Ermittlung und Verwendung von schwarmbasierten Haltepunkten für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von schwarmbasierten Haltepunkten für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur

Verwendung derartiger schwarmbasierter Haltepunkte in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Die Betrachtung des Straßenverkehrs als Schwarm von Kraftfahrzeugen ist in der

Verkehrsforschung mittlerweile weit verbreitet. So wurde beispielsweise eine

schwarmbasierte Simulation des Straßenverkehrs erfolgreich eingesetzt, um Ampelphasen an stark frequentierten Verkehrskreuzungen zu optimieren.

Werden nun beispielsweise die Trajektorien von einer Vielzahl von Fahrzeugen, also einem Fahrzeugschwarm, auf einem Fahrbahnabschnitt betrachtet, so stellt sich heraus, dass die Trajektorien der einzelnen Fahrzeuge auf dem Fahrbahnabschnitt üblicherweise

unterschiedlich sind. Es ist daher möglich einen Durchschnittspfad für den betrachteten Fahrzeugschwarm zu definieren, der als Schwarmtrajektorie für den bestimmten

Fahrbahnabschnitt bezeichnet wird.

Aktuell werden Haltepunkte für Kraftfahrzeuge, die zum autonomen Fahren benötigt werden, aus der Position der erkannten Halteursache ermittelt. Konkret erkennt beispielsweise die Kamera eines Kraftfahrzeugs eine Haltelinie auf der Straße bzw. Fahrspur, beispielsweise die Haltelinie in Zusammenhang mit einem Stoppschild, und berechnet einen Haltepunkt auf der Fahrspur vor der Linie. An diesem Haltepunkt wird das Fahrzeug innerhalb einer vorgegebenen Toleranz über eine entsprechende Regelung bei einem autonomen Betrieb angehalten. Vorgegebene Toleranz bedeutet dabei, dass beispielsweise der Bug des Fahrzeugs innerhalb der vorgegebenen Toleranz über dem ermittelten Haltepunkt zum Halten kommt.

Nachteilig ist jedoch, dass dieser Haltepunkt in der Realität sehr von dem Umfeld der Halteursache abhängt. Mit anderen Worten, wenn das Fahrzeug automatisch zwar richtig hält, kann es aber sein, dass der Fahrer diesen Haltepunkt instinktiv als Funktion des Umfelds verschoben hätte. So würde beispielsweise eine Regelung das Fahrzeug korrekt einen Meter vor einem Stoppschild halten, ein menschlicher Fahrer würde jedoch

beispielsweise direkt an der Haltelinie halten oder sogar notwendigerweise über diese hinausfahren, um auf diese Weise einen guten Einblick in die Kreuzung zu gekommen - so das der "korrekte" Haltepunkt dem Fahrer "gefühlt" falsch vorkommt und eigentlich nicht praktikabel ist.

Die Druckschrift DE 10 2012 003 632 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bereitstellung von baustellenbezogenen Informationen an Fahrzeuge mit folgenden Schritten:

Sammeln von baustellenbezogenen Informationen auf mindestens einem online zugänglichen Dienstgeber;

Auswerten und/oder Verarbeiten der Informationen durch den mindestens einen Dienstgeber;

Bereitstellen der ausgewerteten und/oder verarbeiteten Informationen auf dem mindestens einen Dienstgeber, und

Übertragen der ausgewerteten und/oder verarbeiteten Informationen auf ein Fahrzeug. Insbesondere können mithilfe einer in dem Fahrzeug integrierten Kamera Verkehrszeichen, Baustellenbeschilderungen, Leitplanken oder ähnliche optische Merkmale einer Baustelle aufgenommen, interpretiert und erkannt werden.

Die Druckschrift DE 10 20143 016 488 A1 betrifft ein Kraftfahrzeug umfassend wenigstens ein Fahrerassistenzsystem zur Vorausberechnung von Voraussagedaten über wenigstens eine zukünftige Fahrsituation des Kraftfahrzeugs durch Auswertung von das Kraftfahrzeug betreffenden Egodaten und das Kraftfahrzeugumfeld betreffenden Umfelddaten, wobei das Kraftfahrzeug in einem ersten Betriebsmodus des Fahrerassistenzsystems durch einen Fahrer steuerbar ist. Ferner ist das Fahrerassistenzsystem dazu ausgebildet, bei Erfüllung einer Auslösebedingung oder wenigstens einer Auslösebedingung von mehreren

Auslösebedingungen temporär in einen zweiten Betriebsmodus umzuschalten, in dem die Steuerung des Kraftfahrzeugs ohne Eingriffsmöglichkeit durch den Fahrer autonom durch das Fahrerassistenzsystem erfolgt, wobei die Auslösebedingung dazu ausgebildet ist, zumindest die Voraussagedaten und wenigstens eine Fahrereigenschaft beschreibende Fahrereigenschaftsdaten auszuwerten. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Ermittlung von Haltepunkten auf einer Fahrbahn für Kraftfahrzeuge und deren Verwendung in einem Kraftfahrzeug zu verbessern und an die existierende Umfeldsituation anzupassen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung von schwarmbasierten Haltepunkten für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Verwendung derartiger schwarmbasierter Haltepunkte in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung eines schwarmbasierten Haltepunktes für ein Kraftfahrzeug für eine vorgegebene Halteursache auf einer Fahrspur einer Fahrbahn umfasst die Schritte:

Bestimmen der individuellen Haltepunkte einer Vielzahl von Fahrzeugen für die Halteursache auf der Fahrspur, wobei die Fahrzeuge von individuellen Fahrern gesteuert werden,

Bestimmen einer Verteilung der individuellen Haltpunkte auf der Fahrspur zumindest in Fahrtrichtung der Fahrzeuge,

Ermitteln des Maximums der Verteilung und Speichern des Maximums der Verteilung als schwarmbasierten Haltepunkt.

Durch eine vorgegebene Anzahl von Testfahrten einer Vielzahl von Testfahrzeugen, die individuell von den Fahrern gesteuert werden, mit anderen Worten nicht autonom oder teilautonom fahren, werden Haltpunkte hinsichtlich einer Halteursache auf einer

vorgegebenen Fahrspur ermittelt und zu einer Verteilung zusammengeführt. Aus der Verteilung der ermittelten Haltepunkte kann dann ein schwarmbasierter Halterpunkt für diese Haltursache auf der vorgegebenen Fahrspur abgeleitet werden.

Vorzugsweise ist die Verteilung der individuellen Haltepunkte eine Funktion der

Fahrtrichtung. Mit anderen Worten, es wird eine eindimensionale Verteilung der individuellen Haltepunkte in Fahrtrichtung, welche üblicherweise die x-Richtung ist, ermittelt und zur Bestimmung des schwarmbasierten Haltepunktes der Halteursache verwendet. Die

Verteilung in die Richtung senkrecht dazu wird dabei nicht berücksichtigt, so dass einfacherweise der schwarmbasierte Haltepunkt für die Halteursache vorzugsweise in der Mitte der betrachteten Fahrspur angeordnet wird. Weiter bevorzugt ist die Verteilung der individuellen Haltepunkte eine Funktion der

Fahrtrichtung und der Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung. In diesem Fall wird die

Verteilung sowohl in x-Richtung, d.h. der Fahrtrichtung, als auch in y-Richtung, d.h. der Richtung senkrecht dazu, ermittelt. Das Maximum der Verteilung gibt dann die Lage des schwarmbasierten Haltepunktes sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung vor der Halteursache auf der betrachteten Fahrspur an.

Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der Verteilung der individuellen Haltepunkte mittels eines Histogramms. Andere Verfahren zur Ermittlung der Verteilung können ebenfalls eingesetzt werden.

Weiter bevorzugt wird überprüft, ob der schwarmbasierte Haltepunkt innerhalb eines vorgegebenen gesetzlichen Haltebereichs liegt, wobei der ermittelte schwarmbasierte Haltepunkt verworfen wird, wenn die Überprüfung negativ ist. Liegt der schwarmbasierte Haltepunkt beispielsweise in Fahrtrichtung betrachtet hinter einer Haltlinie eines als

Halteursache wirkenden Stoppschildes, so kann er nicht verwendet werden, da er nicht den gesetzlichen Erfordernissen entspricht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verwendung eines schwarmbasierten Haltepunktes, wobei der schwarmbasierte Haltepunkt mit dem im Vorangegangenen erläuterten Verfahren ermittelt wird, in einem autonom fahrenden Kraftfahrzeug umfasst die Schritte:

Bestimmen einer vorausliegenden Halteursache auf der aktuell befahrenen Fahrspur mittels einer Umfeldsensorik und/oder eines Navigationssystems des Kraftfahrzeugs, Ermitteln eines schwarmbasierten Haltepunktes für die vorausliegende Halteursache , und

Anfahren des schwarmbasierten Haltepunktes und Anhalten des Kraftfahrzeugs am schwarmbasierten Haltepunkt.

Auf diese Weise wird erreicht, dass das autonom fahrende Fahrzeug sich in vergleichbarer Weise wie ein vom Fahrer individuell gesteuertes Fahrzeug verhält.

Weiter bevorzugt wird der schwarmbasierte Haltepunkt um einen zulässigen Bereich ergänzt, der sich um den schwarmbasierten Haltebereich erstreckt, so dass das autonom fahrende Kraftfahrzeug innerhalb des zulässigen Bereichs zum Halten gebracht wird. Weiter bevorzugt wird der schwarmbasierte Haltepunkt und, falls vorhanden, der zulässige Bereich dem digitalen Kartenmaterial des Navigationssystem entnommen oder drahtlos von einem Backend-Rechner angefordert.

Vorzugsweise bestimmt die Umfeldsensorik des Kraftfahrzeugs einen internen Haltepunkt hinsichtlich der erkannten Halteursache und gleicht diesen mit dem schwarmbasierten Haltepunkt ab. Dadurch wird ein zusätzliches Sicherheitsmoment beim autonomen Fahrer erreicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 die Ermittlung und Behandlung von Schwarmdaten zum Bestimmen von

Haltepunkten,

Fig. 2 die Verwendung eines schwarmbasierten Haltepunktes in einem Kraftfahrzeug, und

Fig. 3 die beispielhafte Ermittlung eines schwarmbasierten Haltepunktes.

In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung die Ermittlung schwarmbasierter Haltepunkte für Kraftfahrzeuge bezüglich einer Halteursache dargestellt. Eine Vielzahl von Fahrzeugen F1 , F2, ..., Fn-1 , Fn, n e N, befahren einen vorgegebenen Abschnitt einer Fahrbahn, wobei auf dem vorgegebenen Abschnitt sich mindestens eine Halteursache für die Kraftfahrzeuge F1 bis Fn befindet. Unter einer Halteursache wird eine Stelle einer Fahrbahn verstanden, an der das Kraftfahrzeug zumindest zeitweise anhalten muss, also beispielsweise eine Ampel an einer Kreuzung oder Einmündung, ein Zebrastreifen, ein Stoppschild oder ein

Vorfahrtachtungsschild.

Die Fahrzeuge F1 bis Fn dienen dabei zum Sammeln von Daten über die befahrenen Strecke mittels einer fahrzeugeigenen Umfeldsensorik, insbesondere von Daten über die Haltepunkte auf der befahrenen Strecke, wobei die datenerhebenden Fahrzeuge F1 bis Fn manuell von einem Fahrer gesteuert werden. Jedes der Fahrzeuge F1 bis Fn überträgt sogenannte Schwarmdaten D1 , D2, ..., Dn-1 , Dn über eine Übertragungsstrecke, beispielsweise eine Funkverbindung oder Funkstrecke FS, an einen Backend-Rechner BE. Die übertragenen Schwarmdaten D1 bis Dn umfassen dabei Daten über das Umfeld der Fahrzeuge an den Haltepunkten auf der befahrenen Strecke, beispielsweise Kameradaten bzw. Umfeldbilder, sowie das Verhalten des Fahrzeugs in der Umgebung des Haltepunktes, beispielsweise Trajektoriendaten sowie gegebenenfalls fahrzeugspezifische Daten wie Uhrzeit, Geschwindigkeit und Position des jeweiligen Fahrzeugs.

Die Schwarmdaten D1 bis Dn werden im Backend-Rechner BE in einer Speichereinrichtung SP gespeichert und als Funktion der Halteursache geeignet sortiert bzw. vorverarbeitet. Mit anderen Worten, für jede Halteursache auf dem befahrenen Streckenabschnitt liegen entsprechende Schwarmdaten vor.

In einer nachfolgenden Verarbeitungseinrichtung VK werden aus den jeweiligen

Schwarmdaten D1 bis Dn die vorschriftsmäßigen und die tatsächlichen Haltepunkte der Fahrzeuge für die erkannten Halteursachen ermittelt. Aus den diversen vorschriftsmäßigen Haltepunkten der Fahrzeuge F1 bis Fn für eine Halteursache wird dann ein

vorschriftsmäßiger Haltebereich für diese Halteursache ermittelt. Weiter werden aus den verschiedenen tatsächlichen Haltepunkten der Fahrzeuge F1 bis Fn, d.h. aus dem Schwarm, eine tatsächliche Haltepunktverteilung für diese Halteursache ermittelt, welche die Fahrer der Fahrzeuge F1 bis Fn tatsächlich angefahren haben. Anschließend erfolgt eine Überlagerung bzw. Kombination der tatsächlichen Haltepunktverteilung und des gesetzlichen Haltepunkts der jeweiligen Halteursache, so dass sich ein Haltepunkt mit möglichst maximaler

Wahrscheinlichkeit des Schwarms ergibt, welcher jedoch noch innerhalb des erlaubten Haltebereich der Halteursache liegen muss und als schwarmbasierter Haltepunkt bezeichnet wird.

Diese schwarmbasierten Haltepunkte für die jeweilige Halteursachen werden in einer entsprechenden Datenbank DB abgespeichert, so dass diese schwarmbasierten Haltepunkte über eine geeignete Schnittstelle (nicht dargestellt) anfragenden, automatisch fahrenden Fahrzeugen mitgeteilt werden kann. Als Schnittstelle kommt beispielsweise eine Online- Schnittstelle oder ein Kartenupdate etc. in Frage.

Zusammenfassend erfolgt daher folgendes Vorgehen: a) Aus dem Schwarmdaten D1 bis Dn wird ein vorschriftsmäßiger Haltepunkt für eine jeweilige Halteursache mittels der Umfeldsensorik durch eine Erkennung der Haltelinie, des Stopschildes, etc. und/oder aus den Trajektorienbewegungen des Schwarm erkannt. b) Zu diesem Haltepunkt der Halteursache wird der richtige Haltebereich gemäß der Straßenverkehrsordnung ermittelt. c) Weiter werden aus den Bewegungen des Schwarms eine Haltepunkteverteilung für die jeweilige Halteursache ermittelt. d) Die Haltepunktverteilung des Schwarms und der gesetzlich erlaubte Haltepunkt der jeweilgen Halteursache werden so kombiniert, dass sich ein schwarmbasierter Haltepunkt mit möglichst maximaler Wahrscheinlichkeit des Schwarms ergibt, welcher jedoch noch innerhalb des erlaubten Haltebereich der jeweiligen Halteursache liegt. e) Dieser schwarmbasierte Haltepunkt einer jeweilige Halteursache wird über eine

Schnittstelle (Online, per Kartenupdate, etc.) den Fahrzeugen mitgeteilt, so dass diese die jeweiligen Haltepunkte entsprechend anfahren können. f) Optional wird der zulässige Bereich gemäß Punkt d) noch um eine mögliche

Positionstoleranz reduziert. Die Positionstoleranz bezeichnet hier die Ungenauigkeit, welche eintreffen würde, wenn das Fahrzeug versucht am Haltepunkt zum Stehen zu kommen. Hierbei ist nicht nur die Verödung des Fahrzeug entscheidend, sondern auch die Regelung bzw. die Aktuatorik des Fahrzeug, welche die entsprechenden

Fahrfunktionen durchführt.

Fig. 2 zeigt die Situation eines autonom fahrenden Egofahrzeugs FE, welches auf der Fahrspur FS einer Fahrbahn FB1 auf eine Kreuzung K zufährt, die im vorliegenden Beispiel als eine Einmündung ausgebildet ist, wobei die Fahrtrichtung des Egofahrzeugs FE durch den Pfeil P symbolisiert ist. Vor der Einmündung der Fahrbahn FB1 des Egofahrzeugs FE in die senkrecht dazu verlaufende zweite Fahrbahn FB2 sind ein Verkehrsschild in Form eines Stoppschildes ST sowie eine quer zur Fahrspur FS verlaufenden Haltelinie HL angeordnet. Bedingt durch das Stoppschild ST muss das autonom fahrende Egofahrzeug FE an der Haltelinie HL anhalten. Um den Haltepunkt zu bestimmen, setzt das Egofahrzeug FE einerseits eine entsprechende Umfeldsensorik ein, welche das Stoppschild ST und die Haltelinie HL erkennt und einen auf der Umfelderkennung basierenden fahrzeugbasierten internen Haltepunkt errechnet. Ferner setzt das Egofahrzeug FE eine Funkanfrage AHP an den Backend-Rechner BE über das Internet IN ab, wobei die Anfrage AHP einen

schwarmbasierten Haltepunkt SHP für die Einmündung K anfragt. Dazu wird seitens des Egofahrzeugs FE üblicherweise die Position des Egofahrzeugs FE, Fahrtrichtung und sonstige notwendigen Daten zur Identifikation der Einmündung K der beiden Fahrbahnen FB1 und FB1 übermittelt. Der Backend-Rechner BE übermittelt aufgrund der Anfrage AHP eine Nachricht RHP an das Egofahrzeug FE, die den für diese Einmündung K speziellen schwarmbasierten Haltepunkt SHP enthält. Basierend auf dem intern errechneten Haltepunkt (nicht dargestellt) und dem schwarmbasierten Haltepunkt SHP hält das Egofahrzeug FE an einer geeigneten Position vor der Haltelinie HL. Dabei wird das Egofahrzeug FE

üblicherweise am schwarmbasierten Haltepunkt SHP anhalten. Der aus dem internen Haltepunkt und dem schwarmbasierten Haltepunkt SHP bestimmte tatsächliche Haltepunkt kann aber davon abweichen.

Ferner ist die Übertragung des schwarmbasierten Haltepunktes per drahtloser Verbindung an das Egofahrzeug nur eine Möglichkeit. Die schwarmbasierten Haltepunkte SHP können auch Bestandteil eines hochgenauen digitalen Karte im Egofahrzeug FE sein, wie sie für eine genaue Positionsbestimmung und Navigation eines autonom fahrenden Egofahrzeugs FE zum Einsatz kommt. Ferner muss nicht ein genau definierter schwarmbasierter

Haltepunkt SHP verwendet werden, sondern der schwarmbasierte Haltepunkt SHP kann um eine Positionstoleranz ZB ergänzt werden, so dass der schwarmbasierte Haltepunkt SHP von einem zulässigen Bereich ZB umgeben ist. Dabei bezeichnet die Positionstoleranz ZB hier die Ungenauigkeit, welche sich ergibt, wenn das Fahrzeug versucht am

schwarmbasierten Haltepunkt zum Stehen zu kommen. Hierbei ist nicht nur die Verödung des Fahrzeug entscheidend, sondern auch die Regelung bzw. die Aktuatorik des Fahrzeug, welche die entsprechenden Fahrfunktionen durchführt.

Fig. 3 zeigt an einem Beispiel die Ermittlung eines schwarmbasierten Haltepunkts SHP an einer Haltelinie HL analog zu Fig. 2. Eine Vielzahl von Fahrzeugen Fi, i e 1 , ..., n, fahren auf einer Fahrspur FS in Richtung des Pfeiles P auf eine Haltelinie HL einer Einmündung oder Kreuzung K zu, die beispielsweise einem nicht dargestellten Stoppschild zugeordnet ist. Die Fahrzeuge Fi, wobei in der Fig. 3 ein Fahrzeug Fi beispielhaft dargestellt ist, halten an unterschiedlichen Punkten vor, auf oder sogar jenseits der Haltelinie HL an. Diese

Haltepunkte sind in Fig. 3 als eine Vielzahl von Kreuzen HPi dargestellt. Ein mögliche Analyse der Verteilung der Haltepunkte der i Testfahrzeuge Fi, i e 1 , ..., n bezüglich der Haltelinie HL wird in Fig. 3 durch eine Betrachtung der Verteilung der Haltepunkte HPi nur in x-Richtung dargestellt. Dies führt zu den unten in Fig. 3 dargestellten Histogramm, in welchem die Fläche der Fahrspur FS um die Haltelinie HL in Streifen vorgegebener Breite in x-Richtung unterteilt wird und die Anzahl der Fahrzeuge Fi aufsummiert wird, deren

Haltepunkt in einem vorgegebenen Streifen liegen. Unter der Voraussetzung, dass die Anzahl i der Fahrzeuge ausreichend groß ist, ergibt sich mittels des so erstellten

Histogramms eine Verteilung V(HPi) der Haltepunkte HPi. Das Maximum der Verteilung V(HPi) der Haltepunkte HPi entlang der x-Richtung wird als schwarmbasierter Haltepunkt SHP festgelegt. Da die Bestimmung des schwarmbasierten Haltepunktes mittels eines Histogramm unabhängig von der y-Richtung ist, wird der schwarmbasierte Haltepunkt SHP auf die Mitte der Fahrspur FS angeordnet, wie dies in Fig. 3 der Fall ist. Weiterhin wird untersucht, ob der schwarmbasierte Haltepunkt SHP innerhalb des gesetzlich zulässigen Haltebereichs GZB vor der Haltelinie liegt. Liegt er außerhalb des zulässigen Bereichs ZB, so wird kann er nicht verwendet werden.

Es ist ferner möglich, auch eine zweidimensionale Verteilung zu erstellen, die die Anzahl der Haltepunkte HPi als Funktion sowohl der x-Richtung als auch der y-Richtung bestimmt, beispielsweise mittels eines zweidimensionalen Histogramms. Auf diese Weise kann auch die Position des schwarmbasierten Haltepunktes als Funktion der y-Richtung auf der Fahrspur festgelegt werden.

Bezugszeichenliste

F1 Fahrzeug 1

F2 Fahrzeug 2

Fn-1 Fahrzeug n-1

Fn Fahrzeug n

D1 Schwarmdaten Fahrzeug 1

D2 Schwarmdaten Fahrzeug 2

Dn-1 Schwarmdaten Fahrzeug n-1

Dn Schwarmdaten Fahrzeug n

FS Funkstrecke

BE Backend-Rechner

SP Speichern und Sortieren

VK Verarbeitung und Kombination

DB Datenbank

FB1 Fahrbahn 1

FS Fahrspur

FB2 Fahrbahn 2

K Kreuzung/Einmündung

FE Egofahrzeug

HL Haltelinie

ST Stoppschild

IN Internet

AHP Anfrage schwarmbasierter Haltepunkt RHP Übertragung schwarmbasierter Haltepunkt SHP Schwarmbasierter Haltepunkt

ZB zulässiger Bereich mit Positionstoleranz

Fi i-tes Fahrzeug

HPi Haltepunkte der Fahrzeuge i bis n

V(HPi) Verteilung der individuellen Haltepunkte GZB gesetzlich zulässiger Haltebereich