Die vorliegende Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Detektion eines lateralen Endes einer Fahrbahn, wobei basierend auf einem Datensatz eines Umfeldsensorsystems, welcher die Fahrbahn während eines Erfassungszeitraums darstellt, eine dreidimensionale Punktwolke erzeugt wird, wobei jeder Punkt der Punktwolke durch einen radialen Abstand oder einen horizontalen Erfassungswinkel charakterisiert ist und die Punktwolke eine Vielzahl von Bodenpunkten enthält. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum wenigstens teilweise automatischen Führen eines Kraftfahrzeugs, ein elektronisches Fahrzeugführungssystem und ein Computerprogrammprodukt.

Für verschiedene vollautomatische oder teilautomatische Fahrfunktionen von Kraftfahrzeugen ist es notwendig, den zur Verfügung stehenden befahrbaren Bereich für das Kraftfahrzeug anhand von Umfeldsensorsystemen des Kraftfahrzeugs genau zu bestimmen. Dazu kann es insbesondere notwendig sein, die jeweiligen lateralen Enden der Straße oder Fahrbahn, also gewissermaßen die seitlichen Grenzen der Straße oder Fahrbahn, mit ausreichender Genauigkeit und Zuverlässigkeit bestimmen zu können.

Dokument US 2010/0017060 A1 beschreibt ein Verfahren zur Straßenranderkennung basierend auf Daten eines Lidarsensors. Dazu wird das Höhenprofil eines Zielbereichs analysiert, um Kandidaten für eine Straße und Straßenränder zu ermitteln. Diese Kandidaten werden dann in einer Projektion auf die Bodenebene untersucht, um Präsenz und Ort der Straße und der Straßenränder zu verifizieren.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zum Detektieren eines lateralen Endes einer Fahrbahn anzugeben, welches eine genauere oder zuverlässigere Detektion ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, eine Punktwolke bereitzustellen, die die Fahrbahn darstellt und einen radialen Abstand von Bodenpunkten der Punktwolke als Funktion eines horizontalen Erfassungswinkels numerisch zu differenzieren, um basierend auf dem Ergebnis das laterale Ende zu detektieren.

Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein computerimplementiertes Verfahren zur Detektion eines lateralen Endes einer Fahrbahn angegeben. Basierend auf einem Datensatz eines Umfeldsensorsystems, insbesondere eines an einem Kraftfahrzeug montierten Umfeldsensorsystems, wird eine dreidimensionale Punktwolke erzeugt. Der Datensatz stellt dabei die Fahrbahn während eines Erfassungszeitraums dar und jeder Punkt der Punktwolke ist durch einen radialen Abstand und einen horizontalen Erfassungswinkel wenigstens zum Teil charakterisiert. Die Punktwolke enthält eine Vielzahl von Bodenpunkten. Der radiale Abstand der Vielzahl von Bodenpunkten als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels wird numerisch differenziert, um eine Abstandsänderungsrate als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels zu erhalten. Das laterale Ende wird abhängig von der Abstandsänderungsrate detektiert.

Hier und im Folgenden können sämtliche Verfahrensschritte mittels einer Recheneinheit durchgeführt werden, insbesondere mittels einer Recheneinheit des Umfeldsensorsystems oder des Kraftfahrzeugs, sofern keine abweichenden Angaben diesbezüglich gemacht werden.

Aus sämtlichen im Folgenden erläuterten Ausführungsformen des computerimplementierten Verfahrens nach dem verbesserten Konzept lassen sich auch entsprechende Verfahren zur Detektion des lateralen Endes der Fahrbahn unmittelbar ableiten, die nicht vollständig computerimplementiert sind und sich von ihrem jeweiligen computerimplementierten Pendant dadurch unterscheiden, dass das Verfahren einen Schritt beinhaltet, gemäß dem mittels des Umfeldsensorsystems der Datensatz während des Erfassungszeitraums erzeugt wird.

Die Fahrbahn ist charakterisiert durch eine longitudinale Richtung, die insbesondere einer vorgesehenen Hauptbewegungsrichtung für sich auf der Fahrbahn bewegende Kraftfahrzeuge entspricht. Das laterale Ende entspricht dann einem Ende der Fahrbahn in Richtung senkrecht zu der Longitudinalrichtung. Das laterale Ende kann also auch als seitlicher Rand der Fahrbahn bezeichnet werden. Die Recheneinheit kann den Datensatz von dem Umfeldsensorsystem erhalten und basierend darauf die Punktwolke erzeugen. Es ist aber auch möglich, dass die Recheneinheit die Punktwolke bereits von dem Umfeldsensorsystem erhält, also das Umfeldsensorsystem selbst beziehungsweise eine weitere Recheneinheit des Umfeldsensorsystems die Punktwolke basierend auf dem Datensatz erzeugt.

Ein Umfeldsensorsystem kann hier und im Folgenden als Sensorsystem verstanden werden, das dazu in der Lage ist, Sensordaten oder Sensorsignale zu erzeugen, welche eine Umgebung des Umfeldsensorsystems beziehungsweise des Kraftfahrzeugs abbilden, darstellen oder wiedergeben. Beispielsweise können Kameras, Radarsysteme, Lidarsysteme oder Ultraschallsensorsysteme als Umfeldsensorsysteme aufgefasst werden. Bevorzugt ist das Umfeldsensorsystem als Lidarsystem ausgestaltet.

Bei dem Erfassungszeitraum handelt es sich insbesondere um einen Erfassungszeitraum einer Vielzahl aufeinanderfolgender Erfassungszeiträume, die gegebenenfalls auch als Frames oder Einzelbilder bezeichnet werden können beziehungsweise Frames oder Einzelbildern entsprechen.

Neben dem radialen Abstand, bei dem es sich insbesondere um einen radialen Abstand von dem Umfeldsensorsystem handelt, beispielweise einer Emittereinheit, einer Umlenkeinheit oder einer Detektoreinheit des Umfeldsensorsystems, und dem horizontalen Erfassungswinkel können die Punkte der Punktwolke auch durch weitere Parameter charakterisiert werden, insbesondere durch einen vertikalen Erfassungswinkel. Insbesondere bei Lidarsystemen, beispielsweise Laserscannern, ist eine Emittereinheit vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, Licht, beispielsweise infrarotes Licht, in die Umgebung des Umfeldsensorsystems auszusenden und in der Umgebung reflektierte Anteile mittels einer Umlenkeinheit auf eine Detektoreinheit zu lenken und so zu erfassen. Die Detektoreinheit erzeugt dann eines oder mehrere Sensorsignale basierend auf den erfassten Anteilen. Der Datensatz wird dann basierend auf dem einen oder den mehreren Sensorsignalen für unterschiedliche detektierte Anteile reflektierten Lichts während des Erfassungszeitraums erzeugt. Dazu kann die Umlenkeinheit beispielsweise ihre Position zeitabhängig verändern, um zu unterschiedlichen Zeiten während eines Erfassungszeitraums Licht aus unterschiedlichen horizontalen Erfassungswinkeln auf die Detektoreinheit umzulenken. Die Horizontale entspricht dabei insbesondere einer Azimutalebene, also einer Ebene senkrecht zu einer Normalachse des Umfeldsensorsystems. Das von der Emittereinheit ausgesendete Licht kann beispielweise ebenfalls mittels der Umlenkeinheit umgelenkt und so in der Azimutalebene mit unterschiedlichen Winkeln ausgesendet werden.

Zudem kann die Detektoreinheit zwei oder mehr optische Detektoren beinhalten, die entlang der Normalachse nebeneinander angeordnet sind. Dementsprechend können für jeden horizontalen Erfassungswinkel reflektierte Anteile aus unterschiedlichen vertikalen Erfassungswinkeln auf unterschiedliche optische Detektoren gelenkt werden. Jeder der optischen Detektoren erfasst also einen bestimmten vertikalen Erfassungswinkel oder Erfassungswinkelbereich. Der radiale Abstand kann mittels der Recheneinheit oder der weiteren Recheneinheit des Umfeldsensorsystems beispielsweise basierend auf einer Lichtlaufzeitmessung bestimmt werden. Auf diese Weise können den reflektierten Anteilen dreidimensionale Koordinaten eines reflektierenden Punktes in der Umgebung in einem polaren Koordinatensystem zugeordnet werden, die durch den horizontalen Erfassungswinkel oder Azimutwinkel, den vertikalen Erfassungswinkel oder Polarwinkel, und den radialen Abstand festgelegt sind. Jedes Tupel von drei solchen Koordinaten entspricht einem Punkt der Punktwolke.

Die Punkte der Punktwolke, die alle demselben vertikalen Erfassungswinkel beziehungsweise demselben optischen Detektor entsprechen, werden auch als Lage bezeichnet. Je nach vertikalem Erfassungswinkel können die Reflexionen von Punkten auf der Fahrbahnoberfläche resultieren oder von sonstigen Objekten. Lagen, die Reflexionen von der Fahrbahnoberfläche beziehungsweise von sonstigen Punkten auf dem Untergrund beinhalten, werden auch als Bodenlagen bezeichnet, deren Punkte werden auch als Bodenpunkte bezeichnet.

Auch basierend auf den Daten anderer Umfeldsensorsysteme, beispielsweise basierend auf Kamerabildern, können entsprechende Punktwolken in dreidimensionalen Polarkoordinaten erzeugt werden.

Die Vielzahl von Bodenpunkten, deren radialer Abstand als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels gemäß dem verbesserten Konzept numerisch differenziert wird, entspricht wenigstens einem Teil aller Bodenpunkte der Punktwolke. Mit anderen Worten kann die Punktwolke neben der Vielzahl von Bodenpunkten auch weitere Bodenpunkte beinhalten. Die Vielzahl von Bodenpunkten ist insbesondere Teil einer einzigen Bodenlage. Mit anderen Worten entsprechen die Bodenpunkte der Vielzahl von Bodenpunkten alle demselben vertikalen Erfassungswinkel. Im Übrigen sind auch alle weiteren Punkte der Punktwolke, die keine Bodenpunkte oder weitere Bodenpunkte sind, durch einen entsprechenden radialen Abstand, einen entsprechenden horizontalen Erfassungswinkel und einen entsprechenden vertikalen Erfassungswinkel charakterisiert.

Insbesondere werden die Bodenpunkte der Vielzahl von Bodenpunkten von der Recheneinheit basierend auf der Punktwolke identifiziert oder liegen in der Punktwolke bereits entsprechend markiert vor, wurden also von der weiteren Recheneinheit des Umfeldsensorsystems identifiziert.

Das Detektieren des lateralen Endes der Fahrbahn entspricht insbesondere dem Identifizieren eines horizontalen Erfassungswinkels oder Erfassungswinkelbereichs, der dem lateralen Ende entspricht beziehungsweise in dem das laterale Ende sich befindet.

Da der radiale Abstand einem direkten Messwert, nämlich im Falle eines Lidarsystems der Lichtlaufzeit, entspricht, ist gemäß dem verbesserten Konzept keine modellhafte Interpretation des radialen Abstands notwendig, wie es beispielsweise bei der Erstellung eines Höhenprofils der Fall wäre, so dass ein Fehlerrisiko bei der Interpretation und Umrechnung reduziert wird. Der radiale Abstand beziehungsweise die daraus durch numerische Differenzierung erhaltene Abstandsänderungsrate als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels stellt also eine besonders zuverlässige Größe zum Detektieren des lateralen Endes dar. Insbesondere kann davon ausgegangen werden, dass sich der radiale Abstand als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels in Bereichen der Fahrbahn, die dem lateralen Ende entsprechen, besonders stark ändert, während in übrigen Bereichen der Fahrbahn von einer sehr viel geringeren Änderung des radialen Abstands als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels ausgegangen werden kann.

Dementsprechend stellt die Abstandsänderungsrate ein Maß für die Wahrscheinlichkeit dar, dass es sich bei dem entsprechenden horizontalen Erfassungswinkelbereich um das laterale Ende handelt. Auf diese Weise kann gemäß dem verbesserten Konzept eine hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit bei der Bestimmung des lateralen Endes der Fahrbahn erreicht werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des computerimplementierten Verfahrens nach dem verbesserten Konzept wird eine theoretische Abstandsänderungsrate ermittelt und das laterale Ende wird abhängig von der theoretischen Abstandsänderungsrate und abhängig von der Abstandsänderungsrate detektiert.

Die theoretische Abstandsänderungsrate entspricht dabei insbesondere einer erwarteten Abstandsänderungsrate unter der Annahme, dass es sich bei der Fahrbahn um eine exakte Ebene oder eine sonstige mathematisch modellierbare Oberfläche handelt. Es kann also insbesondere ein Maß für eine Abweichung der Abstandsänderungsrate von der theoretischen Änderungsrate bestimmt werden, um das laterale Ende zu detektieren. Die Abweichung der Änderungsrate von der theoretischen Abstandsänderungsrate ist jedoch nicht notwendigerweise das einzige Kriterium, anhand dessen das laterale Ende detektiert wird.

Insbesondere kann ein Fehlermaß bestimmt werden, welches von der Abweichung der Abstandsänderungsrate und der theoretischen Abstandsänderungsrate abweicht und anhand des Fehlermaßes das laterale Ende detektiert werden. Beispielsweise kann das Fehlermaß mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen werden und das laterale Ende abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs detektiert werden, insbesondere ein horizontaler Erfassungswinkel bestimmt werden, bei dem das Fehlermaß den Grenzwert überschreitet und der entsprechende horizontale Erfassungswinkel kann als laterales Ende der Fahrbahn definiert werden. Das Fehlermaß kann neben der Abweichung der Abstandsänderungsrate von der theoretischen Abstandsänderungsrate auch von weiteren Größen abhängen.

Insbesondere ist die Abweichung der theoretischen Abstandsänderungsrate von der Abstandsänderungsrate ein relevantes Maß zur Bestimmung des lateralen Endes, da diese Abweichung im Falle einer perfekten Ebene als Fahrbahnoberfläche gleich Null wäre. So kann eine besonders zuverlässige und genaue Detektion des lateralen Endes ermöglicht werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Oberfläche konstruiert, welche die Fahrbahn näherungsweise beschreibt und ein theoretischer radialer Abstand, insbesondere des Umfeldsensorsystems, von der Oberfläche als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels wird bestimmt. Das laterale Ende wird abhängig von dem theoretischen radialen Abstand detektiert. Insbesondere kann die theoretische Abstandsänderungsrate basierend auf dem theoretischen radialen Abstand als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels bestimmt werden.

Optional kann das Fehlermaß aber auch explizit von dem theoretischen radialen Abstand abhängen oder von einer Abweichung des theoretischen radialen Abstands von dem radialen Abstand der Vielzahl von Bodenpunkten als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels. Dadurch kann eine noch genauere Detektion des lateralen Endes durch ein noch robusteres Fehlermaß erreicht werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Oberfläche um eine Ebene.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird basierend auf dem theoretischen radialen Abstand als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels die theoretische Abstandsänderungsrate als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels bestimmt, insbesondere durch Differenzieren des theoretischen radialen Abstands als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels. Das laterale Ende der Fahrbahn wird abhängig von der theoretischen Abstandsänderungsrate detektiert.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Fehlermaß als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels basierend auf einer Differenz zwischen der Abstandsänderungsrate und der theoretischen Abstandsänderungsrate bestimmt. Das laterale Ende wird abhängig von dem Fehlermaß bestimmt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Fehlermaß mit einem vorgegebenen Grenzwert detektiert und das laterale Ende wird abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs detektiert.

Insbesondere wird das laterale Ende als horizontaler Erfassungswinkel bestimmt, bei dem das Fehlermaß den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, insbesondere von unten überschreitet, wobei das Fehlermaß in Innenbereich der Fahrbahn kleiner ist als der Grenzwert

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Fehlermaß basierend auf einer Differenz zwischen dem radialen Abstand der Vielzahl von Bodenpunkten und dem theoretischen radialen Abstand bestimmt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Fehlermaß gemäß dem folgenden Zusammenhang bestimmt:

F = ß [(r-R) ² + (r'-R') ² ], wobei F das Fehlermaß bezeichnet, r den radialen Abstand der Vielzahl von Bodenpunkten, R den theoretischen radialen Abstand, r' die Abstandsänderungsrate, R' die theoretische Abstandsänderungsrate und ß einen konstanten Proportionalitätsfaktor, der insbesondere gleich 1 sein kann.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Fehlermaß gemäß dem folgenden Zusammenhang bestimmt:

F' = ß' [(r-R) ² + (r'-R') ² ] / [R ² + (R') ² ], wobei ß' einen weiteren konstanten Proportionalitätsfaktor darstellt, der insbesondere gleich 1 sein kann, sowie F' das Fehlermaß. Es hat sich gezeigt, dass die Berücksichtigung sowohl der Abweichung der Abstandsänderungsrate von der theoretischen Abstandsänderungsrate als auch die Abweichung des radialen Abstands von dem theoretischen Abstand besonders zuverlässige Erkennung des lateralen Endes der Fahrbahn erlaubt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird basierend auf einem weiteren Datensatz des Umfeldsensorsystems, welcher die Fahrbahn während eines weiteren Erfassungszeitraums darstellt, der vor dem Erfassungszeitraum liegt, insbesondere unmittelbar vor dem Erfassungszeitraum, eine dreidimensionale weitere Punktwolke erzeugt, wobei die weitere Punktwolke eine weitere Vielzahl von Bodenpunkten enthält. Eine weitere Oberfläche wird durch Näherung an die weitere Vielzahl von Bodenpunkten konstruiert und die Oberfläche wird abhängig von der weiteren Oberfläche konstruiert.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der weiteren Oberfläche um eine weitere Ebene.

Insbesondere können die Bodenpunkte der weiteren Vielzahl von Bodenpunkten an eine Gleichung gefittet werden, welche die weitere Oberfläche als zweidimensionale Mannigfaltigkeit im dreidimensionalen Raum definiert, beispielsweise eine Ebenengleichung, um die weitere Oberfläche zu erhalten. Als Ergebnis kann daraus auch die Lage beziehungsweise definierende Gleichung für die Oberfläche beziehungsweise Ebene gemäß dem Erfassungszeitraum bestimmt werden.

Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die weitere Vielzahl von Bodenpunkten und dementsprechend auch die weitere Oberfläche bereits vor dem Erfassungszeitraum bestimmbar sind und dementsprechend die abhängig von der weiteren Oberfläche konstruierte Oberfläche auch schon zu Beginn des Erfassungszeitraums zur Verfügung steht. Es kann daher eine Echtzeiterkennung des lateralen Endes der Fahrbahn realisiert werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Oberfläche abhängig von wenigstens einem Bewegungsparameter des Umfeldsensorsystems beziehungsweise des Kraftfahrzeugs und der weiteren Oberfläche konstruiert.

Insbesondere kann ein odometrisches Verfahren verwendet werden, um die Oberfläche basierend auf der weiteren Oberfläche unter Berücksichtigung des wenigstens einen Bewegungsparameters zu prädizieren. Der wenigstens eine Bewegungsparameter kann dazu beispielsweise eine Longitudinalgeschwindigkeit des Umfeldsensorsystems oder des Kraftfahrzeugs beinhalten und/oder eine Gierrate und/oder eine Querbeschleunigung und/oder eine Längsbeschleunigung.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das numerische Differenzieren des radialen Abstands als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels das Lösen einer Volterraschen Integralgleichung zweiter Art.

Ist der radiale Abstand als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels rauschbehaftet, insbesondere in einem signifikanten Maß rauschbehaftet, so ist das numerische Differenzieren des radialen Abstands stets mit einer gewissen Ungenauigkeit behaftet. An sich bekannte Verfahren, die auf dem Lösen der Volterraschen Integralgleichung zweiter Art beruhen, habe sich als geeignet für das numerische Differenzieren rauschbehafteter Daten herausgestellt. Insbesondere kann ein Ansatz verwendet werden, wie er in der Veröffentlichung „A scheme for stable numerical differentiation“, S. Ahn et al., Journal of Computationial and Applied Mathematics 186, 325-333, 2006 beschrieben wird.

Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Computersystem zur Detektion eines lateralen Endes einer Fahrbahn angegeben, das insbesondere dazu eingerichtet ist, ein computerimplementiertes Verfahren zur Detektion eines lateralen Endes einer Fahrbahn gemäß dem verbesserten Konzept durchzuführen. Das Computersystem beinhaltet eine Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Datensatz, welcher die Fahrbahn während eines Erfassungszeitraums darstellt, von einem Umfeldsensorsystem zu erhalten und basierend auf dem Datensatz eine dreidimensionale Punktwolke zu erzeugen oder dazu eingerichtet ist, die dreidimensionale Punktwolke von dem Umfeldsensorsystem zu erhalten. Jeder Punkt der Punktwolke ist durch einen radialen Abstand und einen horizontalen Erfassungswinkel charakterisiert und die Punktwolke enthält eine Vielzahl von Bodenpunkten. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, den radialen Abstand der Vielzahl von Bodenpunkten als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels numerisch zu differenzieren, um eine Abstandsänderungsrate als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels zu erhalten und das laterale Ende abhängig von der Abstandsänderungsrate zu detektieren.

Weitere Ausführungsformen des Computersystems nach dem verbesserten Konzept folgen direkt aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des computerimplementierten Verfahrens nach dem verbesserten Konzept und umgekehrt.

Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Verfahren zum wenigstens teilweise automatischen Führen eines Kraftfahrzeugs auf einer Fahrbahn angegeben, wobei mittels eines an dem Kraftfahrzeug montierten Umfeldsensorsystems ein Datensatz erzeugt wird, insbesondere während eines Erfassungszeitraums, wobei der Datensatz die Fahrbahn während des Erfassungszeitraums darstellt. Mittels einer Recheneinheit, insbesondere des Kraftfahrzeugs, wird basierend auf dem Datensatz ein laterales Ende der Fahrbahn unter Verwendung eines computerimplementierten Verfahrens nach dem verbesserten Konzept bestimmt. Mittels der Recheneinheit wird abhängig von dem Ende der Fahrbahn ein befahrbarer Bereich, insbesondere ein für das Kraftfahrzeug befahrbarer Bereich oder gefahrlos befahrbarer Bereich, bestimmt. Das Kraftfahrzeug wird abhängig von dem befahrbaren Bereich wenigstens teilweise automatisch geführt, beispielsweise mittels eines elektronischen Fahrzeugführungssystems.

Das elektronische Fahrzeugführungssystem kann dabei die Recheneinheit beinhalten. Unter einem elektronischen Fahrzeugführungssystem kann hier und im Folgenden ein elektronisches System verstanden werden, das dazu eingerichtet ist, das Kraftfahrzeug vollautomatisch oder vollautonom zu führen oder zu steuern, insbesondere ohne dass ein Eingriff in eine Steuerung durch einen Fahrer erforderlich ist. Das Kraftfahrzeug beziehungsweise das elektronische Fahrzeugführungssystem führt dabei alle erforderlichen Funktionen, wie gegebenenfalls erforderliche Lenk-, Brems- und/oder Beschleunigungsmanöver, die Beobachtung und Erfassung des Straßenverkehrs sowie die damit verbundenen erforderlichen Reaktionen selbsttätig und vollautomatisch durch. Insbesondere kann das elektronische Fahrzeugführungssystem zur Implementierung eines vollautomatischen oder vollautonomen Fahrmodus des Kraftfahrzeugs nach Stufe 5 der Klassifizierung gemäß SAE J3016 dienen. Unter einem elektronischen Fahrzeugführungssystem kann auch ein Fahrerassistenzsystem (englisch: „advanced driver assistance system,,, ADAS) verstanden werden, welches den Fahrer bei einer teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahrt des Kraftfahrzeugs unterstützt. Insbesondere kann das elektronische Fahrzeugführungssystem zur Implementierung eines teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahrmodus des Kraftfahrzeugs nach einer der Stufen 1 bis 4 gemäß der SAE J3016-Klassifizierung dienen. Hier und im Folgenden bezieht sich „SAE J3016“ auf die entsprechende Norm in der Version vom Juni 2018.

Das wenigstens teilweise automatische Führen des Kraftfahrzeugs kann es daher beinhalten, das Kraftfahrzeug gemäß eines vollautomatischen oder vollautonomen Fahrmodus der Stufe 5 nach SAE J3016 zu führen. Die wenigstens teilweise automatische Fahrzeugführung kann auch beinhalten, das Kraftfahrzeug gemäß eines teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahrmodus nach einer der Stufen 1 bis 4 nach SAE J3016 zu führen.

Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein elektronisches Fahrzeugführungssystem angegeben, das ein Umfeldsensorsystem zur Montage an einem Kraftfahrzeug beinhaltet, wobei das Umfeldsensorsystem dazu eingerichtet ist, einen Datensatz zu erzeugen, welcher eine Fahrbahn während eines Erfassungszeitraums darstellt. Das elektronische Fahrzeugführungssystem weist eine Recheneinheit auf, die dazu eingerichtet ist, abhängig von dem Datensatz eine dreidimensionale Punktwolke zu erzeugen oder das Umfeldsensorsystem ist dazu eingerichtet, die Punktwolke abhängig von dem Datensatz zu erzeugen und an die Recheneinheit zu übermitteln. Jeder Punkt der Punktwolke ist durch einen radialen Abstand und einen horizontalen Erfassungswinkel charakterisiert und die Punktwolke enthält eine Vielzahl von Bodenpunkten. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, den radialen Abstand der Vielzahl von Bodenpunkten als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels numerisch zu differenzieren, um eine Abstandsänderungsrate als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels zu erhalten. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, abhängig von der Abstandsänderungsrate ein laterales Ende der Fahrbahn zu detektieren.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des elektronischen Fahrzeugführungssystems ist das Umfeldsensorsystem als Lidarsystem ausgestaltet, insbesondere als Laserscanner.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, abhängig von dem lateralen Ende der Fahrbahn einen befahrbaren Bereich zu bestimmen und abhängig von dem befahrbaren Bereich wenigstens ein Steuersignal zum wenigstens teilweise automatischen Führen des Kraftfahrzeugs zu erzeugen.

Einer oder mehrere Aktuatoren des elektronischen Fahrzeugführungssystems können das Kraftfahrzeug abhängig von dem wenigstens einen Steuersignal wenigstens teilweise automatisch führen.

Weitere Ausführungsformen des elektronischen Fahrzeugführungssystems nach dem verbesserten Konzept folgen direkt aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des computerimplementierten Verfahrens nach dem verbesserten Konzept sowie des Verfahrens zum wenigstens teilweise automatischen Führen eines Kraftfahrzeugs nach dem verbesserten Konzept und jeweils umgekehrt. Insbesondere kann ein elektronisches Fahrzeugführungssystem nach dem verbesserten Konzept dazu eingerichtet oder programmiert sein, ein computerimplementiertes Verfahren oder ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen oder es führt ein solches Verfahren durch.

Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Kraftfahrzeug mit einem elektronischen Fahrzeugführungssystem gemäß dem verbesserten Konzept angegeben.

Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein erstes Computerprogramm mit ersten Befehlen angegeben. Bei Ausführung der ersten Befehle beziehungsweise des ersten Computerprogramms durch ein Computersystem, insbesondere durch ein Computersystem nach dem verbesserten Konzept oder eine Recheneinheit eines elektronischen Fahrzeugführungssystems nach dem verbesserten Konzept, bewirken die ersten Befehle, dass das Computersystem ein computerimplementiertes Verfahren gemäß dem verbesserten Konzept ausführt. Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein zweites Computerprogramm mit zweiten Befehlen angegeben. Bei Ausführung der zweiten Befehle beziehungsweise des zweiten Computerprogramms durch ein elektronisches Fahrzeugführungssystem nach dem verbesserten Konzept, insbesondere durch die Recheneinheit des elektronischen Fahrzeugführungssystems, bewirken die zweiten Befehle, dass das elektronische Fahrzeugführungssystem ein Verfahren zum wenigstens teilweise automatischen Führen eines Kraftfahrzeugs nach dem verbesserten Konzept ausführt.

Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein computerlesbares Speichermedium angegeben, welches ein erstes Programm und/oder ein zweites Computerprogramm nach dem verbesserten Konzept speichert.

Das erste und das zweite Computerprogramm sowie das computerlesbare Speichermedium können jeweils als Computerprogrammprodukt mit den ersten und/oder den zweiten Befehlen bezeichnet werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen können nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen von dem verbesserten Konzept umfasst sein. Es sind somit auch solche Ausführungen des verbesserten Konzepts umfasst und offenbart, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und/oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind somit insbesondere auch Ausführungen und Merkmalskombinationen umfasst und offenbart, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen umfasst und offenbart, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von denen abweichen.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer beispielhaften Ausführungsform eines elektronischen Fahrzeugführungssystems nach dem verbesserten Konzept; Fig. 2 ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zum wenigstens teilweise automatischen Führen eines Kraftfahrzeugs nach dem verbesserten Konzept;

Fig. 3 eine schematische Darstellung von Bodenpunkten eines Lidarsystems;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer numerischen Ableitung eines radialen

Abstands von Bodenpunkten als Funktion eines horizontalen Erfassungswinkels;

Fig. 5 einen beispielhaften Verlauf eines ersten Fehlermaßes als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels; und

Fig. 6 einen beispielhaften Verlauf eines zweiten Fehlermaßes als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels.

In Fig. 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 4 dargestellt, das sich auf einer Fahrbahn 1 befindet und sich insbesondere entlang der Fahrbahn 1 bewegt. Das Kraftfahrzeug 4 weist eine beispielhafte Ausführungsform eines elektronischen Fahrzeugführungssystems 7 nach dem verbesserten Konzept auf. Links und rechts von dem Kraftfahrzeug 4 weist die Fahrbahn laterale Enden 3 oder Fahrbahnränder auf, die den Bereich der Fahrbahn 1 von einem Umgebungsbereich 2 außerhalb der Fahrbahn trennen. In dem Umgebungsbereich 2 kann sich dabei beispielsweise einen Gehweg, einen Radweg, eine Böschung, ein Bankett oder dergleichen befinden.

Das elektronische Fahrzeugführungssystem 7 weist eine Recheneinheit 5 auf, die beispielsweise als elektronisches Steuergerät des Kraftfahrzeugs 4 oder Teil davon ausgestaltet sein kann oder ein solches Steuergerät beinhaltet. Außerdem weist das elektronische Fahrzeugführungssystem 7 ein Umfeldsensorsystem 6 auf, das beispielsweise als Lidarsystem, insbesondere als Laserscanner, ausgestaltet ist.

Das Umfeldsensorsystem 6 kann insbesondere Lichtpulse in die Umgebung des Kraftfahrzeugs 4 aussenden, die zum Teil von Punkten P auf der Oberfläche der Fahrbahn 1 reflektiert werden können und unter einem vertikalen Erfassungswinkel (nicht dargestellt) sowie einem horizontalen Erfassungswinkel a von dem Umfeldsensorsystem 6 erfasst und, insbesondere mittels eines rotierenden Spiegels, auf eine Detektoreinheit des Umfeldsensorsystems 6 umgelenkt werden können. Basierend auf den erfassten Anteilen kann die Detektoreinheit wenigstens ein Detektorsignal oder Sensorsignal erzeugen und beispielsweise an die Recheneinheit 5 übermitteln. Die Recheneinheit 5 kann basierend auf den zu erhaltenden Daten beziehungsweise Signalen eine dreidimensionale Punktwolke erzeugen, in der jeder Punkt durch einen radialen Abstand von dem Umfeldsensorsystem 6, den entsprechenden horizontalen Erfassungswinkel a und den entsprechenden vertikalen Erfassungswinkel charakterisiert ist. Der horizontale Erfassungswinkel kann dabei beispielsweise als Azimutwinkel in einem polaren Koordinatensystem aufgefasst werden. In Fig. 1 ist eine entsprechende Längsachse eines solchen Koordinatensystems mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichnet.

Die Funktionsweise des Fahrzeugführungssystems 7 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zum wenigstens teilweise automatischen Führen des Kraftfahrzeugs 4 nach dem verbesserten Konzept genauer erläutert, insbesondere unter Bezugnahme auf die Figuren Fig. 2 bis Fig. 6.

In Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zum wenigstens teilweise automatischen Führen des Kraftfahrzeugs 4 auf der Fahrbahn 1 dargestellt. Das Verfahren beinhaltet dabei insbesondere eine beispielhafte Ausführungsform eines computerimplementierten Verfahrens zum Detektieren des lateralen Endes 3 der Fahrbahn 1 gemäß dem verbesserten Konzept. Das Verfahren weist insbesondere Verfahrensschritte S1 bis S7 auf, wobei die Verfahrensschritte S1 bis S5 das computerimplementierte Verfahren nach dem verbesserten Konzept beinhalten.

In Verfahrensschritt S1 wird mittels des Umfeldsensorsystems 6 während eines ersten Erfassungszeitraums oder Frames eine erste Punktwolke erzeugt. Die erste Punktwolke beziehungsweise ein Teil der ersten Punktwolke stellt insbesondere einen Teil der Fahrbahn 1 beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche dar und gegebenenfalls einen Teil des Umgebungsbereichs 2 beziehungsweise der lateralen Enden 3. Punkte der ersten Punktwolke, die Reflexionen von der Fahrbahnoberfläche entsprechen, können auch als Bodenpunkte bezeichnet werden. Die Recheneinheit 5 bestimmt basierend auf den Bodenpunkten der ersten Punktwolke eine Ebenengleichung, mit der sich die Fahrbahnoberfläche während des ersten Erfassungszeitraums näherungsweise beschreiben lässt. Dazu fittet die Recheneinheit 5 die Bodenpunkte oder einen Teil der Bodenpunkte der ersten Punktwolke entsprechend an eine Ebene. Im Schritt S2 prädiziert die Recheneinheit 5 eine Ebenengleichung für eine weitere Ebene, die die Oberfläche der Fahrbahn 1 während eines zweiten Erfassungszeitraums, der unmittelbar auf den ersten Erfassungszeitraum folgt, näherungsweise beschreibt. Dazu kann die Recheneinheit 5 Bewegungsparameter, wie beispielsweise eine Längsgeschwindigkeit, eine Gierrate, Querbeschleunigung und so weiter des Kraftfahrzeugs 4 und damit des Umfeldsensorsystems 6 im Rahmen einer odometrischen Abschätzung heranziehen.

In Schritt S3 wird während des zweiten Erfassungszeitraums mittels des Umfeldsensorsystems 6 ein weiterer Datensatz erzeugt und eine zweite Punktwolke erzeugt, die ebenfalls eine Vielzahl von Bodenpunkten 10 beinhaltet. In Fig. 3 ist schematisch eine solche Vielzahl von Bodenpunkten 10 in einem kartesischen Koordinatensystem x, y dargestellt, wobei die x-Achse der Longitudinalachse 8 auf Fig. 1 entspricht. Ferner ist in Fig. 3 eine Vielzahl theoretischer Bodenpunkte 10' dargestellt, die sich aus der Annahme ergibt, dass die Fahrbahnoberfläche durch die prädizierte Ebene gegeben wäre. Wie Fig. 3 entnehmbar ist, folgen die Bodenpunkte 10 im Wesentlichen den theoretischen Bodenpunkten 10'. Größere Abweichungen sind mit vertikalen Linien 3', 9 bezeichnet. Die vertikalen Linien 3' geben dabei die Position der lateralen Enden 3 der Fahrbahn 1 wieder, wohingegen die vertikale Linie 9 beispielsweise einer Mittenmarkierung der Fahrbahn 1 entsprechen kann.

In Schritt S3 führt die Recheneinheit 5 außerdem einen Algorithmus zum numerischen Differenzieren des radialen Abstands der Bodenpunkte 10 als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels a durch, um so eine Abstandsänderungsrate der Bodenpunkte 10 als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels a zu erhalten. Außerdem kann die Recheneinheit 5 in analoger Weise eine theoretische Abstandsänderungsrate der theoretischen Bodenpunkte 10' als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels a bestimmen.

In Schritt S4 kann die Recheneinheit 5 ein Fehlermaß bestimmen, beispielsweise einen absoluten quadratischen Fehler F gemäß dem Zusammenhang

F = F(a) = ß [(r-R) ² + (r'-R') ² ].

Dabei stellt r = r(a) den radialen Abstand der Bodenpunkte 10 dar, R den theoretischen radialen Abstand der theoretischen Bodenpunkte 10', r' = r'(a) = dr/da die Abstandsänderungsrate der Bodenpunkte 10, R' = R'(a) = dR/da die theoretische Abstandsänderungsrate der theoretischen Bodenpunkte 10', jeweils als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels a. Außerdem kann ß = 1 sein oder durch einen anderen konstanten Faktor gegeben sein.

In Schritt S5 vergleicht die Recheneinheit 5 das Fehlermaß F mit einem vorgegebenen Grenzwert. Die Recheneinheit 5 bestimmt das laterale Ende 3 abhängig von dem Vergleich als horizontalen Erfassungswinkel a, indem das Fehlermaß F den Grenzwert überschreitet.

Fig. 5 illustriert dies beispielhaft, wobei eine Kurve 12 das Fehlermaß F gemäß dem obigen Zusammenhang als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels a zeigt und eine Horizontale 13 den entsprechenden Grenzwert darstellt.

Alternativ kann die Recheneinheit in Schritt S4 auch ein anderes Fehlermaß F' berechnen, beispielsweise einen relativen quadratischen Fehler F' gemäß dem Zusammenhang

F' = F'(a) = ß' [(r-R) ² + (r'-R') ² ] / [R ² + ( R') ² ] , wobei ß' = 1 sein kann oder ß' durch einen anderen konstanten Faktor gegeben sein kann.

In Fig. 6 ist eine Kurve 14 dargestellt, die das Fehlermaß F' gemäß diesem alternativen Zusammenhang als Funktion des horizontalen Erfassungswinkels a darstellt sowie eine weitere Horizontale 15, die einen weiteren Grenzwert darstellt. Dementsprechend kann die Recheneinheit 5 in Schritt S5 das Fehlermaß F' mit dem weiteren Grenzwert 15 vergleichen, um das Ende 3 der Fahrbahn 1 zu bestimmen.

In Schritt S6 bestimmt die Recheneinheit 5 basierend auf dem bestimmten lateralen Ende 3 der Fahrbahn 1 und gegebenenfalls basierend auf weiteren Informationen aus der ersten und/oder zweiten Punktwolke einen befahrbaren Bereich für das Kraftfahrzeug 4 und in Schritt S7 erzeugt die Recheneinheit 5 Steuersignale zum wenigstens teilweise automatischen Führen des Kraftfahrzeugs 4 abhängig von dem befahrbaren Bereich.

Wie beschrieben, insbesondere bezüglich der Figuren, ermöglicht es das verbesserte Konzept, das laterale Ende einer Fahrbahn mit erhöhter Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu bestimmen. Zudem zeichnet sich das verbesserte Konzept durch geringe Anforderungen hinsichtlich der Rechenleistung aus.