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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines zur vollständig automatischen Führung eines Kraftfahrzeugs ausgebildeten Fahrzeugführungssystems des Kraftfahrzeugs, wobei mittels Auswertung von Sensordaten wenigstens eines Umgebungssensors des Kraftfahrzeugs die Anwesenheit eines Verkehrspolizisten und/oder eine von dem Verkehrspolizisten gegebene Verkehrsanweisung beschreibende Anweisungsdaten ermittelt und bei der vollständig automatischen Fahrzeugführung berücksichtigt werden. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Autonome, also zur vollständig automatischen Führung eines Kraftfahrzeugs ausgebildete Fahrzeugführungssysteme stehen in letzter Zeit im Fokus der Forschung. Wichtig ist dabei die genaue Erfassung von dynamischen und statischen Zielen im Umfeld des Ego-Fahrzeugs, also des eigenen Kraftfahrzeugs. Durch Sensorfusion kann dabei eine dynamische und statische Karte des Fahrzeugumfelds (Umfeldkarte) generiert werden. Abhängig von den erkannten Umfeld-Objekten, die durch die Umfeldkarte beschrieben werden, wird eine Bewertung/Analyse der Verkehrssituation durchgeführt und in deren Abhängigkeit Maßnahmen ausgelöst und/oder eine Trajektorienplanung vorgenommen. Insbesondere in komplexen und kritischen Verkehrssituationen sollen autonome Fahrzeugführungssysteme den Fahrer entlasten. Mit der Entwicklung der eigentlichen Fahrzeugführungsfunktion einher gehen auch Fortschritte in der Sensortechnologie.
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Die Verwendung von Radarsensoren in Kraftfahrzeugen ist im Stand der Technik bereits weitgehend bekannt. Radarsensoren werden heutzutage meist als Umfeldsensoren für einen mittleren und größeren Distanzbereich eingesetzt, um andere Verkehrsteilnehmer oder größere Objekte in Distanz, Winkel und Relativgeschwindigkeit bestimmen zu können. Derartige Radardaten können in Umfeldmodelle eingehen oder auch unmittelbar Fahrzeugsystemen zur Verfügung gestellt werden. Nutzen aus Radardaten ziehen im bekannten Stand der Technik beispielsweise Längsführungssysteme, wie ACC, oder auch Sicherheitssysteme. Auch die Nutzung von Radarsensoren im Innenraum des Kraftfahrzeugs wurde bereits vorgeschlagen.
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Radarsensoren herkömmlicher Bauart weisen meist eine größere Ausdehnung auf und sind eher klobig, nachdem die Antennen sowie die unmittelbar an der Antenne benötigten Elektronikkomponenten, also das Radar-Frontend, in einem Gehäuse integriert sind. Hauptsächlich bilden die Elektronikkomponenten dabei den Radar-Transceiver, der eine Frequenzsteuerung (üblicherweise umfassend eine Phasenregelschleife - PLL), Mischeinrichtungen, einem Low Noise Amplifier (LNA) und dergleichen enthält, oft werden jedoch auch Steuermodule und digitale Signalverarbeitungskomponenten antennennah realisiert, beispielweise um bereits aufbereitete Sensordaten, beispielsweise Objektlisten, auf einen angeschlossenen Bus, beispielsweise einen CAN-Bus, geben zu können.
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Die Realisierung von Radarkomponenten auf Halbleiterbasis erwies sich lange Zeit als schwierig, da teure Spezialhalbleiter, insbesondere GaAs, benötigt wurden. Es wurden kleinere Radarsensoren vorgeschlagen, deren gesamtes Radar-Frontend auf einem einzigen Chip in SiGe-Technologie realisiert ist, ehe auch Lösungen in der CMOS-Technologie bekannt wurden. Solche Lösungen sind Ergebnis der Erweiterung der CMOS-Technologie auf Hochfrequenzanwendungen, was oft auch als RF-CMOS bezeichnet wird. Ein solcher CMOS-Radarchip ist äußerst kleinbauend realisiert und nutzt keine teuren Spezialhalbleiter, bietet also vor allem in der Herstellung deutliche Vorteile gegenüber anderen Halbleitertechnologien. Eine beispielhafte Realisierung eines 77 GHz-Radar-Transceivers als ein CMOS-Chip ist in dem Artikel von Jri Lee et al., „A Fully Integrated 77-GHz FMCW Radar Transceiver in 65-nm CMOS Technology“, IEEE Journal of Solid State Circuits 45 (2010), S. 2746-2755, beschrieben.
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Nachdem zudem vorgeschlagen wurde, den Chip und die Antenne in einem gemeinsamen Package zu realisieren, ist ein äußerst kostengünstiger kleiner Radarsensor möglich, der Bauraumanforderungen deutlich besser erfüllen kann und aufgrund der kurzen Signalwege auch ein sehr niedriges Signal-Zu-Rausch-Verhältnis aufweist sowie für hohe Frequenzen und größere, variable Frequenzbandbreiten geeignet ist. Daher lassen sich derartige, kleinbauende Radarsensoren auch für Kurzreichweiten-Anwendungen, beispielsweise im Bereich von 30 cm bis 10 m, einsetzen.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, einen solchen CMOS-Transceiver-Chip und/oder ein Package mit CMOS-Transceiver-Chip und Antenne auf einer gemeinsamen Leiterplatte mit einem digitalen Signalverarbeitungsprozessor (DSP-Prozessor) vorzusehen oder die Funktionen des Signalverarbeitungsprozessors ebenso in den CMOS-Transceiver-Chip zu integrieren. Eine ähnliche Integration ist für Steuerungsfunktionen möglich.
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Für zukünftige vollständig automatisierte Fahrzeugführungsfunktionen im städtischen Bereich sind verschiedene kritische Verkehrssituationen zu berücksichtigen, die zu verarbeiten sind. Ein Beispiel hierfür ist ein Einsatz der Verkehrspolizei an einer Ampel in einem Kreuzungsbereich, wobei der Verkehrspolizist oder die Verkehrspolizistin (im Folgenden der Einfachheit halber „Verkehrspolizist“) die Verkehrsregelung vornimmt. In Kreuzungsszenarien kann die Ampelerkennung beispielsweise mittels einer Kamera als Umgebungssensor umgesetzt werden. Im Hinblick auf eine Verkehrsregelung durch die Verkehrspolizei existieren verschiedene Herausforderungen, beispielswiese die Unterscheidung zwischen der Verkehrspolizei und querenden Fußgängern und die Erkennung der von dem Verkehrspolizisten gegebenen Anweisungen.
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DE 10 2013 219 038 A1 offenbart in diesem Kontext ein Verfahren zur Erkennung eines Polizisten durch ein Fahrerassistenzsystem, wobei mittels einer fahrzeugseitigen Kamera Bilder vom Fahrzeugumfeld aufgenommen werden, wobei die Bilddaten der aufgenommenen Bilder mittels einer im Fahrerassistenzsystem hinterlegten Bildauswertung ausgewertet werden, und wobei anhand der ausgewerteten Bilddaten ein Polizist automatisch erkannt wird. So wird ein Fahrerassistenzsystem, welches insbesondere mit einem Ampelassistenten und/oder einem Verkehrszeichenassistenten ausgestattet ist, in die Lage versetzt, einen den Verkehr regelnden Polizisten zu erkennen und insofern statt auf eine Ampel oder auf ein Verkehrsschild auf den Polizisten zu reagieren. Beispielsweise kann autonom oder teilautonom in die Führung des Kraftfahrzeugs eingegriffen werden, indem eine erkannte Ampelphase oder ein erkanntes Verkehrszeichen in ihrer Priorität zurückgestuft oder ignoriert werden. Kameras sind jedoch stark von Faktoren wie Umgebungshelligkeit und Umwelteinflüsse betroffen. Auch im Hinblick auf eine 3D-Erfassung und somit die Erkennung von Handzeichen und dergleichen sind Kameras weniger geeignet.
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DE 10 2015 004 605 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines zur vollständig automatischen Führung einer Mobileinheit, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ausgebildeten Steuersystems der Mobileinheit, wobei die Sensordaten wenigstens eines Umgebungssensors der Mobileinheit zur Ermittlung von Anweisungsdaten, die die Anwesenheit einer zur Ausgabe von Verkehrsanweisungen berechtigten Person und/oder wenigstens eine von der Person ausgegebene Verkehrsanweisung beschreiben, ausgewertet werden. Bei Detektion einer zur Ausgabe von Verkehrsanweisungen berechtigten Person wird ein die Anweisungsdaten und/oder die Sensordaten auswertendes, die Relevanz einer ermittelten und/oder allgemein von der Person ausgehenden Verkehrsanweisung für die Mobileinheit beschreibendes Relevanzkriterium ausgewertet, wobei nur bei Erfüllung des Relevanzkriteriums die Verkehrsanweisung bei der vollständig automatischen Führung der Mobileinheit berücksichtigt wird. Als Umgebungssensor des Kraftfahrzeugs sind verschiedene Arten von Sensoren denkbar, wobei bevorzugt als Umgebungssensoren optische Sensoren, insbesondere eine Kamera, und/oder Laufzeitsensoren, insbesondere ein Radarsensor, verwendet werden. Genauere Ausführungen zur Auswertung der Sensordaten sind nicht vorhanden.
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DE 10 2014 111 023 A1 hat ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines automatisierten Fahrzeuges mit den folgenden Merkmalen zum Gegenstand: Das Fahrzeug erfasst eine mehrdeutige Verkehrssituation, nimmt eine Auswertung der erfassten Verkehrssituation vor, wählt aufgrund der Auswertung der erfassten Verkehrssituation eine geplante Interaktion mit mindestens einem Verkehrsteilnehmer, signalisiert dem Verkehrsteilnehmer die Interaktion, erfasst eine Reaktion des Verkehrsteilnehmers auf die Interaktion, nimmt eine Auswertung der Reaktion vor und leitet abhängig von der Auswertung der Reaktion das geplante Fahrmanöver ein. Der Interaktionspartner kann ein Verkehrspolizist sein. Verwendete Sensoren können eine Videokamera, einen Hodometer
14, einen GPS-Sensor oder ein System
16 zur optischen Abstands- oder Geschwindigkeitsmessung (Light Detection and Ranging, LiDAR) umfassen.
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US 2016/0003936 A1 offenbart eine Zielerkennungsvorrichtung, die in einem Fahrzeug installiert ist. Die Zielerkennungsvorrichtung umfasst ein Radar-Erfassungsmittel, ein Bilderfassungsmittel und ein Detektionsmittel. Dabei können beispielsweise ein Motorrad, ein voranfahrendes Fahrzeug und ein Fußgänger individuell und separat detektiert werden.
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US 8 306 263 B2 betrifft eine Objekttyp-Bestimmungsvorrichtung für ein Fahrzeug. Dabei erfolgt die Bestimmung des Objekttyps aufgrund einer Periodizität in der Bewegung des Objekts aus Bildern. Als Sensoren kann eine Kombination einer Infrarotkamera und eines Radarsensors verwendet werden.
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DE 10 2011 087 774 A1 betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Signalisierung einer Verkehrssituation im Umfeld eines Fahrzeugs. Ein gefährdetes Objekt in einer durch Sensoren erfassten Umgebung des Fahrzeugs wird erkannt und es wird eine Kollisionswahrscheinlichkeit nebst einer Aussagesicherheit für das erkannte gefährdete Objekt ermittelt, wobei bei gegebener Kollisionswahrscheinlichkeit und einer niedrigen Aussagesicherheit eine Aktion eines ersten Typs ausgeführt wird und bei gegebener Kollisionswahrscheinlichkeit und einer hohen Aussagesicherheit eine Aktion eines zweiten Typs ausgeführt wird. Insbesondere kann ein Objekt über mehrere Umfelderfassungssysteme, beispielsweise über eine Kamera, ein Ultraschallsystem und/oder über Nahfeldradar, plausibilisiert werden, um eine hohe Aussagesicherheit zu erreichen.
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US 9 586 585 B2 betrifft ein automatisiertes Fahrsystem, welches ein Erkennungssystem in einem autonomen Fahrzeug umfasst. Das automatisierte Fahrsystem kann basierend auf aufgenommenen Bildern des Erkennungssystems einen Verkehrspolizisten mit einer Verkehrssignaleinrichtung erkennen und entsprechende Verkehrssignale interpretieren. Das Erkennungssystem kann ein Radarsystem nutzen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur verlässlichen Verkehrssituationsanalyse bei Regelung durch die Verkehrspolizei anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, dass als ein Umgebungssensor wenigstens ein Radarsensor mit einem einen Radartransceiver realisierenden Halbleiterchip verwendet wird, wobei bei Detektion der Anwesenheit eines Verkehrspolizisten der Radarsensor von wenigstens einem Normalbetriebsmodus in einen zur Detektion von Gliedmaßen des Verkehrspolizisten und/oder deren Bewegung vorgesehenen Zusatzbetriebsmodus umgeschaltet wird, wobei die Sensordaten des Radarsensors zu die Gliedmaßen des Verkehrspolizisten und/oder deren Bewegung beschreibenden Anweisungsdaten ausgewertet werden.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die kürzlichen Fortschritte in der Radartechnologie, die neue, hochauflösende Radarsensoren in Halbleitertechnologie, insbesondere CMOS-Technologie, bereitstellt, zu einer besonderen Eignung dieser Art der Umfelderfassung führen, um Gesten und Handzeichen eines Verkehrspolizisten aus Kraftfahrzeugen zu erkennen, was einen wichtigen Schritt zur Erhöhung der Einsetzbarkeit, Sicherheit und Verlässlichkeit von Funktionen zur vollautomatischen Fahrzeugführung bedeutet. Insbesondere kann dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Halbleiterchip eingesetzt werden, der zusätzlich zu dem Radartransceiver auch eine digitale Signalverarbeitungskomponente (DSP) und/oder eine Steuereinheit des Radarsensors realisiert und/oder der als ein Package mit einer Antennenanordnung des Radarsensors realisiert ist. Auf diese Weise werden durch die hohe Integration Signalwege weiter verkürzt, das Signal-zu-Rauschverhältnis verbessert sich und die Qualität der Sensordaten des Radarsensors steigt, womit auch Gliedmaßen und/oder deren Bewegungen besser und verlässlicher erkannt werden können. Dies gilt insbesondere, nachdem allgemein Radarsensoren auf Halbleiterbasis, insbesondere CMOS-Basis, eine verlässlichen Detektion auch in Bereichen naher und mittlerer Entfernung zulassen, die einen Verkehrspolizisten besonders betrifft.
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Insbesondere erlaubt der Einsatz solcher Radarsensoren auf Halbleiterbasis, wobei beispielsweise drei Radarsensoren in einem vorderen Stoßfänger verdeckt verbaut sein können, die flexiblere Anpassung von Detektionseigenschaften durch entsprechende Veränderung der Betriebsparameter. Mit anderen Worten eignen sich gerade Halbleiter-Radarsensoren für den Betrieb in unterschiedlichen Betriebsmodi, denen unterschiedliche Erfassungseigenschaften zugeordnet sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird wenigstens ein solcher Betriebsmodus, der Zusatzbetriebsmodus, explizit auf die Anforderungen der Detektion von Anweisungen des Verkehrspolizisten ausgelegt und es wird entsprechend von einem Normalbetriebsmodus, beispielsweise zur allgemeinen Detektion statischer und dynamischer Objekte im Stadtverkehr, auf den Zusatzbetriebsmodus umgeschaltet, um speziell für die Auswertung auf Anweisungsdaten abgestimmte Sensordaten des Radarsensors zu erhalten. Es sei darauf hingewiesen, dass bei der Verwendung mehrerer Radarsensoren ggf. nur ein Teil dieser Radarsensoren in den Zusatzbetriebsmodus umgeschaltet werden muss, um die anderen Erfassungseigenschaften parallel beizubehalten.
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Zusammenfassend wird also dann, wenn den Verkehr regelnde Verkehrspolizei festgestellt wird, der wenigstens eine Radarsensor in den Zusatzbetriebsmodus umgeschaltet, wo er Sensordaten aufnimmt, die sich besonders für die Erkennung der Anweisungen des Verkehrspolizisten eignen. Dabei sei darauf hingewiesen, dass auch im Normalbetriebsmodus bereits Sensordaten des wenigstens einen Radarsensors verwendet werden können, um eine Unterscheidung zwischen Verkehrspolizisten und sonstigen Fußgängern als Verkehrsteilnehmern zu ermöglichen und/oder zu unterstützen, nachdem unterschiedliche Verhaltensweisen, mithin unterschiedliche Bewegungsmuster und/oder Stellungen durch die Radarreflexionen widergegeben werden. In diesem Zusammenhang sei nochmals explizit darauf hingewiesen, dass mit dem Radarsensor bevorzugt eine Winkelmessung in zwei zueinander senkrechten Ebenen erfolgt, um eine dreidimensionale Abtastung des Umfelds des Kraftfahrzeugs, insbesondere des vorausliegenden Umfelds, zu ermöglichen. Dabei ist insbesondere eine Winkelerfassung in Elevation und Azimut vorgesehen. Hierfür können spezielle Antennenanordnungen eingesetzt werden, in denen einzelne Antennenelemente in zwei zueinander senkrechten Richtungen aufeinanderfolgen. Insbesondere können so Radarsensoren eingesetzt werden, die eine Elevationsmessfähigkeit mit einer hohen lateralen Auflösung kombinieren und somit eine zuverlässige Klassifikation statischer und dynamischer Ziele auch in komplexeren städtischen Verkehrsszenarien erlauben.
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In einer konkreten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass in dem Zusatzbetriebsmodus eine Dopplerauflösung besser als 0,1 m/s, insbesondere durch eine Verwendung von mehr als 400 ansteigenden Rampen bei einer Frequenzmodulation im Radarsignal, und/oder eine Frequenzbandbreite von wenigstens 2 GHz verwendet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltungkönnen beispielsweise 500 ansteigende Rampen in einem FMCW-Radar eingesetzt werden. Als Frequenzbandbreite wird bevorzugt wenigstens 4 GHz verwendet, um eine hohe Abstandsauflösung zu ermöglichen, beispielsweise bei 4 GHz eine Abstandsauflösung von 5 cm. Selbstverständlich können auch andere und/oder weitere Betriebsparameter des Radarsensors im Zusatzbetriebsmodus auf die vorgesehene Detektion von Gliedmaßen und/oder Bewegungen von Gliedmaßen des Verkehrspolizisten angepasst werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Ermittlung der Anweisungsdaten aus den Sensordaten des Radarsensors, insbesondere hinsichtlich der Identifikation der Gliedmaßen und/oder der Auswertung der Bewegung der Gliedmaßen, wenigstens teilweise durch eine Mikro-Doppler-Analyse erfolgt. Als Mikro-Doppler-Effekt wird die Tatsache bezeichnet, dass Bewegungen eines Objektes, die von der Gesamtbewegung des Objektes abweichen, Dopplermodulationen um die hauptsächliche Dopplerverschiebung erzeugen, die auch als Mikro-Doppler-Signatur bezeichnet wird. Durch Auswertung dieser Mikro-Doppler-Signatur können Informationen über die entsprechenden Bewegungen von Untereinheiten des Objekts, vorliegend Gliedmaßen des Verkehrspolizisten, abgeleitet werden.
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Besonders vorteilhaft ist es ferner mithin, wenn zur Ermittlung der Anweisungsdaten aus den Sensordaten des Radarsensors wenigstens teilweise ein Auswertungsalgorithmus der künstlichen Intelligenz verwendet wird. Insbesondere können zum Trainieren dieses Auswertungsalgorithmus der künstlichen Intelligenz Trainingsmethoden des sogenannten „deep learning“ eingesetzt werden. So können beispielsweise typische Reflexionsmuster bzw. Mikro-Doppler-Signaturen, entsprechenden Gliedmaßenstellungen/ Bewegungen zugeordnet werden, um die Anweisungsdaten zu ermitteln.
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In vorteilhaften Ausgestaltungen können also neben der Tatsache, dass Radarsensoren bereits bei der Identifikation von Verkehrspolizisten, insbesondere auch in der Dunkelheit, einen wichtigen Beitrag zur Klassifikation von Fußgängern im Verkehrsumfeld liefern, bevorzugt durch Mikro-Doppler-Zeichen, mithin Anweisungen, des Verkehrspolizisten erkannt werden. Neben der beschriebenen Vorgehensweise unter Verwendung eines Auswertungsalgorithmus der künstlichen Intelligenz kann dabei auch vorgesehen sein, dass typische Reflexionsmuster von Gliedmaßenbewegungen und/oder Gliedmaßenstellungen in einer Datenbank innerhalb des Kraftfahrzeugs, insbesondere im Radarsensor, hinterlegt werden und in der Analyse und Interpretation der Verkehrssituation ein Vergleich zwischen den hinterlegten Reflexionsmustern und den aktuell aufgenommenen Reflexionsmustern, wie sie durch die Sensordaten des Radarsensors beschrieben werden, durchgeführt wird. Die Radarreflexionsmuster sind bevorzugt horizontal und vertikal ausgeprägt, so dass eine 3D-Interpretation der Objekte und hier insbesondere der Teile von Objekten, nämlich der Gliedmaßen, statisch und dynamisch erfolgen kann.
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In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Detektion der Anwesenheit eines Verkehrspolizisten wenigstens teilweise aus Sensordaten einer Kamera als Umgebungssensor erfolgt. Gerade im Hinblick auf die Klassifikation von Fußgängern im Hinblick auf ihre Kleidung und dergleichen, im Hinblick auf Verkehrspolizisten deren Uniform, weist die Verwendung von Kameras besondere Vorteile auf. Beispielsweise kann ein durch Sensordaten der Kamera festgestelltes Regeln des Verkehrs durch einen Verkehrspolizisten, wobei jedoch, wie die bisherigen Ausführungen gezeigt haben, auch hier Sensordaten weiterer Umgebungssensoren, insbesondere des Radarsensors, eingehen können, zum Umschalten des Radarsensors in den Zusatzbetriebsmodus führen.
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Mit besonderem Vorteil kann vorgesehen sein, dass als Umgebungssensoren neben dem Radarsensor wenigstens eine Kamera und wenigstens ein Lidar-Sensor verwendet wird, wobei die Sensordaten der verschiedenen Sensorarten zur gemeinsamen Auswertung und/oder zur gegenseitigen Plausibilisierung von Auswertungsergebnissen verwendet werden. Um ein zuverlässiges System für das vollständig automatisierte Fahren aufzubauen, ist es zweckmäßig, eine Redundanz mehrerer Messprinzipien vorzusehen. Dabei kann bevorzugt eine Kombination von Radarsensoren, Kameras und Lidar-Sensoren als Umgebungssensorik herangezogen werden, um eine zuverlässige Analyse und Interpretation einer Kreuzungssituation als Verkehrssituation mit Verkehrspolizei und Ampel zu gewährleisten. Dabei sind Kameras hinsichtlich der Geschwindigkeitsmessung eher als schwach zu bewerten, liefern aber höchste Leistung in der Klassifikation von Objekten (Fußgänger, Ampel, Farbe der Ampeln und dergleichen). Lidar-Sensoren scannen optisch das Umfeld und liefern zusätzliche Details für die Interpretation der Verkehrssituation. Radarsensoren zeigen sich insbesondere im Hinblick auf Bewegungen von Objekten als hochgradig nützlich, was durch die Bewertung des Dopplersignals und/oder bevorzugt auch durch Mikro-Doppler-Analyse realisiert werden kann.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei Detektion der Anwesenheit eines Verkehrspolizisten das Ergebnis einer Ampelschaltungsdetektion gegenüber den Anweisungsdaten niedriger priorisiert wird. Die Ampelerkennungsfunktion wird mithin niedrig priorisiert und/oder vollkommen ignoriert, während die die Zeichen des Verkehrspolizisten beschreibenden Anweisungsdaten hoch priorisiert werden. Entsprechend wird auch der vollautomatische Betrieb des Kraftfahrzeugs auf die ermittelten Anweisungsdaten abgestellt. Beschreiben die Anweisungsdaten beispielsweise, dass der Verkehrspolizist ein Linksabbiegen-Zeichen gibt, wird in einem Kraftfahrzeug eine Trajektorie mit einem Abbiegemanöver nach links verwendet, um den Anweisungsdaten Rechnung zu tragen. Anders gesagt berücksichtigt das Fahrzeugführungssystem die Position des eigenen Kraftfahrzeugs relativ zum Verkehrspolizisten, die Infrastruktur der Kreuzung (beispielsweise anhand von prädiktiven Streckendaten (PSD) oder von Sensordaten der Umgebungssensoren ermittelbar) sowie den sonstigen fusionierten Informationen zur Verkehrssituation die optimale Bahnplanung durch und steuert den Betrieb des Kraftfahrzeugs entsprechend.
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In bevorzugter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug zum Einhalten eines Mindestabstands zu dem detektierten Verkehrspolizisten geführt wird. Auf diese Weise wird ein Sicherheitsabstand zwischen dem Kraftfahrzeug und der Verkehrspolizei vorgehalten.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass Auswertungsalgorithmen und/oder Datenbanken, die bei der Ermittlung der Anweisungsdaten aus den Sensordaten des Radarsensors berücksichtigt werden, durchaus länder- und/oder regionenspezifisch sein können, wenn entsprechende Unterschiede existieren, so dass dann je nach befahrenem Land/befahrener Region eine korrekte Auswertung und Detektion der Anweisungen des Verkehrspolizisten erfolgen kann.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend wenigstens einen als Radarsensor ausgebildeten Umgebungssensor und ein zur vollständig automatischen Führung des Kraftfahrzeugs ausgebildetes Fahrzeugführungssystem mit einem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildeten Steuergerät. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, so dass auch mit den die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- 1 eine mögliche Verkehrssituation an einer Kreuzung,
- 2 mögliche Anweisungen eines Verkehrspolizisten,
- 3 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 4 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
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1 zeigt eine Prinzipskizze einer Verkehrssituation an einer Kreuzung 1, auf die sich gerade ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 2, welches ein zur vollständig automatischen Führung des Kraftfahrzeugs 2 ausgebildetes Fahrzeugführungssystem 3 aufweist, welches Sensordaten von hier nicht näher gezeigten Umgebungssensoren auswertet und ein Steuergerät aufweist, das zur Durchführung des im Folgenden diskutierten erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die Umgebungssensoren umfassen dabei wenigstens einen auf das Vorfeld des Kraftfahrzeugs 2 gerichteten, einen einen Radartransceiver realisierenden Halbleiterchip aufweisenden Radarsensor.
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Im Rahmen der vollständig automatischen Führung des Kraftfahrzeugs 2 ist es wesentlich, die Verkehrssituation an der Kreuzung 1, die üblicherweise anhand von Ampeln 4 geregelt wird, korrekt zu beurteilen. Vorliegend jedoch befindet sich neben anderen Verkehrsteilnehmern, insbesondere weiteren Kraftfahrzeugen 5 und Fußgängern 6, auch ein Verkehrspolizist 7 im Bereich der Kreuzung 1, wobei letzterer die Verkehrsregelung von der Ampelanlage 4 übernommen hat. Für den vollständig automatischen Betrieb des Kraftfahrzeugs 2 durch das Fahrzeugführungssystem 3 ist es in der gezeigten Situation wesentlich, nicht nur festzustellen, dass der Verkehrspolizist 7 anwesend ist, sondern auch, dessen Anweisungen erkennen zu können, die durch die Stellung der Gliedmaßen und/oder deren Bewegung vermittelt werden. Beispielhafte Anweisungen sind in 2 gezeigt. Pfeile 8 zeigen dabei jeweils eine Bewegung von Gliedmaßen an. Im Teilbild A wird ein Kraftfahrzeug durchgewinkt, im Teilbild B müssen Kraftfahrzeuge, die sich von vorne und hinten nähern, anhalten, während Kraftfahrzeuge, die sich von der Seite nähern, weiterfahren dürfen. Im Teilbild C sollen die Kraftfahrzeuge verlangsamt werden, während im Teilbild D Kraftfahrzeuge anhalten sollen.
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3 zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens hinsichtlich von Kreuzungssituationen, wie sie in 1 dargestellt sind. Während sich das Kraftfahrzeug 2 der Kreuzung 1 nähert, werden in einem Schritt S1, wie üblich, Sensordaten der Umgebungssensoren aufgenommen und entsprechend fusioniert/ausgewertet. Neben dem bereits genannten, auf Halbleitertechnologie basierenden Radarsensor, durch dessen Halbleiterchip, hier ein CMOS-Chip, im Übrigen auch eine digitale Signalverarbeitungskomponente und eine Steuereinheit des Radarsensors realisiert werden, wobei der Halbleiterchip gemeinsam mit einer Antennenanordnung des Radarsensors als ein Package realisiert ist und mittels der Antennenanordnung eine Winkelmessung in zwei zueinander senkrechten Ebenen, hier Azimut und Elevation, möglich ist, umfassen die Umgebungssensoren wenigstens eine nach vorne gerichtete Kamera und wenigstens einen nach vorne gerichteten Lidar-Sensor. In den Sensordaten der Umfeldsensoren lassen sich statische Objekte, beispielsweise die Ampeln 4, andere Verkehrsteilnehmer, und dynamische Objekte, beispielsweise die weiteren Kraftfahrzeuge 5 und/oder der Fußgänger 6 sowie auch Verkehrspolizisten 7 erkennen.
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Neben der üblichen vollautomatischen Führung des Kraftfahrzeugs wird bei der Auswertung der Sensordaten in einem Schritt S2 vorliegend überprüft, ob ein für das Kraftfahrzeug 2 relevanter Verkehrspolizist 7 detektiert wurde. Die Detektion des Verkehrspolizisten 7 erfolgt dabei bevorzugt hauptsächlich basierend auf Sensordaten der Kamera, nachdem diese eine besonders gute Klassifizierung von Fußgängern 6 nach ihrer Funktion erlaubt. Selbstverständlich können auch hier bereits weitere Sensordaten, insbesondere Sensordaten des Radarsensors, eingehen, nachdem beispielsweise die Sensordaten des Radarsensors eine bessere Positionsbestimmung bezüglich des Verkehrspolizisten 7 erlauben und bereits Hinweise auf die Stellung/Bewegung der Gliedmaßen des Verkehrspolizisten 7 geben können, was vorliegend anzeigt, ob der Verkehrspolizist 7 auch tatsächlich den Verkehr regelt (gemeinsam mit seiner Position in der Mitte der Kreuzung 1). Der Radarsensor wird dabei bislang in einem Normalbetriebsmodus für den Stadtverkehr betrieben.
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Solange kein relevanter Verkehrspolizist 7 festgestellt wird, wird mit der üblichen vollautomatischen Führung des Kraftfahrzeugs 2 gemäß Schritt S1 fortgefahren, welche insbesondere auch eine Erkennung und Interpretation von Ampelsignalen umfasst.
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Wird jedoch ein Verkehrspolizist 7, der für das Kraftfahrzeug 2 relevant ist, sich insbesondere also auf einer vorausliegenden Kreuzung 1 befindet, festgestellt, wird in einem Schritt S3 zum einen eine niedrigere Priorisierung von Ampelsignalen gegenüber zu ermittelnden Anweisungsdaten eingestellt, zum anderen wird der wenigstens eine Radarsensor in einen Zusatzbetriebsmodus umgeschaltet, der speziell auf die Detektion von Gliedmaßen des Verkehrspolizisten 7 bzw. deren Bewegung abgestellt ist. Vorliegend werden in dem Zusatzbetriebsmodus 500 ansteigende Rampen der Frequenzmodulation eingesetzt, um eine Dopplerauflösung von 0,1 m/s zu erreichen, zum anderen wird eine Frequenzbandbreite von 4 GHz eingesetzt, was zu einer Abstandsauflösung von 5 cm oder weniger führt. Nachdem es sich um einen Halbleiter-Radarsensor handelt, insbesondere einen CMOS-Radarsensor, lassen sich solche Umschaltungen von Betriebsmodi und ein entsprechendes Einstellen von Betriebsparametern leicht realisieren.
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In einem Schritt S4 werden die Sensordaten des Radarsensors ausgewertet, um die Gliedmaßen des Verkehrspolizisten 7 und/oder deren Bewegung beschreibende Anweisungsdaten zu ermitteln. Dabei können selbstverständlich zur Plausibilisierung und/oder Verbesserung der Auswertung auch Sensordaten der wenigstens einen Kamera und/oder des wenigstens einen Lidar-Sensors herangezogen werden. Vorliegend wird zur Auswertung der Sensordaten des Radarsensors wenigstens eine Mikro-Doppler-Analyse durchgeführt, da sich hieraus Bewegungen der Gliedmaßen besonders verlässlich ergeben. Radarreflexionsmuster im Allgemeinen und insbesondere auch die Mikro-Doppler-Signaturen können mit typischen Reflexionsmustern in einer Datenbank, die im Steuergerät oder im Radarsensor hinterlegt sein kann, verglichen werden, wobei zusätzlich oder alternativ ein Auswertungsalgorithmus der künstlichen Intelligenz zweckmäßig eingesetzt werden kann, um Reflexionsmuster, insbesondere umfassend Mikro-Doppler-Signaturen, zu klassifizieren.
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In einem Schritt S5 wird das Kraftfahrzeug 2 entsprechend den im Schritt S4 ermittelten Anweisungsdaten betrieben, das bedeutet, die durch die Anweisungsdaten beschriebenen Anweisungen des Verkehrspolizisten 7 werden beim Betrieb des Kraftfahrzeugs 2 entsprechend berücksichtigt, wobei zudem ein Mindestabstand zu dem Verkehrspolizisten 7 eingehalten wird. Gibt der Verkehrspolizist 7 mithin, wie beispielhaft in der 2C dargestellt, das Zeichen zum Verlangsamen, wird die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 2 reduziert. Wird ein Zeichen zum Abbiegen nach rechts gegeben (vgl. Teilbild A der 2), wird die Bahnplanung so vorgenommen, dass die zukünftige Trajektorie des Kraftfahrzeugs 2 zu einem Rechtsabbiegen führt.
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In einem Schritt S6 wird dann überprüft, ob der Verkehrspolizist 7 noch vorhanden bzw. relevant ist, vergleichbar zum Schritt S2, wobei beispielsweise überwacht werden kann, ob das Kraftfahrzeug 2 den Verkehrspolizisten 7 bereits passiert hat bzw. die Kreuzung 1 verlassen hat und dergleichen. Hierbei können insbesondere auch Sensordaten der übrigen Umgebungssensoren herangezogen werden. Ist der Verkehrspolizist 7 weiterhin relevant, wird mit Schritt S4 fortgefahren, ansonsten wird in einem Schritt S7 der Radarsensor wieder in den entsprechenden Normalbetriebsmodus zurückgeschaltet und es wird wiederum bei Schritt S1 fortgesetzt, wobei die die Ampelsignale beschreibenden Ampeldaten, soweit vorliegend, wieder wie üblich priorisiert werden.
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4 zeigt schließlich eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2, wobei vorliegend lediglich die Umgebungssensoren 9, die auf das Vorfeld des Kraftfahrzeugs 2 gerichtet sind und somit für die hier beschriebenen Ausgestaltungen relevant sind, gezeigt sind. Selbstverständlich können auch weitere Umgebungssensoren vorgesehen werden, um eine möglichst das gesamte Umfeld des Kraftfahrzeugs 2 in einem 360°-Radius abdeckende Erfassung zu erreichen.
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Die Umgebungssensoren 9 umfassen in einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 2 verdeckt verbaute Radarsensoren 10 in Halbleitertechnologie, hier CMOS-Technologie, die ein Package aus einer Antennenanordnung sowie einen Halbleiterchip (CMOS-Chip) aufweisen, der neben einem Radartransceiver auch eine digitale Signalverarbeitungskomponente des Radarsensors 10 und eine Steuereinheit des Radarsensors 10 realisiert. Über die Steuereinheit kann zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi des Radarsensors 10 umgeschaltet werden, beispielsweise vom Normalbetriebsmodus in den Zusatzbetriebsmodus und umgekehrt.
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Weitere Umgebungssensoren umfassen eine auf das Vorfeld des Kraftfahrzeugs 2 gerichtete Kamera 11 sowie Lidar-Sensoren 12. Die Sensordaten all dieser Sensoren werden an ein Steuergerät 13 des Fahrzeugführungssystems 3 übermittelt, welches entsprechend zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.