CN107923753B - 用于确定车辆的位置和取向的方法 - Google Patents

Abstract

用于确定移动单元(100)的空间位态(200)的一种方法和一种设备，其中，所述空间位态(200)根据预给定数量的参数在预给定的定向系统(250)内所确定，其中，根据代表所述移动单元(100)的运行状态的运行状态值和/或代表所述移动单元的周围环境(221，222，223，224，225)的周围环境值，借助预确定数量的参数的子集来确定所述移动单元(100)的充分已知的空间位态。

Description

用于确定车辆的位置和取向的方法

技术领域

本发明涉及用于确定车辆的空间位态(例如其位置和/或其取向)的一种方法以及一种设备。

背景技术

DE 10 2008 013 366 A1公开一种用于给驾驶辅助系统提供信息的方法，其中，由配备有环境传感器的机动车的测量数据处理单元提供关于周围环境中的对象的对象特性。

DE 10 2005 025 478 A1公开一种用于确定能够在三维空间中运动的物体的相对位态、速度、加速度和/或旋转中心的方法。在此，借助提供的传感器检测信号和参数，并且描述在物体固定的坐标系中的位置和取向。

发明内容

根据本发明的方法或根据本发明的设备描述移动单元的空间位态的确定，其中，所述空间位态根据预给定数量的参数、在预给定的定向系统中确定。

所述移动单元既可以涉及无人驾驶的载具、例如无人驾驶飞行器，也可以涉及有人驾驶的载具、例如船、飞机或两轮机动车和四轮机动车。

本发明的核心在于，根据代表移动单元的运行状态的运行状态值和/或代表移动单元的周围环境的周围环境值，借助预给定数量的参数的子集来确定移动单元的充分已知的空间位态。

根据本发明的方法具有如下优点：仅借助所有可能的参数的一部分来确定移动单元的姿态(即其位置或取向)。这一方面节省在确定姿态时的计算时间，另一方面节省计算能力，因为在仅计算参数的一部分的情况下可以节省例如控制设备的计算能力。相反地，在充分利用可供使用的计算能力的情况下，例如可以更准确地计算出根据必须选择的参数，因为对于计算单个参数而言，可供使用的计算能力更多。这对于移动单元的安全性来说、例如在高度自动化行驶过程中(其中，姿态对于安全导航至关重要)意味着决定性优势。特别在高度自动化行驶中，确定所提到的参数的速度也很重要，因为在对象危险接近情况下的回避绕行中，准确且快速地了解姿态可能会是最必要的并且安全重要的。

优选地，仅借助预给定数量的参数中所需的子集来确定充分已知的空间位态。

在此，参数的所需子集表示，在该子集中恰好包含如下参数：所述参数在不确定附加的参数的情况下描述充分已知的空间位态。借助该方法，仅确定所需的信息，并且将其传递给对于相应功能绝对所需的其他功能，由此不仅能够节省计算能力，而且数据量也保持更加清晰可见并且也被更容易地处理并且分析处理。

在一种特别优选的实施方式中，预给定数量的参数的子集取决于运行状态值和/或周围环境值。

根据所述参数与运行状态值和/或周围环境值的相关性，可以更容易地求取参数的正确子集并且将其配属于相应的功能。

优选地，预给定数量的参数(通过该预给定数量的参数完全地确定移动单元的空间位态)涉及三个位置参数和三个角度参数。

通过了解三个位置参数和三个角度参数，空间位态(即位置和取向)在三维空间中被唯一明确地描述。

优选地，借助移动单元的至少一个传感器确定运行状态值和/或周围环境值。

这具有如下优点：既实时地、也在移动单元的直接周围环境中确定运行状态值和/或周围环境值。由此，可以直接实现移动单元的位置的确定，并且可以基于移动单元的实际的空间和时间给定条件来确定参数的为此所需的子集。

在一种特别优选的实施方式中，借助预给定数量的参数的子集来确定移动单元的充分已知的空间位态，其方式是：将运行状态值和/或周围环境值配属于值特性(Werteprofil)，并且每个值特性配属有预给定数量的参数的子集。

将参数配属到值特性中是一种高效的方法，以便确定正确的参数、即也以便用于确定充分已知的空间位态所需的参数。由此，可以尽可能快速地确定实际所需的参数，并且将其传递给相应的功能。

优选地，值特性存储在属于移动单元的存储介质上，和/或，可以从外部数据源调用和/或更新值特性。

从外部数据源调用环境概况、并且由此对已经存储的值特性进行更新或将新的值特性保存在存储介质上的可行方案提高了所述方法的灵活性，因为未知的周围环境或对于所述方法未知的运行状态也相应地被检测，并且对于相应的状态调用可供使用的合适的值特性。

优选地，将预给定数量的参数的子集存储在存储介质上，和/或传递给相应的输出单元。

根据本发明，提供一种用于确定移动单元的空间位态的设备，其中，所述空间位态根据预给定数量的参数、在预给定的定向系统中确定。此外，该设备包括第一装置，借助该第一装置根据代表移动单元的运行状态的运行状态值和/或代表该移动单元的周围环境的周围环境值，借助预给定数量的参数的子集来确定移动单元的充分已知的空间位态。

优选地，该设备包括第二装置和/或第三装置，借助该第二装置，仅借助预给定数量的参数中的所需的子集来确定充分已知的空间位态，借助该第三装置，借助移动单元的至少一个传感器确定运行状态值和/或周围环境值。

在一种特别优选的实施方式中，设置第四装置，借助该第四装置将运行状态值和/或周围环境值配属于值特性。

优选地，为所述设备设置存储介质，该存储介质属于移动单元并且在该存储介质上存储有值特性。

优选地，设置第五装置，借助该第五装置从外部数据源调用和/或更新值特性。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在以下描述中进一步阐述。附图示出：

图1示出移动单元，其在此例如作为四轮机动车示出，该移动单元包括根据本发明的用于确定位置和/或取向的设备；

图2在道路上、例如两车道的公路上示出移动单元，该移动单元也示例性地作为四轮机动车示出；

图3示出具有周围环境的移动单元，该移动单元也示例性地作为四轮机动车示出，在此，该周围环境示例性地以急剧上升的道路的形式示出；

图4示出一种用于根据运行状态值确定移动单元的空间位态的实施例，该运行状态值代表移动单元的运行状态；

图5示出一种用于根据周围环境值确定移动单元的空间位态的实施例，该周围环境值代表移动单元的周围环境。

具体实施方式

在图1中纯示例性地作为四轮机动车示出移动单元(100)。根据本发明的方法以及根据本发明设备适用于任何类型的载具，这表示，移动单元(100)也可以涉及船、热气球或飞机。该方法也适用于无人驾驶的载具、例如无人驾驶飞行器或高度自动化的载重货车。

在此，根据本发明的设备(110)(如在此示例性示出的那样)包括第一装置(111)，借助该第一装置能够实现，根据移动单元(100)的运行状态和/或周围环境确定充分已知的空间位态。借助存在的第二装置(112)可以仅根据参数的描述移动单元(100)的位置和/或取向的所需的子集来确定充分已知的空间位态。借助第三装置(113)可以根据运行状态值和/或周围环境值确定移动单元(100)的运行状态和/或周围环境，所述运行状态值和/或周围环境值又可以借助在此作为视频摄像机示出的传感器(101)检测。

然而，在此可以涉及移动单元(100)的任何类型的传感器、例如雷达传感器、激光雷达传感器、温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、无线电信号传感器或GPS传感器。

借助第四装置(114)将运行状态值和/或周围环境值配属于所谓的值特性。在在此描述的实施方式情况下，将值特性存储在属于设备(110)的存储介质(105)上，其中，也存在第五装置(115)，通过该第五装置从外部数据源请求并且下载值特性。也可以通过外部数据源中的新的和/或经改变的值特性替代或补充已经存储在存储介质(105)上的值特性。

在另一实施方式中，根据需要通过第五装置(115)调用所有的值特性或仅将已经存储在存储介质(105)上的值特性用于根据本发明的方法。

在此，每个值特性根据运行状态值和/或周围环境值配属有确定数量的或确定类型的参数，所述参数用于确定移动单元(100)的位置和/或取向。也就是说，根据由传感器(101)检测的运行状态值和/或周围环境值，可以识别确定的运行状态和/或确定的周围环境，并且因此可以调用值特性。根据所调用的值特性，可以通过在此示例性示出的第一装置(111)来确定充分已知的位置。

在图1中没有列出和描述输出单元，移动单元(100)的通过相应的参数确定的充分已知的空间位态被传递给该输出单元。

在图2中示出移动单元(100)的可能的周围环境(221、222、223、224)，该移动单元在此纯示例性地作为四轮机动车示出。在此示例性示出的道路可以涉及两车道公路(223)。此外，作为描述移动单元(100)的周围环境的其他环境特征，纯示例性地示出路牌(221)、灌木(222)(其在此示例性地代表所有类型的植物)和/或山脉(224)。基于这些环境特征，现在可以借助移动单元(100)的传感器检测周围环境值形式的周围环境(也可以通过传感器检测移动单元的运行状态值形式的运行状态)

如果检测到周围环境值(和/或运行状态值)，则现在根据这些所检测的值调用值特性并且因此确定，需要哪些参数来在预给定的定向系统(250)内描述移动单元(100)的空间位态(200)。在此，预给定的定向系统(250)由三个位置参数和三个角度参数所描述，如在此通过说明三个空间方向的三个箭头以及说明旋转角形式的取向的三个弯曲箭头示例性示出的那样。

如果现在移动单元位于在此示例性示出的周围环境中，则现在调用例如由概念“公路”所表征的值特性，并且建议仅需要三个空间方向中的两个来描述位置。如果实施所述方法的原因例如是为了与数字地图中的位置进行比较而要确定移动单元(100)的位置，则由两个参数——经度或纬度来描述位置就是充分的。在此，高度说明与三个旋转角形式的取向一样都不是必需的。对于开放海域上的船来说可以考虑类似的值特性，因为通过两个参数——经度或纬度——的说明来描述位置也是充分描述的。如果移动单元(100)涉及飞机，则对于充分准确的位置说明来说，例如也需要高度说明。

在图3中，示例性地示出陡峭道路形式的另一可能的周围环境(225)，在此例如作为四轮机动车示出的移动单元(100)在该道路上向上行驶。如已经在图2中所描述的那样，定向系统(250)以坐标系的形式说明。在此，在相应地调用所述方法的情况下、例如在确定燃料消耗时，有关上升的信息例如可能会是重要的。在这种情况下，为确定移动单元(100)的空间位态(200)所需的参数是关于垂直于移动单元(100)的运动方向的轴线的倾角。可能的值特性现在可以通过概念“上升”表征。

在图4中，示意性地示出根据本发明的用于移动单元(100)的方法的一种实施例。

在步骤400中开始所述方法，这例如可以通过需要移动单元(100)的充分已知的空间位态的功能而实现。

在步骤401中，通过移动单元(100)的至少一个传感器(101)检测描述移动单元(100)的运行状态的运行状态值。如果移动单元(100)例如涉及四轮机动车，则可以借助作为至少一个传感器(101)的转速传感器来确定作为运行状态的车辆速度。在四轮机动车的情况下，例如也可以检测转动方向盘的频率和/或强度，以便作为运行状态确定行驶方式的类型和/或当前的行驶情况。

如果移动单元涉及船，则可以将螺旋桨的活动作为运行状态检测。在无人驾驶的载具的情况下、例如无人驾驶飞行器，则可以借助加速度传感器将上升或下降作为运行状态检测。

在步骤402中，根据移动单元(100)的运行状态确定值特性，该值特性配属有参数的确定的子集。在此，视移动单元(100)的类型和/或需要移动单元(100)的空间位态的功能而定，和/或根据移动单元(100)的至少一个传感器(101)来调用相应的值特性。

在通过高转速判定速度很高的情况下，对于四轮机动车例如调用值特性“高速公路”，该值特性仅包括两个位置参数作为参数。

如果移动单元(100)涉及正在上升或下降的无人驾驶飞行器，则例如也需要相对于充分已知的空间位态的角度参数。

在步骤403中，选择配属于值特性的如下参数：所述参数用于根据(已经在步骤401中确定的)运行状态来确定移动单元的充分已知的空间位态。

在步骤404中，计算在步骤403中所选的参数。忽略不需要的参数，由此，例如使用整个计算能力来计算所选的参数。在步骤405中，结束所述方法，其方式是：将计算出的参数例如传递给需要移动单元(100)的空间位态的功能。

在图5中，示意性地示出用于移动单元(100)的根据本发明的方法的一种实施例。

在步骤500中开始所述方法，其方式是：例如通过需要确定移动单元(100)的空间位态(200)的功能或另一方法来调用所述方法。

在步骤501中，通过移动单元(100)的至少一个传感器(101)检测代表移动单元的周围环境的周围环境值。在此，根据调用根据本发明的方法的功能可能涉及不同的周围环境值。例如如果涉及应该确保移动单元(100)的安全性的功能，则必须考虑不同于涉及如下功能的周围环境值：所述功能需要所述方法来为导航设备确定移动单元(100)的空间位态(200)。可能的周围环境值例如可以是路牌、车道标记、电线杆或也可以是确定的地貌特征。

在步骤502中，根据之前确定的代表移动单元(100)的周围环境(221、222、223、224、225)的周围环境值来确定值特性。该值特性配属有参数的确定的子集，需要所述参数的确定的子集以便确定移动单元(100)的充分已知的空间位态。如果要通过一个功能确保移动单元(100)的安全性，其方式是：根据空间位态如此实施回避绕行，使得避开迎面而来的对象，则可以调用与在不具有对于移动单元(100)的安全重要的方面的另一功能的情况下不同的值特性。

在步骤503中，选择出配属于值特性的用于确定移动单元的充分已知的空间位态的参数。

在步骤504中，计算在步骤503中所选的参数。

在步骤505中结束所述方法，其方式是：将描述移动单元(100)的充分已知的空间位态的参数传递给导致调用根据本发明的方法的功能(或另一方法)。

显然，其他实施例以及所示的示例的混合形式也是可能的。

Claims (10)

1.一种用于确定移动单元(100)的空间位态(200)的方法，其中，所述空间位态(200)根据预给定数量的参数在预给定的定向系统(250)内确定，

其特征在于，

根据代表所述移动单元(100)的运行状态的运行状态值和/或代表所述移动单元的周围环境(221，222，223，224，225)的周围环境值，借助预确定数量的参数的子集来确定所述移动单元(100)的充分已知的空间位态，

其中，所述预给定数量的参数是三个位置参数以及三个角度参数，通过所述预给定数量的参数完全确定所述移动单元的空间位态(200)，

其中，借助所述预给定数量的参数的子集确定所述移动单元(100)的充分已知的空间位态，其方式是：将所述运行状态值和/或所述周围环境值配属于一些值特性，并且每个值特性配属有所述预给定数量的参数的子集。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

仅借助所述预给定数量的参数的所需的子集来确定充分已知的空间位态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述预给定数量的参数的子集取决于所述运行状态值和/或所述周围环境值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

借助所述移动单元(100)的至少一个传感器(101)确定所述运行状态值和/或周围环境值。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

所述值特性存储在属于所述移动单元(100)的存储介质(105)上，和/或可以从外部数据源调用和/或更新所述值特性。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

将所述预给定数量的参数的子集存储在所述存储介质(105)上和/或传递给相应的输出单元。

7.一种用于确定移动单元(100)的空间位态(200)的设备(110)，其中，所述空间位态(200)根据预给定数量的参数在预给定的定向系统(250)内所确定，

其特征在于，

设置第一装置(111)，借助所述第一装置根据代表所述移动单元(100)的运行状态的运行状态值和/或代表所述移动单元的周围环境(221，222，223，224，225)的周围环境值借助所述预给定数量的参数的子集来确定所述移动单元(100)的充分已知的空间位态，

其中，所述预给定数量的参数是三个位置参数以及三个角度参数，通过所述预给定数量的参数完全确定所述移动单元的空间位态(200)，

设置有第四装置(114)，借助所述第四装置能够将所述运行状态值和/或周围环境值配属于值特性，其中，每个值特性配属有所述预给定数量的参数的子集。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，

设置有第二装置(112)，借助所述第二装置能够仅借助所述预给定数量的参数中的所需的子集来确定所述充分已知的空间位态，和/或

设置有第三装置(113)，借助所述第三装置可以借助所述移动单元(100)的至少一个传感器(101)来确定所述运行状态值和/或所述周围环境值。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，

设置有存储介质(105)，并且在所述存储介质上存储有所述值特性，所述存储介质属于所述移动单元(100)。

10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，

设置有第五装置(115)，借助所述第五装置能够从外部数据源调用和/或更新所述值特性。

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