Verfahren und System zur Überwachung des Umfeldes eines Fahrzeuges

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zur Überwachung des Umfeldes eines Fahrzeuges

Moderne Fahrzeuge, insbesondere autonom fahrende Fahrzeuge, sind auf eine umfassende Umfeldsensorik angewiesen, um ein möglichst umfassendes Bild der unmittelbaren Umgebung zu erhalten. Beispielsweise weisen die Fahrzeuge hierzu aktive Umfeldsensoren auf, die einen Signalsender und einen Signalempfänger aufweisen. Der Signalsender sendet ein Signal, beispielsweise ein optisches oder ein akustisches Signal aus, dass von einem Hindernis reflektiert wird. Das reflektierte Signal wird von dem Signalempfänger erfasst. Aus der Charakteristik des reflektierten Signals, beispielsweise aus der Lauflänge des Signals, dem Reflexionswinkel oder einer Frequenzänderung, können Aussagen über Hindernisse oder andere Verkehrsteilnehmer gewonnen werden.

Die von einem Fahrzeug erfassten Informationen können des Weiteren zu einer Datennachricht zusammengefasst werden und über eine Kommunikationseinrichtung anderen Fahrzeugen zur Verfügung gestellt werden. Die Datennachricht kann auch Informationen über das eigene Fahrzeug, beispielsweise dessen Position und dessen Fahrrichtung bzw. Fahrweg beinhalten. Mit Hilfe einer solchen Datennachricht können Fahrzeuge auch Umfeldinformationen erlangen, die nicht im Überwachungsbereich der eigenen Sensoren liegen. Dies ermöglicht den Fahrzeugen beispielsweise eine weiter vorausschauende Fahrweise oder eine frühzeitige Reaktion auf Gefahrensituationen oder das Verhalten anderer Fahrzeuge.

Da das Fahrzeug Informationen, die nicht im Erfassungsbereich der eigenen Sensoren liegen, nicht prüfen kann, muss sichergestellt sein, dass die Datennachricht bzw. die Informationen des anderen Verkehrsteilnehmers sehr zuverlässig sind. Es ist allerdings schwierig, einzuschätzen, wie zuverlässig die Datennachrichten anderer Verkehrsteilnehmer bzw. die darin enthaltenen Informationen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein System bereitzustellen, die eine Plausibilisierung der in einer solchen Datennachricht enthaltenen Informationen ermöglicht.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Plausibilisierung Überwachung des Umfeldes eines Fahrzeuges vorgesehen, wobei das Fahrzeug zumindest eine Signalempfänger, eine Kommunikationseinrichtung zum Empfang von Datennachrichten eines anderen Verkehrsteilnehmers sowie eine Auswerteschaltung aufweist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Empfangen einer Datennachricht eines anderen Verkehrsteilnehmers, wobei die Datennachricht Sensorinformationen des anderen Verkehrsteilnehmers enthält;

- Empfang von Signalen mit dem Signalempfänger,

- P lausibi lisieren der Datennachricht des anderen Verkehrsteilnehmers, wobei die Plausibilisierung eine Prüfung durch die Auswerteschaltung umfasst, ob die in der Datennachricht enthaltenen Sensorinformationen mit den Signalen, die vom Signalempfänger empfangen werden, übereinstimmen.

Nach dem Empfang der Datennachricht sowie dem Empfang der Signale des eigenen Signalempfänger zu wird von der Auswerteschaltung geprüft, ob es Übereinstimmungen zwischen den in der Datennachricht enthaltenen Informationen und den mit dem Signalempfänger empfangenen Informationen gibt. Die Übereinstimmungen können hierbei Informationen über ein Fahrzeug sein, die sowohl von dem Signalempfänger empfangen werden wie auch in der Datennachricht enthalten sind. Werden Informationen festgestellt, die sowohl in der Datennachricht enthalten sind wie auch vom Signalempfänger empfangen werden, wird geprüft, ob diese übereinstimmen. Ist dies der Fall, kann davon ausgegangen werden, dass auch die übrigen in der Datennachricht enthaltenen Informationen korrekt erfasst worden und somit vertrauenswürdig sind und von der Auswerteschaltung verwendet werden können. Die Datennachricht sowie die darin enthaltenen Informationen werden von der Auswerteschaltung freigegeben, so dass von der Fahrzeugsteuerung verwendet werden können.

Vorzugsweise sind die Sensorinformationen des anderen Verkehrsteilnehmers Daten der Umfeldsensoren des anderen Verkehrsteilnehmers sind. Die Prüfung der Datennachricht umfasst in diesem Fall eine Prüfung, ob die Daten dieser Umweltsensoren das eigene Fahrzeug erfasst haben. Die Signale, die der Signalempfänger erfasst, können hierbei Signale der eigenen Umweltsensoren sein oder Signale der eigenen Fahrsensorik, die die eigene Position und/oder Fahrrichtung detektieren und diese mit den in der Datennachricht enthaltenen Informationen abgleichen. Der Abgleich mit den in der Datennachricht enthaltenen Informationen über das eigene Fahrzeug hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Verkehrsteilnehmer oder Objekte vom eigenen Fahrzeug oder dem anderen Verkehrsteilnehmer erfasst werden müssen. Es ist lediglich erforderlich, dass sich das eigene Fahrzeug im Erfassungsbereich des anderen Verkehrsteilnehmers befindet.

Vorzugsweise sind die mit dem Signalempfänger empfangenen Signale Signale eines aktiven Umfeldsensors des anderen Verkehrsteilnehmers, wobei der aktive Umfeldsensor einen Signalsender und einen Signalempfänger aufweist, insbesondere wobei der Empfang der Signale eine Prüfung umfasst, ob die Signale von einem anderen Verkehrsteilnehmer stammen. Der Empfang der Signale des aktiven Umfeldsensors des anderen Verkehrsteilnehmers ist ein Indiz dafür, dass sich das eigene Fahrzeug im Sensorbereich des anderen Verkehrsteilnehmers befindet und somit von den Umfeldsensoren des anderen Verkehrsteilnehmers erfasst werden kann. Die Sensorinformationen des anderen Verkehrsteilnehmers, die mit der Datennachricht versendet sind, müssen somit auch Informationen über das eigene Fahrzeug enthalten. Sind diese Informationen über das eigene Fahrzeug in der Datennachricht enthalten, kann davon ausgegangen werden, dass die Umweltsensoren des anderen Verkehrsteilnehmers das Umfeld korrekt erfassen und die Informationen der Datennachricht zuverlässig bzw. vertrauenswürdig sind. Beispielsweise kann der Signalempfänger Teil eines aktiven Umfeldsensors des Fahrzeugs sein. Um bei einer solchen Ausführungsform die mit dem Signalempfänger empfangenen Signale von einem anderen Verkehrsteilnehmer stammen, ist es erforderlich, die Signale des anderen Verkehrsteilnehmers von den Signalen des eigenen Signalsenders unterscheiden zu können. Beispielsweise umfasst der Empfang der Signale mit dem Signalempfänger eine Filterung, um die Signale des anderen Verkehrsteilnehmers zuverlässig von anderen Signalen, beispielsweise den Signalen eines eigenen Signalsenders, trennen bzw. unterscheiden zu können. Es ist also kein zusätzlicher Signalempfänger erforderlich, sondern es wird der Signalempfänger eines eigenen aktiven Umfeldsensors verwendet, der zusätzlich zu den Signalen des eigenen Signalsenders weitere Signale empfangen kann.

Es kann aber auch ein zusätzlicher, unabhängiger Signalempfänger vorgesehen sein. Dies kann den Vorteil haben, dass ein solcher Signalempfänger eine breite Empfangscharakteristik aufweisen kann als ein Signalempfänger eines aktiven Umfeldsensors. Insbesondere kann dieser so ausgebildet sein, dass er Signale richtungsunabhängig oder in einem breiteren Empfangsbereich empfangen kann als ein Signalempfänger eines aktiven Umfeldsensors.

Um die Signale des anderen Verkehrsteilnehmers von den eigenen Signalen zuverlässig trennen zu können, umfasst die Filterung beispielsweise einen Abgleich mit den vom Fahrzeug ausgesandten Signalen. Durch die Erfassung der Charakteristik der eigenen Signale ist eine bessere Trennung der eigenen Signale von den Signalen des anderen Verkehrsteilnehmers möglich.

Zusätzlich kann der Empfang der Signale durch den Signalempfänger eine Erfassung der Signalcharakteristik umfassen, insbesondere der Signalstärke und/oder eines zeitlichen Anteils oder einer Periodisierung des Signals, um zusätzliche Informationen über den anderen Verkehrsteilnehmer zu erhalten oder abzuschätzen. Beispielsweise kann aus der Signalcharakteristik die Entfernung des anderen Verkehrsteilnehmers abgeschätzt werden. Die zusätzlichen Informationen können kann mit den in der Datennachricht enthaltenen Sensorinformationen des anderen Verkehrsteilnehmers verglichen wird. Stimmt die aus der Signalcharakteristik abgeschätzten Informationen mit den in der Datennachricht enthaltenen Informationen überein, können die Informationen in der Datennachricht als vertrauenswürdig eingestuft werden.

Beispielsweise kann aus der Signalcharakteristik die Entfernung des anderen Verkehrsteilnehmers abgeschätzt werden. Die abgeschätzte Entfernung kann mit den Sensorinformationen des anderen Verkehrsteilnehmers verglichen wird. Entspricht die abgeschätzte Entfernung der in der Datennachricht enthaltenen Entfernung, können die in der Datennachricht enthaltenen Informationen als zuverlässig eingeschätzt werden.

Zu Lösung der Aufgabe ist des Weiteren ein System zur Überwachung des Umfeldes eines Fahrzeuges vorgesehen, mit zumindest einem Signalempfänger, einer Kommunikationseinrichtung zum Empfang von Datennachrichten eines anderen Verkehrsteilnehmers sowie einer Auswerteschaltung. Die Auswerteschaltung ist zum Empfang und zur Plausibilisierung einer Datennachricht eines anderen Verkehrsteilnehmers mit einem der vorstehend beschriebenen Verfahren ausgebildet.

Der Signalempfänger kann Teil eines aktiven Sensorsystems des Fahrzeugs bestehend aus dem Signalempfänger und einem Signalsender sein, so dass keine zusätzlichen Sensoren erforderlich sind.

Der Signalempfänger kann ein akustischer, optischer oder elektromagnetischer Signalempfänger sein. Die Signale können beispielsweise akustische, optische oder elektromagnetischer Signale sein. Vorzugsweise weisen die Signalempfänger einen möglichst großen Frequenzbereich auf, so dass möglichst viele Signale empfangen werden können. Vorzugsweise kann aber eine Einschränkung auf standardisierte Frequenzbereiche erfolgen, um Fehldetektionen zu vermeiden und die Erkennungsgenauigkeit zu verbessern. Falls der Signalempfänger Teil eines aktiven Umfeldsensors ist, ist der Frequenzbereich vorzugsweise größer als der Frequenzbereich des Signalsender. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:

Figur 1 ein Fahrzeug mit einem aktiven Umfeldsensor

Figur 2 das Fahrzeug aus Figur 1 mit weiteren Verkehrsteilnehmern.

In Figur 1 ist ein Fahrzeug 10 gezeigt, mit einem aktiven Umfeldsensor 12, bestehend aus einem Signalsender 14 und einen Signalempfänger 16. Der Signalsender 14 und der Signalempfänger 16 sind mit einer Auswerteschaltung 18 verbunden. Der Signalsender 14 und der Signalempfänger 16 sind in einer Baueinheit integriert. Diese können aber auch voneinander getrennt im Fahrzeug angeordnet sein.

Der Signalsender 14 kann ein Signal 20 aussenden. Trifft dieses Signal 20 auf Objekt 22, wird das Signal 20 reflektiert. Das reflektierte Signal 20 wird vom Signalempfänger 16 empfangen werden. Aus der Laufzeit oder einer Phasenmessung des Signals 20 vom Signalsender bis zum Signalempfänger 16 und der Richtung des reflektierten Signals 20 kann die Auswerteschaltung 18 die Entfernung und die Position des Gegenstandes 22 bestimmen und entsprechende Informationen an eine Fahrzeugsteuerung 24 ausgeben.

Das Signal 20 ist hierbei ein optisches, akustisches oder elektromagnetisch Signal, beispielsweise ein LIDAR-Signal (Light detection and ranging) oder ein RADAR-Signal sein.

Grundsätzlich ist der Signalempfänger 16 bei solchen Systemen auf das Signal bzw. die Frequenz des Signalsenders 14 abgestimmt. Alternativ kann die Steuerung einen Filter aufweisen, der die Frequenzen des Signalsenders 14 herausfiltert, sodass lediglich die Signale des Signalsenders 14 verarbeitet werden. Der Signalempfänger 16 ist dazu ausgebildet, Signale in einem wesentlich größeren Frequenzspektrum zu empfangen, sodass auch andere Signale empfangen werden können. Vorzugsweise ist ein Filter vorgesehen, der die Signale 20 des eigenen Signalempfänger 16 von anderen Signalen trennen kann.

Optional kann auch ein zusätzlicher Signalempfänger 16 vorgesehen sein. Dies kann den Vorteil haben, dass ein solcher Signalempfänger 16 eine breite Empfangscharakteristik aufweisen kann als ein Signalempfänger 16 eines aktiven Umfeldsensors 12. Insbesondere kann dieser so ausgebildet sein, dass er Signale richtungsunabhängig oder in einem breiteren Empfangsbereich empfangen kann als ein Signalempfänger eines aktiven Umfeldsensors.

Das Fahrzeug 10 weist des Weiteren eine Kommunikationseinrichtung 26 zur Kommunikation mit einem anderem Verkehrsteilnehmer 28 (siehe Figur 2) auf. Die Kommunikationseinrichtung 26 ist mit der Auswerteschaltung 18 verbunden. Des Weiteren ist eine Fahrzeugsteuerung 24 vorgesehen, die mit der Kommunikationseinrichtung 26 und der Auswerteschaltung 18 verbunden ist.

Die Kommunikationseinrichtung 26 kann Datennachrichten 30, die die Informationen der Umfeldsensors 12 enthalten, an andere Verkehrsteilnehmer 28 senden und/oder Datennachrichten 32 anderer Verkehrsteilnehmer 28 empfangen, die Sensorinformationen dieses Verkehrsteilnehmers 28, insbesondere auch Informationen der Umfeldsensoren dieses Verkehrsteilnehmers 28 enthalten. Die Datennachrichten 32 der andere Verkehrsteilnehmer können in der Auswerteschaltung 18 oder der Fahrzeugsteuerung 24 verarbeitet bzw. von dieser berücksichtigt werden.

Beispielsweise kann die Datennachricht 30, 32 Informationen zum Fahrzustand des anderen Verkehrsteilnehmers, beispielsweise dessen Position, Geschwindigkeit und Fahrtrichtung, enthalten. Die Fahrzeugsteuerung 24 kann beispielsweise diese Informationen mit dem Fahrzustand des Fahrzeugs 10 abgleichen und gegebenenfalls den Fahrzustand anpassen. Die Datennachricht des anderen Verkehrsteilnehmers 28 kann des Weiteren Informationen der Umfeldsensoren 34 des anderen Verkehrsteilnehmers 28 enthalten. Dadurch kann die Fahrzeugsteuerung auch Verkehrsinformationen bzw. Umweltinformationen über Bereiche enthalten, die mit dem eigenen Umfeldsensoren 12 nicht erreichbar sind, beispielsweise weil diese Bereiche durch andere Fahrzeuge oder Objekte verdeckt sind oder durch die Ausrichtung der Umfeldsensoren 12 nicht erreichbar sind.

In Figur 2 ist ein weiterer Verkehrsteilnehmer 28 gezeigt, der ebenfalls Umfeldsensoren 34, jeweils bestehend aus einem Signalsender 36 und einem Signalempfänger 38 aufweist. Der Signalsender 36 sendet ein Signal 40 aus, das auf das Fahrzeug 10 bzw. einen dritten Verkehrsteilnehmer 48 auftrifft und von diesen reflektiert wird. Das reflektierten Signale 40 werden von den Signalempfängern 38 empfangen, von der Auswerteschaltung 42 verarbeitet und an eine Fahrzeugsteuerung 44 ausgegeben, sodass der Verkehrsteilnehmer 28 die Position sowie den Fahrzustand des Fahrzeugs 10 sowie des dritten Verkehrsteilnehmers erfassen kann.

Die Informationen des Umfeldsensors 34 sowie gegebenenfalls weitere Fahrzeuginformationen des anderen Verkehrsteilnehmers 28, wie dessen Position oder Fahrzustand, werden von der Fahrzeugsteuerung 44 oder der Auswerteschaltung 42 zu einer Datennachricht 32 zusammengefasst und über die Kommunikationseinrichtung 46 des anderen Verkehrsteilnehmers 28 anderen Verkehrsteilnehmer, beispielsweise dem Fahrzeug 10, zur Verfügung gestellt.

Das Fahrzeug 10 kann diese Datennachricht 32 empfangen und in der Fahrzeugsteuerung 26 auswerten.

Gleichzeitig werden die Signale 40 des Verkehrsteilnehmers 28 vom Signalempfänger 16 des Fahrzeugs 10 empfangen. Die Auswerteschaltung 18 trennt die Signale 20 des eigenen Signalempfänger 16 und die übrigen empfangenen Signale 40 voneinander. Das Signal 40 wird von der Auswerteschaltung 18 des Fahrzeugs 10 als Signal eines aktiven Umfeldsensors eines weiteren Verkehrsteilnehmers 22 erkannt. Aufgrund der fehlenden Laufzeit ist eine Entfernungsbestimmung oder eine Positionsbestimmung aus dem empfangenen Signal 40 nicht möglich. Dennoch kann dieses Signal vom Fahrzeug 10 verwendet werden, um die Anwesenheit eines weiteren Verkehrsteilnehmers zu detektieren. Des Weiteren ist dieses Signal 30 ein Indiz, dass der Umfeldsensor 34 des anderen Verkehrsteilnehmers 28 das Fahrzeug 10 erfasst hat.

Die Fahrzeugsteuerung 26 oder die Auswerteschaltung 18 können nach Empfang der Datennachricht 32 sowie des Signals 40 diese Informationen abgleichen und beispielsweise prüfen, ob die Datennachricht 32 Informationen über das Fahrzeug 10 enthält. Stellt die Auswerteschaltung 24 fest, dass die Datennachricht 32 Informationen über das eigene Fahrzeug 10 enthält, also eine Übereinstimmung zwischen Informationen der Datennachricht 32 und den empfangenen Signalen 40 des Signalempfänger 16 vorliegt, kann dies als Plausibilisierung für die Datennachricht 32 gewertet werden, sodass deren Informationen als vertrauenswürdig eingestuft werden können.

Der Abgleich mit der Datennachricht 32 kann auch andere mit dem Umfeldsensor 12 erfasste Signale bzw. Informationen umfassen. Es ist lediglich erforderlich, eine Übereinstimmung zwischen den in der Datennachricht 32 enthaltenen Informationen sowie den Signalen, die vom Umfeldsensor 12 erfasst werden, festzustellen. Eine Übereinstimmung zwischen den Informationen der Datennachricht 32 und den Signalen des Signalempfängers 16 liegt vor, wenn diese übereinstimmende Informationen liefern, also sowohl aus der Datennachricht 32 wie auch aus den empfangenen Signalen Informationen über ein Objekt oder ein Signal gewonnen werden können und diese Informationen übereinstimmen.

Vorzugsweise sind die Datennachricht 32 und die Signale des Umfeldsensors 12 mit einem Zeitstempel versehen. Die Datennachricht 32 wird üblicherweise mit einer geringen Latenz versendet. Für den Vergleich der Datennachricht 32 mit den Signalen des Umfeldsensors ist es erforderlich, dass Informationen verglichen werden, die zum gleichen Zeitpunkt vom Fahrzeug 10 und dem anderen Verkehrsteilnehmer 28 erfasst wurden. Sind sowohl die Datennachricht 32 bzw. die in der Datennachricht 32 enthaltenen Informationen wie auch die Signale des eigenen Umfeldsensors 12 mit einem Zeitstempel versehen, können jeweils Informationen und Daten mit dem gleichen oder zeitlichen ähnlichen Zeitstempel versehen werden. Alternativ kann ein nicht vorhandener Zeitstempel oder eine Zeitverzögerung aus anderen Informationen, die vom Umfeldsensor 12 empfangen werden, geschätzt.

Beispielsweise können auch Informationen über den Fahrzustand des Fahrzeugs 10 bereitgestellt werden, um diese mit den Informationen der Datennachricht 32 abzugleichen. Dadurch kann beispielsweise nicht nur überprüft werden, ob das eigene Fahrzeug 10 vom anderen Verkehrsteilnehmer 28 erfasst wurde, dann auch ob der von dem Verkehrsteilnehmer 28 erfasste Fahrzustand des Fahrzeugs 10 mit den Fahrzustand, der von den eigenen Sensoren ermittelt wurde, übereinstimmt.

Der Signalempfänger 16 kann des Weiteren zusätzliche Merkmale des Signals 40 empfangen und an die Auswerteschaltung 18 ausgeben, beispielsweise, um eine grobe Entfernungsabschätzung vornehmen zu können.

Bei einigen Umfeldsensoren, beispielsweise bei einem Radar, wird das Signal 40 sehr stark gebündelt. Des Weiteren wird der Signalempfänger periodisch verschwenkt, um einen möglichst großen Bereich mit dem Umfeldsensor abtasten zu können. Dadurch kann aus dem reflektierten Signal auch die Richtung, in der sich ein Gegenstand 22 befindet, detektiert werden. Dies kann dazu führen, dass das Signal 30 nur phasenweise auf den Signalempfänger 16 gerichtet ist und von diesen empfangen werden kann. Aus dem Zeitraum, über den das Signal 40 vom Signalempfänger 16 empfangen wird, kann auf die Entfernung des Signalsenders 26 vom Signalempfänger 16 geschlossen werden.

Des Weiteren kann die Stärke des Signals 40 erfasst werden, aus der ebenfalls eine Abschätzung der Entfernung möglich ist. Auch diese Informationen können zum Abgleich der Datennachricht 32 und somit zur Plausibilisierung der Datennachricht 32 verwendet werden.

In der hier beschriebenen Ausführungsform erfolgt dies über den Signalempfänger 16 des eigenen aktiven Umfeldsensor 12. Alternativ können aber auch separate Signalempfänger vorgesehen sein, die nicht Teil eines aktiven Umfeldsensors 12 sind. Beispielsweise können solche Signalempfänger auf ein breiteres Empfangsspektrum ausgelegt sein als der Signalempfänger 16 des aktiven Umfeldsensor 12.

Der Signalempfänger 16 ist vorzugsweise in Abhängigkeit von der jeweiligen Signalart und den jeweiligen Frequenzen ausgewählt. Für den Empfang eines Radarsignals kann beispielsweise eine Schottky-Diode verwendet werden, die an einer Antenne angeschlossen ist. Mithilfe einer Hochfrequenzdrossel und einer Filterung kann ein Gleichspannungssignal in Abhängigkeit von der Stärke des empfangenen Signal 30 erzeugt werden. Das Signal kann beispielsweise in ein digitales Signal umgewandelt werden. Für ein LIDAR-Signal kann beispielsweise eine APD-Diode oder eine PN-Diode oder ein Photomultiplier verwendet werden.

In der hier gezeigten Ausführungsform ist lediglich ein aktiver Umfeldsensor 12 bzw. ein Signalempfänger 16 gezeigt. Das Fahrzeug 10 kann aber auch mehrere aktive Umfeldsensoren 12 aufweisen, die auf verschiedenen Signalarten basieren, bzw. verschiedene Signalempfänger 16, die zum Empfang verschiedener Signale, insbesondere verschiedene Signalarten ausgebildet sind.