CN102472822B - 用于探测车辆的车道变换以及激活乘客保护装置的方法和控制设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于确定车辆(100)在道路上的位置的方法(200)，其中，所述方法(200)具有如下步骤：接收(210)至少一个所接收的卫星信号中的车辆粗坐标，其中，所述车辆粗坐标仅仅由卫星定位系统的一个或多个卫星的信号确定。所述方法(200)还包括获得(220)惯性信号的步骤，所述惯性信号代表所述车辆(100)在相对于所述道路基本上水平的方向上的加速度。最后，所述方法包括以下步骤：仅仅由所接收的车辆粗坐标和所获得的惯性信号来求得(230)车辆精坐标，以便使用所述车辆精坐标来确定所述车辆(100)在所述道路上的位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所述的方法、一种根据权利要求9所述的控制设备以及一种根据权利要求10所述的计算机程序产品。
背景技术
为了实现机动车的乘客安全性的提高，需要越来越好的安全系统。例如，提前激活的安全带拉紧器可以将乘客保持在最佳的座位位置中，从而与乘客例如从座位侧向地斜出时相比安全气囊触发发挥明显更大的保护作用。出于所述原因，自身车辆偏离车道的识别已经非常重要，使得在偏离车道时可以已经提前激活实现明显更高的整体安全性的安全装置。为了识别车道变换，可以使用不同的系统。
然而为了必须使用尽可能少的附加传感器来识别车道变换(这些传感器为此还不应占用宝贵的结构空间)，较为有利地应进一步使用已经存在的传感器信号。为此，可以动用已经安装在车辆中的系统。
机动车中的被动安全系统目前通常具有前部感测、侧面感测、尾部感测和翻滚(即车辆倾翻)感测，这些感测具有相应的触发算法。也已知了主动的行人保护组件(例如具有保险杠中的加速度传感器)的应用。同样已知并且使用了车道偏离警告(LDW＝Fahrspurverlassenswarmung)系统和车道保持辅助(LKA＝Fahrspurhalteassistenz)系统或者其他车道保持辅助功能。但典型地，这些系统基于(昂贵的)光学传感器，如(视频)摄像机，其需要车辆中、尤其是后视镜区域中和(由此)驾驶员的视野中的局部较大的结构空间。在车辆中使用卫星导航系统——如GPS(GPS＝Global Positioning System：全球定位系统)同样是已知的并且越来越广泛地用作导航辅助或者用于未来的车辆到X通信单元(例如在引入eCall的情况下)。在安全气囊技术领域中已知了中央惯性传感器，其例如安装在隧道上并且通过作用到车辆上的加速度来完全地检测车辆的运动。此外，在导航领域中还已知了具有非常好的分辨率和非常多的附加信息的数字地图材料。
在WO 2001050088中揭示了一种用于确定车辆在道路上的位置的可行方案，其中，使用差分GPS系统来确定车辆在道路上的准确地理位置。然而，由于使用不同的GPS接收器和相应复杂的分析处理，差分GPS的使用需要更高的开销。在DE 10349631中也给出了一种类似的系统，但使用光学传感器的图像，但这取决于存在相应的光学传感器。
发明内容
在所述背景下，通过本发明提出了根据独立权利要求所述的方法、使用所述方法的控制设备以及(最后)相应的计算机程序产品。有利的构型方案由从属权利要求和以下描述中得出。
本发明提出了一种用于确定车辆在道路上的位置的方法，其中，所述方法具有如下步骤：
-接收至少一个所接收的卫星信号中的车辆粗坐标，其中，所述车辆粗坐标仅仅由卫星定位系统的一个或多个卫星的信号确定；
-获得惯性信号，所述惯性信号代表所述车辆的相对于道路基本上水平的加速度；
-仅仅由所接收的车辆粗坐标和所获得的惯性信号求得车辆精坐标，以便使用所述车辆精坐标来确定所述车辆在所述道路上的位置。
此外，本发明还提出了一种控制设备，其被构造用于实施或应用根据本发明的方法的步骤。通过本发明的控制设备形式的实施变型方案也可以快速且高效地解决本发明所基于的任务。
在此，控制设备可以理解为处理传感器信号并且据此输出控制信号的电设备。控制设备可以具有接口，所述接口可以硬件地或软件地构造。在硬件构造中，接口例如可以是所谓的系统ASIC的一部分，其包含控制设备的不同功能。然而也可能的是，接口是自身的集成电路或者至少部分地由分立器件构成。在软件构造中，接口可以是软件模块，其例如在微控制器上与其他软件模块并存。
有利地，也提出了一种具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码存储在机器可读取的载体(如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器)上，并且用于当在控制设备上执行程序时实施根据以上所述的实施方式之一的方法。
本发明提供了如下优点：可以有利地组合已经在车辆中可多次使用的信号，并且产生这些信号的附加获益。为此可以充分利用：在车辆中往往已经安装了加速度传感器，其信号例如用于触发安全带拉紧器、安全气囊或者其他乘客保护装置。在此，目前安装的加速度传感器提供出现的加速度的非常精确的测量值，其中，尤其是相对于道路水平的加速度可以进一步用于确定车辆的精确位置。为此，首先借助卫星支持的导航系统——例如GPS确定车辆的位置作为参考位置(即作为车辆粗位置)，其中，但所述参考位置不足够精确以确定车辆在道路上的位置。即，卫星支持的参考位置确定具有10至30m的范围内的不精确度，使得通过这样的参考位置的车道识别可能不是明确的。则可以在考虑已可供使用的加速度值的情况下进行由导航系统确定的(参考)位置的显著改进，其中，惯性导航的原理可以应用于车辆在道路上的经修正的位置(即车辆精位置)的确定。通过所述方式可以实现车辆在道路上明显更精确的位置说明，其具有1至5cm的精度。当将精确的(精)位置说明与数字地图中的数据进行比较时，这样的精度例如能够实现车道识别。
本发明提供了如下优点：现在由一些已经可供使用的信号实现车辆在道路上的非常精确的位置说明，所述位置说明能够实现车道识别和/或甚至能够实现车道变换。“车道变换”在本说明书中除传统的车道变换以外例如还可以理解为道路驶越或道路偏离。除所谓的加速度传感器(其已可供用于安全系统的触发)以外，仅仅需要提供来自卫星支持的导航系统的信号。这样的信号在现代车辆中由于批量安装的导航设备同样已经存在。如果现在比较车辆的所确定的高精度地理位置与同样可以在导航设备或其他数字地图存储器中提供的数字地图数据，则可以非常简单地识别车道变换。则可以提前激活相应的安全功能。则为此例如不需要光学传感器来识别道路标记。通过所述方式一方面使提供附加的传感器来提高安全性变得不一定必要，而另一方面实现了非常简单的数据处理，因为仅需关联较少数量的信号(即导航数据信号和惯性信号)。同时，通过快速提供惯性信号可以进行非常快速的车辆行驶路程跟踪，其中，无需等待定位卫星的随后的导航信号的费时分析。
本发明的一种实施方式也是有利的，其中，在获得步骤中获得与乘客保护系统相耦合的传感器的惯性信号。本发明的这种实施方式提供了如下优点：惯性信号已经提供用于乘客保护系统并且因此可以有益地被二次利用。这能够实现成本高效的传感器信号提供，从而可以使所需的传感器数量尽可能小。
此外，也可以设有从数字街道地图中读取关于道路的车道信息的步骤以及探测车辆的车道变换的步骤，其中，在使用车道数据和车辆精位置的情况下进行探测车道变换的步骤。本发明的这种实施方式提供了如下优点：在现代数字街道地图中已经包含了关于车道的数量和位置的信息，其可以用于其他附加应用。尤其是在使用导航设备时，这种高精度的数字街道地图已可供使用并且由此可以与所确定的车辆精位置相结合地用于非常简单且同样成本高效的车道变换确定。
根据本发明的另一实施方式，在探测步骤中可以包含以下子步骤：在所述子步骤中，当识别到车道变换时向驾驶员发出警告。本发明的这种实施方式提供了如下优点：关于意外的车道变换警告驾驶员(例如在出现短暂打盹时)，并且可以通过驾驶员的及时干预而可能阻止车辆碰撞。
也特别有利的是，还设有如下步骤：当在探测步骤中实际探测到车道变换时或者在探测步骤中实际探测到车道变换之后激活乘客保护装置。本发明的这种实施方式提供了如下优点：不仅能够借助较少信号来实现车道变换识别而且附加地将至少一个乘客保护装置置于更高的紧急准备状态中。由此能够在物体实际击中车辆之前提前激活合适的、长期有效的安全装置，如在车辆碰撞之前及时激活安全带拉紧器或侧向帘式安全气囊。所述提前激活将车辆乘客保持在如下位置中：在所述位置中例如在物体随后碰撞到车辆上时短时间有效的安全装置——如前安全气囊可以发挥最佳保护作用。
特别有利的是，在激活步骤中通过改变乘客保护装置的触发阈值和/或通过释放乘客保护装置的触发进行所述激活。通常，对于乘客保护装置的触发而言需要信号或信号值超过所述乘客保护装置的触发阈值。所述触发阈值应如此高，使得在正常行驶运行中出现的车辆震动不会导致乘客保护装置的触发。然而，如果识别到车道变换，则这被评价为随即到来的车辆碰撞的提示，从而现在不再需要高触发阈值，或者可以完全地释放乘客保护装置的触发。例如可以通过如下方式来进行这种释放：在出现另一触发信号时激活或触发乘客保护装置，而事先无需所述触发的再次验证。
此外，在探测步骤中也可以识别如下车道变换：变换到对于与车辆的行驶方向相反的方向上的交通而言开放的车道中，其中，在激活步骤中激活用于保护至少一个乘客以免正面碰撞的乘客保护装置。本发明的这种实施方式提供了如下优点：例如尤其是当车辆进入反向交通的车道中时激活前安全气囊。在这种情况下，出现正面碰撞的概率比出现侧面碰撞的概率高得多，从而在所述情况下通过激活用于保护至少一个乘客以免正面碰撞的乘客保护装置可以实现安全性的显著提升。
在探测步骤中也可以识别如下车道变换：从一个道路变换到道路侧面区域中，其中，在激活步骤中激活用于保护至少一个乘客以免侧面碰撞或者车辆倾翻的乘客保护装置。本发明的这种实施方式提供了如下优点：在出现车辆进入到道路侧面区域(例如坡道区域或沙质路肩)中时车辆打滑、侧面碰撞或车辆倾翻的概率比正面碰撞的概率更高。因此，与非特定的乘客保护装置激活相比，通过激活相应的安全装置可以实现乘客安全性的明显获益。
此外设有当在探测步骤中出现车辆到行人区域或骑行者区域中的车道变换时参数化主动行人保护系统的步骤，其中，在读取步骤中从数字街道地图中获得所述行人区域或所述骑行者区域的坐标。本发明的这种实施方式提供了如下优点：可以通过触发或参数化主动行人保护系统来避免行人区域或骑行者区域中的人员的高伤害风险。所述行人保护系统例如可以包括引擎盖的翻折，由此可以避免行人剧烈地撞到挡风玻璃上。
附图说明
借助附图示例性详细阐述本发明。附图示出：
图1：本发明的第一实施例的框图；以及
图2：本发明作为方法的另一实施例的流程图。
具体实施方式
相同的或类似的元件在附图中可以设有相同的或类似的附图标记，其中，不对这些附图标记进行重复描述。此外，附图、附图描述以及权利要求包含组合的多个特征。在此，对于本领域技术人员而言清楚的是，也可以单独地考虑这些特征或者可以将这些特征汇总成在这里没有明确描述的其他组合。此外，在以下描述中在使用不同的度量和尺寸的情况下阐述了本发明，其中，本发明不应理解为限于所述度量和尺寸。此外，可以重复以及以与所描述的顺序不同的顺序来执行根据本发明的方法步骤。如果实施例包括第一特征和第二特征之间的“和/或”关系，则这可以如下解读：所述实施例根据一种实施方式不仅具有第一特征而且具有第二特征而根据另一种实施方式仅仅具有第一特征或者仅仅具有第二特征。
图1示出本发明的第一实施例的框图。在此，在图1中示出了车辆100，其具有导航设备110和安全气囊控制设备120。
导航设备110包括接收单元130，其被构造用于接收导航卫星(例如GPS卫星)的信号。此外，导航设备110具有存储器140，在所述存储器中存储了至少一个数字地图。数字地图在此优选如此精确，使得在数字地图中标注的街道的各车道与这些车道的分别相应的地理位置一起存储。在使用从至少一个导航卫星接收的信号的情况下，现在可以确定车辆100的地理位置并且在存储在存储器140中的数字地图中查寻相应的位置。可以在显示单元145上为车辆100的驾驶员显示数字地图的与车辆100的所确定的地理位置相对应的相应部分。这是导航设备的常用功能。
安全气囊控制设备120被构造用于接收以及分析处理加速度传感器(例如传感器150a和150b)的信号。响应传感器150a和150b的信号(单独地或者组合地)，可以激活例如车辆乘客170前方的方向盘区域中的安全气囊160。在此情况下，安全气囊160可以保护乘客170以免正面碰撞。替代地或附加地，安全气囊控制设备120也可以被构造用于触发其他乘客保护装置，例如安全带拉紧器180或者侧面安全气囊190，从而安全气囊控制设备120也可以一般性地解释为乘客保护装置控制设备。这样的乘客保护装置控制设备120已经批量地安装在目前所供使用的车辆中。
根据本发明的一个实施例，现在可以使导航设备110与乘客保护装置控制设备120耦合，从而至少告知乘客保护装置控制设备120关于车辆100的当前地理位置的信息，所述信息借助于导航卫星的至少一个信号来确定。如此确定的地理(粗)位置具有10至30m的精度，这对于识别道路上的车辆100恰好所在的车道而言过于不精确。然而，可以通过分析处理加速度信号来实现精度的明显提高，所述加速度信号位于乘客保护装置控制设备120中并且由传感器150a和/或150b提供。借助于这样的、包含至少一个水平加速度分量(即包含相对于道路基本上水平定向的分量)的传感器信号，可以实施车辆100的车道的快速且简单的跟踪。因此，一方面不再需要等待导航设备110中的导航卫星信号的分析处理以便识别车辆运动，而另一方面可以通过精确地检测到的车辆加速度的分析处理比在借助于其他传感器信号的情况下明显更精确地确定车辆100在道路上的位置。
此外，当连续地(例如在一分钟或两分钟的时间段上)实施由车辆100驶过的路程之间的地理位置与车辆的所确定的地理位置的比较时，根据数字街道地图中的街道走向数据进行车辆位置的校正。如果在较长的行驶路程上保持在行驶开始时所识别的位置的不精确调节(即10至30m的精度范围)，则这很可能导致：车辆100在观察时间间隔内至少短时间地与位于数字地图中作为街道的“行驶管道(Fahrschlauch)”存储的坐标范围以外的地理位置相对应。由于所确定的地理位置与实际驶过的路程之间的这种偏差(其实际上没有出现)，对于随后的其他行驶区段可以实施地理精细定位的偏移的校正，即修正。也可以设有存储功能，并且当车辆停止运行时激活所述存储功能，使得在所述存储器中存储经校正的并且高精度的当前位置，用于随后行驶中的位置确定时应用。
此外，也可以根据识别到的车道变换进行用于触发安全气囊或其他人员安全装置的触发阈值的改变。这能够实现关于车辆碰撞的预先警告的改进，因为在实际出现所述情况之前可以从数字街道地图中识别到对危险情况(例如行驶到反向交通中或者驶到坡道上)的提前提示，对于其他传感器而言可能在这样的时刻没有识别到这样的情况。
因此，以上描述的本发明的实施例利用了自身的碰撞与行驶动态传感装置与差分GPS和数字地图材料的组合，以便例如提供乘客保护装置和符合具体情况的算法参数化的更好的预调整，由此可以实现改进的乘客保护。
本发明的另一方面在于，在没有安装附加传感机构(如摄像机)的情况下实现车道保持辅助或车道警告功能——例如LDW/LKA系统，并且由此显著地节约成本。此外，这里提出的方案还意味着自主行驶(例如结合C2X通信，C2X＝car-to-x＝车辆与任意对象x，例如信号灯)方向上的较大进步。
因此，本发明的另一方面在于，通过使用具有实时运动学特征的差分GPS实现LDW/LKA功能。在所述技术中，将GPS信号与所测量的运动学特征数据进行比较和相关，从而实现1至5cm的位置确定精度。运动学特征由惯性传感器信号提供。这样，在安全气囊控制设备中，可以例如借助卡尔曼滤波器由GPS信号(作为车辆粗位置信号)和自运动信息确定精确位置(差分GPS信号作为车辆精位置信号)。与数字地图信息一起，(优选地)在安全气囊控制设备中可以确定：是否以及何时驶越道路标记。
在LKA系统中，在意外驶越的情形中例如可以激活转向，以便重新保持车道。在LDW系统中，例如警告驾驶员，类似于迄今实现的功能。相对于传统的LDW/LKA系统的优点在于，在这里建议的方案中系统方面的成本节约或者(安全带)拉回系统的与各种情况相匹配的最佳性能(在真实环境中的安全性方面，不仅仅对于碰撞测试)。
此外，当所述功能用在安全气囊控制设备中时还得到了附加获益。优选地，在安全气囊控制设备中应用安全装置相关的功能，因为这里可以利用与安全气囊算法的直接协同。在LDW系统中，由于现在与数字地图材料结合的高位置分辨率(1-5cm)存在如下可能性：除正常驾驶员警告以外还提供更多信息并且有利地在安全气囊触发算法中利用这些信息。在本发明的所述实施例中，可以区分例如在乡村道路上(即例如每个行驶方向具有一个车道)是否驶越中间带以及(因此)部分重叠的正面车与车碰撞的概率是否非常高。所述知识可以用于例如将前安全气囊转换到更高的紧急准备状态中，或者可以实施加速度信号或类似信号的安全气囊触发阈值的改变，以触发相应的安全气囊或其他乘客保护装置。
但在识别到驶越侧面道路边缘时，则例如柱撞(如树木)比正面碰撞概率更大，并且可以在侧面安全气囊触发算法中进行加速度传感器信号或类似信号的安全气囊触发阈值的匹配。替代地，在侧面安全气囊算法中可以总体地激活紧急准备状态。因为数字地图材料除道路以外通常还包含关于地形的高度信息，所以同样可以识别在坡道处侧向脱离道路，其中，在所述行驶情况中倾翻概率显著增大。在所述情形中，以上描述的算法匹配也可以用于翻滚安全装置的触发阈值的匹配。
在驶越高速公路上的中间界限时可以激活安全装置以免侧面碰撞，因为在这样的情况下预期发生中间护栏处的“顺滑”，可能伴随随后的车辆转动(打滑)，因此也可以使作为车辆控制部件的EPS系统进入更高的警觉模式中(例如可以进行制动预填充或者预防性地设置制动片)。
如果例如在地图材料上标识车道和/或宽的人行道的市区内偏离道路，则也可以在安全气囊控制设备120中预调整/预参数化或者激活主动行人保护系统。除算法预加载以外，当然可以自适应地激活所有可能的准备功能，例如本车位置(Sichposition)、窗玻璃、主动前部结构等等。
此外，本发明提出了一种用于确定车辆在道路上的位置的方法200，如在根据图2的流程图中示出的那样。所述方法200包括：接收210至少一个所接收的卫星信号中的车辆粗坐标的步骤，其中，车辆粗坐标仅仅由卫星定位系统的一个或多个卫星的信号确定。所述方法200还包括：获得220代表相对于道路基本上水平的车辆加速度的惯性信号的步骤。最后，所述方法200包括：仅仅由所接收的车辆粗坐标和所获得的惯性信号求得230车辆精坐标的步骤，以便使用车辆精坐标来确定车辆在道路上的位置。
Claims (8)
1.用于确定车辆(100)在道路上的位置的方法(200)，其中，所述方法(200)具有如下步骤：
接收(210)至少一个所接收的卫星信号中的车辆粗坐标，其中，所述车辆粗坐标仅仅由卫星定位系统的一个或多个卫星的信号确定；
获得(220)惯性信号，所述惯性信号代表所述车辆(100)在相对于所述道路基本上水平的方向上的加速度，其中，从与乘客保护系统相耦合的传感器(150a，150b)获得所述惯性信号；以及
仅仅由所接收的车辆粗坐标和所获得的惯性信号来求得(230)车辆精坐标，以便使用所述车辆精坐标来确定所述车辆(100)在所述道路上的位置，
其中，还设有从数字街道地图(140)中读取关于所述道路的车道数据的步骤以及探测所述车辆(100)的车道变换的步骤，其中，在使用所述车道数据和所述车辆精坐标的情况下进行探测所述车道变换的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法(200)，其特征在于，在所述探测的步骤中，当识别到车道变换时向驾驶员发出警告。
3.根据权利要求2所述的方法(200)，其特征在于，还设有当在所述探测的步骤中探测到车道变换时激活乘客保护装置(160)的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法(200)，其特征在于，在所述激活的步骤中，通过改变所述乘客保护装置(160)的触发阈值和/或通过释放所述乘客保护装置(160)的触发来进行所述激活。
5.根据权利要求3或4所述的方法(200)，其特征在于，在所述探测的步骤中识别如下车道变换：变换到对于与所述车辆(100)的行驶方向相反的方向上的交通而言开放的车道中，其中，在所述激活的步骤中激活用于保护至少一个乘客(170)以免正面碰撞的乘客保护装置(160)。
6.根据权利要求4所述的方法(200)，其特征在于，在所述探测的步骤中识别如下车道变换：从道路变换到道路侧面区域中，其中，在所述激活的步骤中激活用于保护至少一个乘客(170)以免侧面碰撞或者车辆倾翻的乘客保护装置。
7.根据权利要求4所述的方法(200)，其特征在于，此外设有当在所述探测的步骤中出现所述车辆(100)到行人区域或骑行者区域中的车道变换时将主动行人保护系统参数化的步骤，其中，在所述读取的步骤中从所述数字街道地图中获得所述行人区域或所述骑行者区域的坐标。
8.控制设备，所述控制设备被构造用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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