DE102014221062A1

DE102014221062A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Positionsermittlung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102014221062A1
Application number: DE102014221062.3A
Authority: DE
Inventors: Karsten Mattmüller; Rolf Haimerl; Helmut Schmidt
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2016-04-21

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Positionsermittlung eines Fahrzeugs (14), bei dem durch eine erste Datenverarbeitungseinrichtung (17) mittels wenigstens eines Sensors (16, 23) Fahrdaten ermittelt werden und bei dem aus Anfangsdaten, die eine erste Position (P1) des Fahrzeugs zu einem ersten Zeitpunkt beschreiben, unter Berücksichtigung der ermittelten Fahrdaten eine zweite Position (P2) zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der zweiten Position (P2) Höhenprofildaten der zwischen der ersten und der zweiten Position liegenden Fahrstrecke berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann die Positionsermittlung unter Berücksichtigung eines Höhenprofils genauer gestaltet werden als nach herkömmlichen Verfahren.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Elektrotechnik und ist mit besonderem Vorteil in der Automobiltechnik einsetzbar.
Konkret bezieht sich die Erfindung auf das Gebiet der elektronischen Navigation. Für die Navigation von Fahrzeugen ist es allgemein bekannt, mit elektronischen Mitteln die Position eines Fahrzeugs mit hoher Genauigkeit zu ermitteln und somit eine Verortung in einem elektronisch gespeicherten Wegenetz zu erlauben. Hierzu ist beispielsweise das Verfahren der Satellitennavigation bekannt, bei dem ein im Fahrzeug befindliches Navigationssystem mit sogenannten Navigationssatelliten kommuniziert und somit eine Ortung vornimmt.
Es ist jedoch auch möglich, eine sogenannte Koppelnavigation durchzuführen, bei der aus einer anfänglich bekannten Position durch Ermittlung von Fahrdaten wie zurückgelegte Wegstrecke und Richtung eine Endposition ermittelt wird. Diese kann ebenfalls in einem elektronisch gespeicherten Wegenetz verortet werden, um dem Fahrer des Fahrzeugs einen Aufenthaltsort anzeigen zu können. Zudem ist eigenständig oder ergänzend auch ein sogenanntes Map-Matching möglich, bei dem Fahrdaten und Eigenschaften der Fahrstrecke ermittelt und mit gespeicherten Daten des Wegenetzes derart abgeglichen werden, dass hieraus ein aktueller Aufenthaltsort bestimmt werden kann.
Beispielsweise ist aus der EP 1 279 003 B1 bekannt, Kurvendurchfahren mit der entsprechenden Position von Kurven im Kartenmaterial abzugleichen und hierdurch aktuelle Aufenthaltsorte eines Fahrzeugs festzustellen.
Aus der US 5,087,919 A ist es bekannt, zur Feinjustage einer satellitengestützt ermittelten Fahrzeugposition Höhendaten zu ermitteln und diese mit bekannten Höhendaten aus dem Kartenmaterial abzugleichen.
Aus der EP 0 881 466 A1 ist es bekannt, eine dreidimensionale Darstellung des Kraftfahrzeugs auf einem Bildschirm durch Ermittlung von Höhen- und Winkeldaten des Geländes zu korrigieren bzw. zu verbessern.
Aus der WO 2010/045350 A1 ist es für ein Steuerungsverfahren eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs bekannt, ein Geländegefälle zu berücksichtigen, um eine regelgerechte und optimierte landwirtschaftliche Bearbeitung eines Geländes mit passenden Abständen zwischen aufeinanderfolgenden Fahrstrecken zu erlauben.
Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, auf möglichst einfache Weise eine genauere Positionsermittlung des Fahrzeugs in einem nicht völlig ebenen Gelände zu erreichen.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gelöst.
Die Unteransprüche 2 bis 11 beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens.
Der Patentanspruch 12 bezieht sich auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Positionsermittlung eines Fahrzeugs, bei dem durch eine erste Datenverarbeitungseinrichtung mittels wenigstens eines Sensors Fahrdaten ermittelt werden und bei dem aus Anfangsdaten, die eine erste Position des Fahrzeugs zu einem ersten Zeitpunkt beschreiben, unter Berücksichtigung der ermittelten Fahrdaten eine zweite Position zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt ermittelt werden.
Ein derartiges Verfahren betrifft eine an sich bekannte sogenannte Koppelnavigation, bei der innerhalb eines bekannten, beispielsweise in einer Datenbank gespeicherten Wegenetzes eine Anfangsposition eines Fahrzeugs bekannt ist und beispielsweise die von der ersten Position aus durchfahrene Fahrstrecke mittels eines Radsensors ermittelt wird. Es ist aufgrund der Bekanntheit des Wegenetzes und der durchfahrenen Fahrstrecke möglich, zu einem zweiten Zeitpunkt die zweite Position des Fahrzeugs zu bestimmen. Dabei kann in erster Näherung die Entfernung zwischen der ersten und der zweiten Position als die durchfahrene Fahrstrecke in einer geraden Luftlinienverbindung angenommen werden, es ist jedoch auch durchaus üblich, die Windungen/Kurven der Strecke in dem realen Wegenetz zu berücksichtigen, so dass aufgrund der bekannten Wegdaten die zweite Position im Wegenetz relativ genau ermittelt werden kann.
Die Genauigkeit der Positionsermittlung kann durch ein Map-Matching noch erhöht werden, indem markante Wegpunkte, die durch Kurvendurchfahrten oder andere messbare Ereignisse charakterisiert sind, zum Abgleich der Daten mit herangezogen werden.
Die zwischen der ersten und der zweiten Position gegebenenfalls durchfahrenen Höhenprofile bleiben bei derartigen bekannten Verfahren jedoch bisher unberücksichtigt. Solche Höhenprofile führen jedoch dazu, dass eine zwischen zwei bekannten Positionen durchfahrene Strecke tatsächlich länger ist, als die, die durch Abschätzung auf einer zweidimensionalen Straßenkarte ermittelt wird. Die Erfindung liegt daher darin, dass für die Ermittlung der zweiten Position Höhenprofildaten der zwischen der ersten und zweiten Position liegenden Fahrstrecke berücksichtigt werden.
Als Sensor zur Ermittlung der Fahrdaten kommt in erster Linie ein Sensor zur Ermittlung der Länge der zurückgelegten Fahrstrecke in Betracht, beispielsweise ein Radsensor, der die Abrollstrecke eines Rades des Fahrzeugs misst. Ein derartiger Sensor muss jedoch nicht unmittelbar an einem Rad angeordnet sein, sondern er kann auch an einem beliebigen anderen Punkt im Antriebsstrang vorgesehen sein. Es ist auch denkbar, die zurückgelegte Rollstrecke des Fahrzeugs optisch durch Abtasten des befahrenen Untergrunds zu ermitteln. Zusätzlich zu einem derartigen Sensor kommen Sensoren zur Ermittlung der Fahrtrichtung und/oder zur Änderung der Fahrrichtung oder auch zur Ermittlung der Steigung der Fahrstrecke und/oder zur Ermittlung der Änderung der Steigung infrage. Solche Sensoren können beispielsweise als Gyrosensoren, als magnetischer Kompass oder auch als elektronischer Kompass ausgebildet sein.
Zur Ermittlung der zweiten Position ist dann aus Fahrdaten üblicherweise eine auf eine zweidimensionale Landkarte projizierbare Position zu ermitteln. Diese ergibt sich aus der zurückgelegten Fahrstrecke unter Berücksichtigung von Kurven und von einem durchlaufenen Höhenprofil.
Die Entfernung der ersten Position von der zweiten Position auf einer Karte, die ein Wegenetz darstellt, ist üblicherweise kürzer als die durchfahrene Wegstrecke. Die einzige Ausnahme hiervon stellt der Fall dar, dass die Strecke zwischen der ersten und der zweiten Position vollständig horizontal und kurvenfrei verläuft.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Ermittlung der zweiten Position Daten berücksichtigt werden, die die Steigung der Fahrstrecke an Ortspunkten zwischen und/oder an der ersten und zweiten Position betreffen.
Es können ein oder mehrere Steigungswerte berücksichtigt werden, die auf der Fahrstrecke zwischen der ersten Position und der zweiten Position passiert werden. Es ist auch möglich, einen Steigungswert an der ersten Position und an der zweiten Position zu berücksichtigen. Es können aus den Steigungswerten Mittelwerte nach verschiedenen Berechnungsmethoden gebildet werden, beispielsweise kann zu jedem Steigungswert gemäß den gängigen trigonometrischen Formeln ein Wert gewonnen werden, der der Projektion der tatsächlich durchlaufenen Strecke auf eine zweidimensionale horizontale Fläche entspricht und die entsprechenden trigonometrischen Werte können gemittelt werden.
Je nach dem zur Verfügung stehenden Datenmaterial kann auch eine Fahrstrecke in Teilstrecken aufgeteilt werden, für die mittlere Steigungswerte bekannt sind. Auch aus derartigen mittleren Steigungswerten für Teilstrecken kann ein Mittelwert berechnet werden, der als Korrekturfaktor bei der Berechnung der zweiten Position aus der durchfahrenen absoluten Entfernung dienen kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Ermittlung der zweiten Position Daten berücksichtigt werden, die Höhendifferenzen oder absolute Höhenangaben für Ortspunkte zwischen der ersten und der zweiten Position betreffen.
Die zur Verfügung stehenden Daten können auch als absolute Höhenangaben, beispielsweise in Höhenangaben über dem Meeresspiegel oder in Höhendifferenzen vorliegen oder beispielsweise auch in horizontalen Abständen zwischen Linien gleicher Höhendifferenz.
Aus solchen Werten können Steigungswerte der Fahrstrecke bestimmt werden, die bei der Projektion entsprechend berücksichtigt werden können.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zunächst eine Steigungsgröße der Fahrstrecke an der ersten Position ermittelt wird und bei der Ermittlung der zweiten Position aus sensorisch ermittelten Fahrdaten die Projektion der ermittelten Fahrstrecke auf eine horizontale Fläche ermittelt wird.
Somit wird für die durchfahrene Fahrstrecke eine Steigungsgröße, beispielsweise wie oben dargestellt als Mittelwert oder als gewichteter Mittelwert durch Messungen bestimmt und bei der Ermittlung der zweiten Position berücksichtigt.
Die entsprechende Steigungsgröße kann die Steigung der Fahrstrecke im Bereich der ersten Position oder auch ein Mittelwert der Steigung zwischen der ersten und der zweiten Position sein.
Die Ermittlung der zweiten Position in Abhängigkeit von der ersten Position kann schrittweise wiederholt werden, so dass weitere Positionen auf einer Wegstrecke bestimmt werden. Die Einteilung der einzelnen Schritte zur Positionsbestimmung, das heißt, die Entfernung zwischen jeweils einer ersten Position und einer zweiten Position, gemessen an der absoluten Fahrstrecke, kann variabel sein und in Abhängigkeit von der Steigungsgröße festgelegt werden. Beispielsweise kann bei großen Steigungen oder in hügeligem Gelände wo die Steigung sich häufig ändert, jeweils die zurückgelegte absolute Wegstrecke relativ kurz gewählt werden, um die Steigungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Positionen möglichst genau berücksichtigen zu können.
In Bereichen der Fahrstrecke, die flacher verlaufen oder in denen die Steigung sich selten und/oder vom Betrag wenig ändert, können die Fahrstrecken zwischen zwei aufeinanderfolgenden Positionen entsprechend größer gewählt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steigungsgröße jeweils von einer Datenbank abgerufen wird.
Derartige Datenbanken sind grundsätzlich verfügbar, sie werden jedoch derzeit für andere Zwecke genutzt, nämlich für eine umfassende Information des Fahrers über eine vor ihm liegende Fahrstrecke. Für solche Zwecke sind Navigationshilfen bekannt, die mit "eHorizon" bezeichnet werden. Diese sollen dem Fahrer und elektronischen Steuerungseinrichtungen im Fahrzeug Informationen bereitstellen, die durch sinnliche Wahrnehmung, d. h. durch optische Inaugenscheinnahme der vorausliegenden Wegstrecke oder durch Sensoren im Fahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht oder noch nicht verfügbar sind. Es wird zu diesem Zweck eine wahrscheinlichste zukünftige Fahrstrecke (most probable path) ermittelt, für die dann die Fahrbedingungen einschließlich der Streckensteigung aus einer Datenbank ermittelt und dem Fahrer bereitgestellt werden können.
Die entsprechenden in der Datenbank zur Verfügung stehenden Größen können wie oben beschrieben auch für die genauere Ermittlung der Position des Fahrzeugs genutzt werden. Hierzu kann es vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Steigungsgröße von einer zweiten Datenverarbeitungseinrichtung aus einer Datenbank ermittelt und an die erste Datenverarbeitungseinrichtung übermittelt wird.
Die zweite Datenverarbeitungseinrichtung kann beispielsweise eine Einrichtung sein, die dem Fahrer einen "eHorizon" bereitstellt. In dieser zweiten Datenverarbeitungseinrichtung stehen die Streckensteigungswerte für die zukünftige Fahrstrecke zur Verfügung und sie können wegstreckenweise an die erste Datenverarbeitungseinrichtung zur Positionsermittlung übermittelt werden.
Es kann jedoch auch alternativ oder ergänzend vorgesehen sein, dass die Steigungsgröße durch wenigstens einen Sensor im Fahrzeug ermittelt wird.
Somit kann beispielsweise über ein Barometer der absolute momentane Höhenwert eines Streckenpunkts oder die Fahrstreckensteigung durch einen Neigungssensor ermittelt werden. Über die derart ermittelten Größen kann dann entweder für kleine Teilstrecken oder auch kontinuierlich ein Projektionsfaktor ermittelt werden, der angibt, mit welcher Gewichtung die durchlaufene Fahrstrecke in die Ermittlung der Projektion der Fahrstrecke und damit in die Ermittlung der zweiten Position eingeht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die ermittelte zweite Position mit bekannten Kartendaten aus einer Datenbank verglichen, hieraus eine Abweichung ermittelt und aus der Abweichung eine Fehlerrate der verwendeten Sensoren ermittelt wird.
Nachdem die zweite Position unter Berücksichtigung eines Höhenprofils ermittelt worden ist, kann diese unter Verwendung anderer oder ergänzender Positionsermittlungsverfahren überprüft und/oder korrigiert werden. Hierzu bietet sich insbesondere das Verfahren des Map-Matching an, bei dem anhand von während der Fahrt erfassten Daten diese unter Verwendung der gespeicherten Informationen über das Wegenetz mit Kartendaten verglichen werden, um beispielsweise anhand von Kurvendurchfahrten, passierten Hügelkuppen oder Talsenken oder ähnlichen Punkten, die mittels sensorisch ermittelbarer Größen bestimmt werden können, die ermittelten Positionen mit den Kartendaten abzugleichen. Damit können einerseits die Daten einer ermittelten zweiten Position korrigiert werden und andererseits können auch die in dem Ermittlungsverfahren gemachten Fehler registriert und gespeichert werden. Damit ist für die Zukunft einerseits die Verlässlichkeit der ermittelten Positionen einschätzbar und andererseits das Sensorrauschen ermittelbar.
Die Erfindung bezieht sich außer auf das oben beschriebene Verfahren auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens, bei der eine erste Datenverarbeitungseinrichtung zur Ermittlung einer zweiten Position aus Daten einer ersten Position, wenigstens ein Sensor zur Ermittlung von Fahrdaten sowie eine zweite Datenverarbeitungseinrichtung zur Ermittlung einer Steigungsgröße und eine Schnittstelle zur Übermittelung von Steigungsgrößen zwischen der ersten Datenverarbeitungseinrichtung und der zweiten Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen ist.
Die erste Datenverarbeitungseinrichtung kann dabei typischerweise ein Navigationscomputer sein, der auf gespeicherte Daten eines Wegenetzes zugreifen kann. Der wenigstens eine Sensor kann ein Sensor zur Ermittlung der zurückgelegten Fahrweglänge/Fahrstrecke sein, also beispielsweise ein Radsensor. Zusätzlich zu diesem Sensor können auch ein oder mehrere Gyrosensoren und/oder ein Steigungssensor zur Ermittlung von Daten eines Höhenprofils vorgesehen sein.
Als zweite Datenverarbeitungseinrichtung kann eine Einrichtung zur Ermittlung eines "eHorizon" vorgesehen sein, die in vielen Fahrzeugen ein Fahrassistenzsystem darstellt und gegebenenfalls andere Fahrassistenzsysteme oder Steuerungseinrichtungen mit Daten versorgt.
Vorteilhaft kann die Navigationseinrichtung unmittelbar auf Daten das eHorizon betreffend Streckensteigungen oder Höhenprofile zugreifen.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Navigationscomputer unmittelbar auf dieselbe Datenbank zugreifen kann, von der auch die zweite Datenverarbeitungseinrichtung in Form des eHorizon Zugriff hat.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschrieben. Dabei zeigt:
1 die zweidimensionale Darstellung eines Fahrwegstücks auf einem Teil einer Landkarte,
2 eine dreidimensionale Darstellung eines Fahrwegstücks,
3 ein Höhenprofil eines Fahrwegs,
4 ein weiteres Höhenprofil eines Fahrwegs,
5 ein drittes Höhenprofil eines Fahrwegs,
6 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Positionsermittlung sowie
7 die Kombination einer zweidimensionalen Darstellung eines Fahrweges mit einem mit dieser verknüpften Höhenprofil desselben Fahrwegs.
1 zeigt ein Planquadrat einer Landkarte, auf dem ein Fahrweg eine Fahrstrecke 1 zwischen einer ersten Position P1 und einer zweiten Position P2 dargestellt ist. Der Fahrweg 1 verläuft nicht auf dem kürzesten Weg zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 sondern er weist eine weitgeschwungene Kurve auf. Der kürzeste Verbindungsweg ist in der ebenen Darstellung der 1 durch die gestrichelte Strecke 2 dargestellt.
Üblicherweise ist in Datenbanken über Wegenetze zwischen verschiedenen Wegpunkten, wie im vorliegenden Beispiel zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 die absolute Fahrstrecke, d. h. die von einem Fahrzeug zwischen den beiden Positionen zu durchrollene Fahrstrecke bekannt. Zudem kann die Entfernung in der sogenannten Luftlinie, d. h. die Entfernung auf direktestem Wege zwischen den beiden Positionen bekannt sein, jedoch wird diese für Navigationsaufgaben in der Regel nicht primär genutzt. Für einen Fahrer ist die tatsächlich zu durchfahrene Strecke, insbesondere beim Vergleich verschiedener zur Verfügung stehender Verbindungsstrecken zwischen zwei Positionen wichtiger als die kürzeste Entfernung in der Luftlinie zwischen diesen zwei Punkten.
Dies bedeutet, dass übliche Datenbanken nicht notwendigerweise detaillierte Informationen über die einzelnen Windungen des Fahrwegs 1 aufweisen müssen, wohl jedoch über den Gesamtfahrweg, der sich aus der kürzesten Entfernung zwischen den beiden Position P1 und P2 und der Kurvigkeit der Strecke ergibt. Üblicherweise sind jedoch sogar die einzelnen Kurven, d. h. der gesamte Streckenverlauf, in zwei Dimensionen bekannt.
In derartigen Datenbanken ist jedoch üblicherweise nicht der Verlauf des Fahrweges in der dritten Dimension, d. h. das Höhenprofil berücksichtigt, In einem hügeligen Gelände kann ein derartiges Höhenprofil jedoch ebenso große Unsicherheiten zur Fahrwegstreckenschätzung beitragen, wie der horizontale Kurvenverlauf.
Die 2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Fahrwegs 1', der sowohl projiziert auf die horizontale Ebene 3 Kurven aufweist, wie auch ein Höhenprofil zwischen der ersten Position P1' und der zweiten Position P2'. Die absolute zu durchfahrene Fahrstrecke zwischen der ersten Position P1' und der zweiten Position P2' ist deshalb länger als die Strecke, die zu durchfahren wäre, wenn der Fahrweg 1' ein horizontales Höhenprofil aufweisen würde. Der Punkt P2' liegt um eine Höhe H über der Ebene 3.
Die 3 zeigt ein Beispiel für ein Höhenprofil, bei dem zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 drei Hügel 4, 5, 6 und zwischen diesen entsprechende Täler 7, 8 liegen. Die 3 stellt dabei typischerweise ein Gebiet mit steilen Hügeln dar. Im Vergleich dazu stellt das Höhenprofil der 4 ein sehr viel flacheres Gelände dar mit nur angedeuteten Hügeln 9, 10, 11, 12, 13 und dazwischenliegenden flachen Tälern. Die Abweichung des absoluten Fahrwegs zwischen dem Punkt P1 und dem Punkt P2 in einem Gelände entsprechend der 3 und der Projektion der entsprechenden Linie auf eine zweidimensionale Ebene ist bei einem stark hügeligen Gelände sehr viel größer als bei einem schwach hügeligen Gelände, wie es im Höhenprofil der 4 dargestellt ist.
Anhand der 5 soll dargestellt werden, dass in die Bestimmung der zweiten Position aus Daten der ersten Position die Steigung des Fahrwegs mit einbezogen werden kann. Soll von der Position P1 aus gefahren werden, so besteht eine Möglichkeit darin, für eine wahrscheinliche zukünftige Fahrstrecke, wie sie in der 5 dargestellt, bis zu einem bestimmten Punkt P2 eine mittlere Steigung zu bestimmen, wobei Gefällestrecken eigentlich eine negative Steigung aufweisen, jedoch für die Berücksichtigung bei der Fahrweglängenermittlung denselben Effekt haben wie eine positive Steigung. Insoweit kann über den Betrag der Steigung auf der Strecke zwischen P1 und P2 gemittelt werden. Damit kann ein einziger Korrekturfaktor ermittelt und für eine durchfahrene Strecke zwischen P1 und P2 angewendet werden. Bei stark variablen Steigungen kann jedoch auch einzelnen Streckenabschnitten, wie dem Streckenabschnitt P1 bis P3, dem Abschnitt P3 bis P4, P4 bis P5 und P5 bis P2 jeweils eine Steigung zugeordnet werden. Die Positionen P3, P4, P5 sind jeweils so gewählt, dass an ihnen die Steigung 0 ist. Zwischen diesen Positionen kann als Korrekturfaktor eine Steigung gewählt werden, die der mittleren Steigung zwischen den Randpunkten entspricht oder es können auch Höhendaten für P3, P4, P5 bekannt sein und das Höhenprofil zwischen den einzelnen Positionen kann jeweils durch eine gerade Strecke ersetzt werden. Die Punkte P3–P5 könnten alternativ auch so gewählt werden, dass die Abschnitte zwischen den Punkten jeweils eine möglichst gleichförmige Steigung haben. Beispielsweise könnte man den Abschnitt P4–P5 in 3 Abschnitte mit geringer, starker und wieder geringer positiver Steigung unterteilen, abhängig von der Variation der Steigung und der Länge der Abschnitte.
Eine weitere mögliche Ausführungsform wäre eine Einteilung in lange, ausschließlich ansteigende oder abfallende Rampen mit variabler Steigung.
Günstig im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist es, dass oft ein Fahrzeug, für das eine Position ermittelt werden soll, eine zweite Datenverarbeitungseinrichtung zur Bereitstellung eines sogenannten "eHorizon" aufweist. Eine derartige Fahrassistenzeinrichtung soll den Fahrer mit Informationen über die zukünftige Fahrstrecke versorgen, die dieser nicht unmittelbar wahrnehmen kann und diese Informationen auch für verschiedene Steuerungseinrichtungen im Fahrzeug bereitstellen. Zu diesem Zweck hat die zweite Datenverarbeitungseinrichtung Zugriff auf Daten über Streckensteigungen, die auf der wahrscheinlichsten zukünftigen Fahrstrecke liegen. Beispielsweise kann bei einem Fahrtbeginn an der Position P1 die zweite Datenverarbeitungseinrichtung eine mittlere Steigung oder ein Steigungsprofil zwischen den Positionen P1 und P3 an die erste Datenverarbeitungseinrichtung liefern, die die Positionsermittlung durchführen soll. Diese kann dann die durch einen Radsensor gelieferten Daten über die zurückgelegte Rollstrecke mit dem entsprechenden Projektionsfaktor korrigieren, um die zurückgelegte Strecke auf einer zweidimensionalen Kartenfläche projiziert zu berechnen. Zusätzlich können die Steigungsdaten auch dazu verwendet werden, den Fehler des Rollsensorsignals durch Schlupf abzuschätzen, gegebenenfalls unter Berücksichtigung weiterer Parameter wie der Beschleunigung/Verzögerung/Bremseingriff und/oder Fahrgeschwindigkeit.
In dem Fall, dass Steigungen sich häufig ändern, wie bei dem in der 5 dargestellten Beispiel, kann die Positionsermittlung sich mit ihrem Rhythmus bzw. den Entfernungen zwischen den zu ermittelnden Positionen an das Höhenprofil insofern anpassen, als jeweils Fahrstrecken mit gleichförmiger Steigung zur Schätzung der jeweils nächsten Position zugrunde gelegt werden. Die erste Position wäre in diesem Beispiel der Punkt P1, und für die erste Positionsermittlung würde als zweite Position der Punkt P3 gewählt. Nachdem die entsprechende Position ermittelt ist, würde die Position P3 als erste Position mit bekannten Positionsdaten einer weiteren Positionsermittlung am Punkt P4 zugrunde gelegt, der für diesen Schritt die zweite Position bilden würde. Auf diese Weise könnte die gesamte Fahrstrecke sukzessive durch Schätzungen verfolgt werden.
Nach mehreren Schätzungen, oder auch schon nach einer Schätzung, kann die Positionsermittlung durch andere, unterstützende oder ergänzende Positionsermittlungsverfahren korrigiert oder justiert werden. Hierzu werden im Zusammenhang mit der 7 noch weitere Erläuterungen gegeben.
Die 6 zeigt schematisch ein Fahrzeug 14 mit Rädern 15, wobei an wenigstens einem Rad ein Radsensor 16 zur Ermittlung der Abrollstrecke angeordnet ist. Die zurückgelegte Rollstrecke wird an eine erste Datenverarbeitungseinrichtung 17 gegeben. In dieser sind für eine erste Position P1 geografische Anfangsdaten gespeichert. Zudem hat die erste Datenverarbeitungseinrichtung 17 Zugriff auf eine erste Datenbank 18, in der ein Wegenetz mit topografischen Daten über Wegstreckenlängen und Knotenpunkte gespeichert ist. Die erste Datenverarbeitungseinrichtung 17 hat üblicherweise die Information selektiert, auf welchem Wegstück des Wegnetzes das Fahrzeug 14 unterwegs ist, sowie gegebenenfalls eine wahrscheinlichste zukünftige Fahrstrecke.
Die erste Datenverarbeitungseinrichtung 17 kommuniziert mit der zweiten Datenverarbeitungseinrichtung 19, die als Fahrassistenzsystem zur Erzeugung eines eHorizon ausgebildet ist. Diese zweite Datenverarbeitungseinrichtung 19 hat Zugriff auf eine zweite Datenbank 20, in der Attribute des Wegenetzes, wie beispielsweise Höhenprofile in Form von Steigungen oder absoluten Höhendaten für Elemente des Wegenetzte gespeichert sind. Die zweite Datenverarbeitungseinrichtung 19 hat zudem Zugriff auf die erste Datenbank 18, die die Daten über das Wegenetz enthält, oder zumindest auf entsprechende Daten.
Die zweite Datenverarbeitungseinrichtung 19 kann einen oder mehrere wahrscheinliche zukünftige Wegstrecken ermitteln, indem sie auf eine Zielführung eines Navigationssystems zurückgreift oder den vergangenen Fahrweg analysiert und extrapoliert. Die zweite Datenverarbeitungseinrichtung kann somit auch für die zukünftige Fahrstrecke Höhendaten bereitstellen. Sie tut dies in einer Anzeigeeinrichtung, um den Fahrer 21 rechtzeitig zu informieren. Zudem kann die zweite Datenverarbeitungseinrichtung 19 auch für verschiedene Aggregate des Fahrzeugs Daten bereitstellen, um die Steuerung des Fahrzeugs zu optimieren. Sie kann dabei Daten einfließen lassen, die der Fahrer durch unmittelbare Wahrnehmung nicht rechtzeitig gewinnen kann. Es können auch zusätzlich laufend auf der Fahrstrecke Daten mittels eines Gyrosensors 23 erfasst und berücksichtigt werden.
Die zweite Datenverarbeitungseinrichtung 19 kann zudem der ersten Datenverarbeitungseinrichtung 17 Daten über Höhenprofile des zukünftigen Fahrweges mitteilen, um der ersten Datenverarbeitungseinrichtung die Anwendung der erfindungsgemäßen Korrektur für die Positionsermittlung aus der Rollstrecke zu erlauben.
Die erste Datenverarbeitungseinrichtung 17 kann zudem Zugang zu einer Datenbank, insbesondere auch zu der Datenbank 20 haben, um durch unmittelbaren Vergleich von ermittelten Messwerten bestimmte geografische Daten zu bestätigen, wie Kurvenfahrten, Senken- oder Hügelkuppen, deren Position in der weiteren Datenbank gespeichert sein können. Auf diese Weise kann die erste Datenverarbeitungseinrichtung 17 die ermittelten Positionen durch ein Map-Matching bestätigen oder nachjustieren.
Dies wird näher anhand der 7 erläutert.
Die 7 zeigt im oberen Teil einen Ausschnitt 21 einer zweidimensionalen Landkarte, die ein Wegenetz enthält. Hier ist ein Fahrweg zwischen einer ersten Position P1 und einer zweiten Position P2 eingezeichnet, wobei P1 und/oder P2 auch Knotenpunkte sein können, wo sich der Fahrweg mit anderen Fahrwegen schneidet. In der zweidimensionalen Projektion ist der Fahrweg zwischen P1 und P2 gewunden, d. h., er weist wenigstens zwei Kurven auf. In dem darunter befindlichen Diagramm ist auf der horizontalen Achse die X-Koordinate der Landkarte und auf der Y-Achse die absolute Höhe über dem Meeresspiegel eingetragen. Es ergibt sich, dass die Strecke zwischen P1 und P2 einem (in der Darstellung gegenüber der Realität übertriebenen) Höhenprofil mit mehreren Hügeln und Tälern folgt. Über das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren kann die Bestimmung der zweiten Position bei P2 unter Berücksichtigung der Rollstrecke des Fahrzeugs und des Höhenprofils ermittelt werden.
Um eine Korrektur- und/oder Justagemöglichkeit zu haben, kann aus dem Karten- bzw. Datenbankmaterial beispielsweise der Punkt 22 ermittelt werden, an dem der Fahrweg eine Hügelkuppe erreicht. Mittels eines Sensors im Fahrzeug kann ermittelt werden, ob an dieser Position tatsächlich eine Hügelkuppe durchfahren wird. Als Sensor kann dabei beispielsweise ein Gyrosensor oder ein Neigungssensor dienen. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erlauben in der oben beschriebenen Art, eine Positionsermittlung genauer als bisher unter Berücksichtigung von Höhenprofilen durchzuführen. Vorteilhaft kann dabei eine Kopplung zwischen der Einrichtung zur Positionsermittlung und einer Einrichtung zur Bereitstellung eines eHorizon vorgesehen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1279003 B1 [0004]
US 5087919 A [0005]
EP 0881466 A1 [0006]
WO 2010/045350 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Positionsermittlung eines Fahrzeugs (14), bei dem durch eine erste Datenverarbeitungseinrichtung (17) mittels wenigstens eines Sensors (16) Fahrdaten ermittelt werden und bei dem aus Anfangsdaten, die eine erste Position (P₁) des Fahrzeugs (14) zu einem ersten Zeitpunkt beschreiben, unter Berücksichtigung der ermittelten Fahrdaten eine zweite Position (P₂) zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der zweiten Position (P₂) Höhenprofildaten der zwischen der ersten und der zweiten Position liegenden Fahrstrecke (1, 1') berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der zweiten Position (P₂) Daten berücksichtigt werden, die die Steigung der Fahrstrecke an Ortspunkten zwischen und/oder an der ersten und zweiten Position (P₂) betreffen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass zur Ermittlung der zweiten Position (P₂) Daten berücksichtigt werden, die Höhendifferenzen oder absolute Höhenangaben für Ortspunkte zwischen der ersten und der zweiten Position betreffen.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine Steigungsgröße der Fahrstrecke (1, 1') an dem ersten Punkt (P₁) ermittelt wird und bei der Ermittlung der zweiten Position (P₂) aus den Fahrdaten die Projektion der ermittelten Fahrstrecke auf eine horizontale Fläche (3) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigungsgröße die Steigung der Fahrstrecke (1, 1') im Bereich der ersten Position (P₁) ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigungsgröße ein Mittelwert der Steigung zwischen der ersten und der zweiten Position (P₂) oder ein Mittelwert der Steigung in einem Bereich um die erste Position (P₁) herum ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung zwischen der zweiten Position (P₂), die ermittelt werden soll und der ersten Position (P₁) in Abhängigkeit von der Steigungsgröße festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigungsgröße jeweils von einer Datenbank (20) abgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigungsgröße von einer zweiten Datenverarbeitungseinrichtung (19) aus einer Datenbank (20) ermittelt und an die erste Datenverarbeitungseinrichtung (17) übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigungsgröße durch wenigstens einen Sensor (23) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte zweite Position (P₂) mit bekannten Kartendaten verglichen, hieraus eine Abweichung ermittelt und aus der Abweichung eine Fehlerrate der verwendeten Sensoren (16, 23) ermittelt wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine erste Datenverarbeitungseinrichtung (17) zur Ermittlung einer zweiten Position (P₂) aus Daten einer ersten Position (P₁), wenigstens ein Sensor (16) zur Ermittlung von Fahrdaten sowie eine zweite Datenverarbeitungseinrichtung (19) zur Ermittlung einer Steigungsgröße und eine Schnittstelle zur Übermittelung von Steigungsgrößen zwischen der ersten Datenverarbeitungseinrichtung (17) und der zweiten Datenverarbeitungseinrichtung (19).