DE102014204983A1 - Control device and method for determining the position of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät (1), insbesondere für ein Fahrzeug (10), wobei das wobei das Steuergerät (1) mit Positionsbestimmungssensoren (2) des Fahrzeugs (10) verbindbar ist, wobei das Steuergerät (1) mit Umfeldsensoren (3) des Fahrzeugs (10) verbindbar ist, und wobei das Steuergerät (1) eingerichtet ist, das Fahrzeug (10) entlang einer vordefinierten Trajektorie (5) zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1) eingerichtet ist, anhand der Positionsbestimmungssensoren (2) eine aktuelle Position des Fahrzeugs (10) auf der vordefinierten Trajektorie (5) zu bestimmen, und an vordefinierten Stellen (6) der Trajektorie (5) durch einen Vergleich von einer anhand der Umfeldsensoren (3) erfassten aktuellen Umgebung (4) des Fahrzeugs (10) mit einer für die Trajektorie (5) gespeicherten Umgebung eine Korrektur der Position vorzunehmen.The present invention relates to a control unit (1), in particular for a vehicle (10), wherein the control unit (1) can be connected to position-determining sensors (2) of the vehicle (10), the control unit (1) being provided with environmental sensors (3). the vehicle (10) is connectable, and wherein the control device (1) is arranged to move the vehicle (10) along a predefined trajectory (5), characterized in that the control device (1) is set up on the basis of the position determination sensors (2 ) to determine a current position of the vehicle (10) on the predefined trajectory (5), and at predefined locations (6) of the trajectory (5) by comparing a current environment (4) of the vehicle detected using the environmental sensors (3) (10) to correct the position with an environment stored for the trajectory (5).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs. Schließlich betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das mit dem genannten Steuergerät ausgerüstet ist und/oder das das zuvor genannte Verfahren ausführen kann.The present invention relates to a control device for a vehicle and to a method for operating a vehicle. Finally, the invention relates to a vehicle that is equipped with said control unit and / or that can perform the aforementioned method.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrerassistenzsysteme bekannt, welche dem Fahrer erlauben, wiederkehrende Fahrmanöver, beispielsweise die Fahrt in eine eigene Garage, zu automatisieren. Dies wird dadurch gewährleistet, dass der Fahrer das Manöver einmalig ausführt und dabei das System die gefahrene Trajektorie aufzeichnet. Anschließend kann das aufgezeichnete Fahrmanöver abgerufen werden, wobei das Fahrzeug vollautomatisch oder teilautomatisch vom System gesteuert wird. Ein derartiges Assistenzsystem ist insbesondere aus der
Als Voraussetzung für das Abrufen des gespeicherten Fahrmanövers sind das richtige Erkennen der Startposition sowie das Herleiten der korrekten Relation zwischen Position und Ausrichtung des Fahrzeugs bei dem Aufzeichnen des Manövers und bei dem Abrufen des Manövers notwendig. Weiterhin ist es essentiell für die Durchführung des zuvor genannten automatisierten Abfahrens, dass das Fahrzeug stets der erlernten Trajektorie folgt. Somit ist ein ständiger Abgleich einer aktuellen Umgebung, die beispielsweise mittels Sensoren erfasst werden kann, und einer gespeicherten Umgebung notwendig. Da auf diese Weise eine Vielzahl von Umgebungsdaten gespeichert werden muss, wird ein hoher Speicherbedarf benötigt. Der Speicherbedarf wächst dabei mit der Länge der Trajektorie an, so dass insbesondere bei der Speicherung von mehreren Fahrmanövern der benötigte Speicherplatz für Anwendungen in Fahrzeugen zu groß wird.As a prerequisite for retrieving the stored driving maneuver the correct recognition of the starting position as well as the derivation of the correct relation between position and orientation of the vehicle in the recording of the maneuver and in the retrieval of the maneuver are necessary. Furthermore, it is essential for the implementation of the aforementioned automated shutdown that the vehicle always follows the learned trajectory. Thus, a constant adjustment of a current environment, which can be detected for example by means of sensors, and a stored environment is necessary. Since a variety of environmental data must be stored in this way, a high memory requirement is needed. The memory requirement grows with the length of the trajectory, so that especially in the storage of multiple maneuvers the required storage space for applications in vehicles is too large.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät ist eine Reduktion des Speicherbedarfs möglich. Dazu umfasst das erfindungsgemäße Steuergerät, das insbesondere für ein Fahrzeug ausgebildet ist, Schnittstellen, mit denen das Steuergerät mit Positionsbestimmungssensoren des Fahrzeugs und mit Umfeldsensoren des Fahrzeugs verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist das Steuergerät eingerichtet, das Fahrzeug entlang einer vordefinierten Trajektorie zu bewegen, wobei anhand von Positionsbestimmungssensoren eine aktuelle Position des Fahrzeugs auf der vordefinierten Trajektorie bestimmt wird. Da eine Positionsbestimmung oftmals mit einem Fehler verbunden ist, ist eine wiederkehrende Fehlerkorrektur notwendig. Dazu ist das Steuergerät eingerichtet, an vordefinierten Stellen der Trajektorie eine mittels der Umfeldsensoren erfasste aktuelle Umgebung des Fahrzeugs mit einer für die Trajektorie gespeicherten Umgebung des Fahrzeugs zu vergleichen. Anhand dieses Vergleichs ist eine Korrektur der Position vornehmbar. Somit ist das Steuergerät eingerichtet, die bestimmte Position des Fahrzeugs durch einen Vergleich mit einer aktuellen Umgebung des Fahrzeugs zu korrigieren. Damit steht einerseits eine sehr einfache Positionsbestimmung zur Verfügung, wobei dennoch eine hohe Genauigkeit gewährleistet ist.With the control device according to the invention, a reduction of the memory requirement is possible. For this purpose, the control unit according to the invention, which is designed in particular for a vehicle, includes interfaces with which the control unit can be connected to position-determining sensors of the vehicle and to environmental sensors of the vehicle. According to the invention, the control device is set up to move the vehicle along a predefined trajectory, wherein a current position of the vehicle on the predefined trajectory is determined on the basis of position determination sensors. Since a position determination is often associated with an error, a recurrent error correction is necessary. For this purpose, the control device is set up to compare, at predefined locations of the trajectory, a current environment of the vehicle recorded by means of the environmental sensors with an environment of the vehicle stored for the trajectory. Based on this comparison, a correction of the position is vornehmbar. Thus, the controller is configured to correct the particular position of the vehicle by comparison with a current environment of the vehicle. Thus, on the one hand, a very simple position determination is available, while still ensuring high accuracy.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs. Hierfür wird das Fahrzeug entlang einer Trajektorie geführt, wobei stets eine aktuelle Position des Fahrzeugs auf der Trajektorie ermittelt wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass Lenkwinkelsignaldaten und/oder Raddrehdaten verwendet werden. Gleichzeitig wird die Umgebung des Fahrzeugs mittels Umfeldsensoren erfasst. Die Umfeldsensoren sind insbesondere abstandsmessende Sensoren, besonders bevorzugt Ultraschallsensoren. Alternativ sind die Umfeldsensoren bevorzugt bildgebende Sensoren, insbesondere Videokameras. Sobald sich das Fahrzeug an vordefinierten Stellen der Trajektorie befindet, erfolgt ein Vergleich der erfassten Umgebung mit einer gespeicherten Umgebung. Anschließend wird die bestimmte Position auf der Trajektorie korrigiert, wobei insbesondere die Ergebnisse aus dem Vergleich der erfassten Umgebung und der gespeicherten Umgebung verwendet werden. Daher steht stets eine aktuelle und genaue Position auf der Trajektorie zur Verfügung, wobei lediglich sehr einfache Messungen durchgeführt werden müssen. Insbesondere ist nicht notwendig, die Umgebung über die gesamte Strecke der Trajektorie zu erfassen.The invention also relates to a method for operating a vehicle. For this purpose, the vehicle is guided along a trajectory, wherein always a current position of the vehicle is determined on the trajectory. In particular, it is provided that steering angle signal data and / or wheel rotation data are used. At the same time the environment of the vehicle is detected by environmental sensors. The environment sensors are in particular distance-measuring sensors, particularly preferably ultrasonic sensors. Alternatively, the environmental sensors are preferably imaging sensors, in particular video cameras. As soon as the vehicle is at predefined locations of the trajectory, a comparison of the detected environment with a stored environment takes place. Subsequently, the specific position on the trajectory is corrected, in particular the results from the comparison of the detected environment and the stored environment are used. Therefore, there is always a current and accurate position on the trajectory available, with only very simple measurements must be performed. In particular, it is not necessary to detect the environment over the entire trajectory.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The dependent claims have preferred developments of the invention to the content.
Bevorzugt sind die vordefinierten Stellen solche Stellen, an denen ein großer Fehler bei der Positionsbestimmung mittels Odometrie zu erwarten ist. Diese Stellen liegen insbesondere in Kurven. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die vordefinierten Stellen solchen Stellen entsprechen, an denen ein geschätzter Fehler einen vordefinierten Schwellwert überschreitet. Der Fehler wird bevorzugt mittels eines Fehlermodells bestimmt. Für die Schätzung von Fehlern der Positionsbestimmung mittels Odometrie wird insbesondere berücksichtigt, dass hohe Fehler in Kurven mit starken Gierwinkeländerungen auftreten. The predefined locations are preferably those locations at which a large error in the position determination by means of odometry is to be expected. These places are especially in curves. Alternatively or additionally, it is preferably provided that the predefined locations correspond to those locations at which an estimated error exceeds a predefined threshold value. The error is preferably determined by means of an error model. For the estimation of errors of the position determination by means of odometry, it is considered in particular that high errors occur in curves with strong yaw angle changes.
Daher ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Fehlermodell den Fehler basierend auf einer bereits zurückgelegten Strecke und/oder auf einer Gierwinkeländerung und/oder auf einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt.Therefore, it is particularly preferred that the error model the error based on a distance already traveled and / or on a yaw angle change and / or determined on a speed of the vehicle.
Die Positionsbestimmungssensoren sind bevorzugt Odometriesensoren. Somit erfolgt die Positionsbestimmung bevorzugt mittels Odometrie. Insbesondere ist vorgesehen, dass Lenkwinkelsignaldaten und/oder Raddrehdaten verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Positionsbestimmungssensoren vorteilhafterweise Sensoren für eine Koppelnavigation sind. Somit umfassen die Sensoren insbesondere einen Zeitsensor und einen Geschwindigkeitssensor. Besonders bevorzugt umfassen die Sensoren zusätzlich einen Richtungssensor.The position determination sensors are preferably odometry sensors. Thus, the position determination is preferably carried out by means odometry. In particular, it is provided that steering angle signal data and / or wheel rotation data are used. Alternatively or additionally, it is provided that the position-determining sensors are advantageously sensors for dead-reckoning. Thus, the sensors include in particular a time sensor and a speed sensor. Particularly preferably, the sensors additionally comprise a direction sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die gespeicherte Umgebung durch ein initiales Abfahren der Trajektorie erfasst. Somit wird es einem Benutzer des Fahrzeugs ermöglicht, einen wiederkehrenden Fahrweg einmalig aufzuzeichnen, damit das Fahrzeug diesen Weg erlernt. Anschließend kann das Steuergerät das Fahrzeug diese Strecke entlangführen, wobei sämtliche Fahrbewegungen bevorzugt autonom ausgeführt werden. In a preferred embodiment of the invention, the stored environment is detected by an initial trajectory traversing. Thus, a user of the vehicle is allowed to record a recurring route once for the vehicle to learn this way. Subsequently, the control unit can lead the vehicle along this route, with all travel movements preferably being carried out autonomously.
Schließlich ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass Umgebungsdaten ausschließlich für eine Umgebung an den vordefinierten Stellen der Trajektorie gespeichert sind. Somit ist es insbesondere nicht notwendig, Umgebungsdaten an einer Vielzahl von Stellen der Trajektorie oder kontinuierlich entlang der Trajektorie zu speichern. Daher ist eine Reduzierung des notwendigen Speicherbedarfs möglich. Dies bedeutet, dass Hardwareanforderungen des Steuergeräts sehr gering gehalten sind.Finally, it is advantageously provided that environmental data are stored exclusively for an environment at the predefined locations of the trajectory. Thus, in particular, it is not necessary to store environmental data at a plurality of locations of the trajectory or continuously along the trajectory. Therefore, a reduction of the necessary memory requirements is possible. This means that hardware requirements of the controller are kept very low.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere derart ausgeführt, dass die Umgebung durch initiales Abfahren der Trajektorie erfasst wird, indem Umfeldsensoren laufend die Umgebung abtasten. Dabei werden bevorzugt Umgebungsdaten temporär gespeichert und nach Erreichen einer Zielposition auf der Trajektorie überprüft. Schließlich werden Umgebungsdaten nur an solchen Stellen dauerhaft gespeichert, an denen ein großer Fehler bei der Positionsbestimmung zu erwarten ist. Somit wird für das erfindungsgemäße Verfahren nur ein geringer dauerhafter Speicherbedarf benötigt. Stellen, an denen ein großer Fehler bei der Positionsbestimmung zu erwarten ist, sind zumeist Kurven. Da Kurven zumeist beim initialen Abfahren der Trajektorie nicht vorhergesehen werden können, werden Umgebungsdaten bevorzugt auch vor der Kurve dauerhaft gespeichert, um einen späteren Vergleich der erfassten Umgebung mit der gespeicherten Umgebung bereits vor der Kurve und damit bereits vor dem möglichen Anstieg des Positionsbestimmungsfehlers zu ermöglichen.In particular, the method according to the invention is carried out in such a way that the environment is detected by initially traversing the trajectory, in which environmental sensors continuously scan the environment. In this case, environmental data are preferably stored temporarily and checked after reaching a target position on the trajectory. Finally, environmental data are permanently stored only in those places where a large error in the position determination is to be expected. Thus, only a small permanent memory requirement is needed for the inventive method. Most places where a big error in positioning is expected are mostly curves. Since curves usually can not be predicted during the initial trajectory departure, environmental data are preferably also stored permanently before the curve in order to enable a later comparison of the detected environment with the stored environment before the curve and thus even before the possible increase in the position determination error.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Umgebung durch initiales Abfahren der Trajektorie erfasst wird, indem Umfeldsensoren fortlaufend die Umgebung abtasten. Dabei werden Umgebungsdaten nur an solchen Stellen gespeichert, an denen ein großer Fehler bei der Positionsbestimmung zu erwarten ist. Das Vorhandensein derartiger Stellen erfolgt analog zu der oben beschriebenen Überprüfung. Die besonders bevorzugte Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der temporär bereitzustellende Speicher weiter verringert wird, da nicht zunächst die vollständige Umgebung zu speichern ist.Particularly preferably, it is provided that the environment is detected by initially traversing the trajectory by environment sensors continuously scanning the environment. In this case, environmental data are stored only in places where a large error in the position determination is to be expected. The presence of such sites is analogous to the review described above. The particularly preferred embodiment has the advantage that the memory to be temporarily provided is further reduced, since the complete environment is not first to be stored.
Die Positionsbestimmung erfolgt bevorzugt mittels intertialer Navigation. Alternativ oder zusätzlich ist insbesondere vorgesehen, dass die Position des Fahrzeugs mittels Odometrie bestimmt wird. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Position des Fahrzeugs mittels Koppelnavigation bestimmt wird.The position determination is preferably carried out by means of intertial navigation. Alternatively or additionally, it is provided in particular that the position of the vehicle is determined by means of odometry. Alternatively or additionally, it is preferably provided that the position of the vehicle is determined by means of dead reckoning.
Die Erfindung betrifft schließlich ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug ein Steuergerät, wie zuvor beschrieben, umfasst. Alternativ oder zusätzlich ist das Fahrzeug eingerichtet, ein Verfahren, wie zuvor beschrieben, auszuführen.Finally, the invention relates to a vehicle, wherein the vehicle comprises a control device, as described above. Alternatively or additionally, the vehicle is set up to carry out a method as described above.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
Das Fahrzeug
In der in
Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass ein Abbild der Umgebung
Insgesamt ermöglicht das Steuergerät
Neben der schriftlichen Offenbarung wird ausdrücklich auf die Offenbarung der beigefügten
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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