Sensorvorrichtung für ein automatisiertes Fahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für ein automatisiertes Fahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Sensorvorrichtung für ein automatisiertes Fahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt.

Stand der Technik

Bekannte Umfeldsensoren für Fahrerassistenzsysteme, wie z.B. Lidar, Video, Radar haben einen begrenzten Öffnungswinkel. Eine beliebige Vergrößerung dieses Öffnungswinkels ist oftmals entweder nicht möglich (aufgrund von Vorgaben betreffend Augensicherheit bei Lidar, reduzierter Auflösung bei Video, usw.) oder mit zusätzlichen Kosten verbunden.

Heutige Sensoren bieten die Möglichkeit, in begrenztem Umfang einen Sichtbereich zu steuern (z.B. mittels elektronischem„Beamforming" bei Radar, Variationen von Abtastung bei Lidar, Auswahl eines Teilbereichs bei Video, usw.).

Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensorvorrichtung für ein automatisiertes Fahrzeug mit verbessertem Betriebsverhalten bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einer Sensorvorrichtung für ein automatisiertes Fahrzeug, aufweisend:

- wenigstens eine Datenschnittstelle; und

eine Auswerteeinrichtung; - wobei über die Datenschnittstelle Fahrwegdaten an die Auswerteeinrichtung zuführbar sind; und

- wobei mittels der Fahrwegdaten eine Umfelderfassungs-Charakteristik der Sensorvorrichtung steuerbar ist.

Auf diese Weise können technologische Grenzen der Sensorvorrichtung besser ausgenutzt werden, weil je nach konkretem Fahrweg unterschiedliche Umfelderfassungscharakteristiken realisiert werden. Im relevanten Erfassungsbereich kann auf diese Weise eine Detektionsperformance erhöht werden, wobei für die- sen Fall auch vorteilhaft weniger elektromagnetische Energie in die Umwelt abgestrahlt wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung zum Betreiben einer Sensorvorrichtung für ein automatisiertes Fahrzeug, aufweisend die Schritte:

Zuführen von Fahrwegdaten über wenigstens eine Datenschnittstelle;

- Auswerten der Fahrwegdaten mittels einer Auswerteeinrichtung; und Steuern einer Umfelderfassungscharakteristik der Sensorvorrichtung in Abhängigkeit von den ausgewerteten Fahrwegdaten mittels einer Steue- rungseinrichtung.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Sensorvorrichtung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Sensorvorrichtung sieht vor, dass die Fahrwegdaten als Trajektoriendaten ausgebildet sind. Mittels der Trajektoriendaten ist eine definierte Anzahl von zukünftigen Fahrzeugpositionen festgelegt, wobei derartige Daten in automatisierten Fahrzeugen bereits vorhanden sind. Auf diese Weise ist für die Sensorvorrichtung vorteilhaft nur ein geringer Zusatzaufwand zum Zuführen und Verarbeiten der Trajektoriendaten erforderlich.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Sensorvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass über die Datenschnittstelle wenigstens ein von einem Fahrer des automatisierten Fahrzeugs durchgeführtes Fahrmanöver berücksichtigbar ist. Dies geschieht durch eine Übermittlung von spezifischen Daten betreffend z.B. einen Lenkwinkel, eine Blinkerbetätigung, ein Bremsmanöver, usw. Im Ergebnis ist dadurch noch eine besser an den Fahrweg angepasste Arbeitsweise der Sensorvorrichtung unterstützt.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Sensorvorrichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung ein Lidar-Sensor, ein Video-Sensor, ein Radarsensor oder ein Ultraschallsensor ist. Dadurch kann für die Sensorvorrichtung eine Vielzahl von unterschiedlichen Technologien genutzt werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Sensorvorrichtung sieht vor, dass die Sensorvorrichtung als eine Frontsensorik und/oder als eine Seitensensorik und/oder als eine Hecksensorik des automatisierten Fahrzeugs verwendbar ist. Auf diese Weise kann für das automatisierte Fahrzeug ein optimiertes Umfelderfassungsverhalten der Sensorvorrichtung ausgenutzt werden. Die vielfältige Ausgestaltungsmöglichkeit der Sensorvorrichtung kann z.B. beim Manövrieren des Fahrzeugs bei sehr engen Kurvenradien nützlich sein.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Sensorvorrichtung sieht vor, dass die Umfelderfassungscharakteristik eine ca. 5 s bis ca. 10 s dauernde Fortbewegungsphase des Fahrzeugs umfasst. Auf diese Weise muss sich die Umfelder- fassungs-Charakteristik der Sensorvorrichtung lediglich an einen überschaubaren und ausreichenden räumlichen Bereich anpassen.

Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren. Die Figuren sind vor allem dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen.

Offenbarte Verfahrensmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden offenbarten Vorrichtungsmerkmalen und umgekehrt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich Merkmale, technische Vorteile und Ausführungen betreffend das Ver- fahren in analoger Weise aus entsprechenden Ausführungen, Merkmalen und Vorteilen der Vorrichtung ergeben und umgekehrt.

In den Figuren zeigt:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Wirkungsweise der vorgeschlagenen Sensorvorrichtung;

Fig. 2 eine weitere prinzipielle Darstellung einer Wirkungsweise der vorgeschlagenen Sensorvorrichtung;

Fig. 3 ein prinzipielles Blockschaltbild einer vorgeschlagenen Sensorvorrichtung sind; und

Fig. 4 einen prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens zum Betreiben einer

Sensorvorrichtung für ein automatisiertes Fahrzeug.

Beschreibung von Ausführungsformen

Im Folgenden wird der Begriff automatisiertes Kraftfahrzeug synonym in den Bedeutungen teilautomatisiertes Kraftfahrzeug, autonomes Kraftfahrzeug und teilautonomes Kraftfahrzeug verwendet.

Ein Kerngedanke der Erfindung ist es insbesondere, eine Umfelderfassungscharakteristik einer Umfeldsensorik eines automatisierten Fahrzeugs derart bereitzustellen, dass zu jedem Zeitpunkt nur der für das aktuell durchgeführte Fahrmanöver des Fahrzeugs relevante Bereich erfasst wird. Dabei wird ausgenutzt, dass eine automatisierte Fahrfunktion„genau weiß", wohin sich das Fahrzeug in nächster Zeit bewegen wird, da das Fahrmanöver vollständig geplant und zum Beispiel in Form von Trajektoriendaten z.B. an eine Aktuatorik des Fahrzeugs übermittelt wird.

Vorgeschlagen wird, an einem Umfeldsensor eine Schnittstelle vorzusehen, über die bereits bekannte Fahrwegdaten eingelesen werden. Mithilfe von geeigneten Berechnungsvorschriften innerhalb des Sensors wird daraus eine an die Fahr- wegdaten optimierte Umfelderfassungscharakteristik (z.B. Sichtweite, Öffnungswinkel, usw.) des Sensors eingestellt.

Ein Vorteil dieser Datenschnittstelle für Fahrwegdaten und sensorinterner Be- rechnungsvorschriften besteht darin, dass die Trajektorie für den Nutzer des

Sensors einfach berechenbar und unabhängig vom verwendeten Sensor ist. Vorteilhaft sind bei der Vorgabe von Fahrwegdaten in Form einer Trajektorie sensorspezifische Kenntnisse nicht erforderlich. Aus diesem Grund ist die Datenschnittstelle auch für Dritte auf einfache Weise nutzbar, beispielsweise kann ein Hersteller für eine eigene Fahrerassistenzfunktion eine Trajektorie generieren und dem Sensor zur Verfügung stellen.

Bei vielen Fahrerassistenz- und automatisierten Fahrfunktionen werden ohnehin bereits Trajektorien geplant und ermittelt. Wird eine der genannten Trajektorien vom Sensor empfangen, die auch tatsächlich an die Fahrzeugregelung ausgegeben wurde, ist zu jedem Zeitpunkt sichergestellt, dass genau derjenige Erfassungsbereich der Sensoren abgedeckt ist, den das Fahrzeug in der nächsten überschaubaren Zeit durchfahren wird. Alternativ zu einer Trajektorie kann der Sensorvorrichtung in einer vereinfachten

Variante auch ein Pfad vorgegeben wird, d.h. eine geometrische Beschreibung eines Bereichs, den das Fahrzeug in nächster Zeit durchfahren wird ohne zeitliche Angaben, wann das Fahrzeug an einem bestimmten Punkt in diesem Bereich sein wird. Im Unterschied zu einer Trajektorie mit genauem Zeit- und Ge- schwindigkeitsprofil lässt sich auf diese Weise zwar ein Öffnungswinkel der Sensorvorrichtung steuern, eine Sichtweite allerdings nur eingeschränkt.

Fig. 1 zeigt in vier Darstellungen ein schematisiertes, beispielhaftes Szenario einer Wrkungsweise der vorgeschlagenen Sensorvorrichtung 100 für ein automa- tisiertes Fahrzeug 200.

Man erkennt in den Figuren 1a und 1 b ein automatisiertes Fahrzeug 200, welches eine Kurve durchfährt. Die Kurve in Fig. 1a hat eine etwas geringere Krümmung als jene in Fig. 1 b. Man erkennt, dass der Sichtbereich FOV der Sensor- Vorrichtung die aktuelle plus ca. vier zukünftige Fahrpositionen des Fahrzeugs 200 umfasst, was einer ungefähren Fahrzeit des automatisierten Fahrzeugs 200 von ca. 5s bis ca. 10s entspricht. Auf diese Weise ist unterstützt, dass die Sensorvorrichtung 100 in ihrer Charakteristik und ihrem Ausleuchtverhalten an einen zukünftigen Fahrweg des Fahrzeugs 200 angepasst ist.

Dargestellt ist in den Figuren 1 a bisld ein Beispiel für eine Sensorvorrichtung, die in der Sendeenergie begrenzt ist. Abhängig vom Fahrmanöver ist der Sichtbereich der Sensorvorrichtung schmal und weit (siehe Figuren 1 c, 1d: zum Beispiel bei schneller Geradeausfahrt) oder bereit und kurz (siehe Figuren 1a, 1 b: z.B. bei Kurvenfahrt bei in der Regel niedrigerer Geschwindigkeit). Je nach Fahrtrichtung kann der Sichtbereich der Sensorvorrichtung nach links oder rechts geschwenkt werden.

Das dunkel dargestellte Fahrzeug 200 befindet sich in der aktuellen Fahrzeugposition, die vier hell markierten Fahrzeuge repräsentieren geplante bzw. zukünftige Fahrzeugpositionen des Fahrzeugs 200 entlang einer für das Fahrzeug 200 geplanten Trajektorie, die in Relation zur aktuellen Fahrzeugposition in z.B. 1 , 2, 3 und 4 Sekunden erreicht werden. Der Sichtbereich FOV repräsentiert einen Sensorsichtbereich einer Frontsensorik des automatisierten Fahrzeugs 200.

Die Figuren 1 c und 1d deuten an, dass das automatisierte Fahrzeug 200 auf einer dreispurigen Fahrbahn von der mittleren auf die rechte Fahrspur wechselt und auf dieser in weiterer Folge weiterfährt, z.B. auf einer Autobahn bei hoher Geschwindigkeit. Aus diesem Grund ist der Sichtbereich FOV der Sensorvorrichtung an die aktuelle plus ca. vier zukünftige Positionen des Fahrzeugs 200 angepasst.

Auf diese Weise ist zum Beispiel bei schnellen Geradeausfahrten auf Autobahnen eine große Detektionsreichweite („Sichtweite") der Sensorvorrichtung von ca. 300m bis ca. 400m ermöglicht. Bei geringeren Geschwindigkeiten wird dagegen die Ausleuchtweite der Sensorvorrichtung verringert und die Ausleuchtbreite erhöht. Auf diese Weise kann durch eine Reduzierung einer elektrischen Ansteuerleistung der Sensorvorrichtung auch ein Augensicherheitsaspekt zum Schutz von im Umfeld des Fahrzeugs befindlichen Personen berücksichtigt werden. lm Ergebnis kann auf diese Weise ein optimiertes Betriebsverhalten der Sensorvorrichtung bei optimierter Leistungsaufnahme realisiert werden.

Fig. 2 zeigt anhand eines Videobildes des fahrenden Fahrzeugs 200 (nicht dargestellt) die Fahrwegdaten D, die an die Sensorvorrichtung 100 des Fahrzeugs 200 übermittelt werden. Diese Fahrwegdaten D sind vorzugsweise als Trajektori- endaten ausgebildet und sind in der Figur in Form einer breiten Spur angedeutet. Entlang dieser Trajektorie und in der unmittelbaren Umgebung können mit erhöhter Priorität stationäre Objekten erfasst werden. Weiter entfernte stationäre Objekte, zum Beispiel auf der rechten Bildseite sind weniger interessant, da sich das Fahrzeug 200 dorthin nicht bewegen wird. Dadurch kann sich die Sensorvorrichtung 100 vor allem auf Objekte bzw. Fahrzeuge im Umfeld des Fahrwegs konzentrieren. Auf diese Weise wird insbesondere das Fahrzeug 202 detektiert und es brauchen das vorausfahrende Fahrzeug 202 und das rechts überholte Fahrzeug 201 nicht berücksichtigt zu werden. Dadurch ist eine Erfassungscharakteristik der Sensorvorrichtung 100 an die tatsächliche Fahrspur optimiert.

Auf diese Weise kann für die Sensorvorrichtung 100 vorteilhaft Rechenzeit reduziert oder die vorhandene Rechenzeit/Rechenleistung besser auf die fahrspurrelevanten Bereiche konzentriert werden. Eine effiziente Betriebsweise der Sensorvorrichtung 100 ist diese Weise vorteilhaft unterstützt.

In einer Weiterbildung der Sensorvorrichtung kann vorgesehen sein, dass auch ein konkreter Fahrerwunsch in eine Betriebscharakteristik einfließt, z.B. in Form von Daten eines Lenkwinkeleinschlags, eines Bremsmanöver, einer Betätigung eines Blinkers, usw.

Vorteilhaft kann die vorgeschlagene Sensorvorrichtung 100 auch im Heckbereich des Fahrzeugs 200 angeordnet sein (nicht dargestellt), wodurch auch Rückwärts- fahrmanöver des Fahrzeugs optimiert ausgebildet sind.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Sensorvorrichtung 100. Man erkennt eine Datenschnittstelle 10, die vorzugweise als eine Softwareschnittstelle, z.B. in Form eines Busses (z.B. CAN-Bus, Ethernet, usw.) ausgebildet ist. Über die Datenschnittstelle 10 können die Fahrwegdaten D an eine Auswerteeinrichtung 20 der Sensorvorrichtung 100 übermittelt werden. Die Fahrwegdaten D werden im automatisierten Fahrzeug 200 von einem Planungssystem bereitgestellt und werden in der Regel für Lenkungs-, und/oder Mo- torsteuerungs-, und/oder Bremszwecke benutzt.

Die Auswerteeinrichtung 20 ermittelt aufgrund der Fahrwegdaten D die zukünftigen Positionen des Fahrzeugs 200 und übermittelt daraus resultierend an eine Steuerungseinrichtung 30 eine Instruktion, mittels der eine Betriebscharakteristik der Sensorvorrichtung 100 entsprechend der Fahrwegdaten D eingestellt wird.

Beispielsweise kann die Änderung der Betriebscharakteristik in an sich bekannter Weise durch eine mechanische Verstellung der Sensorvorrichtung und/oder eine Ansteuerung der Sensorvorrichtung mit geeigneten elektrischen Signalen durchgeführt werden.

Vorteilhaft können auf diese Weise für automatisierte Fahrzeuge situationsabhängig höhere Öffnungswinkel als mit bekannten Sensoren realisiert werden. Um beispielsweise Kurven mit allen typischerweise auf Autobahnen auftretenden Radien fahren zu können, benötigt man für die Frontsensorik beispielsweise eine Abdeckung von ca. ±60°.

Dabei ist es jedoch mit der vorgeschlagenen Sensorvorrichtung vorteilhaft nicht erforderlich, dass der gesamte Bereich auf einmal erfasst wird. Besonders relevant ist in der Regel der Bereich, in dem sich das Fahrzeug tatsächlich bewegt. Beispielsweise könnte bei der Fahrt in eine Linkskurve nur der Wnkelbereich von ca. -60° bis ca. 0° relevant sein, bei Geradeausfahrt nur der Winkelbereich von ca. -30° bis ca. +30°, und bei einer Rechtskurve nur von ca. 0° bis ca. 60° abgedeckt werden. Der tatsächlich abzudeckende Bereich ist also zu keinem Zeitpunkt größer als ca. 60°.

Auf diese Weise kann die Betriebscharakteristik der Sensorvorrichtung 100 an die Fahrwegdaten angepasst werden, wodurch eine Betriebscharakteristik der Sensorvorrichtung vorteilhaft optimiert ist. Vorteilhaft ist die vorgeschlagenen Sensorvorrichtung 100 nicht an eine spezifische Technologie gebunden, so kann die Sensorvorrichtung 100 beispielsweise als ein Lidar-Sensor, ein Video-Sensor, ein Radarsensor, ein Ultraschallsensor, usw. ausgebildet sein.

In einer nicht in Figuren dargestellten Ausführungsform der Sensorvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Sensorvorrichtung 100„verteilt" ausgebildet ist. Dabei können z.B. die Auswerteeinrichtung und/oder die Steuerungseinrichtung auf einem separierten Steuergerät angeordnet sein, wobei Steuerungssignale über eine weitere Schnittstelle an einen Sensor oder an mehrere Sensoren übermittelt werden. Dadurch ist eine zentralisierte Verarbeitung mit„dummen" Sensoren unterstützt.

Fig. 4 zeigt einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsge- mäßen Verfahrens.

In einem Schritt 300 wird ein Zuführen von Fahrwegdaten D über wenigstens eine Datenschnittstelle 10 durchgeführt.

In einem Schritt 310 wird ein Auswerten der Fahrwegdaten D mittels einer Auswerteeinrichtung 20 durchgeführt.

In einem Schritt 320 wird ein Steuern einer Umfelderfassungscharakteristik der Sensorvorrichtung 100 in Abhängigkeit von den ausgewerteten Fahrwegdaten D mittels einer Steuerungseinrichtung 30 durchgeführt.

Vorteilhaft kann das vorgeschlagene Verfahren mittels eines auf der Sensorvorrichtungen ablaufenden Softwareprogramms implementiert werden, wodurch eine einfache Adaptierbarkeit des Verfahrens unterstützt ist.

Der Fachmann wird die Merkmale der Erfindung in geeigneter Weise abändern und/oder miteinander kombinieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.