Bes chreibung

Titel

Fahrerassistenzverfahren und -Vorrichtung auf der Basis von Fahrstreifeninformationen

Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzverfahren und eine -Vorrichtung, die auf der Basis von Fahrstreifeninformationen arbeiten .

Stand der Technik

Fahrerassistenzsysteme, die auf der Basis von Fahrstreifeninformationen arbeiten, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein Beispiel für ein solches Fahrerassistenzsystem ist ein Warnsystem, das den Fahrer bei einem unbeabsichtigten Verlassen des Fahrstreifens warnt. Ein derartiges System ist beispielsweise aus EP 1074430 Al bekannt. Dort wird beschrieben, wie mit Bildsensoren die Fahrbahn, auf der sich das Fahrzeug bewegt, erfasst wird und der Fahrer gewarnt wird, wenn das Fahrzeug den erfassten Fahrstreifen verlässt bzw. zu verlassen droht. Auch aus den Patentanmeldungen DE 103 11 518.8 und DE 102 38 215.8 sind derartige Fahrerassistenzsysteme bekannt. Zur Erfassung der Fahrstreifen werden bei den bekannten Systemen Bildsensorsysteme verwendet, die in dem Fahrzeug eingebaut sind und die den vor dem Fahrzeug liegenden Verkehrsraum aufnehmen. Aus Bildern der

Fahrstreifenmarkierungen werden die Grenzen des Fahrstreifens und damit dessen Verlauf abgeleitet. Die Erfassung des Fahrstreifens hängt demnach stark von den herrschenden Sichtverhältnissen ab. Bei schlechten Sichtbedingungen sind die Systeme häufig nicht mehr zuverlässig genug und werden abgeschaltet, um den Fahrer nicht zu gefährden.

Aus DE 103 49 631 Al ist weiter ein Fahrerassistenzverfahren bekannt, bei dem zur Plausibilisierung des von bordeigenen Sensoren erfassten Fahrstreifenverlaufs Daten eines globalen Positioniersystems und/oder Daten einer Navigationskarte verwendet werden. Dadurch soll erreicht werden, dass auch bei schlechten Sichtbedingungen der Verlauf der Fahrstreifen zuverlässiger erfasst werden kann und das Fahrerassistenzverfahren dem Fahrer länger zu seiner

Unterstützung zur Verfügung steht und nicht frühzeitig abgeschaltet werden muss.

Digitale Karten, wie sie bisher in bordeigenen Navigationssystemen zur Routenführung zum Einsatz kommen, gewinnen zunehmend auch für Fahrerassistenz- und

Sicherheitssysteme an Bedeutung, da sich sowohl die Qualität der Kartendaten als auch die Informationsdichte ständig erhöhen und mittlerweile einen Stand erreicht haben, der im Zusammenhang mit künftig zu entwickelnden Fahrerassistenzfunktionen, insbesondere zur Fahrzeugführung, neue Möglichkeiten für die Erfassung des Fahrzeugumfelds bietet. Beispielsweise wurde im Rahmen des öffentlich geförderten Projekts PREVENT, Teilprojekt MAPS & ADAS, ein Konzept entworfen, wie Fahrerassistenzfunktionen (ADAS) über eine standardisierte Schnittstelle (ADASIS) auf Daten einer digitalen Karte (MAPS) zugreifen können.

Aus DE 101 37 292 Al ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrer-Assistenzsystems eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, mit einer servounterstützten Lenkung bekannt. Dieses Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: - Erfassen oder Abschätzen von Umgebungsdaten einer, vorzugsweise momentanen, Verkehrssituation,

- Erfassen oder Abschätzen von, vorzugsweise momentanen, Bewegungsdaten des Fahrzeugs,

- Vergleichen der erfassten oder abgeschätzten Umgebungsdaten mit den Bewegungsdaten des Fahrzeugs,

- änderung der Unterstützung einer Lenkhandhabe nach Maßgabe des Vergleichs .

Aus DE 10 2005 048 014.4 ist weiter ein Fahrerassistenzsystem mit einer Spurhaltefunktion bekannt, das eine Einrichtung für die Erkennung der Fahrstreifen auf der Fahrbahn und eine Steuereinrichtung für den Eingriff in das Lenksystem des Fahrzeugs im Sinne einer Spurhaltung umfasst. Weiterhin umfasst das Fahrerassistenzsystem Mittel für die Erfassung der Position des Fahrzeugs in Bezug auf die Ränder des Fahrstreifens, sowie Mittel für die Erfassung einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs. Die Steuereinrichtung übt ihre Steuerungsfunktion in Abhängigkeit von der Position des Fahrzeugs auf dem Fahrstreifen und in Abhängigkeit von einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs aus .

Offenbarung der Erfindung

Vorteilhafte Wirkungen

Die Erfindung ermöglicht eine weitere Verbesserung der Betriebssicherheit bei einem Fahrerassistenzverfahren. Die

erfindungsgemäße Lösung ermöglicht selbst dann noch eine zuverlässige Führung des Fahrzeugs mit dem Fahrerassistenzverfahren, wenn der Verlauf des von dem Fahrzeug befahrenen Fahrstreifens nicht mehr ohne weiteres mit einem bordeigenen Sensorsystem, insbesondere

Videosensor, erkannt werden kann. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn infolge schlechter Sichtbedingungen oder infolge von Verdeckungen die Markierungen eines Fahrstreifens von dem Sensor nicht mehr sicher detektiert werden können. Auch bei völlig fehlenden Markierungen des Fahrstreifens kann die Erfindung immer noch zu einer zuverlässigen Führung des Fahrzeugs beitragen. Auch unter ungünstigen Bedingungen steht daher dem Fahrer das Fahrerassistenzverfahren länger zur Verfügung. So gut wie möglich, werden der Verlauf eines Fahrstreifens und die jeweilige Position des Fahrzeugs auf diesem mit Hilfe des bordeigenen Sensors erfasst. Aus einer digitalen Karte des Verkehrsraums werden dann zusätzlich die Fahrbahn oder den Fahrstreifen charakterisierende shape points und die diesen shape points zugeordneten Krümmungen entnommen. Besonders vorteilhaft wird die Krümmung an der aktuellen Position des Fahrzeugs zwischen zwei shape points dadurch ermittelt, dass zu der Krümmung eines shape points die mit einem Weglängenverhältnis multiplizierte Differenz der Krümmungen der das Fahrzeug zwischen sich einschließenden shape points addiert wird. Dabei ist das Weglängenverhältnis der Quotient aus der Weglänge zwischen dem ersten shape point und der aktuellen Position des Fahrzeugs und der Weglänge zwischen den beiden das Fahrzeug zwischen sich einschließenden shape points. Vorteilhaft kann der Verlauf des Fahrstreifens zwischen zwei benachbarten shape points durch eine Kurve, insbesondere ein kubisches Polynom, angenähert werden, deren Start- und Endkrümmung mit den Krümmungen in den beiden benachbarten shape points übereinstimmt. Bei hinreichend geringen Abständen zwischen den shape points, können, aus Gründen der Vereinfachung, die Weglängen auf dem

Fahrstreifen vorteilhaft auch als Strecken angenähert werden .

Besonders vorteilhaft ist eine Schnittstelle zu einem eine Fahrzeugführungsfunktion ausführenden Modul, an der die berechnete Krümmung der Fahrbahn bzw. des Fahrstreifens sowie die Position des Fahrzeugs innerhalb des Fahrstreifens bereitgestellt wird. Die Fahrzeugführungsfunktion ermittelt dann auf der Basis dieser Werte in bekannter Weise Eingriffe in Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs bzw. Warnsignale .

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter

Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1 die Darstellung eines Fahrstreifenverlaufs durch so genannte shape points und Krümmungen in einer digitalen Karte;

Figur 2 eine Aufsicht auf einen Verkehrsraum mit einem Fahrzeug;

Figur 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Bereitstellung von Daten für das Fahrerassistenzverfahren;

Figur 4 ein Diagramm mit Darstellung der Interpolation und Extrapolation von Krümmungswerten zwischen shape points aus einer digitalen Karte.

Ausführungsformen der Erfindung

Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die Zuverlässigkeit eines Fahrerassistenzverfahrens, insbesondere auch bei schlechten Sichtbedingungen, dadurch wesentlich verbessert werden kann, dass auch Daten einer digitalen Karte zusätzlich herangezogen werden, um den Verlauf einer Fahrstreifen zu erfassen. Im Allgemeinen benötigen Systeme für die Fahrzeugführung, insbesondere Systeme zur Querführung eines Fahrzeugs, wie LKS (LKS = Lane Keeping Support) ,

Informationen über den in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug liegenden Fahrstreifen und dessen Verlauf, insbesondere die Krümmung des Fahrstreifens. Nach aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen wird die Krümmung durch Erfassen der Fahrstreifenmarkierungen mit einem bordeigenen Sensorsystem, insbesondere einer Videokamera, und Verarbeiten der erfassten Daten in einer Bildverarbeitungseinrichtung ermittelt. Viele zukünftige Fahrerassistenzfunktionen benötigen eine hinreichend große Vorausschauweite für die Erfassung der Fahrstreifeninformationen. Bei rein videobasierten Systemen ist es oft der Fall, dass diese Vorausschauweite nicht gegeben ist. Beispielsweise infolge von fehlenden Fahrstreifenmarkierungen oder, bedingt durch Verdeckungen oder ungünstige Witterungs- oder Beleuchtungsverhältnisse, schlecht sichtbare

Fahrstreifenmarkierungen. Die Verwendung von Daten aus digitalen Karten erweist sich als vorteilhaft, da die in diesen Karten abgelegten Informationen mit einer wesentlich höheren Vorausschauweite und zugleich hoher Verfügbarkeit und Genauigkeit a priori verfügbar sind. Diese vorteilhaften Eigenschaften wird auch in absehbarer Zukunft eine bordgebundene autonome Sensorik, wie beispielsweise ein Video- oder Radarsensor, selbst unter optimalen Bedingungen, nicht erreichen können, da deren Reichweite, prinzipbedingt, begrenzt ist.

In heute verfügbaren aktuellen digitalen Karten ist der Verlauf von Fahrbahnen in Form von Stützstellen, so genannten „shape points", abgelegt, wobei jedem shape point das Attribut Radius R bzw. die Krümmung als inverser Wert K = l/R zugeordnet ist. Dies wird im Folgenden, unter Bezug auf Figur 1, erläutert. Figur 1 stellt den Verlauf einer Fahrbahn 1 in einer digitalen Karte dar. In einer digitalen Karte wird der Verlauf der Fahrbahn 1 durch diskrete shape points 1.1, 1.2, 1.3, Xpo _? Xpi l.n markiert, die mit

Abstand voneinander angeordnet sind. In dem Verkehrsraum 100 bewegt sich ein Fahrzeug 2 auf der Fahrbahn 1. Wie bereits erwähnt, ist jedem shape point mindestens ein Attribut zugeordnet, insbesondere der Radius R der Fahrbahn in dem jeweiligen shape point oder die Krümmung als dessen inverser Wert. Leider ist derzeit und für die absehbare Zukunft nicht davon auszugehen, dass die Markierungen 10a, 10b eines Fahrstreifens 10 auf der Fahrbahn 1, zusätzlich zu den schon erwähnten shape points, ebenfalls in einer digitalen Karte verfügbar sein werden. Eine Positionierung des Fahrzeugs 2 auf dem Fahrstreifen 10 und damit eine Ermittlung der Relativposition des Fahrzeugs 2 in Bezug auf den Fahrstreifen 10 wird daher allein mit Hilfe einer digitalen Karte auf Basis eines globalen Positionierungssystems, wie insbesondere GPS, nicht ohne weiteres möglich sein, da die Positionsgenauigkeit von GPS dazu nicht ausreicht. Ein bordeigenes Sensorsystem, das beispielsweise mindestens einen Videosensor umfasst, ist dagegen durchaus in der Lage, sowohl den Verlauf eines Fahrstreifens als auch die relative Position des Fahrzeugs in Bezug auf diesen Fahrstreifen zu bestimmen. Dies wird im Folgenden unter Bezug auf Figur 2 erläutert, die eine Aufsicht auf einen Verkehrsraum 100 zeigt. In dem Verkehrsraum 100 bewegt sich das Fahrzeug 2 auf einem Fahrstreifen 10. Der Fahrstreifen 10 ist von Markierungen 10a, 10b begrenzt. In der digitalen Karte ist

der Verlauf der Fahrbahn 1 durch die schon erwähnten shape points 1.1, 1.2, l.n markiert. Der jeweilige Radius in jedem shape point ist mit Rl.1, Rl.2, Rl . n bezeichnet. Die Lage des Fahrzeugs 2 relativ zu dem Fahrstreifen 10 der Fahrbahn 1 ist charakterisiert durch die Abstände dyi _eft und dy _righ t des Fahrzeugs 2 in Bezug auf die Markierungen 10b, 10a des Fahrstreifens 10, sowie die Winkel ψieft und ψ _rig ht zwischen der Längsachse L des Fahrzeugs 2 und den Tangenten Xi _ef t und X _righ t an die Fahrstreifenmarkierungen 10b, 10a auf Höhe des Ursprungs des Koordinatensystems des Fahrzeugs 2. Das bordeigene Sensorsystem könnte auch Krümmungen des Fahrstreifens 10 erfassen. Für die zuverlässige Erfassung vorhandener Krümmungen ist jedoch eine gewisse Vorausschauweite des Sensorsystems erforderlich, die leider nicht immer gegeben ist. Zudem kann die mit gängigen

Schätzverfahren ermittelte Krümmung des Fahrstreifens 10 von der realen Krümmung abweichen und gibt daher den realen Verlauf des Fahrstreifens 10 nur beschränkt wieder. Demgegenüber sind die in aktuellen digitalen Karten abgelegten Krümmungen der Fahrbahn 1 oszillations- und rauschfrei. Die Erfindung nutzt nun beide Datentypen, um den Verlauf des Fahrstreifens 10 möglichst zuverlässig zu erfassen. Dies wird im Folgenden weiter unter Bezug auf Figur 3 ausgeführt, in der ein Diagramm zur Erläuterung der Bereitstellung von Daten für das Fahrerassistenzverfahren dargestellt ist. Das Diagramm stellt schematisch eine bordeigene Fahrerassistenzvorrichtung 300 für die Erfassung von Daten, deren Verarbeitung und anschließende Weiterleitung an weitere Bordsysteme dar, die insbesondere der Fahrzeugführung dienen. Die Vorrichtung 300 umfasst ein Funktionsmodul 30 „Navigationssystem", das mittels einer digitalen Karte und einem GPS-Empfänger dem Fahrzeug 2 eine Ortung ermöglicht. Auf diese Weise können die Position und die Ausrichtung des Fahrzeugs 2 auf einer Fahrbahn bestimmt werden. Weiterhin können mit dem Funktionsmodul 30 der

Fahrbahn 1 zugeordnete shape points und die jedem shape point zugeordnete Krümmung ermittelt werden. Diese Daten werden über eine Schnittstelle 30.1 für ein mit dem Funktionsmodul 30 verbundenes Funktionsmodul 32 bereitgestellt. Die Vorrichtung 300 umfasst weiter ein Funktionsmodul 31. Hierbei handelt es sich um ein bordeigenes Sensorsystem, das mindestens einen Videosensor umfasst, der vorzugsweise mindestens das in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug 2 liegende Fahrzeugumfeld erfasst, um dort insbesondere Markierungen 10a, 10b des Fahrstreifens 10 zu detektieren. Neben der Detektion solcher Markierungen 10a, 10b kann mittels des Funktionsmoduls 31 auch die relative Lage des Fahrzeugs 2 in Bezug auf diese Markierungen 10a, 10b bestimmt werden. Die von dem Funktionsmodul 31 erfassten und verarbeiteten Daten werden über eine Schnittstelle 31.1 an das mit dem Funktionsmodul 31 verbundenen Funktionsmodul 32 übermittelt. In dem Funktionsmodul 32 findet eine Weiterverarbeitung der ihm über die Schnittstellen 30.1 und 31.1 zugeführten Daten statt. Dadurch wird zunächst die Lage des Fahrzeugs 2 relativ zu dem Fahrstreifen 10 aus der relativen Lage des Fahrzeugs 2 in Bezug auf die beiden von dem Videosensor des Funktionsmoduls 31 detektierten Markierungen 10a, 10b des Fahrstreifens 10 ermittelt. Im Spezialfall parallel verlaufender Markierungen 10a, 10b kann dies beispielsweise anhand einer Mittelwertbildung der

Abstände und Winkel zwischen den Achsen des fahrzeugfesten Koordinatensystems x, y und den Markierungen 10a, 10b des Fahrstreifens 10 erfolgen. Hieraus resultiert die laterale Position des Fahrzeugs 2 relativ zu der Mitte des Fahrstreifens 10:

:D y _veH, i _at =^-(dy _left + dy _πgkt ) _r

sowie der gemittelte Winkel aus den beiden Tangenten an die Markierungen 10a, 10b des Fahrstreifens 10:

( \2 ^δ ) > ψ ^T veh =0 ^U '5 ^J -f Vψ fe# +ψ right ) ) ^•

Für die Berechnung der Krümmung des Fahrstreifens 10 werden dann in einem folgenden Schritt die shape points und die den jeweiligen shape points zugeordneten Radien bzw. Krümmungen herangezogen, die der digitalen Karte entnehmbar sind. Da die shape points in den digitalen Karten nicht in beliebiger Dichte abgelegt sind, sondern nur als diskrete Werte vorliegen und demzufolge auch die den shape points zugeordneten Krümmungen nur punktuell vorhanden sind, ist es, zwecks möglichst genauer Erfassung des Verlaufs des Fahrstreifens 10, vorteilhaft, eine Interpolation zwischen den Krümmungen vorzusehen. Diese Interpolation erfolgt in Abhängigkeit von dem Abstand des Fahrzeugs 2 zu den shape points, zwischen denen sich das Fahrzeug 2 in dem aktuellen Zeitschritt befindet. Gemäß der „Richtlinie zur Anlage von Straßen - Teil Linienführung" (RAS-L) wird der Verlauf einer Fahrbahn aus Segmenten einer Klothoide konstruiert. Eine Klothoide ist definiert als: _r

mit

C ₀ = Krümmung Ci = Krümmungsänderung 1 = Bogenlänge.

Da sich hierbei die Krümmung linear mit der Länge des Bogens ändert, ist es zweckmäßig, innerhalb eines Segments der Klothoide zwischen den aus der digitalen Karte entnommenen

Krümmungswerten linear zu interpolieren. Dies wird im Folgenden unter Bezug auf das in Figur 4 dargestellte Diagramm 400 erläutert. In dem Diagramm 400 ist die Krümmung als Funktion des Wegs s dargestellt. Diskrete Punkte markieren die in der digitalen Karte hinterlegten shape points 1.1, 1.2, 1.3, l.n, Innerhalb eines Segments a der Klothoide wird erfindungsgemäß eine lineare Interpolation zwischen den Krümmungswerten durchgeführt. Dies wird durch eine durchgezogene Linie A verdeutlicht, die die einzelnen shape points verbindet.

In dem Bereich der Grenzen b eines Segments der Klothoide führt eine derartige Interpolation nicht zu einem befriedigenden Ergebnis. In diesen Bereichen ist es zweckmäßig, eine Extrapolation der Krümmungswerte vorzunehmen, indem zusätzliche so genannte „virtuelle" shape points an den Schnittpunkten der extrapolierten Krümmung eingefügt werden. In Figur 4 sind derartige virtuelle shape points mit den Bezugsziffern Vl.1, Vl.2, Vl .3 bezeichnet. Der extrapolierte Verlauf der Krümmung ist durch die gestrichelt dargestellten Kurvenstücke B angedeutet.

Die eigentliche Bestimmung der Krümmung des Fahrstreifens 10 in Bezug auf die aktuelle Position des Fahrzeugs 2 wird nun im Folgenden wieder unter Bezug auf Figur 1 erläutert. Wenn sich das Fahrzeug 2 (bzw. der Nullpunkt des fahrzeugfesten Koordinatensystems) an der Position X _veh zwischen den beiden shape points X _P o und X _P i mit den jeweiligen Krümmungen κ _P0 =κ(Xp ₀ ) und Kpi =κ(Xpi) befindet, dann ergibt sich die Krümmung in dem Ursprung des fahrzeugfesten Koordinatensystems zu:

: ⁴ > ^κ x - ^K PO)-

Darin bedeuten:

S ₀ p = Weglängenverhältnis,

mit :

S _0V = Weglänge zwischen dem shape point X _P0 und der aktuellen Position des Fahrzeugs X _veh ;

S _0I = Weglänge zwischen den beiden shape points X _P0 und

Im Interesse einer möglichst genauen Bestimmung der Krümmung zu der aktuellen Position des Fahrzeugs 2 wird der Verlauf des Fahrstreifens 10 zwischen den beiden genannten shape points als eine Kurve beschrieben, deren Start- und Endkrümmung mit den Krümmungen in den beiden shape points Xp ₀ und Xpi gegeben ist. Das folgende kubische Polynom beschreibt den Verlauf des Fahrstreifens 10 zwischen den gegebenen shape points hinreichend genau:

( 6 ) y(x) = a ₀ ^■ x ³ + U ₁ ^■ x ² + a ₂ ^■ x + a ₃ ,

mit

(7) xe[0 Ax],

wobei gilt:

(8) Ax = x _pι -x _p0 , und

(9) Ay = y _pι -y _p0

Und den Koeffizienten:

;io)

⁰ 6-δx

;il) α, =-r

(13) a ₃ =y _P0

Die Bestimmung der Bogenlängen erfolgt gemäß der folgenden Beziehung:

Dabei wird zur Bestimmung der Weglänge s _O v für x die x- Koordinate der momentanen Position des Fahrzeugs x _veh und für die Bestimmung der Weglänge s _O i die x-Koordinate des shape points Pi eingesetzt.

Bei geringen Abständen zwischen den shape points können die Weglängen vorteilhaft wie folgt auch als Strecken angenähert werden:

:i5 ⁾ s„v = x _PO x _v = V( ^χ v - * ₀ ) ² + (λ - y ₀ T

;i ^β ) J ₀₁ = X _P0 X _Pϊ = ^x ₁ - X ₀ ) ² +{y _ι -y ₀ ) ² .

Wie sich aus dem in Figur 3 dargestellten Blockdiagramm ergibt, werden die aus der videobasierten Erkennung ermittelte Position des Fahrzeugs 2 innerhalb des Fahrstreifens 10 sowie die aus den Informationen aus der digitalen Karte bestimmte Krümmung κ _veh des Fahrstreifens 10 über eine Schnittstelle 32.1 an ein Funktionsmodul 33

übermittelt, das die Querführung des Fahrzeugs 2 beeinflusst. Die Lage des Fahrzeugs 2 ist bestimmt durch

Yveh, lat Und ψ _veh -

In einer Ausführung wird die Berechnung der Krümmung der Fahrbahn bzw. des Fahrstreifens ohne Bestimmung der lateralen Position des Fahrzeugs im Fahrstreifen mittels eines Videosystems vorgenommen.