnehmen von Rohbilddaten aus dem Umgebungsbereich neben dem Kraftfahrzeug umfassen. Die Rohbilder mit überlappenden Aufnahmebereichen werden zum Beispiel durch eine fahrzeugseitige Steuervorrichtung digital entzerrt und kombiniert. Die Rohbilder sowie die Draufsichtbilder können auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden, beispielsweise gemäß einer vom Fahrer ausgewählten Ansicht. Mittels der Anzeige der Draufsichtbilder auf der fahrzeugseitigen Anzeigevorrichtung kann der Fahrer beim Manövrieren des Kraftfahrzeugs unterstützt werden. Der Fahrer kann den Umgebungsbereich durch Blicken auf die Anzeigevorrichtung erfassen.
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Die von dem Fahrzeug erfasste Gegebenheit in der Umgebung des Fahrzeugs kann ein Straßenverkehrszeichen umfassen. Wie erwähnt umfasst es jedoch nicht ein Verkehrszeichen zur Geschwindigkeitsbegrenzung, da dies ja eben direkt einen Bezug zur Geschwindigkeit besitzt. Vielmehr weist das Straßenverkehrszeichen auf eine besondere Umgebung beziehungsweise Situation hin. So kann es beispielsweise auf Gefahren hinweisen, die sich im vorausliegenden Straßenverlauf ergeben. Solche Gefahren können beispielsweise ein unbefestigtes Bankett, ein Bahnübergang, ein Fußgängerüberweg, eine scharfe Kurve, eine Fahrbahnverengung oder dergleichen sein. Auch kann das Verkehrszeichen beispielsweise auf spielende Kinder, Tiere, Bauarbeiten, Straßenschäden und dergleichen hinweisen. Des Weiteren können auch Verbotsschilder, Stoppschilder und dergleichen als Straßenverkehrszeichen erfasst werden, um die Geschwindigkeit gegebenenfalls bis zum Stillstand zu reduzieren.
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Die aus der Umgebung des Fahrzeugs zu erfassende Gegebenheit kann aber auch beispielsweise eine Wetterinformation umfassen. So kann beispielsweise eine Sensorik des Fahrzeugs feststellen, dass die Fahrbahn nass oder schneebedeckt ist. Dem daraus gewonnenen Erfassungssignal wird dann eine entsprechende Höchstgeschwindigkeit zugeordnet, was dann zu einer geeigneten Geschwindigkeitsreduktion oder einem geeignetem Warnhinweis führen kann. Auch kann das Erfassen von Nebel durch geeignete Sensorik des Fahrzeugs darauf hindeuten, dass die Sichtverhältnisse schlecht sind und eine verminderte Höchstgeschwindigkeit ratsam ist. Wetterinformationen können aber nicht nur von dem Fahrzeug selbst erfasst werden, sondern sie können unter Umständen auch von externen Einrichtungen, wie zum Beispiel Wetterdiensten signaltechnisch zu dem Fahrzeug übertragen werden und dort für eine Festlegung der Höchstgeschwindigkeit herangezogen werden.
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Des Weiteren kann die von dem Fahrzeug erfasste Gegebenheit auch eine Anwesenheit von anderen Fahrzeugen oder Fußgängern (allgemein: Objekte) umfassen. Befinden sich nämlich in der Nähe des Fahrzeugs Personen, so ist erhöhte Vorsicht geboten. Ähnliches gilt bei erhöhtem Verkehrsaufkommen, wenn sich zahlreiche Fahrzeuge in der Umgebung des Fahrzeugs befinden. Auch hier ist es aus Sicherheitsgründen erforderlich, gegebenenfalls die Geschwindigkeit zu reduzieren.
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Des Weiteren kann die erfasste Gegebenheit eine aktuelle Position des Fahrzeugs betreffen. Eine solche aktuelle Position des Fahrzeugs kann beispielsweise durch ein GPS-Modul gewonnen werden. Mit der aktuellen Position und entsprechendem Kartenmaterial kann dann beispielsweise festgestellt werden, dass sich das Fahrzeug in einem Stadtbereich oder in einem geschwindigkeitsbegrenzten Bereich befindet. Dementsprechend könnte dann die jeweils zutreffende Höchstgeschwindigkeit für das Fahrzeug gesetzt werden. Davon abhängig wiederum kann die Geschwindigkeit autonom angepasst beziehungsweise ein entsprechender Warnhinweis ausgegeben werden.
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Optional wird neben der Gegebenheit mindestens eine weitere Gegebenheit unter Gewinnung je eines Teilerfassungssignals separat erfasst, und die mehreren Teilerfassungssignale bezüglich aller erfassten Gegebenheiten werden durch Bayessche Informationsfusion zu dem Erfassungssignal zusammengefasst. Eine Situation kann also mehrere Gegebenheiten umfassen. Allgemein verkörpert eine oder mehrere Gegebenheiten eine Situation, wobei jede Gegebenheit durch eine oder mehrere physikalische Größen repräsentiert wird. Gegebenenfalls werden dann die Teilerfassungssignal durch Bayessche Informationsfusion zu dem Erfassungssignal zusammengefasst. Unter Umständen sind auch andere Informationsfusionen möglich. Durch eine derartige Fusion lassen sich sehr komplexe Situationen signaltechnisch darstellen.
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Im Hinblick auf die Informationsverarbeitung kann das Erfassen der Gegebenheit auf einer Merkmalsextraktion basieren, insbesondere auf einem HOG-Algorithmus, einem Haar-Algorithmus oder einem CNN-Algorithmus. Eine derartige Merkmalsextraktion kann eine leistungsfähige Grundlage für eine Objekterkennung sein. Der HOG-Algorithmus (Histograms of Oriented Gradients) verwendet eine bestimmte Art von Merkmalen, die so genannten HOG-Features, nämlich Blöcke von Histogrammen gerichteter Gradienten, sowie eine Support-Vektor-Maschine als Klassifikator. Mit dem Haar-Algorithmus werden aus einem Bild zum Beispiel zur Gesichtserkennung Merkmale extrahiert, für die rechteckige Bereiche im Bild zusammengefasst werden. Der CNN-Algorithmus (Convolutional Neural Network) stellt ein faltendes neuronales Netzwerk zum maschinellen Lernen dar, bei dem die einzelnen Neuronen auf überlappende Bereiche reagieren.
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Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Steuern eines Fahrzeugs mit einer Steuereinheit zum Betreiben des Fahrzeugs mit einer ersten Geschwindigkeit und einer Erfassungseinheit zum Erfassen einer Gegebenheit in einer Umgebung des Fahrzeugs und Bereitstellen eines entsprechenden Erfassungssignals, wobei das Erfassungssignal keinen inhärenten Bezug zu einer Geschwindigkeit besitzt, und wobei mit einer Zuordnungseinheit der Vorrichtung das Erfassungssignal einer Höchstgeschwindigkeit zuordenbar ist und die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, ein Steuersignal für das Steuern des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der ersten Geschwindigkeit und der Höchstgeschwindigkeit bereitzustellen.
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Die oben im Zusammenhang mit dem Verfahren geschilderten Verfahrensmerkmale können analog auch als entsprechende funktionelle Merkmale mit dazu geeigneten Mitteln in der Vorrichtung realisiert werden.
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Die Vorrichtung kann in einem Fahrerassistenzsystem genutzt werden. Ein solches Fahrerassistenzsystem kann beispielsweise das autonome Fahren ermöglichen oder unterstützen.
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Wie oben bereits angedeutet wurde, kann ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung ausgestattet werden. Sie ermöglicht es, das Fahrzeug entsprechend autonom zu steuern beziehungsweise geeignete Warnhinweise zu erzeugen.
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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 ihnen abweichen.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Steuern und
- 2 ein Blockdiagramm eines Fusionsalgorithmus, mit dem die Signale mehrerer Quellen zum Erzeugen eines Steuersignals für das Fahrzeug zusammengefasst werden.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug ist in dem vorliegenden Fall als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2. Das Fahrerassistenzsystem umfasst wiederum eine Steuereinheit 3, die beispielsweise durch ein elektronisches Steuergerät des Kraftfahrzeugs gebildet sein kann. Darüber hinaus umfasst das Fahrerassistenzsystem 2 mindestens eine Erfassungseinheit, die als Kamera 4 realisiert sein kann. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Fahrerassistenzsystem 2 vier Kameras 4, die verteilt an dem Kraftfahrzeug 1 angeordnet sind. Vorliegend ist eine der Kameras 4 in einem Heckbereich 5 angeordnet, eine der Kameras 4 ist in einem Frontbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet und die übrigen zwei Kameras 4 sind in einem jeweiligen Seitenbereich 6, insbesondere in einem Bereich der Seitenspiegel angeordnet. Die Anzahl und Anordnung der Kameras des Fahrerassistenzsystems 2 ist vorliegend rein beispielhaft zu verstehen. Es kann zusätzlich oder anstatt einer der Kameras auch zumindest eine Kamera vorgesehen sein, die zur Erfassung eines Innenraums beziehungsweise eines Fahrgastraums des Fahrzeugs 1 ausgebildet und angeordnet ist. Die Kameras sind insbesondere jeweils so verbaut, dass sie an einem individuellen Kraftfahrzeugbauteil montiert sind. Ein Kraftfahrzeugbauteil kann beispielsweise ein Stoßfänger oder Außenspiegel oder eine Seitenverkleidung sein. Das Kraftfahrzeugbauteil kann auch beispielsweise ein Dachhimmel oder eine Innenverkleidung oder eine Abdeckung einer Lenkradmitte oder ein Innenspiegel sein. Die Kraftfahrzeugbauteile sind lediglich beispielhaft zu verstehen und es können auch anderweitige Kraftfahrzeugbauteile vorliegen. Es ist dadurch nur zum Ausdruck gebracht, dass ein Kraftfahrzeugbauteil bezüglich positioneller Anordnung und materieller Ausgestaltung vielfältigst ausgebildet sein kann.
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Mit den Kameras 4 kann ein Umgebungsbereich 8 des Kraftfahrzeugs 1 erfasst werden (Surround-View). Die vier Kameras 4 sind bevorzugt baugleich ausgebildet. Insbesondere kann eine Bildsequenz oder es können Videodaten mit den Kameras 4 bereitgestellt werden, welche den Umgebungsbereich 8 beschreiben. Diese Videodaten können von den Kameras 4 an die Steuereinrichtung 3 übertragen werden. Mittels der Steuereinrichtung 3 kann eine hier nicht dargestellte Anzeigeeinrichtung des Kraftfahrzeugs 1 angesteuert werden, so dass dem Fahrer die Videodaten der Kameras 4 angezeigt werden können. Das Fahrerassistenzsystem 2 dient somit zum Unterstützen des Fahrers des Kraftfahrzeugs 1 beim Führen des Kraftfahrzeugs 1. Das Fahrerassistenzsystem 2 kann beispielsweise ein sogenannter elektronischer Rückspiegel sein oder ein Parkassistenzsystem oder ein sonstiges System. Es kann auch im Innenraum zur Erfassung einer Person insbesondere eines Fahrzeugführers ausgebildet sein.
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Die Erfassungseinheit kann neben oder anstelle der einen oder mehreren Kameras auch einen oder mehrere andere Sensoren aufweisen. So kann die Erfassungseinheit beispielsweise einen oder mehrere Sensoren auf der Basis von Radar, Lidar, Ultraschall, Infrarotstrahlung, sichtbarer Lichtstrahlung oder Ultraviolettstrahlung aufweisen. Auch kann die Erfassungseinheit einen oder mehrere Sensoren für Beschleunigungen, Temperatur oder andere physikalische Größen aufweisen. Der jeweilige Sensor wird für die zu erfassende Gegebenheit passend ausgewählt.
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Ziel ist es nun, den Komfort, die Sicherheit und das Vorankommen, insbesondere eines autonomen Fahrzeugs zu verbessern. Es soll also rasch gefahren werden, wenn dies sicher ist und andererseits langsamer, wenn hohes Gefährdungspotential gegeben ist. Das autonome Fahrzeug reagiert vorzugsweise entsprechend, um das Gefährdungspotential gleichzuhalten.
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Es sollen dabei allenfalls optional Verkehrszeichen für Höchstgeschwindigkeiten erkannt werden. Gegebenenfalls werden beispielsweise andere Verkehrszeichen wie beispielsweise solche, die auf Überholverbote, Spielbereiche, Schulen, Wohnbereiche, Altenheime, Fußgängerüberwege, Kreuzungen, Tierwechsel, Krankenhäuser und dergleichen hinweisen, erfasst.
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Wenn das Fahrzeug nicht vollkommen autonom ist, soll der Fahrer auf die entsprechenden Bereiche in der Umgebung des Fahrzeugs hingewiesen werden, um die Geschwindigkeit zu reduzieren. Ein anderer Zweck für das Warnen kann aber auch sein, beispielsweise das Überholen zu verhindern oder grundsätzlich vorsichtiger zu fahren. Dies dient dazu, die Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer einschließlich der Fahrzeuginsassen zu erhöhen und Beschädigungen des Fahrzeugs zu vermeiden.
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Zwar können bereits bekannte GPS-Systeme eine einfache Lösung zur Geschwindigkeitssteuerung liefern, aber dabei werden nicht alle Anwendungsfälle abgedeckt, wie die oben dargestellten Gefährdungspotentiale gezeigt haben. Beispielsweise kann ein GPS-System nicht die aktuelle Umgebungssituation betreffend die Verkehrslage oder einen Schulbetrieb bestimmen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist daher vorgesehen, Verkehrszeichen zu detektieren, um Unfälle aufgrund bestimmter Straßenbedingungen, Platzeinschränkungen oder zu hohen Geschwindigkeiten zu verhindern. Dies erfolgt beispielsweise durch ein Analysieren und Klassieren unterschiedlicher Verkehrszeichen auf automatischem Weg.
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In einer verallgemeinerten Version wird statt des oder zusätzlich zu dem Hinweis eines Verkehrsschilds auch eine Information aus der Umgebung des Fahrzeugs genutzt, um die Geschwindigkeit zu steuern beziehungsweise einen Warnhinweis auszugeben. Generell wird eine Gegebenheit in der Umgebung erfasst, wobei es sich dabei um jeden, die Umgebung beschreibenden Parameter einschließlich eines Verkehrszeichens handeln kann. Die Fahrgeschwindigkeit kann dann nach der Maßgabe eingestellt werden: je höher die Unfallgefahr ist, desto niedriger ist die Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise Höchstgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit eines autonomen Fahrzeugs sollte grundsätzlich eher niedriger angesetzt sein, ohne Unannehmlichkeiten oder andere Nachteile zu erzeugen.
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Die Fahrgeschwindigkeit kann also unmittelbar von der Umgebung abhängen. Wenn das autonome Fahrzeug eine Autobahn befährt, wird das Gefährdungspotential gering sein und wenn das Fahrzeug in eine Parkbucht manövriert oder sich im Stadtbereich bewegt, wird das Gefährdungspotential entsprechend hoch sein. Besonders auch bei schlechtem Wetter sind erhöhte Bremswege zu beachten, so dass auch dann geringere Geschwindigkeiten anzuraten sind.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird nicht nur eine Gegebenheit beziehungsweise Größe in der Umgebung des Fahrzeugs erfasst, sondern mehrere, um die Umgebungssituation besser zu charakterisieren. Solche Gegebenheiten können beispielsweise Verkehrszeichen und die Präsenz anderer Objekte umfassen. Gegebenenfalls kann als zusätzliche Informationsquelle auch ein GPS-Modul dienen, das entsprechende Positionsdaten liefert. All diese Informationen können dann beispielsweise durch eine Bayessche Informationsfusion zusammengeführt werden, um die Geschwindigkeit zu steuern.
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Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur für städtische und ländliche Bereiche vorgesehen, sondern insbesondere auch für Schnellstraßen und Autobahnen, nicht eingezäunte Wildwechselbereiche, Querwindbereich und dergleichen. Unabhängig von den örtlichen Straßensituationen kann aber auch schlechtes Wetter überall berücksichtigt werden, um die Geschwindigkeit entsprechend zu begrenzen.
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Es können zahlreiche Computer-Vision-Techniken herangezogen werden, um das Problem anzugehen. Beispielsweise kann eine Analyse von Szenen erfolgen, die durch fahrzeuginterne Rundumsichtsysteme (Surround-View-Systems) oder Frontkameras erfasst wurden. Durch Mustererkennung auf der Basis von Merkmalsdeskriptoren können die erforderlichen Informationen aus der Umwelt gewonnen werden, gegebenenfalls können auch mehrstufige Klassiersysteme eingesetzt und trainiert werden.
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Die frühzeitige Erkennung von Verkehrszeichen aller Art kann helfen Unfälle zu vermeiden und andere ernsthafte Beschädigungen von Verkehrsteilnehmern verhindern. Dabei sollten die kamerabasierten Systeme der Fahrzeuge nicht nur die Geschwindigkeitsverkehrszeichen detektieren, sondern auch andere Verkehrszeichen. Wenn also beispielsweise GPS-Signale nicht zur Verfügung stehen (zum Beispiel in Tunnels, Parkhäusern und dergleichen), so kann das Fahrzeug autark Informationen sammeln, aufgrund deren die Geschwindigkeit anzupassen ist.
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Zusammen mit 2 wird nun ein konkretes System beschrieben, bei dem drei parallele Schätzverfahren eingesetzt werden, deren Ergebnisse durch Bayessche Informationsfusion zusammengeführt werden, um ein Erfassungssignal 9 (ES) zu erhalten. Dabei wird zunächst durch einen Sensor oder eine Sensorik ein Sensorsignal 10 (SS) bereitgestellt. Hierbei kann es sich um ein Einzelbild oder ein Rundumsichtbild zusammen mit GPS-Informationen handeln. Das Bild des Sensorsignals 9 wird im mittleren Pfad des Blockdiagramms von 2 zunächst einer Merkmalextraktionseinheit 11 (HOG) zugeführt. Diese extrahiert aus dem Bild Merkmale mit Hilfe eines HOG-Algorithmus. Alternativ kann auch ein Haar-Algorithmus oder ein CNN-Algorithmus (Convolutional Neural Network; Deep Learning) oder dergleichen eingesetzt werden. Das Ausgangssignal der Merkmalextraktionseinheit 11 kann einem Grobklassierer 12 (CLAS) zugeführt werden. Dieser Klassierer 12 kann einen „AdaBoost“-Algorithmus (adaptive boosting) verwenden, der einen Meta-Algorithmus zum Maschinenlernen darstellt. Der Grobklassierer 12 trennt beispielsweise Verkehrszeichen und andere semantische Objekte. In einer anschließenden Szene-Analyseeinheit 13 (SA) wird aufgrund der Klassenzuordnung eine aktuelle Szene, die sich aus dem Bild des Sensorsignals 10 ergibt, analysiert. Basierend auf der Szenenanalyse werden in einer Objekterkennungseinheit 14 (OD) wichtige Objekte wie Fahrzeuge und Fußgänger extrahiert. Das Ergebnis der Objekterkennung wird einer Bayesschen Informationsfusionseinheit 15 (BF) zugeführt.
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Über diesem soeben beschriebenen Pfad ist in 2 ein weiterer Pfad eingezeichnet, der die GPS-Information des Sensorsignals 10 verarbeitet. Dabei wird in einer Positionsbestimmungseinheit 16 (PE) aus der reinen Positionsinformation (zum Beispiel Weltkoordinaten) Umgebungsinformationen gewonnen. Eine solche Umgebungsinformation kann beispielsweise „Stadtbereich“, „verkehrsberuhigte Zone“ oder ähnliches sein. Diese Umgebungsinformation enthält noch keine konkrete Angabe über eine Höchstgeschwindigkeit. Sie wird schließlich ebenfalls der Bayesschen Informationsfusionseinheit 15 zugeführt.
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Unterhalb der beiden soeben geschilderten Pfade ist in 2 ein Signalpfad in dem Blockdiagramm eingezeichnet, der eine Verkehrszeichendetektionseinheit 17 (VZD) beinhaltet. Dieser Verkehrszeichendetektionseinheit 17 wird ein Signal des Grobklassifikators 12 zugeführt. In dem Signal, das beispielsweise der Klasse der Verkehrszeichen zugeordnet wurde, wird dabei ein konkretes Verkehrszeichen erkannt. Das resultierende Signal wird wiederum der Bayesschen Informationsfusionseinheit 15 zugeführt. Schließlich kombiniert die Bayessche Informationsfusionseinheit 15 alle Schätzsignale aus den drei Pfaden und gibt ein entsprechendes Erfassungssignal 9 aus. Dieses wird anschließend einer Höchstgeschwindigkeit zugeordnet, welche dann wiederum dazu verwendet wird, ein Steuersignal für eine Geschwindigkeitssteuereinheit oder für eine Warneinheit des Fahrzeugs zu erzeugen.
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Zum Erzeugen eines Geschwindigkeitssteuersignals wird die gewonnene Höchstgeschwindigkeit beispielsweise mit einer Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (erste Geschwindigkeit) verglichen. Liegt die Ist-Geschwindigkeit unter der Höchstgeschwindigkeit, so ist kein Steuerbedarf vorhanden. Andernfalls wird die Ist-Geschwindigkeit auf oder unter die Höchstgeschwindigkeit geregelt (zweite Geschwindigkeit), oder es wird ein entsprechender Warnhinweis generiert. In jedem Fall wird hierdurch eine erhöhte Sicherheit erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/0137908 [0004]
- DE 10111421 A1 [0005]
- DE 202008003263 U1 [0006]