CN111936820A - 用于调整车辆外部位置信息的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调整在道路(40)上行驶的车辆(30)的外部位置信息的系统(10)，包括：·传感器(3)，其用于感测道路(40)的预定静态车道对象(50)，车辆(30)在所述道路(40)上行驶；以及·电子控制装置(1)，其配置成：ο接收指示车辆位置的外部位置信息，ο基于从传感器(3)接收到的传感器输出来检测静态车道对象(50)，ο基于所接收的传感器输出来确定静态车道对象(50)相对于车辆位置的位置，以及ο通过相对于所确定的静态车道对象(50)的位置校准车辆位置来调整外部车辆位置信息。本发明还涉及一种调整车辆外部位置信息的方法。

Description

用于调整车辆外部位置信息的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于调整车辆外部位置信息的系统和方法，特别是涉及一种增强的定位技术，其中从外部来源接收到的车辆的位置信息可被调整，即校正或细化。调整技术可特别适用于需要精确可靠位置信息的自动驾驶系统。

自动驾驶系统是能够持续执行部分或全部动态驾驶任务(DDT)的机动车驾驶自动化系统。自动驾驶系统可以安装在或即将安装在交通工具上(例如汽车、卡车、飞机)。

特别是道路车辆的情况下，根据SAE J3016标准，自动化等级可从无驾驶自动化(0级)变化到完全驾驶自动化(5级)。

为了实现这一功能，自动驾驶系统通常包括至少一个传感器、电子控制单元和反馈装置，这些装置将信息传送给驾驶员和/或代替驾驶员作用于车辆的(一个或多个)控制部件(例如转向轴、制动器、加速器踏板等)，从而减轻驾驶员的驾驶负担。

自动驾驶系统至少能够承担部分驾驶任务(例如，对车辆进行纵向控制)。特别地，许多自动驾驶系统都是为辅助驾驶员而设计的，因此被称为高级驾驶员辅助系统(ADAS)。一些自动驾驶系统能够承担整个驾驶任务，至少在某些时期内是这样。根据SAE J3016标准，此类系统被划分在3级、4级或5级。

本发明可能涉及一种自动驾驶系统，根据SAE J3016标准，该系统被期望地划分在3级或更高级别。

背景技术

自动驾驶系统需要车辆的位置信息，以便导航。该位置信息可包括“全球位置”，即地理位置信息(例如GPS信号)，以便在特定地图位置上定位车辆并将车辆导航至预先选择的目的地。换言之，所述全球位置信息是外部位置信息，即通过使用外部位置装置(即外部来源)、例如导航卫星确定的外部位置信息。位置信息可另外或可选地包括“微位置”，即车辆相对于其检测到的环境(即周围区域)的位置信息。例如，车辆可包括对象/物体检测传感器(例如一个或多个相机)，其中外部对象(例如，车辆在其上移动的道路/车道和/或其他车辆)被检测到。

然而，可能会出现这样一个问题，即对于车辆的可靠自动导航而言，尤其是外部全球位置信息(即从外部来源接收的信息)不能令人满意地精确。

为了补偿/应对这个问题，可以使用高精度的高清地图。然而，这些地图意味着高成本(计算成本和经济成本)。此外，如果车辆的所确定位置与实际位置之间出现偏差，则很难恢复。因此，使用高精度高清地图并不是永久解决方案，例如在长距离行驶时。

补偿此问题的另一种可能性是通过将检测到的道路标志的位置作为基准来校准外部位置信息。在道路标志已被放置在预定位置的情况下，则自动驾驶系统可检测到所述位置并作为基准，以校准外部位置信息。然而，这种校准技术取决于标准，即道路标志已正确放置在预定位置。此外，道路标志具有不同形状和/或尺寸的事实可能会对这种校准技术产生负面影响。此外，特别是农村地区，一些道路(如干线公路)只有很少的道路标志。

补偿此问题的另一种可能性是通过考虑专用定位标志的位置来校准外部位置信息。此类标志的外观可能与常规道路标志相似。然而，其目的是指示预定的位置，特别是用于自动驾驶系统——其被配置成通过使用对象检测传感器来检测该标志。然而，这种校准技术意味着高安装成本和增加的安装时间，因为每条道路都需要在最小间隔内安装此类专用定位标志。

发明内容

目前，仍然需要提供一种以可靠和经济的方式调整车辆外部位置信息的系统和方法。

因此，根据本发明的实施例，提供了一种用于调整车辆外部位置信息的系统。该系统包括：

-传感器，其配置成感测道路的预定的静态车道对象，车辆在所述道路上行驶，

-电子控制装置，其配置成：

ο接收指示车辆位置的外部位置信息，

ο基于从传感器接收到的传感器输出检测静态车道对象，

ο基于所接收到的传感器输出确定静态车道对象相对于车辆位置的位置，以及

ο通过相对于所确定的静态车道对象的位置校准车辆位置来调整外部车辆位置信息。

通过提供这样的控制装置，可以调整(即细化或校正)外部位置信息(即从外部来源接收的位置信息)，从而确定车辆的精确实际位置。这可以通过检测用作基准的道路的静态车道对象来实现。

因此，即使外部车辆位置不是完全精确(或完全正确)，通过将静态车道对象作为定位基准，无论如何也可以可靠地确定精确的实际车辆位置。

所述预定的静态车道对象也可被称为预定车道段或预定静态车道特性，特别是在空间有限的和/或全球独特的道路路段上的预定静态车道特性。

所述精确的实际位置可例如用于车辆的可靠自动驾驶控制。

接收外部位置信息期望地包括：接收地理位置信息，接收和/或存储地图数据，并基于地理位置信息和地图数据确定车辆位置。

因此，可以确定车辆位置，尽管其可能是不精确的或不正确的(即不完全可靠，特别是对于自动驾驶)。

确定静态车道对象的位置期望地包括：确定所检测到的静态车道对象在所接收的和/或所存储的地图数据中的地理位置。

因此，不仅可以确定静态车道对象相对于车辆的相对位置，还可以确定静态车道对象的(绝对或全球)地理位置。

校准车辆位置期望地包括：相对于静态车道对象的地理位置校准车辆的地理位置。

因此，外部位置信息所指示的车辆位置可通过以静态车道对象的地理位置为基准进行校准(即校正或细化)。

因此，可通过识别静态车道对象的精确全球位置并将此位置作为基准来确定车辆的精确实际位置。

在一个道路方向上，道路可至少部分地包括至少两条车道。例如，由于道路交叉口区域，道路可包括至少一条行驶车道，并且在一个区域中有一条额外的平行出口车道(或出口匝道)。

静态车道对象构成沿道路的车道特性的预定变化。

一条道路通常每个方向包含一条车道，如果是干线公路，则每个方向通常有两条或更多车道。由于道路变宽或变窄，因此会相应出现车道分叉区域和/或车道合并区域。此外，至少在某些区域可能有平行的紧急停车车道(即路肩)。此外，由于道路交叉口，可能存在具有出口车道和/或汇入车道的区域。

换言之，沿着道路的车道特性可能会发生不同的变化，即存在道路的车道特性发生变化的车道段(即本发明中提及的静态车道对象)。这些变化可以被检测出来并作为校准用的基准。

静态车道对象可包括以下中的至少一个：道路交叉口区域(例如，包括至少一个出口车道区域和/或至少一个汇入车道区域)、道路的出口车道区域、道路的汇入车道区域、道路的车道分叉区域、道路的车道合并区域以及道路的紧急停车车道区域(即(硬)路肩)。

电子控制装置可进一步配置成：基于接收到的传感器输出而检测道路标志和/或专用定位标志，基于接收到的传感器输出确定道路标志和/或专用定位标志相对于车辆位置的的位置，通过将车辆位置额外校准至所确定的道路标志和/或专用定位标志的位置来调整车辆位置信息。

因此，道路标志和/或专用定位标志可作为附加基准，即附加于静态车道对象的基准。

电子控制装置可配置成：基于接收到的传感器输出而检测静态车道对象的预定元素，基于接收到的传感器输出确定预定元素相对于车辆位置的位置，通过将车辆位置校准至所确定的预定元素的位置来调整车辆位置信息。

因此，代替检测(完整的)静态车道对象，可仅使用静态车道对象的预定元素作为基准。因此，可以使用期望地在静态车道对象处具有预定位置的易检测元素。

预定元素可包括以下中的至少一个：静态车道对象的安全栅、指示静态车道对象的尖角区域和放置在出口车道与道路分离点处的碰撞衰减器(即护柱)。

电子控制装置可配置成：基于接收到的传感器输出确定能见度水平和/或车辆的车道变换，基于以下至少一项对车辆位置调整施加权重因子：能见度水平，其中当能见度水平降低时，权重因子减小；检测到的静态车道对象的距离，其中当该距离增大时，权重因子减小；以及在检测静态车道对象期间的车道变换，其中在车道变换的情况下，权重因子减小。

因此，如果在检测静态车道对象期间出现能见度不良和/或车道变换等情况，位置调整可仅以减少的权重因子加以考虑，甚至可以忽略不计。

通过这种方式，可以确保位置调整不会导致外部位置信息的恶化，例如由于能见度差而导致的错误检测。

调整外部车辆位置信息可以包括：基于第一检测到的静态车道对象初始化电子控制装置，以及通过将车辆位置校准到随后检测到的静态车道对象的所确定位置来调整车辆位置信息。

因此，可以使用第一检测到的静态车道对象进行初始化，即可以通过校准车辆相对于第一静态车道对象的所确定位置的位置来检查调整功能是否实现并起作用。初始化后，可使用随后检测到的静态车道对象进行(常规)调整。然而，并非每一个随后检测到的静态车道对象都必须被考虑在内，例如可仅考虑每第二个(即每隔一个)检测到的静态车道对象。因此，电子控制装置可以更经济的方式运行。

电子控制装置可配置成：在调整车辆位置信息时，相对于检测到的静态车道对象和/或检测到的道路标志，优先考虑检测到的专用定位标志。

因此，在有选择的情况下，期望地将检测到的专用定位标志用作基准，因为它被假定提供最可靠的位置调整。

道路可沿纵向延伸和/或道路宽度由其横向延伸确定，其中调整车辆位置信息可包括以下至少一项：调整车辆相对于道路的相对横向位置信息，调整车辆相对于道路的相对纵向位置信息，以及调整车辆的地理位置信息。

该系统可以是自动驾驶系统，其配置成自主驾驶车辆。

电子控制装置可进一步配置成控制车辆的自主驾驶。

本发明可进一步涉及包含上述系统的车辆。

本发明还涉及一种运输系统，包括：

如上所述的用于调整外部位置信息的系统，以及用于校准车辆位置的校准系统。

校准系统可配置成安装在包含至少一个预定静态车道对象的道路上，其中校准系统可包括至少一个配置成指示静态车道对象的预定元素，并且预定元素可以定位在静态车道对象处的预定位置。例如，预定元素可以包括覆盖静态车道对象的特定标记。

本发明还涉及一种调整在道路上行驶的车辆的外部位置信息的方法。该方法包括以下步骤：

·使用传感器感测道路的预定静态车道对象，车辆在所述道路上行驶，

·接收指示车辆位置的外部位置信息，

·基于从传感器接收到的传感器输出检测静态车道对象，

·基于接收到的传感器输出确定静态车道对象相对于车辆位置的位置，以及

·通过校准车辆相对于静态车道对象的所确定位置的位置来调整车辆位置信息。

该方法可包括与上述自动驾驶系统的功能相对应的进一步的方法步骤。

除非另有矛盾，否则上述元素和说明书中的那些元素可以组合在一起。

应当理解，上述一般性描述和下面的详细描述都只是示例性和解释性的，并不限制要求保护的发明。

并入本说明书并构成本说明书一部分的附图与描述一起说明了本发明的实施例，并解释了本发明的原理。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的用于使用电子控制装置调整外部位置信息的系统的框图；

图2示出了根据本发明实施例的调整车辆外部位置信息的示例性方法的示意性流程图；以及

图3示出了根据本发明实施例的包含预定元素的静态车道对象的示例。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的示例性实施例，其示例如附图所示。在可能的情况下，在全部附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的零部件。

图1示出了根据本发明实施例的用于使用控制装置1调整外部位置信息的系统的框图。系统10可以是自动驾驶系统或自动驾驶系统的一部分。系统10可由车辆30组成。

控制装置1连接到或包括数据存储器2。所述数据存储器可用于存储地图。如下文所述，所述地图可与接收到的地理位置信息一起用于确定车辆的位置，并且可用于确定所检测到的静态车道对象的地理位置。

控制装置1还可在车辆30中执行另外的功能。例如，控制装置还可以充当车辆的通用ECU(电子控制单元)。控制装置1可以包括电子电路、(共享、专用或组)处理器、组合逻辑电路、执行一个或多个软件程序的存储器，和/或提供所述功能的其他合适组件。

系统10，特别是控制装置1可以无线方式连接到外部信息源20。所述外部信息源20可以包括卫星导航系统和/或地图系统。因此，系统10可以从信息源20接收外部位置信息和/或地图数据。

控制装置1还连接到传感器3，特别是光学传感器，例如数码相机。数码相机3被配置成能够感测驾驶场景，即，特别是车辆正在行驶的道路。数码相机期望地朝向车辆的主驾驶方向，即，从而使其感测车辆正在行驶的车道，包括车道的左、右边缘。也可以使用多个相机3。因此，使用多个传感器(例如相机)也可是合理的，以便感测车辆的整个周围环境，包括感测车辆的左右两侧和/或车辆后部。

数码相机3的输出，特别是以预定采样频率(例如10hz)记录的各单个图像，被发送到控制装置1。期望地，输出被即时地传送，即实时地或准实时地。因此，静态车道对象也可以由控制装置实时或准实时地检测到。

图2示出了根据本发明的实施例的调整车辆外部位置信息的示例性方法的示意性流程图。系统10和/或控制装置1期望地配置成执行所述方法。

在步骤S1中，系统10，特别是控制装置1，接收指示车辆位置的外部位置信息。该步骤可以包括接收地理位置信息、接收和/或存储地图数据以及基于地理位置信息和地图数据确定车辆位置。期望地重复执行步骤S1。因此，系统能够根据外部位置信息确定其地理位置。然而，由于所确定的地理位置不一定精确，即可靠，本发明提出了一种额外的调整技术，如步骤S2至S4所述。

在步骤S2中，系统10，特别是控制装置1，检测预定的静态车道对象50(参见图3)。期望地，传感器3已感测到包括静态车道对象(如上所述)的驾驶场景，使得基于传感器输出(即一个或多个图像)可以检测到静态车道对象。换言之，确定所接收到的图像是否包括预定的静态车道对象50。如果可以在图像中识别静态车道对象50，则确定其在图像中的位置。

对于从传感器接收到的每第n个图像(例如，n＝1到10中的任何一个)，期望地重复执行步骤S2。期望地，仅在步骤S2的图像中可以识别静态车道对象50的情况下触发步骤S3和S4。

在步骤S3中，确定静态车道对象相对于车辆位置的(相对)位置。期望地，基于接收到的传感器输出，特别是基于包括静态车道对象50的图像，更特别地基于图像中已识别的静态车道对象50的所确定位置，完成静态车道对象相对车辆位置的位置的所述确定。此外，作为结果，可以确定车辆相对于静态车道对象位置的位置。在确定静态车道对象相对于车辆位置的(相对)位置时，可考虑的其他因素包括车速、车辆的运动方向以及步骤S2到S4的计算时间o。

期望地，在步骤S3中，还确定所检测到的静态车道对象的地理位置。例如，接收和/或存储的地图数据可用于定位所检测到的静态车道对象。

在步骤S4中，调整外部车辆位置信息。这是通过相对于静态车道对象已确定的位置校准车辆的位置(由外部位置信息指示)来完成的。期望地，在步骤S4中，还相对于静态车道对象的地理位置校准(即，细化或校正)车辆的地理位置。换言之，静态车道对象的所确定地理位置可用于(作为基准)校准外部位置信息指示的车辆位置。

步骤S2和S3可与步骤S1并行执行。可以重复执行步骤S1到S4的整个方法。

任选地，并行并且对应于步骤S2到S4，可以基于接收到的传感器输出检测道路标志和/或专用定位标志(对应于步骤S2)。可基于所接收到的传感器输出，确定道路标志60(见图3)和/或专用定位标志相对车辆位置的位置(对应于步骤S3)。可通过将车辆位置额外校准至道路标志和/或专用定位标志的所确定位置来调整车辆位置信息(对应于步骤S4)。

某些因素可能会降低校准技术的质量，例如，能见度不良或在检测静态车道对象期间的车辆的特定运动(例如变更车道)。因此，可基于接收到的传感器输出来确定能见度和/或车辆的车道变更。车辆位置调整可采用权重因子。例如，在能见度水平降低的情况下，权重因子减小。作为另一示例，在与检测到的静态车道目标的距离增加的情况下，权重减小。在另一示例中，在检测静态车道对象期间发生车道变更时，权重因子减小。

图3示出了根据本发明实施例的包含预定元素的静态车道对象的示例。图3可以表示由传感器3感测的驾驶场景。图3示出了在本示例中具有至少两个行驶车道的道路40。此外，还显示了静态车道对象50，在本例中为出口车道区域。静态车道对象的其他示例为：道路交叉口区域、道路的汇入车道区域、道路的车道分叉区域、道路的车道合并区域和道路的紧急停车车道区域(路肩)。在上述调整技术中，可以检测这种静态车道对象并将其用作基准。使用这种静态车道对象50的优点是它们是在常规道路(例如干线公路)上以间隔提供的(例如约每10公里)。

出口车道区域包括数个预定的元素，这些元素尤其可以被检测到并用作上述校准技术中的基准。所述元件的优点是，它们具有清晰的可识别位置，并且它们间隔放置在静态车道对象的预定位置。此类元件的示例包括安全栅53(出口车道区域50的安全栅，例如出口车道和道路分离点处的安全栅顶点)、尖角区域52(指示出口车道区域50，例如出口车道和道路之间的加宽白线或区域)以及放置在出口车道区域50与道路40的分离点处的碰撞衰减器51(例如，指示出口车道区域50相对于道路40的分离点的护柱或标志)。

由于其紧凑的尺寸，碰撞衰减器51具有清晰的可识别位置，因此可期望地作为基准。由于其预定的(常见)形状和颜色(例如绿色)，它也可以很容易地检测到。此外，这些碰撞衰减器51通常被放置或可放置在与出口车道区域相关的预定位置，例如，在限定出口车道与道路分离的安全栅前1m处(即安全栅的顶点)。

图3还示出了(常规)道路标志60的示例，其可在上述调整技术中另外用作基准。然而，所述附加调整技术也可应用权重因子，其中考虑了道路标志的尺寸(例如，道路标志越小，权重因子越小)。如果道路配有专用定位标志(图3中未示出)，则其检测优先于检测到的静态车道对象和/或道路标志而用于调整。

在上述调整技术中，并非每个出口车道区域50(或其他静态车道对象)都用作基准，而是仅例如每第二个用作基准。此外，当开始调整技术时，可以使用首先检测到的出口车道区域50来初始化调整技术。

在整个说明书中，包括权利要求书，术语“包括”应理解为“包括至少一个”的同义词，除非另有说明。此外，除非另有说明，说明书、包括权利要求书中给出的任何范围应理解为包括其端值。所描述元素的具体值应理解为在本领域技术人员已知的可接受的制造或行业公差范围内，并且术语“基本上”和/或“近似”和/或“大致”的任何使用应理解为落入在此类可接受公差范围内。

尽管已经参考特定的实施例描述了本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅说明了本发明的原理和应用。

应注意实施例和示例仅被视为示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求表示。

Claims (15)

1.一种用于调整在道路(40)上行驶的车辆(30)的外部位置信息的系统(10)，包括：

传感器(3)，其配置成感测道路的预定的静态车道对象(50)，车辆在所述道路上行驶，

电子控制装置(1)，其配置成：

接收指示车辆位置的外部位置信息，

基于从所述传感器接收到的传感器输出来检测所述静态车道对象，

基于所接收的传感器输出来确定所述静态车道对象相对于车辆位置的位置，

通过相对于所确定的静态车道对象的位置校准车辆位置来调整外部车辆位置信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其中

接收外部位置信息包括：

接收地理位置信息，

接收和/或存储地图数据，以及

基于所述地理位置信息和所述地图数据确定车辆位置。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中

确定静态车道对象的位置期望地包括：

确定所检测到的静态车道对象在所接收的和/或所存储的地图数据中的地理位置，和/或

校准车辆位置包括：

相对于所述静态车道对象的地理位置校准车辆的地理位置。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中

所述静态车道对象构成沿所述道路的车道特性的预定更改。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中

所述静态车道对象包括以下中的至少一个：

道路交叉口区域，

道路的出口车道区域，

道路的汇入车道区域，

道路的车道分叉区域，

道路的车道合并区域，以及

道路的紧急停车车道区域。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中

所述电子控制装置进一步配置成：

基于所接收的传感器输出来检测道路标志和/或专用定位标志，

基于所接收的传感器输出来确定所述道路标志和/或所述专用定位标志相对于车辆位置的位置，

通过将车辆位置额外校准至所确定的所述道路标志和/或所述专用定位标志的位置来调整车辆位置信息。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中

所述电子控制装置配置成：

基于所接收的传感器输出来检测所述静态车道对象的预定元素，

基于所接收的传感器输出来确定所述预定元素相对于车辆位置的位置，

通过将车辆位置校准至所确定的所述预定元素的位置来调整车辆位置信息。

8.根据前一权利要求所述的系统，其中

所述预定元素包括以下中的至少一个：

所述静态车道对象的安全栅，

指示所述静态车道对象的尖角区域，以及

放置在出口车道与所述道路的分离点处的碰撞衰减器。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中

所述电子控制装置配置成：

基于所接收的传感器输出来确定能见度水平和/或车辆的车道变换，

基于以下中的至少一项对车辆位置调整施加权重因子：

所述能见度水平，其中所述权重因子在所述能见度水平降低的情况下减小，

所检测到的静态车道对象的距离，其中所述权重因子在所述距离增加的情况下减小，以及

在静态车道对象检测期间的车道变换，其中所述权重因子在车道变换的情况下减小。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中

调整外部车辆位置信息包括：

基于首先检测到的静态车道对象初始化所述电子控制装置，以及

通过将车辆位置校准到随后检测到的静态车道对象的所确定的位置来调整车辆位置信息。

11.根据前述权利要求6至10中任一项所述的系统，其中

所述电子控制装置配置成：

在调整车辆位置信息时，所检测到的专用定位标志优先于所检测到的静态车道对象和/或道路标志。

12.根据前述权利要求中任一项所述的自动驾驶系统，其中

所述道路沿纵向延伸和/或道路宽度由其横向延伸确定，其中

调整车辆位置信息包括以下中的至少一个：

调整车辆相对于所述道路的相对横向位置信息，

调整车辆相对于所述道路的相对纵向位置信息，以及

调整车辆的地理位置信息。

13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中

所述系统是自动驾驶系统，其配置成自主驾驶车辆。

14.一种运输系统，包括：

根据前述权利要求1至13中任一项所述的系统，以及

用于校准车辆位置的校准系统，其配置成安装在包括至少一个预定的静态车道对象的道路上，其中

所述校准系统包括至少一个预定元素，所述预定元素被配置成指示所述静态车道对象，并且

所述预定元素被定位在所述静态车道对象的预定位置。

15.一种调整在道路上行驶的车辆的外部位置信息的方法，该方法包括以下步骤：

使用传感器来感测道路的预定的静态车道对象，车辆在所述道路上行驶，

接收指示车辆位置的外部位置信息，

基于从传感器接收到的传感器输出来检测所述静态车道对象，

基于所接收的传感器输出来确定所述静态车道对象相对于车辆位置的位置，以及

通过相对于所确定的所述静态车道对象的位置校准车辆位置来调整车辆位置信息。

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