Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Modul und ein Verfahren für ein automatisiertes Fahren von Fahrzeugen und insbesondere auf ein Verfahren zur Absicherung von Solltrajektorien für automatisiertes Fahren.

Hintergrund Die Steuerung von automatisiert fahrenden Fahrzeugen kann in verschiedene

Ebenen eingeteilt werden. Eine Möglichkeit, die beispielsweise von Autos/LKWs auf einem Straßennetz genutzt werden kann, ist die Unterteilung in eine Naviga tionseben, eine Manöverebene und eine Trajektorienplanung. In der Navigati onsebene wird beispielsweise bestimmt, welche Straßen das Auto nutzen soll. In der Manöverebene kann beispielsweise bestimmt werden, welche Manöver auf der durch die Navigation festgelegten Straße als nächstes ausgeführt werden sollten. Hierbei kann es sich z.B. ein Überholmanöver, ein Spur- oder Fahrstrei- fenwechsel handeln, wobei in der Regel noch nicht genau festgelegt wird, wann genau dieses Manöver erfolgt. Dies erfolgt bei der Trajektorienplanung, die be- stimmt, wann und wie genau das Manöver ausgeführt werden soll. In dieser zunehmenden Verfeinerung stellt die Trajektorienplanung die unterste Stufe dar, bei der die Bewegungen beispielsweise in den nächsten Sekunden bestim men werden sollen.

Es versteht sich, dass in Abhängigkeit der konkreten Gegebenheiten (Straßen- fahrt oder Geländefahrt) und des genutzten Fahrzeuges (Land-, Wasser- oder Luftfahrzeug) verschiedene Steuermechanismen/Planungsebenen vorgesehen sein können. In jedem Fall sollte es aber eine Trajektorienplanung geben, die möglichst genau die unmittelbar bevorstehende Bewegung des Fahrzeuges plant und von einer übergeordneten Navigation/Manöverplanung zu unterscheiden ist.

Für das automatisiertes Fahren kann die Trajektorienplanung mittels Trajekto- rienplanungsmodul erfolgen, die den Weg durch den Verkehrsraum bestimmt und in einem in der Signalflusskette folgenden Trajektorienregler umgesetzt werden kann. Für die Auswahl der Trajektorie wird ein Umfeldmodell herange zogen, das auf Basis von Umfeldsensoren, wie z.B. Radarsensoren, Lidarsenso ren, Ultraschallgeräte oder auch Kameras, gebildet wird.

Das Umfeldmodell kann eine Fülle an Informationen für die Trajektorienpla nung Vorhalten, da die zukünftige Bahnkurve (auf einer Land- oder Wasserober- fläche oder im Raum) viele Möglichkeiten besitzt. Allerdings sind funktionale Unzulänglichkeiten in der maschinellen Wahrnehmung grundsätzlich nicht auszuschließen. Um das daraus resultierende Risiko zu minimieren, kann mit Redundanz gearbeitet werden. Beispielsweise kann ein zweiter Satz von Senso ren zur Umfeldmodellierung (z.B. als Abgrenzung von den Umfeldsensoren) und ein zweites Trajektorienplanungsmodul genutzt werden.

Dieser Ansatz ist jedoch sehr teuer und oft nicht hinreichend, da Trajektorien schon bei kleineren Abweichungen im Umfeldmodell - zumeist nicht relevante - Unterschiede aufweisen. Das Bestreben nach Gleichheit ist somit in der Regel auch nicht hilfreich. Ferner ist eine Bewertung der Trajektorien (welche die rich- tige Trajektorie sei) auf diese Weise ebenfalls kaum möglich. Wenn Sensoren zumindest 3-fach vorhanden sind, könnte zwar eine „Mehrheitslösung“ ange strebt werden, diese Lösung wäre dann aber noch aufwendiger und ist kaum praktikabel.

Häufig besteht eine funktionale Aufteilung von kontinuierlich arbeitender Fahr- funktion, beispielsweise Abstandsregeltempomat, und eingreifenden Systemen wie die automatische Notbremse. Beide teilen sich in besonderen Fällen die Sensorik, besitzen aber unabhängige Trajektorienplanungsmodule. Ferner "ra ten" beide Funktionen, welcher Bereich in Zukunft befahren wird. Die Trajekto rienplanung eines (voll- oder hoch-) automatisierten Fahrzeugs berechnet die Solltrajektorie auf Basis einer aus Umfeldsensoren wie Radar, Lidar, Ultraschall oder zumindest einer Kamera ermittelten Umfeldsicht und gegebenenfalls einer digitalen Karte.

In einem menschlich geführten Fahrzeug liegen die Informationen über den zukünftig eingenommenen Posen nur sehr eingeschränkt vor. Für die Schätzung zukünftiger Fahrzeugposen können beispielsweise die aktuelle Fahrzeugge schwindigkeit und Lenkradwinkelstellung oder auch eine Fahrstreifenerkennung oder Spurerkennung herangezogen werden. Die geschätzten zukünftigen Fahr zeugposen sind allerdings nur bei unveränderter Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkradwinkelstellung gültig. Eine allgemeine Aussage über die zukünftig ein genommenen Fahrzeugposen kann mit dem aktuellen Stand der Technik nicht getroffen werden, da zukünftige Fahrzeuggeschwindigkeits- und Lenkradwinke länderungen wegen der möglichen menschlichen Interaktion nicht prognosti ziert werden können. Im Gegensatz zu menschlich geführten Fahrzeugen übernehmen bei automati sierten Fahrzeugen Verhaltens- und Trajektorienplanungsmodule die Bereitstel lung zeitlich sortierter Reihen von Sollposen (Position und Orientierung) zur Erfüllung der dynamischen Fahraufgabe. Diese Reihen werden mit einer gewis sen zeitlichen Vorausschau berechnet. Somit ist bekannt, in welcher Pose sich das eigene Fahrzeug in einem kurzen zukünftigen Zeithorizont (z.B. in den nächsten 3s ... 10s) voraussichtlich befinden wird. Automatisierte Fahrzeuge erzeugen somit Informationen, die bei menschlicher Fahrzeugführung nicht zur Verfügung stehen.

Allerdings ist gegenwärtige Vorgehensweise bei der Trajektorienplanung noch unzureichend bzw. sehr aufwendig, da alle Objekte aus dem Umfeld erfasst und berücksichtigt werden. Insbesondere bei einer hohen Verkehrsdichte kommt es immer wieder zu Fehleinschätzungen, da wegen der Komplexität Annahmen gemacht werden, nicht immer zutreffend sind.

Daher besteht ein Bedarf diese Unzulänglichkeiten zu überwinden und somit die Sicherheit zu verbessern.

Zusammenfassung

Zumindest ein Teil der zuvor genannten Probleme wird durch ein Modul zum automatisierten Fahren nach Anspruch l, ein System nach Anspruch 11 und ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren weite re vorteilhafte Ausgestaltungen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.

Ausführungsbeispiele stellen insbesondere eine Hierarchie und Methodik über Informationen bereit, die für die zukünftigen Fahrzeugsollposen zu nutzt sind, um so die Sicherheit zu verbessern. Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Modul für ein automatisiertes Fahren eines Fahrzeugs. Das Modul ist ausbildet zum:

- Empfangen von Informationen über eine Solltrajektorie des Fahrzeugs von einem vorgeschalteten Trajektorienplanungsmodul;

- Berechnen eines zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs des Fahr- zeugs basierend auf den Informationen über die Solltrajektorie;

- Überprüfen des zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs auf eine po tenzielle Belegung durch Objekte; und

- Auslösen einer Reaktion basierend auf dem Überprüfen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll der Begriff „Fahrzeug“ breit ausge- legt werden und alle Formen von Land-, Luft- oder Wasserfahrzeuge umfassen. Es ist auch nicht zwingend, dass die Fahrzeuge der Personenbeförderung die nen.

Unter dem automatisierten Fahren soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes teil-, hoch- oder vollautomatisierte Fahren verstanden werden, und zwar unabhängig davon, ob ein Fahrer im Fahrzeug ist oder nicht bzw. ob ein Fahrer eingreif en kann oder das Fahrzeug vollständig unabhängig vom Fahrer gesteuert wird.

Der Begriff „Pose“ kann durch eine Position (beispielsweise in GPS-Koordinaten oder in einem anderen Koordinatensystem) und einer Orientierung des Fahr- zeugs (zum Beispiel ausgedrückt durch einen Winkel zwischen einem nach Nor den ausgerichteten Koordinatensystem und der aktuellen Fahrzeuglängsachse) beschrieben werden. Die genutzten Koordinatensysteme können natürlich belie big gewählt werden. Die Position kann beispielsweise für einen Mittelpunkt, einen Masseschwerpunkt, der Position der beispielhaften GPS-Einheit oder einem beliebigen anderen Punkt am Fahrzeug ermittelt werden.

Der Begriff „Trajektorie“ kann verstanden werden als eine zeitlich geordnete Menge von Sollposen und zwei ihrer jeweiligen zeitlichen Ableitungen. Durch die zeitlichen Ableitungen der Größen entstehen die jeweils zugehörigen Ge schwindigkeiten bzw. Beschleunigungen. Unter einer Solltrajektorie soll der Pfad einschließlich der Orientierungen des

Fahrzeugs (z.B. hinsichtlich der ermittelten Position) verstanden werden, die das Fahrzeug in den nächsten Sekunden (z.B. bis zu 2 Sekunden oder bis zu 5 Se kunden oder bis zu 10 Sekunden oder bis zu 30 Sekunden) einnehmen soll. Es versteht sich, dass ein Pfad gerade oder gekrümmt sein kann. Der Pfad kann beispielsweise auf einer Oberfläche liegen (auf dem Land oder Wasser) oder sich im Raum erstrecken. Daher kann die Trajektorie als eine Abfolge von Positionen und Orientierungen auch eine Höhenangabe umfassen.

Insbesondere umfasst die Solltrajektorie den möglichst genauen Pfad, den das Fahrzeug in den folgenden Sekunden einnehmen wird und soll daher - wie zuvor dargelegt - von der Navigation und Manöverplanung unterschieden werden.

Der Begriff „Fahrschlauch“ bezeichnet einen Raum (2D oder 3D) um die Soll trajektorie herum und umfasst zumindest den Raum, den das Fahrzeug ein schließlich eines Sicherheitsabstandes im Umfeld durchfahren wird. Der Sicher- heitsabstand kann durch die Ausmaße des Fahrzeugs wie Länge, Höhe und Brei te, aber auch allgemein für ein Fahrzeugtyp festgelegt werden.

Der Begriff „Kurs“ kann verstanden werden als ein Verlauf des Fahrzeugschwer punkts im Fahrzeugumfeld. Der Begriff „Falsch-positiv“ bezieht sich beispielsweise auf eine Reaktion, die ausgelöst wird, obwohl keine Veranlassung hierfür gegeben war (Beispiel: Auslö sung einer Notbremsung, obwohl kein Objekt den Fahrschlauch des Fahrzeugs blockiert).

Der Begriff „Falsch-negativ“ bezieht sich beispielsweise auf ein Ausbleiben einer Reaktion, obwohl eine Veranlassung hierfür gegeben war (Beispiel: Keine Auslö sung einer Notbremsung, obwohl ein Objekt den Fahrschlauch des Fahrzeugs blockiert).

Ausführungsbeispiele lösen zumindest einen Teil der eingangs genannten Prob leme durch eine hierarchische Herangehensweise, bei der während des automa- tisierten Fahrens Informationen über den zukünftig eingenommenen Fahrraum (Fahrschlauch) des Fahrzeugs gezielt genutzt werden. Hierdurch entsteht eine Quasi-Eindimensionalität, da nur noch der Fahrschlauch selbst auf blockierende Objekte überprüft zu werden braucht. Das restliche Umfeld außerhalb des Fahr- schlauchs braucht nicht betrachtet zu werden. Wenn die Solltrajektorie eine Kurve beschreibt, können beispielsweise weiter voraus gelegene Abschnitte aus geblendet werden - selbst wenn dort ein Hindernis auftauchen sollte. Wegen der vorgesehenen Kurvenfahrt ist es irrelevant, da dem Hindernis so oder so ausge wichen werden soll. Gleiches trifft ebenso für geplante Fahrstreifenwechsel oder Spurwechsel zu. Auch dort wird soll nur berücksichtigt werden, was zu einer Kollision auf der Trajektorie führen kann. Die Beschränkung auf eine ein dimensionale Überwachung senkt die Komplexität bei der Überwachung erheb lich.

Eine solche Hierarchie kann auch im Rahmen eines Notbremsmoduls eines automatisierten Fahrzeugs angewendet werden, das parallel zur Automatisie rung agiert. Aufgrund des Wissens über den zukünftigen Fahrschlauch braucht eine Notbremsung nur alle potentiellen Kollisionsobjekte des Fahrzeugs im Fahrschlauch berücksichtigen und es braucht nur noch vor Objekten im zukünf- tigen Fahrraum gewarnt werden. Überflüssige Notbremsmanöver lassen sich damit deutlich reduzieren.

Als Zusatz zu dieser Hierarchie können unterschiedliche Schwellen der Fahr schlauchbelegungsprüfung für verschiedene Fahrfunktionen genutzt werden.

Für einen automatischen Notbremsassistenten kann beispielsweise die Falsch- positiv- Rate minimiert werden. Für einen Notmodus des automatisierten Fahr zeugs, wie beispielsweise ein sicheres Anhalten desselben bei Degradationen wesentlicher Fahrzeugkomponenten, kann dagegen die Falsch-negativ- Rate minimiert werden.

Sollten Hindernisse im Fahrschlauch erkannt werden, die noch keine Notbrem- sung erfordern, kann diese Information dem Trajektorienplanungsmodul zur Verfügung gestellt werden und dort eine "kritische" Überprüfung auslösen.

Es können aber auch Widersprüche zwischen den Hierarchieebenen als Auslöser für eine Modusumschaltung in ein sicheres Anhalten genutzt werden, da in die sem Fall potentiell eine Degradation der Umfeldsensorik vorliegen. Aus den genannten Gründen wird, gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, nur der Fahrschlauch selbst überprüft. Alles was außerhalb des Fahrschlauch liegt, kann daher ausgeblendet werden. Dadurch vereinfacht sich der numerische Aufwand. Außerdem kann das Überprüfen basierend auf Daten von einer von der Trajektorienplanung unabhängigen Sensorik erfolgen. So können für die Trajektorienplanung andere Sensoren zum Einsatz kommen als zur Kollisions verhinderung. Hierdurch kann eine Redundanz erzielt werden, die die Sicherheit weiter erhöht.

Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen erfolgt bei dem Überprüfen eine Ob- jekterkennung, um eine Klassifizierung in kritische und nicht-kritische Objekte zu ermöglichen oder durchzuführen. Optional können zur Objekt erkennung auch Intensitätswerte, Kontrastwerte, Farbwerte o.ä. der unabhängigen Sensorik ermittelt werden und jeweils gegenüber zumindest einen Schwellenwert vergli- chen werden, um so zu überprüfen, ob Objekte den Fahrschlauch potenziell belegen.

Die optionale Objekt erkennung kann auf bekannte Verfahren zurückgreifen. Hierbei können neben der Auswertung von Kamerabildern auch eine Erfassung des Umfeldes mittels Radars, Lidars oder Ultraschalls erfolgen. Ziel ist es, unkri- tische Objekte als solche zu identifizieren. Hierzu gehören z.B. Fahrbahnmarkie rungen, Papier oder Tüten, für die kein Notmanöver ausgelöst werden sollte.

Die genutzten Schwellenwerte können dementsprechend angepasst werden. Diese Anpassung kann beispielsweise die Falsch-positiv- oder Falsch-negativ- Rate bei der Belegungserkennung beeinflussen. Dementsprechend kann gemäß weiteren Ausführungsbeispielen das Modul in verschiedenen Modi betreibbar und der Schwellenwert hängt vom betriebenen Modus ab. Der Schwellenwert kann niedrig oder hoch eingestellt sein, um so einen Kompromiss z.B. zwischen geringer Falschalarmrate und hoher Sicherheit zu finden. Bei normierten Schwellenwerten (z.B. auf l normiert), kann ein hoher Schwellenwert 0,9 sein und ein niedriger Schwellenwert 0,1 sein.

Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Reaktion des Moduls als Resultat der Überprüfung eine oder mehrere aus den folgenden Maßnahmen: eine Geschwindigkeitsreduktion,

Notbremsung, - Anfahrtverhinderung des Fahrzeugs, ein Senden einer Anforderung zur Überprüfung und/ oder Ände rung der Trajektorie an das Trajektorienplanungsmodul falls eine Reaktionszeit vorhanden ist, ein Umschalten des verwendeten Modus, insbesondere auf ein si cheres Anhalten,

Verifizieren einer der Reaktionen vor einem Auslösen der Reaktion (z.B. durch eine höhere Instanz wie beispielsweise einem Men- sehen in einer Leitwarte),

Anfordern einer Diagnose einer genutzten Sensorik (z.B. durch ei ne Werkstatt).

Das Berechnen des Fahrschlauchs kann mit einer Frequenz von zumindest 10 Hz wiederholt werden.

Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist das Modul weiter konfiguriert, um den Fahrschlauch basierend auf einstellbaren Abständen zu beiden Seiten der Solltrajektorie und/oder in der Höhe zu berechnen. Hierbei können insbesonde re die Fahrzeugbreite und die Fahrzeughöhe sowie Messunsicherheiten für Um- gebungsobjekte genutzt werden. Die Abstände können aber auch frei eingestellt werden.

Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein System zum automati sierten Betreiben eines Fahrzeugs. Das System umfasst:

- ein Trajektorienplanungsmodul zur Trajektorienplanung basierend auf Daten einer ersten Umfeldsensorik und zum Weiterleiten von Informati on über eine Solltrajektorie des Fahrzeugs basierend auf einem Umfeld des Fahrzeugs; und

- ein Modul wie es zuvor definiert wurde, wobei das Modul ausgebildet ist, um beim Überprüfen Daten von einer zumindest teilweise von der ersten Umfeldsensorik unabhängigen zweiten Umfeldsensorik zu nutzen.

Ausführungsbeispiel beziehen sich auch auf ein Verfahren für ein automatisier tes Fahren eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst: - Empfangen von Informationen über eine Solltrajektorie des Fahrzeugs von einem vorgeschalteten Trajektorienplanungsmodul;

- Berechnen eines zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs des Fahr zeugs basierend auf den Informationen über die Solltrajektorie; - Überprüfen des zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs auf eine Bele gung durch potenzielle Objekte; und

- Auslösen einer Reaktion basierend auf dem Überprüfen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Computerprogrammpro dukt bereitgestellt. Das Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodeab- schnitte zum Ausführen eines Verfahrens nach dem dritten Aspekt, wenn das

Computerprogrammprodukt auf einer oder mehreren Verarbeitungseinheit(en) ausgeführt wird.

Gemäß einem weiteren Beispiel wird das Computerprogrammprodukt auf einem oder mehreren computerlesbaren Speichermedien gespeichert. Es ist dem Fachmann klar, dass die hierin dargelegten Erklärungen unter Ver wendung von Hardwareschaltungen, Softwaremitteln oder einer Kombination davon implementiert sein/werden können. Die Softwaremittel können im Zu sammenhang stehen mit programmierten Mikroprozessoren oder einem allge meinen Computer, einer ASIC (Englisch: Application Specific Integrated Circuit; zu Deutsch: anwendungsspezifische integrierte Schaltung) und/oder DSPs (Eng lisch: Digital Signal Processors; zu Deutsch: digitale Signalprozessoren).

Beispielsweise kann das Modul die erste und/oder zweite Sensorik sowie das Trajektorienplanungsmodul teilweise als ein Computer, eine Logikschaltung, ein FPGA (Field Programmable Gate Array; zu Deutsch: im Feld programmierbare Logik-Gatter-Anordnung), ein Prozessor (beispielsweise umfassend einen Mik roprozessor, einen Mikrocontroller (pC) oder einen Vektorprozessor)/Core (zu Deutsch: Hauptspeicher, kann in dem Prozessor integriert sein beziehungsweise von dem Prozessor verwendet werden)/CPU (Englisch: Central Processing Unit; zu Deutsch: zentrale Prozessoreinheit; wobei mehrere Prozessorkerne möglich sind), eine FPU (Englisch: Floating Point Unit; zu Deutsch: Gleitkommaprozes soreinheit), eine NPU (Englisch: Numeric Processing Unit; zu Deutsch: Numeri sche Prozessoreinheit), eine ALU (Englisch: Arithmetic Logical Unit; zu Deutsch: arithmetisch-logische Einheit), ein Koprozessor (zusätzlicher Mikro prozessor zur Unterstützung eines Hauptprozessors (CPU)), eine GPGPU (Eng lisch: General Purpose Computation on Graphics Processing Unit; zu Deutsch: Allzweck-Berechnung auf Grafikprozessoreinheit(en)), ein Parallelrechner (zum gleichzeitigen Ausfuhren, unter anderem auf mehreren Hauptprozessoren und/oder Grafikprozessoren, von Rechenoperationen) oder ein DSP realisiert sein.

Es ist dem Fachmann zudem klar, dass auch dann, wenn die hierin beschriebe nen Details in Bezug auf ein Verfahren beschrieben werden, diese Details auch in einer geeigneten Vorrichtung, einem Computerprozessor oder einem mit einem Prozessor verbundenen Speicher realisiert sein können, wobei der Speicher mit einem oder mehreren Programmen versehen ist, die das Verfahren durchführen, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden. Hierbei können Verfahren wie Swapping (zu Deutsch: Umlagerung) und Paging (zu Deutsch: Kachelverwal tung) verwendet werden.

Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf das Modul beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch das System und das Verfahren betreffen. Genauso können die voranstehend in Bezug auf das System beschriebenen Aspekte in entsprechender Weise auf das Modul und das Verfah ren zutreffen. Ebenfalls können die voranstehend in Bezug auf das Verfahren beschriebenen Aspekte in entsprechender Weise auf das Modul und das System zutreffen.

Ebenfalls versteht sich, dass die vorliegend verwendeten Begriffe lediglich der Beschreibung einzelner Ausführungsformen dienen und nicht als Einschränkung gelten sollen. Sofern nicht anders definiert, haben alle vorliegend verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die Bedeutung, die dem allgemei- nen Verständnis des Fachmannes auf dem für die vorliegende Offenbarung rele vanten Fachgebiet entspricht; sie sind weder zu weit noch zu eng zu fassen. Werden vorliegend Fachbegriffe unzutreffend verwendet und bringen so den technischen Gedanken der vorliegenden Offenbarung nicht zum Ausdruck, sind diese durch Fachbegriffe zu ersetzen, die dem Fachmann ein richtiges Verständ nis vermitteln. Die vorliegend verwendeten allgemeinen Begriffe sind auf der Grundlage der im Lexikon befindlichen Definition oder dem Zusammenhang entsprechend auszulegen; hierbei ist eine zu enge Auslegung zu vermeiden.

Vorliegend ist zu verstehen, dass Begriffe wie z.B. "umfassen" oder "aufweisen" usw., das Vorhandensein der beschriebenen Merkmale, Zahlen, Operationen,

Handlungen, Komponenten, Teile oder deren Kombinationen bedeuten und das Vorhandensein bzw. die mögliche Hinzufügung eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Zahlen, Operationen, Handlungen, Komponenten, Teile oder deren Kombinationen nicht ausschließen. Obwohl Begriffe wie "erster" oder "zweiter" usw. evtl zur Beschreibung ver schiedener Komponenten verwendet werden, sind diese Komponenten nicht auf diese Begriffe zu beschränken. Mit den obigen Begriffen soll lediglich eine Kom ponente von der anderen unterschieden werden. Beispielsweise kann eine erste Komponente als zweite Komponente bezeichnet werden, ohne den Schutzum- fang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen; ebenso kann eine zweite Kom ponente als erste Komponente bezeichnet werden. Der Begriff "und/oder" um fasst beide Kombinationen der mehreren miteinander in Verbindung stehenden Gegenstände sowie jeden Gegenstand dieser Mehrzahl der beschriebenen Mehr zahl Gegenstände. Heißt es vorliegend, dass eine Komponente mit einer anderen Komponente

"verbunden ist", damit "in Verbindung steht" oder "darauf zugreift", kann dies heißen, dass sie damit unmittelbar verbunden ist oder auf diese unmittelbar zugreift; hierbei ist aber anzumerken, dass eine weitere Komponente dazwi schenliegen kann. Heißt es andererseits, dass eine Komponente mit einer ande- ren Komponente "unmittelbar verbunden" ist oder "unmittelbar darauf zu- greift", ist darunter zu verstehen, dass dazwischen keine weiteren Komponenten vorhanden sind.

Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dieselben oder gleichen Komponenten bzw. Elemente werden immer mit den selben oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Bei der Beschreibung der vorlie genden Offenbarung wird auf ausführliche Erläuterungen bekannter verbunde ner Funktionen oder Konstruktionen verzichtet, sofern diese unnötig vom Sinn der vorliegenden Offenbarung ablenken. Die beigefügten Zeichnungen der vor- liegenden Offenbarung dienen der Veranschaulichung der vorliegenden Offen barung und sind nicht als Einschränkung aufzufassen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen. Dabei zei gen alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den hier offenbarten Gegenstand, auch unabhängig von ihrer Gruppierung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. Die Abmessungen und Proportionen der in den Figuren gezeigten Komponenten sind hierbei nicht unbedingt maßstäblich; sie können bei zu implementierenden Ausführungsformen vom hier Veranschaulichten abweichen.

Fig. l zeigt eine schematische Darstellung eines Systems in einem Fahr zeug mit einem Modul dafür; und

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens für ein Sys- tem in einem Fahrzeug. Detaillierte Beschreibung

Das Modul, das System und das Verfahren werden nun anhand von Ausfüh rungsbeispielen beschrieben.

Im Folgenden werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, spezifische Details dar- gelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu lie fern. Es ist einem Fachmann jedoch klar, dass die vorliegende Offenbarung in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, die von den nachfol gend dargelegten Details abweichen können.

Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „ver- bunden" oder „gekoppelt” bezeichnet wird, die Elemente direkt verbunden oder gekoppelt sein können oder über ein oder mehrere Zwischenelemente. Wenn zwei Elemente A und B mit einem „oder" verbunden werden, soll dies derart verstanden werden, dass es alle möglichen Kombinationen, d.h. nur A, nur B sowie A und B offenbart. Ein alternativer Wortlaut für dieselben Kombinationen ist „zumindest eines aus A und B". Dasselbe gilt für Kombinationen aus mehr als 2 Elementen.

Fig. l zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 100 in einem Fahrzeug mit einem Modul no dafür. Das automatisierte System 100 umfasst ein Trajek- torienplanungsmodul 120 zur Trajektorienplanung basierend auf Daten einer ersten Umfeldsensorik 140 (Sensoren 1 bis M) und zum Weiterleiten von Infor mation über eine Solltrajektorie des Fahrzeugs in einem 2D oder 3D Raum ba sierend auf einem Umfeld des Fahrzeugs. Die Erfindung soll nicht darauf einge schränkt werden, dass alle Komponenten des Systems 100 in dem Fahrzeug angeordnet sind. So kann beispielsweise das Trajektorienplanungsmodul 120 und/oder die erste Umfeldsensorik 140 sich auch außerhalb des Fahrzeuges befinden.

Das automatisierte System 100 umfasst das Modul 110, das konfiguriert ist zum Berechnen eines zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs des Fahrzeugs basie- rend auf der Information über die Solltrajektorie. Das Modul 110 ist konfiguriert zum Überprüfen des zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs auf eine Bele gung durch potenzielle Objekte basierend auf Daten von einer zweiten Umfeld sensorik 130 (Sensoren 1 bis N), die möglicherweise von der ersten Umfeldsen- sorik 140 unabhängig sein kann. Optional können aber auch die Sensoren 140 hierfür genutzt werden. Es braucht auch nur einen Satz von Sensoren zu geben. Die Sensorik 130 kann weniger oder andere Sensoren als die Sensorik 140 um fassen. Das Modul 110 ist konfiguriert zum Auslösen einer Reaktion basierend auf dem Überprüfen. Es ist bei automatisierten Fahrzeugen bekannt, welchen Fahrschlauch das Fahr zeug zukünftig befahren wird. Das hierin vorgeschlagene Modul 110 nutzt diese Informationen, um mit einer Sensorik 130 (oder 140) die Hindernisfreiheit zu überprüfen. Durch die Vorgabe der Solltrajektorie wird die Aufgabe der Umfel dinterpretation stark vereinfacht, in gewisser Weise wird das zweidimensional Suchproblem auf ein quasi-eindimensionales Problem reduziert, nämlich auf die alleinige Überprüfung des vorbekannten, zukünftig eingenommenen Fahrraums, auch Fahrschlauch genannt.

Hierdurch muss nicht mehr das gesamte Fahrzeugumfeld überwacht werden, sondern nur noch der zukünftige Fahrschlauch. Dies kann beispielsweise auch Auswirkungen auf die Falsch-positiv- Rate eines vorhandenen Notbremsassisten ten haben. Für die Fahrschlauchüberwachung reicht dann auch eine gegenüber der für die Trajektorienplanung genutzten Sensorik 140 einfacheren Sensorik 130, die auf die Belegungserkennung des Fahrschlauchs hin ausgelegt ist. Dies stellt einen Vorteil von Ausführungsbeispielen im Vergleich zu konventionellen Systemen dar.

So werden in Systemen, wie sie in Serien -Pkw und -Lkw verwendet werden, die Informationen über zukünftige Fahrzeugposen beispiel weise mithilfe von In formationen über die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkradwinkelstel lung geschätzt. Diese Schätzungen sind nur dann korrekt, wenn der Fahrzeug führer keine Änderungen dieser Werte zulässt. Zukünftige Lenkradwinkelände- rungen des menschlichen Fahrers können mit dem aktuellen Stand der Technik nicht vorhergesagt werden, da es zurzeit keine technische Möglichkeit gibt, die Gedanken des Fahrers zu erfassen.

Außerdem überwachen konventionelle Systeme, wie beispielsweise Notbremsas- sistenten, das gesamte vor dem Fahrzeug befindliche Umfeld auf mögliche Kolli sionsobjekte. Andere konventionelle Systeme wie Abstandsregeltempomaten beziehen Informationen über den zukünftigen Straßenverlauf in ihre Regelstra tegie mit ein. Diese Systeme können beispielsweise Informationen aus digitalen Karten nutzen, um beispielsweise gezielt vor einer Kurve oder einem Kreisel die Geschwindigkeit zu verringern. Diese Vorgehensweise ist sehr aufwendig und liefert trotzdem nicht die gewünschte Sicherheit.

Im Gegensatz zu Ausführungsbeispiele nutzen konventionelle Systeme für das automatisierte Fahren ohne Fahrerüberwachung zumeist die gesamte Sensorik 140, um daraus ein Umfeldmodell abzuleiten, dass der Planung der Trajektorie zugrunde liegt. Auch hierbei wird mehr Informationen verarbeitet als erforder lich und Ausführungsbeispiele bieten durch die Reduktion auf das Wesentliche deutliche Verbesserungen hinsichtlich der Genauigkeit bei der Erkennung von potentiellen kritischen Objekten.

Weitere Vorteile von Ausführungsbeispielen ergeben sich für möglicherweise vorhandene Notbremsassistenten, die bei konventionellen Systemen falsch- positive-Warnungen ausgeben, wenn ein dynamisch fahrender Fahrzeugführer erst sehr kurz vor einer Kurve mit einer Leitplanke oder Begrenzung mit einem Lenkmanöver beginnt. Mithilfe des bekannten Fahrschlauchs können Ausfüh rungsbeispiele solche Warnungen vermeiden, da dem System 100 die zukünfti- gen Sollposen bekannt sind und somit nur auf die Kollisionsfreiheit des zukünf tigen Fahrschlauchs in der Kurve geachtet werden muss.

Dieser fahrschlauchspezifische Notbremsassistent, der dauerhaft die Kollisions freiheit des Fahrschlauchs überprüft, kann auf eine möglichst geringe Falsch- Positiv- Rate eingestellt sein. Dies bedeutet, dass die Parametrisierung der Schwellen zum Warnen bzw. zum Auslösen einer Notbremsung verhältnismäßig groß gewählt werden.

Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen erfolgt ein Umschalten in einen Modus „sicheres Anhalten“ eines automatisierten Fahrzeugs, wenn es zu einer Degrada- tion wesentlicher Fahrzeugkomponenten gekommen ist. Dieses als „Sicheres Anhalten” beschriebene Verfahren kann dazu führen, dass in Fehlerfällen eine vorgegebene Nottrajektorie abgefahren wird.

Bedingt durch das dynamische Fahrzeugumfeld kann diese Nottrajektorie durch Objekte blockiert sein. Gemäß Ausführungsbeispielen ist es ebenfalls möglich, mithilfe der Zwei H Ebenen- Hierarchie (Modul no unabhängig von Trajektorien- planungsmodul 120) die Nottrajektorie auf potentielle Objekte zu überprüfen.

Im Gegensatz zum Notbremsassistenten kann hier eine niedrige Falsch-Negativ- Rate gewählt werden. Dies bedeutet, dass die Schwellen für eine Bremsauslö sung entsprechend niedrig festgelegt sind. In einer weiteren Ausführung kann die Information einer Belegung im Fahr schlauch an das Trajektorienplanungsmodul 120 zurückgespielt werden, damit dieses eine getroffene Entscheidung nach kritischer Prüfung noch korrigieren kann und als Folge dessen gegebenenfalls eine andere Trajektorie auswählt oder leichte Anpassungen vornimmt. Weiterhin kann mithilfe der detektierten Bele- gung des Fahrschlauchs auf eine Degradation der Umfeldsensorik geschlossen werden.

Der auftretende Widerspruch zwischen den Hierarchieebenen 110, 120 kann optional als Auslöser für eine Modusumschaltung in ein sicheres Anhalten ge nutzt werden. Fig. 2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens für ein System zum automatisierten Fahren eines Fahrzeugs gemäß Ausführungsbeispielen. Das Verfahren umfasst: - Empfangen S210 von Informationen über eine Solltrajektorie des Fahr zeugs in einem 2D oder 3D Raum von einem vorgeschalteten Trajektori- enplanungsmodul 120 des Systems 100;

- Berechnen S220 eines zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs des Fahrzeugs basierend auf der Information über die Solltrajektorie;

- Überprüfen S230 des zukünftig einzunehmenden Fahrschlauchs auf eine Belegung durch potenzielle Objekte; und

- Auslösen S240 einer Reaktion basierend auf dem Überprüfen.

Der 2D Raum kann so verstanden werden, dass er ein horizontales Fahrzeugum- feld um das Fahrzeug herum beschreibt. Falls ein 3D Raum zugrunde gelegt wird, dann wird zusätzlich eine Höhenangabe mitberücksichtigt. Es kann sich dabei immer noch um Trajektorien auf der Erdoberfläche handeln.

Das Überprüfen kann basierend auf Daten von einer von der Trajektorienpla- nung unabhängigen Sensorik 130 erfolgen, wobei die Daten Sensordaten (z.B. Bilddaten, Intensitätswerte, Farbwerte, Kontrast etc.) entlang des Fahrschlauchs umfassen können. Die Sensordaten können jeweils gegenüber einem Schwel lenwert verglichen werden. So kann überprüft werden, ob potenzielle Objekte, den Fahrschlauch belegen oder nicht. Das Modul 110 kann beim Schritt des Überprüfens kann der Schwellenwert vom Modus festgelegt ist. Der Schwellen- wert kann abhängig vom Modus niedrig oder hoch eingestellt sein, um bei spielsweise einen Kompromiss zwischen Fehlerrate und Sicherheit zu gewähr leisten. Bei normierten Schwellenwerten (z.B. auf „1“ normiert), kann ein hoher Schwellenwert 0,9 sein und ein niedriger Schwellenwert 0.1 sein.

Die Reaktion kann eine oder mehrere aus den folgenden Maßnahmen umfassen: eine Geschwindigkeitsreduktion, Notbremsung,

Anfahrtverhinderung des Fahrzeugs, ein Senden einer Anforderung zur Überprüfung und/ oder Ände rung der Trajektorie an das Trajektorienplanungsmodul falls eine Reaktionszeit vorhanden ist, ein Umschalten des verwendeten Modus, insbesondere auf ein si- cheres Anhalten

Verifizieren einer der Reaktionen vor einem Auslösen der Reaktion (z.B. durch eine höhere Distanz wie beispielsweise einem Men schen in einer Leitwarte),

Anfordern einer Diagnose einer genutzten Sensorik (z.B. durch ei- ne Werkstatt).

Das Berechnen des Fahrschlauchs kann mit einer Frequenz von größer als io Hz wiederholt werden.

Gemäß einem oder mehrere Aspekte, kann ein Verfahren zur Absicherung von Solltrajektorien für ein automatisiertes Fahren bereitgestellt werden. Dieses

Verfahren kann ein funktionales Modul nutzen, das aus der Solltrajektorie eines Trajektorienplanungsmodul den Suchraum für Belegungen berechnet. Ferner kann das funktionale Modul gezielt in diesem Suchraum von einer Kontrollsen- sorik (Sensoren 130 in Figur 1) zur Verfügung gestellte Informationen auf die Existenz möglicher Hindernisse auswerten. Bei Erkennung von Belegungen kann das Modul Maßnahmen zur Gefahrenabwendung oder- minimierung an stoßen.

Diese Maßnahmen können umfassen: a) Notbremsungen; b) Losfahr-Verhinderungen; c) bei noch verfügbarer Reaktionszeit eine Überprüfung der Trajektorie durch das Trajektorienplanungsmodul anfordern oder die Trajektorie selbst leicht anzupassen; und/oder d) eine Modusumschaltung in ein sicheres Anhalten des Fahrzeugs. Die Belegungserkennung innerhalb eines Fahrschlauchs kann auch genutzt wer den, um einen Übergang in einen risikominimalen Zustand („Sicheres Anhal ten”) abzusichern, zum Beispiel bei Vorliegen einer Belegung, die Fahrt stoppen und unterbrechen, bis die Belegung nicht mehr erkannt wird. Basierend auf der hierin offenbarten Hierarchie können bestehende Systeme für den teilautomatisierten Betrieb hin zum vollautomatisierten Betrieb weiterent wickelt werden.

Wesentlich Aspekte von Ausführungsbeispielen können wie folgt zusammenge fasst werden: Das Modul no führt eine unabhängige Überprüfung der Hindernisfreiheit von Solltrajektorien bzw. des zughörigen Fahr Schlauches durch. Ferner kann eine hierarchische Struktur einer fahrschlauchspezifischen Belegungserkennung vorgesehen sein. Ferner wird die zweidimensional beschriebene Trajektorie in der oberen Hierarchieebene 120 zu einer quasi-eindimensionalen Überprüfung auf Belegung im zukünftigen Fahrschlauch in der unteren Hierarchieebene 110 reduziert und erlaubt den Einsatz einfacherer Zusatz-Umfeldsensorik 130 (Sen soren 1 bis N). Es werden ferner anwendungsspezifische Schwellen zur Variation der Falsch-Positiv- und Falsch-Negativ- Rate bei der Belegungserkennung einge setzt. Widersprüchliche Informationen der Hierarchieebenen 110, 120 können als Auslöser für eine Modusumschaltung in ein sicheres Anhalten des Fahrzeugs dienen.

Ausführungsbeispiele beziehen sich insbesondere auf eine Trajektorienplanung im öffentlichen Straßenraum, z.B. für eine Vorwärtsbewegung in einem Stra ßennetz. Im Gegensatz zu einer Einparkhilfe (z.B. für ein rückwärtiges Einpar- ken) ist das Modul gemäß Ausführungsbeispielen ausgebildet, um entlang einer abzufahrenden Wegstrecke mehrfach (oder fortlaufend) den Fahrschlauch zu berechnen und die Überprüfung durchzuführen. Außerdem grenzen sich Aus führungsbeispiele von Einparkhilfen in Parkhäusern oder Parkplätzen dadurch ab, dass das Modul beispielsweise nur Sensordaten aus dem Fahrzeug und keine externen Sensoren (z.B. Sensoren in dem Parkhaus oder einem Verladehof) braucht. Daher sind Ausführungsbeispiele vollständig in dem Fahrzeug integ rierbar, ohne auf externen Daten bzw. auf eine Datenkommunikation nach au ßen (außerhalb des Fahrzeuges) angewiesen zu sein Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der voran gehend detailliert beschriebenen Beispiele und Figuren erwähnt und beschrie ben wurden, können ferner mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein ähnliches Merkmal des anderen Beispiels zu erset zen oder um das Merkmal zusätzlich in das andere Beispiel einzubringen. Weiterhin sind die nachfolgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Be schreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Wenn jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine besondere Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Ausführungsbeispiele auch eine Kombination des ab hängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unab hängigen Anspruchs einschließen können. Diese Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Weiterhin sollen auch Merkmale eines Anspruchs für je- den anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.